磨细矿渣在混凝土中技术应用

磨细矿渣在混凝土中的技术应用ApplicationofGroundedFurnaceSlaginConcrete一、概述：矿渣是浮于炼铁炉熔化的铁水上面的浮渣，经流入冷水急冷的水淬矿渣叫粒化高炉矿渣。主要成份为CaO、SiO2、Al2O3、、MgO、Fe2O3等。矿渣作为水泥组份在建筑上应用，国际上已有上百年的历史。在我国应用稍晚一些，当时称为矿渣水泥，我国国家标准规定矿渣水泥中的矿渣最大掺量70%。不过，这种矿渣水泥的生产是将矿渣和水泥熟料按一定的比例在磨机中混合磨细。由于矿渣比较坚硬，不容易磨细,因而粒径较粗。在矿渣水泥混凝土硬化过程中，矿渣不但不能充分发挥其潜在性能(活性)，而且混凝土拌合物容易泌水。从20世纪九十年代中期开始，同济大学、清华大学、中国建材研究院、某些科研单位、生产和使用单位开始进行系统的研究，从原材料选择、生产到混凝土应用的技术条件、性能、可靠性、长期结构安定性，适用范围等进行了研究。这种将粒化高炉矿渣进行单独粉磨，使细度满足使用要求的产品称为磨细矿渣（有的称为矿渣微粉等）。然后按需要的比例掺入混凝土拌和物中制成混凝土。最先在北京、上海、广州、厦门等地进行了初步使用。最近几年来随着新型建材及绿色环保材料的推广使用，以及磨细矿渣使用经验的日益积累，厦门的各个商品混凝土搅拌站开始大量使用磨细矿渣取代部分水泥配制混凝土，取得良好的经济效益和社会效益。由于使用了磨细矿渣，可节约水泥20～30%(实际上还可以加大)，降低成本；减少拌和物的泌水性，改善工作性；提高混凝土强度，特别是后期强度；提高混凝土的抗渗性、密实性、耐久性等性能。同时，作为工业废料的矿渣，用于混凝土中可变废为宝，实现资源再利用，符合国家的环保政策。以下是笔者对用磨细矿渣取代一定比例水泥配制混凝土的配制规律的试验，对磨细矿渣掺量、细度对混凝土拌和物的工作性能、力学性能和耐久性的影响进行了试验结果进行阐述，并对应用情况和成本进行分析。二、原材料及试验方法：1、原材料：水泥为建福水泥P.042.5，试验标准（GB175-1999）；矿渣为磨细矿渣S95级，厦门仁祥投资有限公司生产；砂为漳州龙海中河砂，细度模数2.5，含泥量小于1%；碎石为厦门金路桥花岗岩石，粒径为5～31.5mm，针片状含量为8.1%，压碎值为8.8%，含泥量小于0.5%，试验标准（JGJ55-92）；减水剂为NF(萘系)高效水剂，固含量32%，厦门仁祥投资有限公司生产。2、抗压强度：试模为150*150*150mm，标准养护，测定按普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2002）进行；混凝土和易性按普通混凝土拌和物性能方法标准（GB/T50080-2002）进行；混凝土抗渗性能测定按普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法（GBJ81-85）进行。三、试验结果及讨论：水灰比与强度关系试验采用70%水泥和30%磨细矿渣做为胶凝材料。其中矿渣的细度为4200cm2/g，活性指数为101%。将胶凝材料按一定比例与砂、碎石、水、减水剂混合搅拌，测定其坍落度后成型标养，然后测其龄期7d、28d、60d混凝土抗压强度，结果见表1。从表中可以看出：1)水胶比相同，用水量不同(175kg/m3和185kg/m3)时，其坍落度值不同，分别为90mm和190mm，但28d强度相接近。2）水胶比相同，基准混凝土28d强度值与掺矿渣混凝土28d强度值相接近。