矿渣粉在砼中的应用

矿渣粉在砼中的应用（精选4篇）

篇1：矿渣粉在砼中的应用

超细粉在砼中的应用

一、超细粉及其在国内外的应用情况

矿渣粉是水淬粒化高炉矿渣经粉磨后达到规定细度的一种粉体材料。自从1862年德国人发现水淬粒化高炉矿渣具有潜在活性后，矿渣长期作为水泥混合材使用。2000年以前，矿渣在作为水泥混合材使用上国内外存在差异，国外除将矿渣和水泥熟料混磨生产矿渣水泥外，还有将矿渣单独磨细，然后与磨细后的熟料混合，生产矿渣水泥，而国内只是通过混磨生产矿渣水泥。由于矿渣较熟料难磨细，混磨时水泥中矿渣的细度较熟料小的多，水泥细度控制在300m2/kg左右的情况下，矿渣粉的细度仅能达到200～250m2/kg左右，因而不但水泥中矿渣粉的活性不能充分发挥，而且矿渣用过高时，使混凝土的粘聚性很差，混合料容易离析和泌水，混凝土抗渗性能降低。这样矿渣在水泥中的掺量受到了较大限制，一般不超过30％。

随着国际上对矿粉研究的不断深入和大规模的开发利用，我国20世纪80年代改革开发的力度不断加大，预拌混凝土的崛起与发展以及政府日益注重环境保护，自 20世纪90年代起，我国开始了矿粉的特点及应用研究。清华大学对矿粉在高强混凝土的应用进行了研究，在其编写的《高强混凝土结构设计与施工指南》一书中，特别提出矿粉在配制高强混凝土方面的巨大潜力。冶金部建筑研究总院在搜集大量国内外有关资料，尤其是在日本资料的基础上，立项进行矿粉成套技术的开发研究工作，在产品性能、矿粉混凝土性能等方面获得了大量数据，完成了“宝钢高炉矿渣微粉在混凝土中应用研究”课题的第一阶段工作，上海建筑材料科学研究院和上海宝钢企业开发总公司共同完成了该课题。此课题的完成为1998年上海市地方标准《混凝土和砂浆用粒化高炉矿渣微粉》，1999年《粒化高炉矿渣微粉在混凝土中应用技术规程》的制定颁布创造了条件。2000年国家标准《用于水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉》（GB18046-2000）颁布实施。

随着矿渣磨细技术的不断发展，矿渣被磨至相应细度的能耗越来越低，并且细度也很容易达到400m2/kg以上，为矿渣粉的大量应用打下了良好基础。2000年11月上海宝钢率先从日本引进的年产60万吨矿粉立磨生产线投产。随后的几年内，武钢、鞍钢、宝钢二线、唐钢、首钢、安徽朱家桥等大型矿粉立磨生产线相继投产，另外还有不少生产线在建。这样矿粉的应用已在全国范围内广泛展开。因此我国混凝土，特别是商品混凝土胶凝材料体系正由“水泥”、“水泥+粉煤灰”向“水泥+粉煤灰+矿粉”体系转变，由于理论研究和应用技术开发都存在着不足之处，大量应用势必出现这样或那样的问题，特别是我国地域辽阔，应用环境存在很大差别，技术水平也很不均衡，业内人士加强定期交流，总结经验，吸取教训，少走歪路是非常必要的。

二、矿粉对混凝土性能的影响

矿粉对混凝土性能的影响的研究可以由“矿粉+水泥浆体”到“矿粉+水泥胶砂”再到“矿粉混凝土”逐步进行。但对于普通应用单位，如商品混凝土搅拌站，就不必遵循此规律，可借鉴有关研究成果，直接进行混凝土试验，找出特定条件下的合理配合比。

