矿渣微粉对混凝土性能的影响以及实际应用

1矿渣微粉对混凝土性能的影响以及实际应用玉溪新平永发新型建材有限公司矿渣的全称是粒化高炉矿渣。它是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣，在高炉炼铁过程中，生成了以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物浮在铁水表面，定期从排渣口排出，经过空气或水急冷处理，形成粒状颗粒物，这就是粒化高炉矿渣。矿渣微粉是将符合GB/T203标准规定的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨(或添加少量石膏一起粉磨)达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。(矿渣微粉磨时允许加入助磨剂，加入量不得大于矿渣微粉质量的1%)，这就是矿渣微粉。矿渣微粉的意义作用：矿渣微粉具有潜在的水硬性和较强的混凝土活性，是水泥和混凝土的优质掺合料。随着粉磨工艺技术的发展及预拌混凝土的兴起，超细矿渣微粉得以广泛应用。自八十年代以来，英、美、加、日、法、澳等国相继制定了国家标准，使矿渣微粉的应用得到有序的发展，我国在多年研究的基础上，也于2000年4月发布、12月开始实施国家新标准GB/T18046-2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣微粉》，必将促进我国矿渣粉的推广使用和提高混凝土的性能及质量。矿渣微粉用于配制预拌混凝土，不但可以高比例的等量替代水泥(一般可代替30%～50%的水泥)，而且可以大大改善混凝土的性能，如泌水少、流动度和可塑性好，水化热降低，有利于防止大体积混凝土内部温升引起的裂缝和变形。掺有矿渣微粉的硬化混凝土具有良好的抗硫酸盐、抗氯盐、抗碱性能，并且能大幅度提高长期强度，具有良好的耐久性，可达到节能、降本、环保、利废的目的，已越来越多地应用于各类重点建设工程。1矿渣微粉对混凝土性能的影响1.1矿渣微粉对混凝土强度的影响在标准养护条件下，水泥硬化28天后，矿渣微粉仍继续水化，发挥强度效应，其强度增长幅度在14%～38%，并与矿渣微粉的比表面积呈负相关(见表1)。表1矿渣微粉水泥胶砂强度发展备注：我公司生产的95矿渣微粉比表已经达到430-450m²/kg21.2矿渣微粉对混凝土耐久性的影响混凝土在硬化过程中，水泥水化反应产生大量的水化热，而混凝土的内部和表面散热速度不一样，致使形成较大的温差，就会导致混凝土不均匀温度变形而产生拉应力，一旦拉应力超过混凝土即时的抗拉强度，就会在混凝土内部或表面产生裂缝，是混凝土早期开裂的主要因素之一，这种裂缝通常是贯穿性有害裂缝，对混凝土的耐久性非常不利。根据《高炉矿渣微粉生产技术及开发应用研究》资料中实测数据，矿渣微粉能降低水泥水化热峰温值3～4℃，延迟峰温出现的时间(见表2)。表2S95级矿渣微粉对水泥水化热的影响由表中可以看出，混凝土中掺加矿粉可降低浆体的水化热，掺量小于50%时，水化热降低不明显。当达到70%掺量时，3d、7d的水化热明显降低。1.3矿渣微粉提高混凝土的抗渗性能矿渣微粉的主要化学成分有SiO2、AI2O3等，具有超高活性，将其作为掺合料掺入水泥混凝土中，这些活性的SiO2、AI2O3即可与水泥中C2S水化产生的Ca(OH)2反应，进一步形成水化硅酸钙产物，填充于水泥混凝土的孔隙中，大幅度提高水泥混凝土的致密度，从而改善孔结构，减少孔隙率并减少最大孔径的尺寸，使混凝土形成了密实充填结构和细观层次的自紧密堆积体系，达到提高混凝土的抗渗性能，水渗透系数得到明显降低(见表3)。同时也防止产生泌水、离析的现象。表3矿渣微粉混凝土水渗透系数试验结果注：通混凝土的水渗透系数一般为1×10-9cm/s1.4矿渣微粉对混凝土工作性能的影响商品混凝土要求有很好和易性和可泵送性，在水泥水化初期，矿渣微粉分布并包裹3在水泥颗粒的表面，起到了延缓和减少水泥初期水化物相互搭接的隔离作用。由于矿渣微粉掺入，降低了新拌混凝土的屈服应力，使屈服应力在较长时间内在较低水平，及矿渣微粉的高比表面积具有优越于水泥的保水效果，减缓水份的蒸发速度。因此，使坍落度经时损失有所改善。在同样混凝土配合比及掺用同样高效减水剂的情况下，矿渣混凝土的坍落度经时损失比普通混凝土小，有利于商品混凝土的泵送施工。2矿渣微粉的经济效益以及在商品混凝土的应用矿渣微粉是对炼铁废渣的二次开发，是一项利废工程。按年产100万吨矿渣微粉计，每年可节约大量废渣堆积土地，并减少废渣对土地的改性污染。矿渣微粉可等量替代混凝土中的水泥用量，而水泥在生产过程中要向空气中排放大量CO2。据统计，每生产1吨水泥熟料要向大气排放1吨CO2，按每年100万吨矿渣微粉等量替代水泥计，可减少100万吨CO2排放量，大大减轻了大气层中CO2的累积量，对减轻地球温室效应起了一定的作用。矿渣微粉产生的经济效益：⑴节约能源。据统计，每生产1kg水泥熟料需消耗4180KJ的热量和约0.065KWH的电力，按年产100万吨矿渣微粉替代水泥计，每年可节约8.571万吨标煤和39×106KWH电力。⑵适用范围及市场前景。随着我国经济的发展，商品混凝土的需求量越来越大。