矿渣粉在高性能混凝土中的试验研究

·技术参考·-16-矿渣粉在高性能混凝土中的试验研究盖永丰1戴民2张敬会3（1沈阳双兴集团双力工程检测有限公司，辽宁沈阳110001；2沈阳建筑大学，辽宁沈阳110168；3辽宁万利商品混凝土有限公司，辽宁沈阳110026）【摘要】本文研究了矿渣粉细度和掺量对高性能混凝土的强度、抗渗、抗冻融等性能的影响。试验表明：矿渣越细，早期强度越高，但对后期强度的影响逐渐变小；随着矿渣粉掺量增加，3d、7d强度明显降低，28d强度在掺量30%时最大，对后期强度影响逐渐变小。掺入20%～40%矿渣粉配制的高性能混凝土具有良好的施工性能和优异的耐久性能。【关键词】矿渣粉细度高性能混凝土耐久性工作性【中图分类号】TU528.2【文献标识码】A【文章编号】1002-3550(2005)07-0067-041前言随着科学技术和建筑业的发展，社会对建筑材料提出更高要求，不仅要满足设计要求、施工可行性，还要遵循可持续发展的战略要求。因而在保证混凝土强度要求的前提下，合理选择优质掺合料，最大限度地降低水泥用量，是改善混凝土诸多技术性能的有效途径，也是高性能混凝土需要重点研究和解决的课题。从目前我国的行业发展情况来看，大多数的高强混凝土工程使用的混凝土强度等级多为C60，本文重点研究矿渣粉细度和掺量对高性能混凝土C60的性能影响。2试验用原材料水泥：选用小野田的P.Ⅱ42.5R水泥，物理性能如表1所示。矿渣粉：选用鞍山钢铁公司生产的矿渣粉，化学成份及质量指标如表2所示：表1水泥的物理性能水泥标号表面积标准稠度用水量凝结时间抗压强度/MPa抗折强度/MPa/（m2/kg）/%初凝终凝3d28d3d28dP.Ⅱ42.5R36528．22h30min3h26min29．557．85．719．25表2鞍钢矿渣粉的化学成份化学成份SiO2Fe2O3Al2O3TiO2CaOMgOMnO其他质量系数K含量/%37．051．099．580．6343．875．680．411．691．6根据GB203-1994标准，鞍钢水淬矿渣粉属高活性矿渣，适宜用作配制高强、高性能混凝土。粗骨料：选用辽宁地区辽阳产碎石，粒径5mm～25mm，洁净，级配良好，含泥量1%，压碎指标4.95%。表观密度2760kg/m3，堆积密度1600kg/m3。细骨料：选用浑河中砂，细度模数2.70，Ⅱ区级配，洁净，含泥量2%，表观密度2605kg/m3，堆积密度1430kg/m3。外加剂：高效减水剂NST，减水率20%～25%。水：饮用水。3掺矿渣微粉的配合比配制矿渣微粉混凝土配合比设计的基本原则是：保证混凝土所要求的强度、耐久性及保·技术参考·-17-证工作性的前提下，选择适宜的细度和掺量，尽可能降低水泥用量。根据已研制成功的其它细掺料配制高性能混凝土的经验及性能研究［1～3］，在选择配合比时，不再对外加剂掺量，水胶比、砂率、骨胶比等参数进行试验，而着重对矿渣微粉的掺量和细度对强度的影响进行研究。3.1矿渣粉细度对强度的影响分别用比表面积约为400mg2/kg、500mg2/kg、600mg2/kg三种细度的矿渣微粉按照水泥：矿渣粉=3：2进行胶砂试验，砂浆搅拌、成型、养护及抗压强度试验按照GB/T17671-1999进行，为消除试验的偶然误差，其每个试验方案做3次取平均值，其三种比表面积矿渣粉的砂浆强度与基准砂浆强度比结果如图1所示。图1矿渣粉细度对强度的影响304050607080900202530354045矿渣掺量/%抗压强度/MPa3d7d28d60d从中可以看出，随着矿渣粉比表面积的增加，强度呈上升趋势，28d都高于基准砂浆抗压强度。比表面积越大早期强度越高，但对后期强度的影响逐渐变小。3.2掺量对强度的影响原则上矿粉细度越大,增强效果越好。但由于矿渣较难磨细，考虑磨机效率和成本，及针对我国现状水泥的实际情况，混凝土中必须掺加矿渣细粉（420m2/kg～450m2/kg）等优质掺合料，但细度不宜过高［4］，我们采用S95级［5］（比表面积约为430m2/kg）矿渣微粉进行试验。混凝土配合比用量见表3，掺量在20%～45%之间变化时，由图2可见，随着掺量的增加，3d、7d强度明显降低，但7d～28d抗压强度增长率明显提高，28d强度在掺量30%时出现最大值，到60d时强度相差不大，所以矿渣粉是配制高性能混凝土的优质掺合料。图2掺量对抗压强度的影响60801001201403天7天28天60天龄期/d强度比/%400500600折线图4·技术参考·-18-表3混凝土配合比编号水胶比矿粉掺量外加剂砂率1m3混凝土各项材料用量/kg/%/%/%水水泥矿粉砂碎石基准0.2901.3381565356611078A0.29201.3381564281076611078B0.29251.3381564011346611078C0.29301.3381563741616611078D0.29351.3381563481876611078E0.29401.3381563212146611078F0.29451.33815629424166110784混凝土拌合物性能试验国内工程同类型混凝土施工经验认为，当混凝土拌合物的坍落度＞180mm，扩展度＞460mm时具有良好的可泵性［6］。随着混凝土拌合物中矿粉的增加，矿粉明显改善拌合物的流动性，经过对不同掺量混凝土坍落度、扩展度的测定，全部满足经验值；表4中C、E两组坍落度和扩展度2小时内损失不大于10%（见图3和图4），可见保塑性良好。