礦渣粉高性能混凝土在水利工程中的應(yīng)用

(新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，新疆 伊寧 835000)

礦渣粉高性能混凝土在水利工程中的應(yīng)用

趙建明

(新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局，新疆 伊寧 835000)

礦渣粉具有很好的活性，摻入混凝土中能夠改善混凝土結(jié)構(gòu)，減少水泥用量，降低水化熱，抑制骨料堿活性反應(yīng)，是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的混凝土摻合料。摻入適量礦渣粉能夠配制滿足設(shè)計(jì)、施工要求的高性能混凝土。

高性能混凝土；礦渣粉；應(yīng)用

1 工程概況

新疆伊犁北岸干渠工程為Ⅰ等大(1)型工程，渠道全長(zhǎng)127.14km，設(shè)計(jì)流量55.50m3/s，加大流量62m3/s。渠道某標(biāo)段為隧洞工程，隧洞全長(zhǎng)4795m,為無(wú)壓明流隧洞，縱坡1/2200,隧洞選擇馬蹄形斷面,斷面尺寸6.20m×6.20m，襯砌厚度0.80m。隧洞工程主要包括隧洞進(jìn)口明渠、隧洞進(jìn)口漸變段、隧洞洞身、隧洞出口暗涵、隧洞出口矩形槽、隧洞施工支洞。

隧洞工程混凝土施工區(qū)域?yàn)閲?yán)寒地區(qū)，多年年平均氣溫8.20～11.70℃，極端最低氣溫-32.60℃，最大凍土深度60～130cm；極端最高氣溫40.60℃，無(wú)霜期140～160天。隧洞混凝土襯砌采用泵送法施工，隧洞進(jìn)口及出口段混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)為C25F300W6，洞身段混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)為C25F200W6，均為二級(jí)配混凝土。

2 礦渣粉性質(zhì)及作用

礦渣粉是將煉鐵高爐排出的水淬礦渣外加少量助磨劑經(jīng)超細(xì)粉磨后而得到的一種粉末狀產(chǎn)品。礦渣含有較多的CaO，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。由于礦渣粉一般都磨得比水泥細(xì)以及其表面的玻璃質(zhì)，可起到填充水泥顆粒間隙的微集料作用，從而改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，降低混凝土孔隙率，能夠減少混凝土的水和水泥用量，降低混凝土水化熱，易于拌制出和易性好的高性能混凝土。

新疆天然砂礫石料儲(chǔ)量豐富，混凝土用骨料基本采用天然料場(chǎng)經(jīng)篩分、水洗后的天然骨料，但新疆天然砂、骨料普遍具有潛在堿活性，混凝土中適量摻入礦渣粉、粉煤灰等摻合料可以抑制混凝土中骨料堿活性反應(yīng)，提高混凝土耐久性和使用壽命。根據(jù)礦渣粉抑制骨料堿活性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，礦渣粉摻量在20%以上時(shí)，即可抑制骨料堿活性反應(yīng)。

礦渣粉能夠改善混凝土性能，發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)、環(huán)保作用，拓展了混凝土種類，應(yīng)用前景廣闊。

3 礦渣粉高性能混凝土配合比

3.1 配合比原材料

3.1.1 水泥及礦渣粉

隧洞工程使用的水泥為伊犁當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的普通硅酸鹽42.5水泥，其物理力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，礦渣粉也為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)品，其技術(shù)性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 所用普通硅酸鹽42.5水泥物理力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

表2 所用礦渣粉技術(shù)性能檢驗(yàn)結(jié)果

由檢驗(yàn)結(jié)果可知：所用普通硅酸鹽42.5水泥所檢項(xiàng)目滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)中的技術(shù)指標(biāo)要求；所用礦渣粉技術(shù)性能檢驗(yàn)結(jié)果滿足《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》(GB/T 18046—2008) 中S75級(jí)技術(shù)指標(biāo)要求。

3.1.2 砂石骨料及外加劑

配合比所用粗、細(xì)骨料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)所檢項(xiàng)目，均滿足《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144—2001)技術(shù)指標(biāo)要求；高效減水劑、引氣劑性能指標(biāo)均滿足《混凝土外加劑》(GB 8076—2008)中合格品的技術(shù)要求。

