淺談礦渣粉在商品混凝土中的應(yīng)用
2008-10-21 00:00
摘 要：淺談礦渣粉的發(fā)展趨勢(shì)，分析礦渣粉的自身性質(zhì)，通過試驗(yàn)了解礦渣粉使用于混凝土中的一些性質(zhì)以及提出礦渣粉在混凝土應(yīng)用中應(yīng)注意的一些問題
關(guān)鍵詞：礦渣粉 混凝土 應(yīng)用
1前言
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，混凝土的應(yīng)用越來越多、越來越廣，混凝土材料科學(xué)同樣也得到了迅速的發(fā)展。各種摻合料的使用，不僅降低了混凝土的成本，而且改善了混凝土的性能，擴(kuò)大了混凝土的品種。
本文談到的礦渣粉便是新發(fā)展起來的一種重要的摻合料。我國(guó)從20世紀(jì)90年代起，開始了對(duì)礦渣的特點(diǎn)及應(yīng)用研究。清華大學(xué)對(duì)礦渣粉在高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用進(jìn)行了研究和大量的試驗(yàn)，在其編寫的《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工指南》一書中，就特別提到礦渣粉在配制高強(qiáng)混凝土方面的巨大潛力，而國(guó)家則在2008年又頒布實(shí)施了《用于水泥和混凝土的粒化高爐礦渣》這一標(biāo)準(zhǔn)（GB18046-2008取代了2000年的GB18046-2000），上海是較早使用礦渣的地區(qū)，早在1999年就推出了該地區(qū)的《?；郀t礦渣微粉在水泥混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，而北京也相繼于2002年推出本地區(qū)的高爐礦渣微粉的應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，礦渣粉的應(yīng)用已成趨勢(shì)。廣東省的商品混凝土發(fā)展較快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，珠江三角洲年商品混凝土已超過3000萬立方米，預(yù)拌混凝土的比例已達(dá)到混凝土澆注總量的60%以上，這為礦渣粉的應(yīng)用提供了更廣闊的市場(chǎng)空間。
2礦渣粉具有的一些性質(zhì)
礦渣粉是水淬粒化高爐礦渣經(jīng)粉磨后達(dá)到規(guī)定細(xì)度的一種粉體材料。礦渣含有較多的CaO（35%-45%），經(jīng)水淬后的?；郀t礦渣大部分為非晶體，具有玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種玻璃體蘊(yùn)藏有很高的結(jié)晶性能量，具有很好的活性。水淬礦渣根據(jù)其成分可分為酸性礦渣和堿性礦渣，堿性礦渣的活性優(yōu)于酸性礦渣，礦渣中的Al2O3含量也是標(biāo)志礦渣活性的一個(gè)重要特征，其含量越高，礦渣活性也越高。
高爐礦渣水淬的活性主要取決于四個(gè)方面：化學(xué)組成、玻璃體含量（?；剩?、研磨細(xì)度、少量結(jié)晶相對(duì)易磨性和活性的影響，其中化學(xué)組成是確定礦渣活性的基本因素，一般用堿度系數(shù)和質(zhì)量系數(shù)來表示礦渣的類型和質(zhì)量等級(jí)。
由于礦渣粉一般都磨得比水泥細(xì)和它表面的玻璃質(zhì)，不僅對(duì)水泥有填充作用，而且能夠減少水泥和混凝土的用水量，加上它的緩凝作用和密度與水泥接近，因此它較容易拌制成用水量少、流動(dòng)性好、塌落度損失小的混凝土。但礦渣的粉磨細(xì)度及用量對(duì)摻礦渣混凝土的保水能力有較顯著的影響，如果不夠細(xì)、用量過大，會(huì)產(chǎn)生顯著的泌水和離析，這是礦渣粉顆粒分布、細(xì)度與水泥的顆粒分布、細(xì)度缺乏互補(bǔ)性，只要作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整就可以解決。