1.矿粉对混凝土工作性能和力学性能的影响

 矿粉比表面积在430m2/kg～520m2/kg之间，掺量在30%～40%范围，增强效应表现得最为显著。

 单掺矿粉会使混凝土的粘聚性提高，凝结时间有所延长，泌水量有增大的迹象，可能对混凝土泵送带来一定的不利影响；

 矿粉和Ⅰ级粉煤灰复配配制混凝土，可以充分发挥二者的“优势互补效应”，使混凝土的坍落度增加，和易性好，粘聚性好，泌水得到改善。同时混凝土成本可显著降低。

 针对水泥-粉煤灰-矿粉胶凝材料体系，在等量取代的前提下，粉煤灰的掺量以不超过20%为宜，粉煤灰和矿粉掺量以不超过40%为宜，同时建议采用60d或90d强度作为混凝土评定标准，以充分利用混凝土的后期强度。2.矿粉对混凝土耐久性的影响

（1）混凝土水化热。

掺加矿粉，可降低浆体水化热，单掺量小于50%时，水化热降低不明显。当达到70%掺量时，3d和7d水化热分别降低约36%和29%；矿粉和粉煤灰复配，可显著降低浆体3d、7d水化热，采用20%矿粉和20%粉煤灰复配，浆体3d和7d水化热分别降低38%和20%，对要求严格控温的大体积混凝土，矿粉和粉煤灰复配是理想的矿物掺合料组合，可以有效减少混凝土早期温缩裂缝的危险。（2）抗渗性能。混凝土中掺加矿粉或矿粉和粉煤灰复配，发挥掺合料的微集料效应和二次水化反应，可以使混凝土孔径细化，连通孔减少，混凝土密实性提高，从而大幅提高混凝土的抗渗性能。采用库仑电量方法评价，矿粉、粉煤灰和引气剂均能降低混凝土的渗透性，矿粉越细、掺量越大，特别是矿粉与粉煤灰和引气剂复合使用时，均能显著降低混凝土的渗透性；采用NEL方法评价，对于C30的混凝土，矿粉掺量、细度、复掺等措施均不能显著降低混凝土中的氯离子扩散系数，适当的引气剂则能明显降低混凝土的渗透性。对于C50的混凝土，矿粉及其与粉煤灰的复合掺和料，特别是引气剂均能显著降低混凝土的渗透性。（3）抗碳化能力。

在达到相同强度的条件下掺矿粉混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土具有相同的抗碳化作用能力。（4）抗冻融能力。

掺加矿粉，对混凝土的抗冻融性能有一定的改善作用，随混凝土标号的不同提高的幅度在25～50次范围。矿粉混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土在强度和含气量相同的条件下抗冻融能力基本相同；适当掺加引气剂，适当的含气量和间距系数对混凝土的抗冻融十分必要。矿粉混凝土含气量达到3-4%，混凝土抗冻融循环次数可达250次以上，而且用矿粉取代部分普通硅酸盐水泥，并不影响引气剂效率，无须增加引气剂的掺量。（5）混凝土收缩。

按现行标准测试，在配制C30标号等级混凝土时，掺加40%细度为430m2/kg的矿粉混凝土的干缩值与基准混凝土相比变化不大；而在配制C50标号等级混凝土时，掺加40%细度为520m2/kg的矿粉，混凝土的干缩值有一定程度的增加，早期（3、7天）增幅较后期大。矿粉细度在430m2/kg～520m2/kg之间变化，对混凝土干缩值的影响不明显。矿粉与粉煤灰复掺与矿粉单掺相比，明显增加混凝土干缩值，混凝土标号越高增加幅度越大。考虑前3天的自收缩，无论是配制C30混凝土，还是配制C50混凝土，采用单掺矿粉，与基准混凝土相比，收缩值均无明显变化。

（6）混凝土抗裂性能。矿粉与粉煤灰复掺改善抗裂性效果优于矿粉单掺，这可能是由于复掺时的早期强度比单掺时低造成的。混凝土早期强度对混凝土早期抗裂性有重要影响，混凝土24小时强度越高，混凝土早期越易开裂。混凝土早期抗裂性与早期强度之间可能存在一个临界值，小于该强度值，混凝土不易开裂，大于该强度值，混凝土容易开裂。该值与环境条件及约束状态有关。

三、矿渣粉在商品混凝土搅拌站中的应用

近两年来，北京市矿粉在商品混凝土搅拌站中的应用随唐龙和首嘉两大矿粉生产线的投产而迅速发展。为了更好地应用矿粉，减少问题，避免事故，在此谈一些应用体会，供大家参考。