矿渣微粉作为掺合料，不但能降低混凝土的成本(每方约降低5～20元)，经济价值可观，而且能有效利用矿渣资源，解决环保问题，完全符合可持续发展的思想和战略。同时，对混凝土来说，具有良好的能长期保持的力学性能、水化温峰小且延迟、体积稳定性好等特性。矿渣微粉作为掺合料在混凝土中的应用将会有良好的前景。⑶商品混凝土应用效益分析①用于普通水泥混凝土等量替代水泥可节省水泥用量，降低混凝土成本；见下表举例测算（仅供参考）标号水泥矿渣微粉材料费用价差用量单价金额用量单价金额C30100%340300102000102C3075%25530076.525%8527022.9599.452.55C3070%23830071.430%10227027.5498.943.06C30100%380300114000114C3075%28530085.525%9527025.65111.152.85C3070%26630079.830%11427030.78110.583.424C30100%398300119.4000119.4C3075%298.530089.5525%99.527026.865116.42.985C3070%278.630083.5830%119.427032.238115.83.582C35100%443300132.9000132.9C3575%332.2530099.67525%110.7527029.9025129.573.3225C3570%310.130093.0330%132.927035.883128.9133.987标号水泥矿渣微粉材料费用价差用量单价金额用量单价金额C301.00340.0360.0122.40.00.00.0122.4C300.75255.0360.091.80.385.0270.023.0114.87.7C300.70238.0360.085.70.3102.0270.027.5113.29.2C301.00380.0360.0136.80.00.00.0136.8C300.75285.0360.0102.60.395.0270.025.7128.38.6C300.70266.0360.095.80.3114.0270.030.8126.510.3C301.00398.0360.0143.30.00.00.0143.3C300.75298.5360.0107.50.399.5270.026.9134.39.0C300.70278.6360.0100.30.3119.4270.032.2132.510.7C351.00443.0360.0159.50.00.00.0159.5C350.75332.3360.0119.60.3110.8270.029.9149.510.0C350.70310.1360.0111.60.3132.9270.035.9147.512.0②可有效抑制水泥混凝土的碱骨料反应，显著提高水泥混凝土的抗碱骨料反应性能，提高水泥混凝土的耐久性；③可有效提高水泥混凝土的抗海水浸蚀性能，特别适用于抗海水工程；④可显著减少水泥混凝土的泌水量，改善水泥混凝土的和易性；⑤可显著增加水泥混凝土的致密度，改善水泥混凝土的抗渗性；⑥可显著降低水泥混凝土的水化热，适用于配制大体积混凝土。3矿渣微粉在商品混凝土应用中应注意的问题3.1要严格控制矿渣微粉的细度由于矿渣微粉较难磨细，要长期稳定控制在国家标准范围内有一定难度，所以一定要加强检测矿渣微粉的细度。一旦矿渣微粉的细度大幅度降低，会给混凝土带来很多的问题，如粘聚性下降、出现离析和泌水、凝结时间过长、早期强度降低，甚至28天强度也会有不同程度降低。53.2要注意矿渣微粉的掺量⑴“单掺”矿粉时，可按等量取代原则并根据以下方法确定矿粉的合适掺量：①对于地上结构以及有较高早期强度要求的混凝土结构，掺量一般为20%～30%；②对于地下结构、强度要求中等的混凝土结构，掺量一般为30%～50%；③对于大体积混凝土或有严格温升限制的混凝土结构，掺量一般为50%～65%；④对于有较高耐久性能要求的特殊混凝土结构(如海工防腐蚀结构、污水处理设施等)，掺量可达50%～70%。⑵采用“双掺”粉煤灰和矿粉时，由于受粉煤灰掺量和质量波动的影响很大，只能根据上述基本原则，通过具体试验确定各组份正确的掺加量。3.3要注意矿渣微粉混凝土的养护当养护温度适宜、湿度较大时。混凝土中水分蒸发少，水化充分，孔隙率及孔隙平均尺寸减小，因此良好的养护是混凝土强度、耐久性能的发展是非常重要的条件。而掺量(如30%～40%)以上矿粉混凝土对早期养护条件非常敏感，应有严格要求。⑴早期养护应在混凝土终凝前进行(如喷洒养护剂、覆盖湿麻布或塑料布等)；⑵水养护时间至少为7天；⑶当掺量达50%以上时，水养护期应延长至14天。4结束语随着建筑工业的发展，建筑材料的需求量日趋增大，而传统建材在生产上一直存在着严重的弊端,即原材料需大量消耗土壤和矿产资源,结果造成能源浪费和自然环境的破坏。矿渣应用于建筑材料，不仅有利于解决环保和节能问题，而且对提高建筑材料的性能尤其是材料的耐久性。而对于商品混凝土搅拌站而言，这种矿粉的出现给我们配制混凝土带来了很大的方便，随着矿粉研究和应用的不断深入，混凝土质量会逐步改善。同时，矿粉的应用，可以克服仅掺粉煤灰时取代水泥量有限的弱点，可以进一步降低水泥用量，不仅可以改善混凝土耐久性，同时降低混凝土成本，节约能源，改善环境。