?；郀t礦渣粉在混凝土中的應(yīng)用

李曉峰

1 ?；郀t礦渣粉的基本定義和性能

1.1 基本定義

粒化高爐礦渣粉(granulated blanst fuynace slag)是?；郀t礦渣經(jīng)干燥、粉磨達(dá)到規(guī)定細(xì)度的粉體，粉磨時(shí)也可加入一定量的石膏和助磨劑。在混凝土中運(yùn)用又稱它為摻合料，與粉煤灰、水泥共同組成混凝土的膠凝材料。

流動(dòng)度比(ratio of fluidity)是礦渣粉按規(guī)定比例等量取代水泥后的膠砂流動(dòng)度與標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂流動(dòng)度之比。流動(dòng)度比越大說(shuō)明礦渣粉需水性越小。

活性指數(shù)(strength activity index)是礦渣粉按規(guī)定比例等量取代水泥后的膠砂強(qiáng)度與基準(zhǔn)水泥膠砂強(qiáng)度之比。

高強(qiáng)礦渣粉混凝土(high strength concrete using slag as main mineral additive)是采用水泥、砂、石、高效減水劑，以及礦渣粉為主要摻合料，以常規(guī)工藝配制的C50級(jí)～C80級(jí)混凝土。

1.2 基本作用原理

混凝土的性質(zhì)很大程度上取決于水泥基體的密實(shí)度，混凝土的密實(shí)性除了通過(guò)調(diào)整配合比及添加混凝土外加劑以外，還可以通過(guò)添加一部分活性摻合料來(lái)改善，其原理是利用活性混合材的物理填合作用或化學(xué)反應(yīng)作用來(lái)提高水泥基的致密度，主要常用的活性混合材有：粉煤灰、火山灰、硅灰、超細(xì)礦渣粉等。尤其是活性火山灰、超細(xì)礦渣粉、硅灰其化學(xué)作用更明顯一些，其原理是將水泥水化作用產(chǎn)生的Ca(OH)2固化進(jìn)而新形成水化硅酸鈣凝膠，新形成的水化硅酸鈣凝膠作為最終產(chǎn)物以提高混凝土的密實(shí)度，從而改善混凝土的力學(xué)性能和耐久性。

1.3 礦渣超細(xì)粉的主要物理性能指標(biāo)

表1是GB/T 18046-2008所要求的超細(xì)礦渣粉的技術(shù)指標(biāo)。

表1 超細(xì)礦渣粉的技術(shù)指標(biāo)

具體的檢測(cè)方法見(jiàn)GB/T 18046-2008中所規(guī)定的試驗(yàn)方法，對(duì)于商品混凝土攪拌站來(lái)說(shuō)，在日常的原材料檢驗(yàn)中，應(yīng)該控制的幾個(gè)主要超細(xì)礦渣粉指標(biāo)如下：

1)流動(dòng)度比：流動(dòng)度比試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，通過(guò)檢驗(yàn)流動(dòng)度比可以直接檢驗(yàn)出超細(xì)礦渣粉的真假，特別是一些以磨細(xì)石灰?guī)r粉磨摻假在超細(xì)礦渣粉的產(chǎn)品里，流動(dòng)度比小，所需水量就會(huì)增大，從而影響整個(gè)混凝土的水膠比，最終影響混凝土的力學(xué)性能和耐久性。

2)活性指數(shù)：活性指數(shù)的試驗(yàn)方法與普通水泥膠砂的試驗(yàn)方法過(guò)程一樣，通過(guò)做超細(xì)礦渣粉的活性指數(shù)可以有效地指導(dǎo)在混凝土中超細(xì)礦渣粉的用量，無(wú)論是質(zhì)量上還是經(jīng)濟(jì)上，活性指數(shù)是超細(xì)礦渣粉極其主要的指標(biāo)，在使用過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)試驗(yàn)，掌握準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以指導(dǎo)混凝土生產(chǎn)。

1.4 超細(xì)礦渣粉的化學(xué)分析

超細(xì)礦渣粉的化學(xué)組成見(jiàn)表2。

表2 超細(xì)礦渣粉的化學(xué)組成

由此可見(jiàn)，超細(xì)礦渣粉的主要成分是SiO2和CaO，在化學(xué)反應(yīng)中主要參與反應(yīng)的也是這兩項(xiàng)主要成分，前期反應(yīng)主要是活性CaO參與水化反應(yīng)，也稱為前期火山灰效應(yīng)，后期主要是活性SiO2參與混凝土硬化反應(yīng)，也稱之為后期的火山灰反應(yīng)。在一些超細(xì)礦渣粉生產(chǎn)企業(yè)也經(jīng)常通過(guò)調(diào)整這兩項(xiàng)成分的含量來(lái)滿足不同用戶的需求。通過(guò)混凝土凈漿水化的顯微巖片分析可以很直接的看出，超細(xì)礦渣粉的加入，超細(xì)礦渣粉的結(jié)構(gòu)是無(wú)定形結(jié)構(gòu)，早期火山灰效應(yīng)較大，如在其中加入部分呈結(jié)構(gòu)晶體的硅灰等，會(huì)大大的提高混凝土的密實(shí)度和后期強(qiáng)度。