1.严格控制矿粉质量，特别是矿粉的细度。

目前，大型立磨矿渣粉生产线生产的矿渣粉细度均控制在400～500m2/kg的范围内。由于其先进的生产工艺，矿渣粉的细度非常稳定，给配制混凝土带来了很大方便。而球磨矿粉的细度较难达到400m2/kg以上，即使通过延长磨细时间，增加能耗，勉强达到400 m2/kg以上，也难以长期稳定。一旦其细度大幅度降低，会给混凝土带来诸多问题，如：粘聚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强度也会不同程度降低等。这也是为什么在立磨矿粉之前矿粉的应用受到限制的原因之一。因此，在使用球磨矿粉时应加强检测。2.避免利益驱动下盲目提高掺量

 单掺矿粉时，以30％～40％为宜。大体积混凝土可增至50％以上，以达到明显降低水化热的目的。

 复掺时，总取代量不宜超过50％。粉煤灰控制在20％以内，矿粉控制在30％以内。

 初期使用时，建议粉煤灰控制在10%以内，矿粉控制在20%以内，大体积混凝土可适当放宽。

尽管在试配时，矿粉掺量在70％以内对混凝土强度影响不大，但过大的掺量在实际应用中确存在很多问题。其中两个问题特别值得关注，一是混凝土凝结时间问题。掺量过高时，薄壁结构由于混凝土温度很快与环境温度相同，其混凝土的凝结时间会明显加长，不利于施工。对于竖向结构，由于混凝土长期处于塑性状态，会使混凝土发生较大沉降收缩，常常出现沿箍筋的环行裂缝。大体积混凝土的凝结时间则不然。由于它能积聚水化热，凝结时间往往比试验要短的多。因此采用大掺量矿粉或矿粉与粉煤灰复配可降低水化热，延缓凝结时间，对大体积混凝土是比较有利的。另一个是混凝土粘聚性问题。我们知道，随着混凝土强度等级提高，混凝土的粘聚性不断增加，这样配制混凝土就存在着两头难的问题。低强度等级混凝土粘聚性差，需要设法增加其粘度，减少混凝土离析泌水的可能；高强度等级混凝土粘聚性大，需要设法降低其粘度来保证施工性能。由于细度达到400 m2/kg以上的矿粉可增加混凝土粘度，因此它有利于低强度等级混凝土而不利于高强度等级混凝土配制。配制高强度混凝土时需要矿粉和可以降低混凝土粘度的优质Ⅰ级粉煤灰复合使用。

3.复掺时，针对不同等级粉煤灰，选择合适的复合比例。

矿渣粉在商品混凝土搅拌站使用时，常与粉煤灰复合使用。这是因为，其一，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；其二，充分利用二者的“优势互补”，改善混凝土性能。

（1）矿渣粉与Ⅱ级粉煤灰复合。

矿粉与Ⅱ级粉煤灰复合使用时，粉煤灰的取代量宜控制在15％以内，矿粉宜控制在30％以内。由于Ⅱ级粉煤灰的来源较Ⅰ级粉煤灰要广，供应量充足，因此在商品混凝土搅拌站大量使用。然而Ⅱ级粉煤灰的质量稳定性很差，使用Ⅱ级粉煤灰的搅拌站技术人员经常为此而发愁。矿粉的质量稳定性远好于Ⅱ级粉煤灰，给我们配制混凝土带来了很好的选择，只要通过试验找出合适的复配比例及合适的掺量，就可以配制出和易性好而成本有无明显增加的混凝土。在条件允许的情况下，应尽可能多用矿粉，降低Ⅱ级粉煤灰质量波动给混凝土带来的不利影响。其实这种配制混凝土的原则适应于任何原材料。也就是说，质量差或质量稳定性差的原材料不得不用时，应在充分试验的基础上，在条件允许的前提下尽可能少用。另外，由于Ⅱ级粉煤灰和矿渣粉同样具有增加混凝土粘度的趋势，因此不宜配制高强混凝土。