对于粘聚性常采用倒置的坍落度筒加活动底盖，使用时将拌合物装满仪器，打开底盖，用秒表测定拌合物全部流出的时间，以坍落度为基础，辅助扩展度和混凝土流出时间进行综合分析，可以对高性能混凝土和易性做出科学的评价。我们用此方法进行了大量试验，结果表明，坍落度在180mm～240mm之间，流出时间在10s～20s之间，扩展度大于460mm时，拌合物具有良好的和易性，便于泵送。通过表4中混凝土拌合物坍落度、扩展度、流出时间评定，掺矿渣微粉20%～40%的高性能混凝土和易性良好。图3坍落度的经时损失18019020021022023000.511.52时间/h坍落度/mmC组E组图4扩展度经时损失47048049050051052053000.511.52时间/h扩展度/mmC组E组·技术参考·-19-表4试验结果编号坍落度扩展度流出时间泌水容重抗压强度/MPa/mm/mm/S/（g/cm3）3d7d28d60d基准18547019无243547.858.569.478.8A19047018无243145.256.475.785.6B21049014无238343.654.877.286.1C22052011无244340.651.382.487.6D22053011无245638.349.479.887.2E21551515无244936.147.877.586.8F21052016极少246034.844.375.685.65硬化混凝土的性能试验根据以上数据,选用掺入30%矿粉的C60混凝土的物理、力学性能进行研究。以下试验均采用表3中C组配合比进行复演试验。（1）力学性能我们进行了矿渣粉高性能混凝土的力学抗压性能试验，另外对C组混凝土进行抗折、轴心抗压、劈裂抗拉等强度试验，结果列于表5，从中可以看出，矿渣粉高性能混凝土其他力学性能指标达到了同等级高性能混凝土的水平。（2）抗渗性能试验为了验证高性能混凝土的抗渗性能，我们采用C组配合比成型了一组6个混凝土抗渗标准试件，标养28d后进行抗渗试验，试验水压从0.1MPa开始，每隔8h增加0.1MPa，逐级加压至3.0MPa并持压8小时后停机，此时试件顶面无渗水现象，劈开后观察渗水情况，试件的渗水高度在0～10mm之间。说明用矿渣微粉配制的高性能混凝土密实性好，抗渗透能力强，适用于钢筋混凝土防水结构。（3）碳化性能试验成型一组100mm×100mm×300mm试件，拆模后标养28d，进行碳化试验〔试验条件CO2浓度（20±3）%，温度（20±5）℃，湿度（70±5）%〕，28d碳化深度为0，说明掺矿渣粉的高性能混凝土内部结构密实，具有良好的抗碳化能力。表5力学性能指标项目28d龄期立方体轴心抗折强度劈拉强度比值抗压强度抗压强度fcn/MPafcp/MPaff/MPafts/MPafcp/fcnfcn/ftsfcn/ffC组74.466.76.65.989.712.6112.69（4）收缩性能试验同时成型了一组100mm×100mm×515mm标准试件，按国家标准规定养护条件及养护，置于标养室养护24小时拆模后，转入温度为17℃～23℃，相对湿度90%的标养环境中养护，从3d龄期起，转入恒温恒湿室开始定期测量其长度变化（见表6）。表6混凝土收缩项目编号收缩值1d3d7d14d28d60d90dC组0.0230.0670.130.190.290.330.34由图5可以看出：收缩值随时间的增长而增长，60d开始变得缓慢，在（200～400）×10-6m之间。说明掺矿渣粉的高性能混凝土硬化后体积稳定，收缩变形小。·技术参考·-20-图5掺矿渣混凝土的收缩13714286090时间/d收缩值mm/mC组（5）静弹性模量试验用矿渣微粉配制的C60高性能混凝土的弹性模量E值，经测定平均为3.52×104MPa，与其他材料配制的同等级混凝土无明显差异。（6）抗冻融性能试验高性能混凝土水胶比小、强度高、且由于大量地掺用了超细粉料、结构致密、抗冻融性能好。经过150次冻融循环结果见表7，证明用矿渣粉配制的高性能混凝土抗冻性能良好。表7冻融循环一览编号对比试件强度/MPa150次冻融循环混凝土强度/MPa强度损失/%重量损失/%外观C组73.472.70.950.78完整6结论根据以上研究结果,可以得出如下结论:1、矿渣越细，早期强度越高，但对后期强度的影响逐渐变小。2、随着掺量的增加，3d、7d强度明显降低，掺量在25%～45%之间变化时，28d强度在掺量30%时最大，对后期强度影响逐渐变小。3、采用矿渣微粉配制的高性能混凝土，能明显改善混凝土的流动性，提高强度，降低混凝土的成本，尤其适合混凝土搅拌站生产高性能混凝土。4、掺矿渣微粉可以实现高性能混凝土具有优异的耐久性能。5、采用矿渣微粉可以利用工业废料，保护环境，符合国家可持续发展的战略要求。【参考文献】1冯乃谦高性能混凝土［M］中国建筑工业出版社19962吴中伟等高性能混凝土［M］中国铁道出版社19993肖佳粉煤灰、硅灰对水泥胶砂性能影响的试验研究［J］混凝土20034黄士元高性能混凝土发展的回顾与思考［J］混凝土20035GB/T18046-2000用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉［S］6混凝土工程结构裂缝控制与混凝土新技术新材料交流会论文集［J］20027唐明等细砂、卵石高强混凝土的最优设计［J］沈阳建筑大学学报2004摘自《混凝土》下一页