超细矿粉对混凝土性能的影响以及使用中应注意的问题

超细矿粉对混凝土性能的影响以及使用中应注意的问题0

引言

矿渣即粒化高炉矿渣。它是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣。在高炉炼铁过程中，除了铁矿石和燃料（焦炭）之外，为降低冶炼温度，还要加入适当数量的石灰石和白云石作为熔剂。它们在高炉内分解所得到的氧化钙、氧化硅和铁矿石中废矿以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的融合物，浮在铁水表面，定期从排渣口排出，经空气或水急冷处理形成粒状颗粒物，这就是粒化高炉矿渣，简称：矿渣。每生产一吨生铁，要排出0．3～lt矿渣。矿渣经专用的粉磨设备粉磨后，其比表面积达到400m2／kg以上，并具有一定的活性，便是超细矿粉，简称矿粉。1

超细矿粉在国内外的应用情况

矿渣的使用最早在1862年德国人发现水淬矿渣具有活性以后，但当时大部分的矿渣只是与水泥的熟料一起磨成矿渣水泥，由于矿渣的易磨性不及水泥，水泥细度控制在300m2／kg的情况下，矿渣的细度仅能达到200～250m2／kg，因此，活性没有充分发挥出来。20世纪50年代南非研究人员发现如果把矿渣磨细后单独掺入混凝土中其活性可以得到充分的发挥，这种很细的矿渣就是超细矿粉。

在我国矿渣主要作为活性混合材添加到水泥熟料中，矿渣的活性没有完全体现出来。由于当时的粉磨生产普遍采用球磨工艺，能耗较高，效益低。综合水泥性能和经济效益分析的结果，矿粉合理粉磨细度应控制在400～450m2／kg。直到2000年11月，上海率先从日本引进40万吨矿粉立磨生产线，矿粉的大规模生产才在国内展开。1998年上海完成地方标准《混凝土和砂浆用粒化高炉磨细矿粉》，1999年《粒化高炉磨细矿粉在混凝中应用技术规程》制定颁布，2000年国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》颁布实施，2002年国家标准《高强、高性能混凝土用矿物外加剂》颁布，正式将超细矿粉定为混凝土的第六组分，超细矿粉才开始作为独立组分逐步应用于混凝土中，并被广泛地接受和使用。2

超细矿粉对混凝土各性能的影响2.1

超细矿粉和粉煤灰复合掺用时对混凝土的强度及工作性的影响。

单掺矿粉一般掺量为30％，如果是大体积混凝土可以控制到50％。但由于单掺矿粉混凝土粘性变大，不利于施工，因此，一般混凝土搅拌站是将矿粉和粉煤灰双掺使用，粉煤灰的掺量为20％左右，矿粉的掺量为20％～30％。通过双掺可以改善混凝土的许多性能，比如说工作性，因为矿粉的粘性好，可以减少由于单掺粉煤灰而引起的混凝土坍落度损失以及泌水和离析等问题，还可以通过矿粉后期强度的增大来补充由于单掺粉煤灰而引起的混凝土28d强度的降低，起到强度互补的作用。

超细矿粉在混凝土中与粉煤灰共同使用时表现出了十分明显的叠加效应，这方面可以大大减少混凝土中CH晶体的生成数量，另一方面又影响了CH晶体的形貌，对混凝土的结构和性能的发展具有重要影响。随着龄期的延长，浆体结构日趋均匀和密实，这是浆体高强化的重要原因。因此，在混凝土中，复合掺入超细矿粉可以极大地改善混凝土的界面粘结强度，更进一步地改善混凝土的性能。2.2

超细矿粉对混凝土抗渗性能的影响。

矿粉对混凝土抗渗性的改进主要决定于矿粉的两个效应：

（1）水化反应。加入矿粉可以改善骨料与水泥石过渡区的微观结构，由于在过渡区中Ca（OH）2的定向排列，使得混凝土强度低，而且过渡过区的水灰比较大，缺陷多，开孔的气泡也多，因此抗渗性下降。当加入矿粉后，矿粉中的活性成份与Ca（OH）2反应生成C—S—H凝胶，使界面的Ca（OH）2晶粒变小，孔隙率也得以明显的下降，微结构更为密实，从而使混凝土的抗渗性提高。

（2）微集料效应。混凝土是由连续的颗粒堆积而成的，砂子填充石子之间的空隙，水泥填充石子之间的空隙，矿粉再填充水泥之间的空隙，这样就使混凝土孔隙率得到下降，同时也防止了离析、泌水的产生，使混凝土的抗渗性能大幅度地提高。2.3

矿粉对混凝土中水泥水化热的影响。

水化热是由水泥水化产生的。由于混凝土不易散热，导致了混凝土内外温差较大，使混凝土内外产生非线性的温度梯度。在大体积混凝土中尤其如此，有时内部的温度高达90℃以上。当温差超过25℃时易产生贯穿性的温度裂缝。