（2）矿渣粉与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。粉煤灰可控制在20％以内，矿粉可以控制在40％以内，它们之间的比例可以根据不同强度等级，不同技术要求进行调整。从强度方面说，粉煤灰等量取代水泥时，28d强度基本都比空白混凝土强度低，而矿粉在合适的掺量下会使混凝土的28d强度稍有提高，这样二者有较好的“强度互补效应”。同时，二者复合使用兼顾混凝土早期强度与后期强度，早期发挥矿粉的火山灰效应，改善浆体和集料的界面结构，弥补由于粉煤灰的火山灰效应滞后于水泥熟料水化，从而使得火山灰反应生成物和水泥水化生成的凝胶数量不足导致与未反应的粉煤灰之间界面粘结不牢引起的早期强度损失（引自黄士元等编著《近代混凝土技术》）；后期发挥Ⅰ级粉煤灰的火山灰效应所带来的孔径细化作用以及未反应的粉煤灰颗粒的“内核作用”，使混凝土后期强度持续得到提高。从混凝土粘聚性方面说，矿粉有增加混凝土粘聚性和泌水的趋势，Ⅰ级粉煤灰却能明显降低混凝土的粘聚性和减少混凝土泌水的趋势，二者的互补优势更为明显，适合于配制各种强度等级的混凝土。因此，条件允许的情况下，实际应用中，建议采用矿粉和Ⅰ级粉煤灰复配配制混凝土，以充分发挥二者的“优势互补效应”，配制性能更为优异同时成本更为经济的混凝土。4.矿粉（或矿粉和粉煤灰复掺）混凝土对养护条件要求更为苛刻。

因此商品混凝土搅拌站技术人员应加强与施工方沟通，确保混凝土的养护条件。

受施工进度、结构形式、养护手段和人员素质等方面因素的影响，混凝土的养护经常得不到重视。特别是竖向结构，如剪力墙、柱等，由于不便养护，一些单位常常是涂刷养护剂了事，而养护剂的效果很难在短期验证，使混凝土的养护出现不少问题。在矿粉或矿粉和粉煤灰复合掺加的情况下，更需要加强养护，只有充分养护才能发挥掺合料的作用。养护不好对表面混凝土的影响很大，曾经遇到过这样一个问题：C40墙体混凝土，矿粉取代水泥25%，Ⅱ级粉煤灰取代水泥15%，28d回弹值很低，推断强度只有C30左右，表面碳化很严重，一般在1.5～2.5mm之间，严重的高达4mm，而取芯检测混凝土强度很高，强度值在47～62MPa之间。这说明，尽管试验室的结果表明，矿粉或矿粉和粉煤灰复合掺加取代水泥在一定比例内不会对混凝土的碳化产生较大影响，但实际应用中由于养护条件等方面的影响，是否还能遵循这一规律就很值得怀疑。

当然在施工中也见到过较好的养护方法，其实方法很简单，实际效果确很好，值得借鉴。由于竖向结构不便蓄水养护，他们在拆模后就由专人负责一遍又一遍地用喷雾器在墙上喷水，这样既能长期保持混凝土表面的湿度，又节约用水，还减少了因养护用水四处流淌影响施工。

综上所述，大型立磨矿渣技术在我国的快速发展，使大量细度在400m2/kg的矿粉得到广泛应用。矿粉的大量应用，改变以往仅以粉煤灰为主要掺合料的局面。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。因此，我们应在加大研究力度的同时，积极推广应用，不断总结经验，扬长避短，使矿粉应用进一步扩大。

篇2：矿渣粉在砼中的应用

矿渣粉作为混凝土掺合料已得到广泛应用, 主要是因它可改善混凝土的拌合物性能、力学性能和耐久性能。在国内, 作为混凝土掺合物的矿渣粉普遍存在早期活性偏低, 质量不稳定的现象, 一定程度影响了矿渣粉资源的充分利用。

