礦粉混凝土在工程實(shí)踐中的研究

張 雷

（四川廣元西南商品混凝土有限公司， 四川 廣元 628001）

主題詞：礦粉；混凝土；研究

1 礦粉的認(rèn)識(shí)和開發(fā)應(yīng)用礦粉混凝土的意義

優(yōu)質(zhì)礦粉合理地應(yīng)用于混凝土，不僅能代替部分水泥節(jié)約成本，而且其特有的性能可以有效地改善混凝土的性能。開發(fā)礦粉混凝土，主要是基于對(duì)礦粉的以下的認(rèn)識(shí)，來(lái)實(shí)現(xiàn)礦粉在建筑工程中的應(yīng)用。

(一)改善混凝土的工作性

商品混凝土大多是泵送混凝土，混凝土中摻入礦粉后，拌合物凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)、坍落度損失小、流動(dòng)性和保水性得到明顯改善，漿體對(duì)粗骨料的包裹明顯加強(qiáng)，在泵送和澆筑過(guò)程中，施工性能改善，施工速度加快，設(shè)備磨損減小。

(二)提高混凝土的耐久性

混凝土摻入礦粉，一方面可以補(bǔ)償細(xì)骨料的不足，中斷砂漿基體中泌水渠道的連續(xù)性，另一方面，礦粉本身沒有強(qiáng)度，但是當(dāng)?shù)V粉和水泥結(jié)合在一起的時(shí)候，礦粉的細(xì)微顆粒會(huì)均勻分布在水泥顆粒之中，發(fā)生火山灰反應(yīng)生成二次 C—S—H凝膠，可以填充孔隙，從而使混凝土更加密實(shí)。在大體積混凝土中摻入礦粉，可以使混凝土單位體積的水化熱降低，水化熱高峰推遲，從而防止混凝土產(chǎn)生溫度裂紋。

(三)改善混凝土的力學(xué)性能

礦粉對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，優(yōu)質(zhì)礦粉可以減少單位體積混凝土的用水量提高強(qiáng)度；第二，礦粉的摻入可以分散水泥顆粒，使水泥水化反應(yīng)更加充分，提高水泥漿體的密實(shí)度，使混凝土中骨料和與水泥漿的界面膠結(jié)力增強(qiáng)，提高界面強(qiáng)度；第三，礦粉對(duì)混凝土的抗彎拉強(qiáng)度明顯優(yōu)于普通混凝土。

2 礦粉混凝土的設(shè)計(jì)和開發(fā)方案

(一)按“等稠度，等強(qiáng)度”原則

在混凝土中摻入礦粉的方法有三種方法：一是全部取代水泥，二是部分取代水泥部分取代細(xì)骨料，三是既不取代水泥也不取代細(xì)骨料。按經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的原則，一般都是采用礦粉部分取代水泥。我們按照GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》，GB/T50107—2010《混凝土強(qiáng)度評(píng)定方法》，GB50204-2015《結(jié)構(gòu)混凝土施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，以基準(zhǔn)混凝土配合比為基礎(chǔ)，按照“等稠度，等強(qiáng)度”原則，用等量取代法進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整。

(二)配合比設(shè)計(jì)

根據(jù) GB/T18046—2008、GB/T50107—2010、GB50204-2015等規(guī)范的要求，結(jié)合公司的生產(chǎn)設(shè)備、質(zhì)量技術(shù)水平和施工單位的實(shí)際操作水平，礦粉混凝土按以下基本參數(shù)進(jìn)行配合比的設(shè)計(jì)。

3.1 混凝土拌合物初始坍落度200—220mm，擴(kuò)展度（流動(dòng)度）520—560mm，1h后擴(kuò)展度在500mm以上。

3.2 礦粉混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差C25及以下按3—4MPa設(shè)定，C30及以上按5—8Mpa設(shè)定，7d混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上。

3.3 利用高性能減水劑減水率大的特點(diǎn)，盡可能降低水膠比。

3.4 礦粉的取代率：C25及以下強(qiáng)度等級(jí)按15--20%，C30及以上強(qiáng)度等級(jí)按20—25%。

3.5 C25及以下強(qiáng)度等級(jí)用中細(xì)砂，以增強(qiáng)混凝土的保水性能，C30- C45以上強(qiáng)度等級(jí)盡可能用中砂，C50以上強(qiáng)度等級(jí)盡可能用粗砂以降低混凝土的黏度。

3 礦粉混凝土的試配

(一) 原材料及技術(shù)要求

1.1 水泥

選用川煤牌P.O42.5R水泥，對(duì)水泥的技術(shù)要求：比表面積≥340m2/Kg，需水量≤135.0ml，初凝≥200min，終凝≤300 min，3d抗折強(qiáng)度≥4.5Mpa，28d抗折強(qiáng)度≥8.0Mpa，3d抗壓強(qiáng)度≥25.0Mpa，28d抗壓強(qiáng)度≥47.0Mpa。

1.2 礦粉

選用漢中漢鋼 S95級(jí)礦粉，對(duì)礦粉的技術(shù)要求：密度≥2.8g/cm3,比表面積≥420m2/kg，LOSS≤2.0%，SO3≤1.5%,流動(dòng)度比≥95%，7d活性指數(shù)≥75%,28d活性指數(shù)≥95%。

1.3 粗集料（碎石）

選用廣元昭化河段的 5-25mm碎石，其主要技術(shù)指標(biāo)要求：表觀密度≥2600Kg/m3，松散堆積密度≥1500Kg/m3，空隙率≤45%，含泥量≤1.0%，針片狀含量≤0.5%。