3）水胶比从0.66逐渐降至0.38，基准混凝土的28d强度值由30.0Mpa增至61.4Mpa。而掺矿渣的混凝土强度值由31Mpa增至62Mpa。二者基本相同。4）掺矿渣的混凝土60d强度值高于基准混凝土，达到110%以上，说明掺矿渣后，后期强度更高，有利于强度储备。抗压强度Mpa抗压强度Mpa25354555650.660.580.540.500.460.420.38水灰比(W/C)基准砼掺30%矿渣图1基准与矿渣砼水灰比28d抗压强度关系图5)用表1中数据画成图1可以看出，根据普通混凝土强度设计公式配制的基准混凝土水灰比与强度关系曲线和掺矿渣混凝土的水灰比与强度曲线基本重合。说明普通混凝土强度计算公式也适应于掺矿渣的混凝土。络表块1脑缝矿渣等量夫取装代席30梳%代水泥时水航胶比、用挨水量对砼楼性能的影句响尼编号岸水胶比柳用水元量末/kg凭水泥用旧量豆/kg眯矿渣牛/kg手砂隙/kg缺碎石薯/kg册减水冤剂描/kg冷坍落皆度扔/mm敢抗压强距度满/Mpa议7d俘28d挡60d锡P001湾0.66辫175术265船0摧716踢1220董3.98己75湾22.3肿30.0友30.4核P002滚0.66滥175与185构80说716谎1220碰3.98丹100搁21.8胖31.0渠35.4兴P003巡0.66练185宫196雪84炊764圆1146影4.2闻190己22.9果31.8时36.6肢P004饿0.59环175共297腥0道704瞎1199强4.46忘80功24.0哗35.3班38.5径P005痰0.59秆175戒208尚89留704备1199训4.46幸110呆24.7键37.0亭41.8咽P006怪0.59旧185租219劳94线751逃1126赶4.70误185涌23.8倘36.8睁40.5李P007翁0.54镜175抛324堡0案694歪1182寺4.86鸽80赖28.7份39.8锄42.1止P008底0.54蚊175愈227息97足694模1182贞4.86惊115喊27.5瓶39.0畏46.1宿P009矿0.54笑185肆240绘103嘉739习1108得5.15岛190扇27.8器40.5欲47.3浸P010旬0.49完175案357植0绳682紫1161笑5.36帐80肠32.1耽43.7湖47.2阔P011借0.49撑175尾250断107贵682醉1161帮5.36懒105俘33.0残44.6冒49.8乏P012特0.49绒185筑264强113项725浊1087物5.66录185跳33.8杏45.0带51.3踢P013帐0.44固175赢398与0匹666志1135响5.97琴85椅38.4无51.3骡52.8僻P014悠0.44糕175遇278圈119恢666添1135伟5.97啦115傲38.9笋52.0危59.6观P015雕0.44揭185筑294望126扶707沸1061飘6.30乳195便39.3奔52.9钩57.4丝P016僻0.41组175醉427冻0避655唯1116皂6.40根70笔41.7缓57.2亚60.6柳P017庸0.41浸175锯299百128占655渠1116迈6.40座100污41.9惑58.8支65.6伸P018泳0.41渠185娃316供135术695骄1042皆6.76侧170适42.1继56.9渗66.1让P019裂0.38置175衔460它0些643格1095索10.3权80竞47.4果61.4才65.3姥P020首0.38傍175忍322寇138纤643肆1095敲10.3庄105沫46.8菠62.2碑70.3来P021传0.38腿185奖341斗146金680宿1020熟10.7认180缝47.9欺63.7厕69.4赠磨细矿渣禁掺量对混植凝土强度输的影响闪试验选用据两种不同应水灰期比归0.5蒜9稳和陶0.4刊4坊。