脱硫石膏是钢厂或者电厂烧结机烟气脱硫时由SO2和脱硫剂 (Ca CO3、Ca (OH) 2等) 反应生成的一种工业副产石膏, 其化学成分与天然石膏相近, 含较多的二水硫酸钙 (Ca SO4·2H2O) , 可替代天然石膏在水泥生产中作为水泥调凝剂使用[1,2,3,4], 同时对钢渣、矿渣等具有良好的活性激发效果[5]。李少辉[6]对石膏激发后的矿渣粉在水泥和混凝土中的应用进行了系统研究;针对脱硫石膏, 施惠生等[7]研究了脱硫石膏对矿渣粉混凝土的抗渗透性能的影响, 顾彩勇等[8]研究采用脱硫石膏和铝矿物制备一种矿物外加剂。本课题从活性指数、混凝土坍落度、与外加剂适应性、抗压强度、耐久性能等方面系统研究了脱硫石膏矿渣粉在混凝土中的应用。

2 试验方案

2.1 原料

1) 矿渣粉 (S) :三钢集团 (龙海) 矿微粉有限公司, 水淬原渣, 比表面积420m2/kg, 其化学成分见表1;

2) 脱硫石膏 (G) :三钢集团烟道脱硫产物, 比表面积544m2/kg, 其化学成分见表1;

3) 水泥 (C) :基准水泥P·Ⅰ42.5;

4) 骨料:河砂 (细度模数2.8) , ISO标准砂, 碎石 (5~25) mm;

5) 减水剂:3种萘系, 包括科之杰Point-400, 福建建工建材FDN, 宏发FS-R;4种聚羧酸系, 包括福建建工建材TW-PS, 科之杰Point-S, 厦门路桥翔通建材LQ-600、江西迪特HPWR-R-200。其中混凝土性能试验采用LQ-600减水剂, 其它减水剂用于水泥净浆流动度试验。

2.2 试验方法

1) 矿渣粉活性指数依据GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》;

2) 水化热依据GB/T 12959-2008《水泥水化热测定方法》 (直接法) ;

3) 水化产物分析利用X射线衍射仪 (XRD) 进行测定;

4) 混凝土坍落度试验依据GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》;

5) 水泥净浆流动度依据GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》, 本课题试验采用外加剂掺量为胶凝材料的0.2% (折合含固) , 胶凝材料组成:50%基准水泥+50%矿渣粉;

6) 混凝土抗压强度试验依据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》, 本课题试验抗压强度试件为标准试件 (150mm×150mm×150mm) , 标准条件下养护至7天、28天和90天龄期后分别进行抗压试验;

7) 混凝土耐久性能依据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》, 标准养护条件下至28天龄期进行抗水渗透、收缩率比和电通量等试验。

2.3 混凝土配合比

混凝土设计强度等级为C40, 其详细配合比见表2, 其中S表示未掺脱硫石膏的矿渣粉, SG表示掺有2%脱硫石膏的矿渣粉, 试验编号后的数字10、30、50分别表示矿渣粉掺量为胶凝材料的10%、30%、50%。

3 试验结果与分析

3.1 脱硫石膏对矿渣粉活性的影响分析

脱硫石膏对矿渣粉活性指数的影响见图1。结果表明, 与空白矿渣粉相比, 掺脱硫石膏的矿渣粉, 其7d和28d的活性指数都明显提高, 其中7d活性指数提高了7%~17%, 28d活性指数提高3%~6%。随着脱硫石膏掺量的增加, 矿渣粉7d和28d活性指数都表现出先升后降的趋势, 当掺量超过5%, 矿渣粉活性指数基本上没有变化;掺2%的脱硫石膏的矿渣粉的7d活性指数和28d活性指数分别为79%和102%, 活性指数都达到最大值。试验结果说明掺适量的脱硫石膏对矿渣粉具有良好的激发效果, 其最佳掺量约为2%。本文其后的研究中, 脱硫石膏的掺量采用2%。

3.2 脱硫石膏对矿渣粉-水泥复合胶凝材料的作用机理

3.2.1 水化热分析

脱硫石膏对矿渣粉-水泥复合胶凝材料水化热的影响见图2和3。结果表明, 复合胶凝材料的最高水化温度和水化热都随着矿渣掺量的增加而降低;掺2%脱硫石膏后, 水泥矿渣复合胶凝材料的最高水化温度和水化热都不同程度提高。试验表明, 掺入脱硫石膏可促进复合胶凝材料的水化反应, 特别是提高早期水化程度和早期强度, 与脱硫石膏对矿渣粉早期活性的显著激发作用相一致。