大量的研究和工程實(shí)踐結(jié)果表明：用礦渣粉摻合料配制混凝土?xí)r，不僅可以大比例地替代水泥20%-70%，而且所配制的混凝土力學(xué)性能優(yōu)良、坍落度經(jīng)時(shí)損失小、水化熱低、耐腐蝕性能優(yōu)良。目前礦渣摻合料在世界各地的混凝土工程使用實(shí)例多得數(shù)不勝數(shù)，例：加拿大多倫多Scotia大廈，68層，高275米，它是世界上第一棟用含高爐礦渣的C70高性能混凝土建造的高層建筑。日本明石海峽大橋的混凝土也摻有大量的礦渣粉。國(guó)內(nèi)的江南造船廠1號(hào)船塢底板（2002年3月），設(shè)計(jì)C40混凝土，方量4900m3，底板厚7米，屬大體積混凝土，摻用礦渣粉30%。許許多多其它的工程實(shí)例在這里就不一一細(xì)數(shù)。
3礦渣粉使用于混凝土中的一些性質(zhì)
我司經(jīng)過大量的試驗(yàn)后自2005年開始使用礦渣粉作為活性摻合料應(yīng)用于混凝土中，應(yīng)用后混凝土的各項(xiàng)性能均得到了顯著的改善。
使用材料簡(jiǎn)介：
水 泥：聯(lián)峰，P.O42.5R
中 砂：肇慶，Mx=2.5
碎 石：5-25mm
外加劑：深圳華思遠(yuǎn)SPP-HP(II)，高效減水劑(萘系)
礦渣粉：(1)柳州鋼鐵廠，S95 (2)貴港鋼鐵廠，S75
粉煤灰：珠海發(fā)電廠，Ⅱ級(jí)
a) 用不同摻量的礦渣等量取代水泥與全部使用水泥的混凝土性能對(duì)比試驗(yàn)
控制所有試配坍落度一致達(dá)到160±10 mm
[Page]
（見表1、表2）
表1 基準(zhǔn)及摻礦渣粉混凝土配合比
|
序號(hào) |
水泥(kg) |
礦渣(kg) |
砂(kg) |
石(kg) |
水 (kg) |
外加劑(kg) |
備注 |
|
1 |
330 |
--- |
835 |
1025 |
180 |
5.6 |
柳礦 |
|
2 |
300 |
30 |
835 |
1025 |
180 |
5.6 |
柳礦 |
|
3 |
265 |
65 |
835 |
1025 |
180 |
5.6 |
柳礦 |
|
4 |
265 |
65 |
835 |
1025 |
180 |
5.6 |
貴礦 |
|
5 |
248 |
82 |
835 |
1025 |
180 |
5.6 |
柳礦 |
|
6 |
230 |
100 |
835 |
1025 |
180 |
5.6 |
柳礦
|
表2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
|
序號(hào) |
實(shí)際用水量 |
和易性 |
泌水率
% |
1小時(shí)
坍損 |
7天(Mpa) |
28天
(Mpa) |
60天(Mpa) |
|
1 |
197 |
一般 |
2.2 |
50 |
27.3 |
35.7 |
38.2 |
|
2 |
202 |
較好 |
3.0 |
35 |
26.9 |
36.0 |
38.5 |
|
3 |
196 |
很好 |
3.3 |
35 |
26.2 |
38.4 |
39.7 |
|
4 |
202 |
粘聚性較差
漿體下沉 |
7.0 |
30 |
24.4 |
34.2 |
37.0 |
|
5 |
200 |
很好 |
3.5 |
30 |
24.7 |
35.5 |
40.2 |
|
6 |
200 |
粘聚性較差
漿體下沉 |
4.1 |
30 |
22.8 |
35.0 |
41.7
|
b) 粉煤灰和礦渣按不同比例雙摻時(shí)的混凝土性能對(duì)比試驗(yàn)（見表3、表4）
表3 雙摻及單摻粉煤灰、礦渣混凝土配合比
|
序號(hào) |
水泥(kg) |
礦渣
(kg) |
粉煤灰(kg) |
砂
(kg) |
石
(kg) |
水
(kg) |
外加劑
(kg) |
備注 |
|
1 |
250 |
--- |
105 |
810 |
1025 |
180 |
5.6 |
柳礦 |
|
2 |
250 |
105 |
--- |
810 |
1025 |
180 |
5.6 |
柳礦 |
|
3 |
220 |
30 |
105 |
810 |
1025 |
180 |
5.6 |
柳礦 |