3.2 礦渣粉摻量的選定

結(jié)合C25F300W6混凝土配合比水膠比的選定，采用不同的水膠比，每個(gè)水膠比分別選取30%和40%兩個(gè)摻量，對(duì)拌和物性能及抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3混凝土拌和物性能及抗壓強(qiáng)度結(jié)果可以看出：在用水量、水膠比、砂率等配合比參數(shù)相同的情況下，30%礦渣粉摻量混凝土7天、28天抗壓強(qiáng)度高于40%礦渣粉摻量的強(qiáng)度。從強(qiáng)度結(jié)果分析，30%礦渣粉摻量?jī)?yōu)于40%礦渣粉摻量；40%礦渣粉摻量混凝土坍落度略大于30%摻量的，礦渣粉為玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)，摻入混凝土中能夠增大混凝土的流動(dòng)性。

表3 混凝土拌合物性能及強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3.3 隧洞工程進(jìn)口及出口段推薦混凝土配合比

隧洞工程進(jìn)口及出口段推薦混凝土配合比見(jiàn)表4。

3.4 隧洞工程進(jìn)口及出口段推薦混凝土配合比耐久性能

隧洞工程進(jìn)口及出口段推薦混凝土配合比耐久性能見(jiàn)表5。

表4 隧洞工程進(jìn)口及出口段推薦混凝土配合比

表5 隧洞工程進(jìn)口及出口段推薦混凝土配合比耐久性能

混凝土為連續(xù)級(jí)配的顆粒堆積體系，粗集料間隙由細(xì)集料填充，細(xì)集料間隙由水泥顆粒填充，水泥顆粒之間的間隙則由更細(xì)的顆粒填充。礦渣粉可起到填充到水泥顆粒間隙的微集料作用，從而改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，降低孔隙率，使混凝土形成了密實(shí)充填結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗?jié)B性能。

礦渣中主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3和CaO，高活性的SiO2、Al2O3可與水泥中C3S和C2S水化產(chǎn)生的Ca(OH)2反應(yīng)，進(jìn)一步形成水化硅酸鈣產(chǎn)物，填充到水泥混凝土的孔隙中，大幅度提高混凝土的致密度，同時(shí)將強(qiáng)度較低的Ca(OH)2晶體轉(zhuǎn)化成強(qiáng)度較高的水化硅酸鈣凝膠，提高混凝土的強(qiáng)度。混凝土中摻入引氣劑在混凝土中形成微小封閉氣孔可以阻斷混凝土中水的通道，進(jìn)一步提高混凝土抗凍性能，摻入適量礦渣粉，提高混凝土密實(shí)度，同時(shí)引入適量氣體阻斷水的通道，形成內(nèi)部相對(duì)密實(shí)、水不易進(jìn)入混凝土內(nèi)的結(jié)構(gòu)，抗凍性能更高。低水膠比有利于礦物摻合料發(fā)揮作用，可配制抗凍指標(biāo)達(dá)到F300的高性能混凝土。

4 注意事項(xiàng)

a.礦渣粉混凝土黏性大，但抗離析能力相應(yīng)下降，應(yīng)選擇合適的礦渣粉摻量、砂率以保證混凝土施工及工作性能。

b.摻入高效減水劑可以降低混凝土用水量及膠凝材料用量，高效減水劑摻量不宜超過(guò)最優(yōu)摻量，摻量過(guò)高礦渣粉混凝土容易出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。

c.水泥原料中摻入適量礦渣粉作為礦物摻合料，不僅可以增加水泥比表面積及強(qiáng)度，而且可以降低成本。目前許多水泥廠都在水泥原料中摻入一定比例的礦渣粉，在確定混凝土配合比及選定礦渣粉摻量時(shí)要考慮這一因素。

5 結(jié) 語(yǔ)

礦渣粉作為一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保型的混凝土摻合料，能夠降低混凝土成本，降低水化熱，改善混凝土性能，配制出和易性好的高性能混凝土。目前，礦渣粉混凝土在水利工程施工中已得到成功應(yīng)用，應(yīng)用前景廣闊。

張偉軍，等.高性能混凝土的應(yīng)用與混凝土耐久性的發(fā)展[J].建筑材料及制品，2007(2).

ApplicationofSlagPowderHighPerformanceConcreteinWaterConservancyProject

ZHAO Jian-ming

(XinjiangYiliRiverBasinDevelopmentandConstructionAuthority,Yining835000,China)

Slag powder has good activity, which can improve concrete structure, reduce cement dosage, lower heat of hydration, and inhibit aggregate alkali activity reaction by being mixed in concrete. It belongs to economic and environment-friendly concrete mixture. High performance concrete meeting design and construction requirements can be prepared by mixing suitable amount of slag powder.

high performance concrete; slag powder; application

TV431

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1673-8241(2014)03-0010-03