3.2.2 水化产物XRD衍射图谱分析

矿渣粉-水泥复合胶凝材料 (S+C) 和脱硫石膏矿渣粉-水泥复合胶凝材料 (SG+C) 的7天水化产物分析结果见图4的XRD衍射图谱。从图中可以看出, 复合胶凝材料的早期水化产物出现了较多的氢氧化钙 (CH) 和钙矾石 (AFt) , 与S+C相比, SG+C的AFt特征峰更为明显, 在7°、17°和41°附近多出了三个明显的峰, 这是由脱硫石膏在水化初期快速溶解, 产生的SO42-与复合体系中的Ca2+、Al3+反应, 促进了更多的AFt生成, 较多的AFt促进了早期强度的显著提高。另据研究[9,10], 石膏可以促进硅酸三钙 (C3S) 水化, 生成结构稳定的水化硅酸钙 (C-S-H) 凝胶, AFt和C-S-H凝胶交织形成比较致密的结构, 有助于抗压强度的提高。综合水化热试验结果, 脱硫石膏促进AFt形成和C3S的水化, 提高了矿渣粉水泥复合凝胶材料的早期水化速度。

3.3 脱硫石膏矿渣粉对混凝土性能的影响

3.3.1 坍落度

混凝土坍落度试验结果见图5。结果表明, 与普通矿渣粉相比, 掺胶硫石膏矿渣粉的混凝土的坍落度变化不明显, 不超过10mm;随着掺量的增加, 掺两种矿渣粉的混凝土坍落度都表现出增大的趋势。

3.3.2 与外加剂适应性

为了进一步明确脱硫石膏矿渣粉-水泥复合胶凝材料与外加剂适应性的影响, 进行了净浆流动度试验, 试验结果如表3所示。从表3可以看出, 不论是使用萘系 (3种) 还是聚羧酸系减水剂 (4种) , 掺2%脱硫石膏后, 对矿渣粉-水泥复合胶凝材料净浆流动度的影响较小, 复合胶凝材料仍保持了良好的流动性能, 即掺2%脱硫石膏的矿渣粉仍具有良好的外加剂适应性。

3.3.3 抗压强度

掺脱硫石膏矿渣粉混凝土的抗压强度试验结果如表4所示。结果表明, 掺入2%脱硫石膏后, 矿渣粉混凝土的7d和28d抗压强度都有一定程度提高, 7d抗压强度提高较为显著, 当矿渣粉掺量为50%时, 矿渣粉混凝土7d抗压强度提高了14.3%。这与活性指数试验结果相一致, 脱硫石膏加速了矿渣粉-水泥复合胶凝材料的水化速度, 促进钙矾石的形成, 使得混凝土早期强度明显提高。90d后混凝土的强度逐渐趋于稳定, 掺两种矿渣粉的混凝土抗压强度差别不明显。

3.3.4 耐久性能

矿渣粉混凝土的耐久性能试验结果如表5所示, 结果表明, 掺脱硫石膏后, 矿渣粉混凝土的抗水渗透高度、收缩率和电通量都不同程度地降低, 且这些指标随着矿渣粉掺量的增加均有较大降低, 即提高了矿渣粉混凝土的耐久性能。

结合3.2.2的水化产物分析结果, 耐久性能提高是由于早期水化生成的AFt在提高早期强度的同时, 结合和吸附了一定数量的水分子, 引起水化早期的体积膨胀, 弥补了水化反应进行过程的体积收缩影响。同时, 由于脱硫石膏的作用, 使得混凝土水化产物更为致密, 矿渣粉混凝土的抗渗性和抗收缩性能得以进一步提高。

4 结论

1) 适量的脱硫石膏可以显著提高矿渣粉早期活性, 脱硫石膏作矿渣粉激发剂的最佳掺量为2%。

2) 脱硫石膏激发矿渣粉活的作用机理主要是加速复合胶凝材料的水化反应和促进水化早期钙矾石 (AFt) 的生成。

3) 脱硫石膏对矿渣粉混凝土流动性影响不明显, 但有利于提高矿渣粉混凝土的抗压强度和耐久性能。

参考文献

[1]Papageorgiou A, Tzou valas G, Tsimas S.Use of inorganic setting retarders in cement industry[J].Cement and Concrete Composites, 2005, 27 (2) :183.