|
4 |
210 |
60 |
80 |
815 |
1025 |
180 |
5.6 |
柳礦 |
|
5 |
200 |
85 |
60 |
820 |
1025 |
180 |
5.6 |
柳礦 |
|
6 |
200 |
85 |
60 |
820 |
1025 |
180 |
5.6 |
貴礦 |
|
7 |
165 |
135 |
40 |
825 |
1025 |
180 |
5.6 |
柳礦 |
4 試驗(yàn)結(jié)果比較
|
序號(hào) |
實(shí)際用水量 |
和易性 |
泌水率
% |
1小時(shí)
坍損 |
7天(Mpa) |
28天(Mpa) |
60天(Mpa) |
|
1 |
190 |
很好 |
2.2 |
45 |
23.5 |
35.2 |
40.2 |
|
2 |
187 |
粘聚性很差
漿體下沉 |
9.0 |
40 |
24.1 |
38.3 |
43.2 |
|
3 |
190 |
很好 |
3.5 |
30 |
24.3 |
35.6 |
40.9 |
|
4 |
192 |
很好 |
3.5 |
30 |
25.2 |
36.5 |
41.5 |
|
5 |
195 |
很好 |
4.0 |
35 |
24.7 |
37.5 |
42.3 |
|
6 |
196 |
粘聚性較差
漿體輕微下沉 |
8.0 |
40 |
24.2 |
35.3 |
40.2 |
|
7 |
196 |
粘聚性很差
漿體下沉 |
9.2 |
40 |
22.8 |
34.6 |
39.0 |
以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：
3.1礦渣粉改善了混凝土的和易性
與未摻礦粉的混凝土相比，摻入礦粉能改善混凝土的和易性與工作性，而這種改善與表面特性和比表面積有關(guān)。這種表面特性使得水泥漿體之間形成光滑的移動(dòng)面，抗離析性能下降。當(dāng)摻入較低量礦粉時(shí)，這種表面特性使得混凝土的和易性得以改善；當(dāng)摻入較高量礦粉時(shí)，種種表面特性會(huì)造成混凝土離散性較大，保水性差，漿體下沉等。同時(shí)，當(dāng)?shù)V粉比表面積較小時(shí)，礦粉顆粒與水泥顆粒在微觀狀態(tài)下形成較好的微觀顆粒級(jí)配，從而使得混凝土更加密實(shí)、和易性得到改善；當(dāng)?shù)V粉比表面積較大時(shí)，礦粉顆粒比水泥較大，從而使得取代后，混凝土的密實(shí)性、泌水、和易性等反不如取代前。
3.2礦渣粉對(duì)混凝土有增強(qiáng)作用
礦渣等量取代水泥后（一般不超過60%），其強(qiáng)度比僅使用水泥的混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)更大；如果等量取代水泥量較大時(shí)（大于等于40%），其強(qiáng)度早期偏低，但后期增長(zhǎng)較快，如要解決早期強(qiáng)度偏低的問題可采用超摻法。例如原來礦渣是等量取代水泥，現(xiàn)在超量1.1-1.3取代水泥，水膠比保持不變，同時(shí)減少相應(yīng)體積數(shù)量的砂，會(huì)使混凝土早期強(qiáng)度趕上基準(zhǔn)混凝土；也可以適當(dāng)降低水膠比、適當(dāng)增加砂率和外加劑用量以達(dá)到目的。
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3.3礦渣和粉煤灰雙摻時(shí)，其強(qiáng)度最理想
礦渣和粉煤灰雙摻時(shí)，其強(qiáng)度最理想的原因是兩種礦物摻合料有疊加效應(yīng)，使混凝土的塌落度增加，和易性好，粘聚性好，泌水得到改善，后期強(qiáng)度也比單摻的增長(zhǎng)快，成本也比單摻的顯著降低。
3.4 礦粉的摻入對(duì)混凝土早期塑性裂縫的改善
礦粉或粉煤灰的摻入，降低了水泥的水化熱，延遲了熱峰的出現(xiàn)。大大減少了大面積混凝土的早期塑性裂縫和大體積的混凝土的溫度裂縫。
4礦渣粉在混凝土應(yīng)用中應(yīng)注意的一些問題