在混凝土中掺入矿粉就可以减少水泥的用量，从而避免过多的水化热产生。由试验可知，当矿粉的掺量在30％以上时，降低水化热的效果就十分明显。2.4

矿粉对坍落度损失的影响

坍落度损失是施工中最棘手的问题，它不仅造成了施工困难，而且为了恢复混凝土的流动性不可避免的要加入水或外加剂，从而影响了混凝土的强度及耐久性。如果在混凝土中加入矿粉，因其化学活性不如水泥高，所以在搅拌后的2小时内混凝土的流动性易于控制，坍落度损失减少，有利于施工。2.5

矿粉对混凝土收缩性能的影响。

粉煤灰和矿粉双掺的混凝土的干缩率都要比单掺粉煤灰的混凝土大，并且随矿粉和水泥掺量的增加，干缩率增大。一般来说，掺合料的增加能降低混凝上的收缩性能。超细矿粉对混凝土的收缩与其细度有关，如果矿粉的细度为300m2／kg，即与水泥细度相当时，混凝土的收缩可随矿粉掺量的增加而减少，但当矿粉的细度为400m2／kg时，混凝土的收缩会随矿粉掺量的增加而增加。3

矿粉在混凝土实际应用中应注意的问题。

矿粉经过几年的使用，发现在使用过程中应注意的问题有：3.1

注意矿粉的掺量

单掺矿粉，一般以30％～50％为宜。双掺时粉煤灰在20％以内，矿粉在30％以内。初期使用时，最好粉煤灰控制在10％以内，矿粉控制在20％以内．以后通过试配逐步调整。矿粉的掺量太高粘性就大，不利于混凝土的施工，同时也会延长混凝土的凝结时间，尤其对那些竖向结构，由于混凝土长期处于塑性状态，容易引起塑性裂缝。但对于大体积混凝土，由于降低了水化热，反而有利。但矿粉的掺量也不能超过70％，至于延长混凝土的凝结时间，只是在冬季施工的时候要特别注意矿粉的掺量，另外，也要适当提高早强剂的掺量。3.2

应加强检测，严格控制矿粉的细度

大型立磨高细矿粉生产线生产的矿粉的细度均控制在400～500m2/kg的范围内。由于其先进的生产工艺，矿粉的细度非常稳定。而球磨矿粉的细度较难达到400m2／kg以上，如果通过延长磨细时间，勉强达到400m2／kg以上，也难以长期稳定。一旦矿粉细度出现下降就会给混凝土带来许多问题，比如塑性下降，出现离析和泌水，凝结时间延长，早期强度降低，甚至28d强度也会不同程度的降低等。因此，在使用球磨矿粉时应加强检测，严格控制矿粉的细度。3.3

复掺时，针对不同等级粉煤灰选择合适的复合比例

矿粉在混凝土搅拌站使用时，常与粉煤灰复合使用。这是因为粉煤灰比矿粉更为廉价，单掺矿粉对混凝土成本不利。虽然单掺粉煤灰可以大幅度降低成本，但掺量受到较大限制；另外，矿粉和粉煤灰复合使用时能充分利用二者的“优势互补”，改善混凝土性能。

矿粉与II级粉煤灰复合：矿粉与II级粉煤灰复合使用时，其掺量都不宜过高，只有通过试验找出合适的配比。一般粉煤灰取代量控制在15％以内，矿粉宜控制在30％以内。大部分情况下可以多掺矿粉，以降低II级粉煤灰质量波动带来的不利影响。另外，因为II级粉煤灰同样有增加混凝土粘度的趋势，所以矿粉和II级粉煤灰复掺的时候不宜配制高强混凝土。

矿粉与I级粉煤灰复合：矿粉与I级粉煤灰复合使用应是最佳组合。粉煤灰的掺量控制在20％以内，矿粉可控制在40％以内，在试配时可以根据不同的强度等级和技术要求作出掺量上的调整。3.4

复掺时混凝土的养护

复掺后的养护问题对混凝土质量很重要。矿粉和粉煤灰复掺后的混凝土养护不够（湿度低于80％），水泥的水化几乎很难进行，强度发展就很慢，早期强度低容易引起混凝土的塑性裂缝。对大部分工地，由于施工进度、结构形式、养护手段和人员素质等方面的原因，养护没有得到很好的重视，特别是竖向结构，养护不好很容易出现裂纹。3.5

注意调整混凝土的凝结时间

矿粉对混凝土的混结时间与不掺矿粉的普通混凝土相比，具有一定的缓凝效果，混凝土的初凝、终凝时间比基准混凝土推迟1~2h。因此，应注意调整混凝土的凝结时间，特别是冬季施工，应调整混凝土配合比，控制混凝土中