[2]Tzouvalas G, Rantis G, Tsimas S.Alternative calcium-sulfatebearing materials as cement retarders:Part II.FGD gypsum[J].Cement and Concrete Research, 2004, 34 (11) :2119.

[3]郭大江, 袁运法, 胡浩然, 张冰.脱硫石膏性能研究及其在普通硅酸盐水泥中的应用[J].硅酸盐通报, 2010 (2) :357-360.

[4]王伟, 谷振国, 宓振军.钢渣法烧结烟气脱硫石膏用于水泥生产的研究[J].水泥, 2013 (009) :5-6.

[5]闾文, 朱桂林, 孙树杉.烧结烟气脱硫石膏作矿渣粉和钢铁渣复合粉激发剂应用途径的研究[J].中国钢铁业, 2009 (12) :20-24.

[6]李少辉.补加石膏对水泥矿渣粉复合胶凝材料性能的影响[D].陕西省西安市:西安建筑科技大学, 2010.

[7]施惠生, 郭晓潞, 刘红岩.脱硫石膏对矿渣混凝土抗渗透性能的影响[J].同济大学学报:自然科学版, 2009, 37 (5) :656-659.

[8]顾彩勇, 张永娟.脱硫石膏辅助胶凝矿物外加剂的研究[J].粉煤灰综合利用, 2013 (2) :31-35.

[9]胡宏泰, 朱祖培, 陆纯煊.水泥的制造和应用[M].济南:山东科学技术出版社, 1994.

篇3：矿渣粉在砼中的应用

1 粒化高炉矿渣粉的应用

1.1 概述

由我单位承建施工的国道109线大饭铺—东胜段高速公路纳林川大桥设计桥型结构为(4×40+4×40+5×40+5×40+4×40)m先简支后连续预应力混凝土“T”形梁桥,全桥分为五联,全桥长888.0 m,梁片采用C55混凝土预制而成。自2007年4月22日开始进行梁片预制施工至2007年6月30日止,先后发现有部分预制梁片出现竖向裂缝,每片梁一般有1道～5道不等。为解决梁片裂缝问题,我们对现场进行了大量的调查研究,认为产生裂缝的因素虽然很多,但最主要的还是由温度所引起的温度裂缝。

1.2 粒化高炉矿渣粉(矿渣粉)的定义

粒化高炉矿渣粉为一种采用符合GB/T 203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。

1.3 粒化高炉矿渣粉的选择

根据本工程的设计技术要求和经济效益对比,选择级别为S95的粒化高炉矿渣粉作为混凝土外加料进行混凝土的试配,粒化高炉矿渣粉的用量为本身水泥用量的43%左右,约为不掺时水泥用量的30%。同时将原混凝土配合比的水泥用量进行调整。

2 混凝土性能对比试验

为检验在高标号混凝土中掺入适当用量的粒化高炉矿渣粉后混凝土的性能,在不改变混凝土所用的水泥(P.O52.5R蒙西水泥)、砂(中粗砂)、石料(石料为5 mm～25 mm连续级配碎石)及减水剂(FDN-1高效减水剂)的情况下,我们对混凝土中掺(采用内掺法,掺量为水泥用量的43%)与不掺S95粒化高炉矿渣粉两种混凝土配合比进行了对比试验。试验结果如表1,表2所示。