每种水滚灰比中，慰采用不同陕矿渣掺量泽（等辩量取代水科泥脸20声%第～提50丰%脂）配制混滤凝土，与进基准混凝炉土进行比逃较，并测六出龄盖期嗽7乔d脏、计28优d耍、独60炸d蛙、俊90菠d膝的强度值载。试验数熄值列于紫表矩2绵。从表中衫看出：油（舒1罩）当水胶团比相同时安，随着标控养龄期延搜长，强度啄值不断增厘长，秧到折90目d库后基本稳援定。禽（段2特）水胶比摇相同时不圈同矿渣掺诸量混凝土肥随龄期延温长，强度李增长速度蓄不同。矿资渣掺量由遭小到大，摧其钥7畏d咬抗压强度吴值逐渐减矛小，即矿没渣掺量越堆大床，跳7豆d浊强度值越夕低。龄雨期您28误d即时，矿渣混掺量大的周试块，其城混凝土强肃度与不掺罢矿渣的强荣度基本相今同，或者该略低于不中掺的。钳到匀60立d接时，掺量副大的试块对，其混凝球土强度反羽而超过不尤掺的。说选明，矿渣告掺量对混绳凝土各龄昂期强度有钱影响，掺疤量越大，盛早期强度的略低不掺冻的宫，车28腰d押基本接近笼，拜60疤d裹强度大于赞不掺的，抽有的甚至扛超寨过辩10猫%围以上。说晌明掺量大船的矿渣对短后期强度乳有利。润（年3葛）从比较绞结果来看滚，矿渣掺宾量帮＜午40奥%预，龄图期绪28宫d袄的混凝土绍强度可以散达到不掺袜矿渣的强高度。如果茂工程上允幕许采罚用枣60缘d痰强度，掺呈量可以增汇至萝50魄%宏。晋（冈4颠）从表中辛还可以看呈出，不同蜻水灰比其崖强度值不担同，但强梳度随标养类龄期增长递的规律基捡本相同。提表毕2块中认不同矿渣笼掺量对砼诵强度的影嚷响阳水胶比灿用水日量井/kg塑水泥用奸量晌/kg粒矿渣掺忆量借/kg谦砂霸/kg笼碎针石别/kg淡减水唐剂爷/kg句坍落雀度起/mm聪抗压强咬度广/Mpa栏7d世28d浊60d梁90d微0.59服185趟314拳0惨751映1126记4.70猛160爷24顽36.0茂39.0衡41.0胜0.59卡185保251.稀2乒62.8蜓(皂掺公20%)袜751桂1126拦4.70纲170枪25布36.8邮41.0关43.0恒0.59叼185洒219.猴8被94.2袖(脸掺吗30%)暑751尚1126斥4.70惹180当24.5擦37.4三42.0石45.5宗0.59套185丰188.那4擦125.妈6铺(泼掺紫40%)馆751号1126妨4.70玉185准23.0驱35.4绣43.2芹45.2舞0.59讽185兄157断157固(纷掺跑50%)斩751吓1126晨4.70赌190暴20.4钞35.8涨43.8描46.3桂0.44别175廉398渐0置666花1135懒5.97娃80灾38.0性52.0脚53.0端55.0正0.44肃175休318.恩4父79.6抢(屋掺学20%)紫666暮1135英5.97债85弃39.0湾54.0剧55.0户58.0这0.44辫175拔278.栋6券119.灭6清(稍掺船30%)耕666践1135于5.97翠105疲38.5悲54.0披59.0厉60.0佩0.44究175宫238.管8蛋159.祖2挂(熔掺恨40%)像666课1135愿5.97状110厘35.0爪55.0娇60.0算62.7角0.44阻175踏199沿199副(读掺蓄50%)辉666宝1135哗5.97债110退33.0饮52.0年62.0圾63.8唇矿渣细度姨对混凝土门强度的影溪响著试验采用适不同细度军的矿渣粉葛，比表面锄积分别材为蚀3820药cm累2冈/由g局、男4560获cm痰2高/征g航、贫5340哄cm捉2幸/赠g翠，按烤照络GB17咐5-9蝴9寸试验方法轨，成型、蹄养护并对三胶砂试块氧进行试验铅。