2 超細(xì)礦渣粉在混凝土配合比中的運(yùn)用

2.1 摻超細(xì)礦渣粉混凝土配合比設(shè)計(jì)原則

1)混凝土配合比設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的保證率和混凝土的耐久性以及施工要求，采用與實(shí)際工程使用的相同原材料，按JGJ 55普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行;2)混凝土的配合比確定后，在工程中使用時(shí)仍應(yīng)通過(guò)開(kāi)盤(pán)檢定和試澆筑予以驗(yàn)證;3)超細(xì)礦渣粉的選擇，不僅要考慮礦物摻合料本身的品質(zhì)，還應(yīng)結(jié)合混凝土其他參數(shù)、工程性質(zhì)、所處環(huán)境等因素綜合確定，并應(yīng)注意以下原則;4)混凝土的水膠比較小、澆筑溫度與氣溫較高、混凝土強(qiáng)度驗(yàn)收齡期較長(zhǎng)時(shí)，超細(xì)礦渣粉宜采用較大摻量;5)混凝土構(gòu)件最小截面尺寸較大時(shí)，例如大體積混凝土、水下工程混凝土以及有抗腐蝕要求的混凝土等，根據(jù)需要適當(dāng)增加超細(xì)礦渣粉的摻量;6)對(duì)于最小截面尺寸小于150 mm的構(gòu)件混凝土(例如現(xiàn)澆樓板混凝土)，宜采用較小坍落度，超細(xì)礦渣粉宜采用較小摻量;7)對(duì)早期強(qiáng)度要求較高或環(huán)境溫度較低條件下施工的混凝土，超細(xì)礦渣粉宜采用較小摻量。

2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)步驟

具體設(shè)計(jì)步驟與普通配合比設(shè)計(jì)步驟一樣，把超細(xì)礦渣粉按照水泥來(lái)處理，前提是必須做流動(dòng)度比和活性指數(shù)。

2.3 混凝土配合比驗(yàn)證

配合比設(shè)計(jì)完成后必須用24 L的混凝土強(qiáng)制攪拌機(jī)攪拌混凝土，進(jìn)行驗(yàn)證，最終得出最佳混凝土配合比。

2.4 超細(xì)礦渣粉在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

1)摻超細(xì)礦渣粉的混凝土，宜采用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，當(dāng)采用其他品種水泥時(shí)，應(yīng)了解水泥中混合材的品種和摻量，并通過(guò)系統(tǒng)試驗(yàn)確定超細(xì)礦渣粉的摻量。

2)摻礦物摻合料后混凝土的放射性核素的放射性比活度應(yīng)滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6566建筑材料放射性核素限量的規(guī)定，此條為強(qiáng)制性條文。

3)制備混凝土?xí)r，宜采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，并適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，超細(xì)礦渣粉的計(jì)量應(yīng)按重量計(jì)，每盤(pán)計(jì)量允許偏差不應(yīng)超過(guò)±2%，混凝土運(yùn)送到澆筑點(diǎn)時(shí)，應(yīng)不分層、不離析，并應(yīng)保證施工要求的工作性和均勻性。

4)摻用多種礦物摻合料時(shí)，應(yīng)經(jīng)過(guò)充分試驗(yàn)驗(yàn)證之后再行使用。

3 結(jié)語(yǔ)

超細(xì)礦渣粉能有效地改善混凝土的力學(xué)性能和耐久性，在高速鐵路領(lǐng)域，已用于京滬高鐵、哈大高鐵、太中銀客運(yùn)專線等，有效地解決了混凝土生產(chǎn)中混凝土外觀差、易開(kāi)裂、易產(chǎn)生微裂紋和斷板的缺陷;在高強(qiáng)混凝土領(lǐng)域更是解決了C80以上混凝土的實(shí)際配制難度大的問(wèn)題，是國(guó)家提倡使用的節(jié)能綜合利用產(chǎn)品。在未來(lái)混凝土運(yùn)用上必將更廣泛、更有效。

［1］ 丁義海.粉煤灰混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)特性研究［J］.山西建筑，2010，36(3)：185-186.