1.4 細(xì)集料（機(jī)砂）

選用廣元昭化河段的機(jī)制中砂，其主要技術(shù)指標(biāo)要求：表觀密度≥2500Kg/m3，松散堆積密度≥1500Kg/m3，空隙率≤42%，石粉含量≤10.0%，細(xì)度模數(shù)2.4-3.1。

1.4 減水劑

選用廣元誠(chéng)凱利高性能能減水劑（CKL-3），要求與水泥的適應(yīng)性強(qiáng)，坍落度損失小，其主要技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)：減水率≥25%：初始凈漿流動(dòng)度≥240mm，60min≥240 mm；混凝土坍落度保留值：初始≥220mm, 60min≥210mm,120min≥180mm，1h經(jīng)時(shí)變化量≤30 mm；混凝土抗壓強(qiáng)度比：7d≥140%，28d≥130%。

(二)礦粉混凝土的試配

根據(jù)混凝土的有關(guān)設(shè)計(jì)、控制和檢驗(yàn)、評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合公司材料的變化、質(zhì)量控制水平和施工實(shí)際，考慮到建筑物特征、施工環(huán)境和氣候、施工工藝，采用多次正交試驗(yàn)，以C35泵送礦粉混凝土為例進(jìn)行說(shuō)明，試配配合比主要技術(shù)參數(shù)和部分試配結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表1：

4 礦粉混凝土的工程應(yīng)用

截止目前，本公司已生產(chǎn)礦粉混凝土33.4萬(wàn)立方米左右，主要用于鳳凰唐城一期、恒昌·如意湖畔、廣元市利州區(qū)軍民融合產(chǎn)業(yè)園赤化PPP項(xiàng)目等67個(gè)大大小小的工程項(xiàng)目。在實(shí)際的工程實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)礦粉混凝土的工作性能良好，在礦粉取代率小于 25%，坍落度控制在合理的范圍內(nèi)，與基準(zhǔn)混凝土相比，礦粉混凝土的強(qiáng)度是有保證的，完全能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)混凝土的要求。

工程實(shí)際應(yīng)用中，混凝土工作性能良好。在施工現(xiàn)場(chǎng)采取試件，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，然后進(jìn)行混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)，對(duì)采取的56組試件進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，7d抗壓強(qiáng)度平均值：32.7Mpa，28d抗壓強(qiáng)度平均值：40.9 Mpa，28d最大值：43.7Mpa，28d最小值：35.3Mpa，標(biāo)準(zhǔn)偏差：3.3%。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50107-2010《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，采取的試件經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天后檢測(cè)100%合格；按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50164-2011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，生產(chǎn)管理水平達(dá)到優(yōu)良，滿足了工程設(shè)計(jì)要求。

5 配制生產(chǎn)礦粉混凝土的體會(huì)

通過(guò)試配試驗(yàn)和工程實(shí)際應(yīng)用，礦粉混凝土的生產(chǎn)是成功的，配合比設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制是令人滿意的，礦粉混凝土抗壓強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果是理想的。從配合比設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制和澆筑養(yǎng)護(hù)來(lái)看，主要有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和體會(huì)：

(一)加強(qiáng)對(duì)礦粉質(zhì)量的控制，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)礦粉混凝土的前提。

礦粉的質(zhì)量對(duì)混凝土的影響很大，因此，礦粉進(jìn)廠必須車車檢驗(yàn)，觀測(cè)礦粉顏色，檢測(cè)礦粉的燒失量、流動(dòng)度比，根據(jù)礦粉的流動(dòng)度比和燒失量檢測(cè)結(jié)果，確定粉煤灰所入庫(kù)號(hào)或拒絕入庫(kù)。觀測(cè)礦粉的顏色是檢查礦粉質(zhì)量最簡(jiǎn)單、最直觀的方法。

(二)礦粉的取代率應(yīng)在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，才能發(fā)揮礦粉作用。

從表1可以看出，使用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，用礦粉取代部分水泥，在取代率不超過(guò) 25%的范圍內(nèi)，隨著礦粉的摻量提高，砼強(qiáng)度不但沒有下降還略有提高。

在試配試驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)，礦粉混凝土的和易性與礦粉的取代率關(guān)系密切，但取代量的多少對(duì)延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間、對(duì)坍落度的經(jīng)時(shí)損失明顯有利，混凝土摻入磨細(xì)礦粉后能延緩膠凝材料的水化速度，使混凝土的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，這一性質(zhì)對(duì)高溫季節(jié)混凝土的輸送和施工有好處。在取代部分砂，即降低砂率的情況下，對(duì)強(qiáng)度的提高有利。

(三)礦粉混凝土的水膠比對(duì)強(qiáng)度的影響十分明顯。

在我們的試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，用礦粉取代部分水泥，如果不降低水膠比，也就是不減少混凝土的單位用水量，礦粉混凝土的工作性能雖然很好，但強(qiáng)度卻明顯下降。礦粉混凝土的水膠比應(yīng)比基準(zhǔn)混凝土的水灰比降低0.03—0.05，即單位用水量降低8—12kg，，才能使礦粉混凝土與基準(zhǔn)混凝土實(shí)現(xiàn)“等強(qiáng)度”；在礦粉取代率、砂率選取合理的情況下，使用減水率大的減水劑（泵送劑），礦粉混凝土單位用水量降低 8—12kg，也能夠與基準(zhǔn)混凝土實(shí)現(xiàn)“等稠度”。因此，礦粉混凝土應(yīng)盡可能降低水膠比，來(lái)保證強(qiáng)度和耐久性，同時(shí)低水膠比，也是配制高強(qiáng)混凝土的必由之路。