砂子采扫用标准砂屠，胶砂溪比胶1轰：踢2.美5旅。采割用肝P.O4菊2.会5干水泥，矿坟渣粉掺量天全部采迷用坏50魄%脆。分别姐测导3筛d串、仔7泡d先、宇28升d冬、退60妙d期的抗压强点度值，其吵值列于喝表榴3仰。蒙表末3阁右霉不同细度脆磨细矿渣焦对胶砂强样度的影响蚀矿渣粉比混表面穿积殿/cm冠2大/g康掺量苏/%耐抗压强腰度计/Mpa怨/准强度增长舍率榜/%主3d谋7d指28d子60d钓3820钟50弯16.2请/佳28.4惭29.9严/爱52.5蝇57.0言/再100鹿66.1华/股116客4560模50信19.7盈/麻30.3恒36.4泼/剩56.0太65.0仁/布100剖73.4则/扭113滚5340蔬50汇22.6禁/舍32.3准42.2惑/但60.3鱼70.0罩/皱100替79.1将/蔑108茄从表中可葵以看出：锐在标准养您护条件下羡，矿渣粉辽掺量相同妙时，矿渣屑粉比表面逮积越大，浮28d霜强度值越脊大。矿渣咬粉比表面惯积越小，输28d祸强度值越亚小。在拾28d说内矿渣越参细的强度演增长率也榜较高。但纯28d呢以后，矿客渣粉仍然槐继续水化近，发挥强岗度效应。偏直至捎60d凤，强度增术长率达怨10%评以上，但悼增长速度疫与细度呈持负相关。叼4家、磨细矿砖渣掺量对贪混凝土拌异和物和易粘性的影响爷何试验采用方磨细矿渣堪的表面积恋为倦4560蔑cm楼2摘/g肚，其掺量吵分别为庙20%姑、滋30%腔、卫40%灿、忽50%揪。混凝土吧配合比势按乳GB80踪7朵6妙—门199返7疾中的附录税《混凝土泳减水率试筋验方法》芝中的规定懒。在胶凝弱材料总量者不变，减较水剂掺量裁不变，混耻凝土拌和内物坍落度属控制基本巧一致的情层况下，测拐出不同矿貌渣掺量相杯对应的用西水量。测地定结果入瞧表违4灰。从表中宾可见，在涌坍落度基反本一致（吓90mm绪）的情况选下，随着鼓磨细矿渣馋掺量增加奔，用水量谊逐渐减少殃。说明除燃减水剂本伙身具有减极水率外，防磨细矿渣桐对混凝土前拌和物也险有减水作腊用。其减少水数量随年磨细矿渣撑的掺量增勿大而增大筝。从表中底可以看出兄，减水率跨由掺稀加嚷20烟%推矿渣时麻的倡1.8默%旁，增至掺之加崇50勉%报矿渣吓的脆5.7稳%叛。盐表抱4吼矿渣掺量遍对混凝土榴拌和物坍华落度的影禾响啊水泥翻/翻kg瞒/%冒矿渣粉狱/kg/葬%蹄砂凑kg/客碎石针kg浆高效减水唉剂掺量童/%性需水量茂/kg席坍落度牢/mm衣矿渣产生絮的减水根率昨%予335/粮100闷0滩716聪1169嫁1.5闲175摸90行0启268/格80瘦67/2益0动716凶1169日1.5惭172侧90臣1.8抢235/管70铃100/溉30点716浮1169蝶1.5壳170张95呆3.0垮201/处60榜134/膜40屈716巴1169敲1.5唱168盐90童4.0菌168/唉50质167/置50谁716卧1169踪1.5新165良100判5.7芽试验发现抹，混凝土更掺入磨细凤矿渣，可盯以改善混垒凝土拌和暮物的和易现性。主要劈体现在有李些原来产坏生泌水的韵拌和物，择掺入磨细侨矿渣后，吸泌水程度告减轻，有厅的则不泌毛水了，同闷时增加粘桥聚性，减什少离析和沫分层现象责，使混凝床土更易施别工密实。集在水泥中急掺入磨细备矿渣，其炼所以有较运好的增塑御减水效果扒，主要是昏由于矿渣匆粉粒的微健集料效应队和分散疫效应。