近幾年來，隨著大型立磨礦渣技術(shù)在我國(guó)的快速發(fā)展，礦渣粉得到了廣泛的應(yīng)用。為了更好地應(yīng)用礦渣粉，減少問題，必須注意幾個(gè)問題。
4.1嚴(yán)格控制礦渣粉的質(zhì)量
礦渣粉的質(zhì)量要嚴(yán)格控制，特別是礦渣粉的細(xì)度，因?yàn)榧?xì)度的降低會(huì)給混凝土帶來諸多問題，如：粘聚性下降出現(xiàn)離析和泌水、凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)、早期強(qiáng)度降低、甚至28天強(qiáng)度也會(huì)有不同程度的降低等。因此，冬季施工時(shí)，礦渣粉混凝土適宜選用非緩凝型減水劑，礦渣粉混凝土終飾抹面作業(yè)也要把握好適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)。
4.2控制好礦渣粉的摻量
根據(jù)具體的施工部位和施工要求控制好礦渣粉的摻量，避免盲目提高摻量。過大的摻量會(huì)明顯延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間，不利于施工。對(duì)豎向結(jié)構(gòu)，摻量過高會(huì)使混凝土長(zhǎng)期處于塑性狀態(tài)，使混凝土發(fā)生較大沉降收縮，造成沿鋼筋的環(huán)形裂縫。
4.3通過試驗(yàn)確定雙摻粉煤灰和礦渣粉摻量
雙摻粉煤灰和礦渣粉時(shí)，針對(duì)不同等級(jí)的粉煤灰，應(yīng)通過試驗(yàn)找出合適的復(fù)合比例。但粉煤灰摻量不能大于礦渣粉的摻量，這是從礦渣粉混凝土定義出發(fā)，以便操作。
4.4加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)
摻礦渣粉的混凝土或雙摻粉煤灰和礦渣粉的混凝土對(duì)養(yǎng)護(hù)條件要求比一般不摻摻合料的混凝土更為苛刻。最好能保持濕養(yǎng)護(hù)14天左右。
4.5配比設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮預(yù)應(yīng)力損失
礦渣粉用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土?xí)r，放松或張拉預(yù)應(yīng)力前，礦渣粉混凝土的強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的強(qiáng)度要求。如設(shè)計(jì)無具體要求，其強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值的80%，以免發(fā)生預(yù)應(yīng)力損失過大或混凝土結(jié)構(gòu)損傷等問題。
5結(jié)論
綜上所述，礦渣粉的大量應(yīng)用改變了以往僅以粉煤灰為主要摻合料的局面，對(duì)商品混凝土攪拌站而言，礦渣粉的出現(xiàn)給我們帶來了福音，礦渣粉的應(yīng)用可以克服僅摻粉煤灰時(shí)取代水泥量有限的弱點(diǎn)，可以進(jìn)一步降低水泥用量，改善混凝土的耐久性，同時(shí)降低混凝土成本，節(jié)約能源，改善環(huán)境。因此，我們應(yīng)在加大研究力度和推廣應(yīng)用的同時(shí)，不斷總結(jié)，使礦渣粉應(yīng)用得到進(jìn)一步擴(kuò)大。
參考文獻(xiàn)：
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2.上海市建筑科學(xué)研究院.上海市散裝水泥辦公室.1999.《粒化高爐礦渣微粉在水泥混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》；
3.文梓蕓. 2004-12.華南理工大學(xué)材料學(xué)院.《礦渣粉摻合料與混凝土的高性能化問題》廣東建材：12-17；
4.王華生、趙慧如.2002.10.機(jī)械工業(yè)出版社.《混凝土技術(shù)禁忌手冊(cè)》。
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