由围于矿粉细量度比水泥卫细度大，魄并且本身乖也存在较度好级配，刊因此，当作掺入水泥用中，可以均将这些小欲颗粒填充盖到水泥的得间隙中，角使混凝土今体系颗粒沙级配更趋凑于合理，东因而具有嫂更高的流依动性。同谎时原本填诊充于水泥见颗粒之间捡的水份，裙也因为被教矿渣微粒钥所占据而词释放，增盼加了体系糟的自由水说，从而增主加流动性像。矿渣粉篮通常与减即水剂双掺央来配制混载凝土，矿表渣粉颗粒对表面也吸帐附减水剂萄，形瓦成既“摆双电层结付构豆”扯。由于矿票渣颗粒水幼化速度慢恨于水泥，爬有利于减阅少水泥的衔水化所成撞的絮状结俩构，具扁有置“根分散效园应峡”揪。在进行逮配合比设良计时，可畜以充分利布用磨细矿筒渣的减水赠作用，或歉者增加流燕动度或者伪节约水泥然，或者提出高混凝土售强度。玉5报、磨细矿孝渣对混凝枣土渗抗性雕能的影响殿依照标准馒方法制作旦并测试划了各A辅、店B肆、阴C原三组混凝龙土牧28白d机的抗渗性殿能。见把表命5市。其舰中挡B窝、由C记二组分别级掺入了比利表面积骡为谁5340市cm余2竭/惭g漫的矿站渣猴30每%输和糕50脾%疾。试验结岭果表明，隔由于掺入扶磨细矿渣辨，使泄得懂B湖、炭C猴组混凝土捎的抗渗性螺能蒜比罚A克组（基准勾混凝土）管明显提高仿。表中可喂以看出允，僵A等组抗渗性未能时达双S1亦0魔，掺斤入好30换%题的矿渣贵粉拒B歼组抗渗根达携S1复2提，掺吨入撇50彻%均矿渣粉弹的麻C码组抗渗择达奴S1渗4澡。说明随裕着矿渣粉郑掺量的提扰高抗渗等轰级也相应访提高。览表停5蜡盗掺磨细矿牢渣对砼抗泳渗性能的立影响蚊编号突水泥市/kg柄矿渣需/kg箱砂巴/kg茫碎石答/kg授减水臂剂吵/kg糖水铁/kg购28吓d扔抗压强度猎/Mpa勉抗渗等级予A发360垃0亦734祖1101送5.1豆180枕41.5柿S10慢B朴252救108刊734膊1101飞5.1竞180架42.6述S12盼C耀180研180露734思1101新5.1拆180慌39.7磁S14乒这是由于楼磨细矿渣卵的掺入，痒胶凝材料朽粒径分布德趋于合理逮，使体系赴中颗粒堆浓积更为紧率密，改善炎拌和物的乖和易性和塑硬化混凝诉土的微观斑结构，从热而提高混举凝土的抗乓渗性能。学四、成本章分析谁从以上试按验结果可甩以看出，帅采用磨细填矿渣可以教等量取筹代网P.O4券2.货5摊普通硅酸为盐水泥（崭当活性指肤数信为昨100兵%抽）。当取障代率惰＜仍50脊%污时，可保勿持混凝土侦抗压强度惯不低于基第准的，某鄙些性能有海所提高。州如果按取俯代型率可30犁%耐计算，目贺前市场俱上搏P.O4恶2.冰5谈水泥和磨苦细矿渣单辜价分别辜为展37阶0狂元惑和福31数0侍元左右。刻二者每吨技的相喂差衫6有0大元左右。移若每立方敲混凝土平贯均水泥用献量姻按哈350k问g传计算，胶炼结材全部别使用水泥壁，其混凝杂土中水泥法费侍用脂129.偷5丝元。若胶效结咸材喜70讲%琴用水泥妨，江30耽%姑用矿渣灰时牧,葬每立方混颜凝土费用拘为水副泥座+箭矿翼渣哈123.局2初元。二者纳的差雅价陡6.薯3春元，加之待因磨细矿柳渣减水率贩的利用，直胶结材总切量还可以盖降低，因庄此每立方亦米混凝土地的差价应对在揭6.颜3野元以上。搂五、磨细猫矿渣的应晨用情况：有由于磨细训矿渣具有述优越的性懂能，且使望用方使，霉可以节约初水泥，可满降低混凝互土的综合穗成本。磨信细矿渣椒自园200获2卫年在厦门才开始使用旦以来，受计到各个混当凝土搅站毙的青睐。低尤其肝是曾200泛5劣年以来，顾水泥价格臭的不断攀脾高，厦门疤市几乎所古有商品混互凝土搅拌吴站都使用汗磨细矿渣葡。匙矿渣的