3 两种配合比混凝土试验结果对比分析

3.1 强度对比

通过上述对比试验可知,在保证混凝土水灰比(水胶比)不变的情况下,在混凝土中掺入适当用量的粒化高炉矿渣粉能够有效的提高混凝土结构的强度。以配比试验来说,配比1与配比2的7 d和28 d强度虽然均满足规范要求,但配比1比配比2分别提高了1.3 MPa和3.3 MPa,这在这种高标号混凝土中是相当不易的,而且通过本工程的实际证明,混凝土中掺入适当用量的粒化高炉矿渣粉,混凝土结构在自然条件和养护方式不变的情况下,其7 d强度虽然较配比2低,但其28 d强度均较以前得到提高,且从回弹结果分析,结构强度均满足设计要求。

3.2 使用性能对比

通过上述对比试验可知,在保证混凝土水灰比(水胶比)0.33不变的情况下,在混凝土中掺入适当用量的粒化高炉矿渣粉能够有效的增加混凝土的坍落度且混凝土的和易性没有改变。以配比试验来说,配比1比配比2的坍落度增加40 mm,且目测其棍度、含砂情况、粘聚性及保水性均没有明显差别。由于混凝土坍落度有所增加,这样在实际施工中就能大大的改善混凝土的施工性能,更有利于现实中的混凝土施工。

3.3 经济效益对比

通过上述对比试验可知,配比1与配比2在其他材料用量不变的情况下,每立方米混凝土少用水泥143 kg。而按照本工程所在地目前的材料价格,S95级粒化高炉矿渣粉为225元/t,而P.O52.5R蒙西水泥为620元/t。按照配比1施工,每立方米混凝土节约成本为:0.143×(620-225)=56.49元/m3。通过对比,不难发现,在高标号混凝土中掺入适量的粒化高炉矿渣粉其经济价值非常显著。按照本工程目前所剩余C55混凝土量为8 000 m3计算,可节约施工成本451 920元。

3.4 社会效益对比

由于在炼铁时,一般每炼1 t铁所产生的副产品约300 kg,而粒化高炉矿渣粉为一种采用炼铁时的副产品经淬水后再干燥粉磨而成的粉体。以前,钢铁冶炼企业不但要为堆放这些副产品占用场地而费心,更要为处理这些副产品而花费成本,甚至可能造成环境污染,影响环境卫生。如将这种符合GB/T 203规定的副产品—粒化高炉矿渣经干燥、粉磨成可用的粒化高炉矿渣粉,不仅为钢铁冶炼企业减少了堆放场地,增加了经济效益,而且这种副产品的科学利用有效的减少了对环境的污染,其社会效益明显。

3.5 混凝土水化热对比

在本工程的实际使用过程中,曾就上述两种不同配比混凝土结构内部的温度进行了测量对比(为分析裂缝产生原因所采取的措施),通过对混凝土结构浇筑完成后连续5 d测量(初期每2 h测一次,3 d后4 h～6 h测一次)混凝土结构内部温度(通过预应力波纹管采用电子测温仪测量)的结果进行对比分析,证明在混凝土中,每少用10 kg水泥,约能减少混凝土水化热1 ℃,这样,每立方米混凝土中使用143 kg粒化高炉矿渣粉能够降低混凝土内部水化热约14 ℃。而温度又是导致本工程混凝土出现裂缝的一个主要原因,故在混凝土中掺入适量的粒化高炉矿渣粉不仅能够保证混凝土的质量,而且由于混凝土内部水化热减少能够有效的防止混凝土产生裂缝。实践证明,通过在混凝土中掺入上述用量的粒化高炉矿渣粉,目前所施工生产的混凝土结构均未出现裂缝,效果明显。

3.6 缺点分析

通过本工程实际,在自然条件下对混凝土结构进行养护,混凝土结构前期强度一般上升较慢。这样对于工期较紧的项目来说,可能会对工期稍微有一点影响。就本工程来说,由于其前期强度上升较慢,对于预制梁片的张拉、架设有一定影响,一般需要14 d左右方可达到业主规定的强度值,然后进行梁片张拉、压浆及封端施工和梁片架设施工。

4 结语

对于各种高标号、大体积混凝土,在混凝土结构中掺入合适等级、适当重量的粒化高炉矿渣粉,不但能够保证混凝土的质量,有效的改善混凝土的性能,减少混凝土内部水化热,而且其经济效益及社会效益均非常明显。通过在本工程中的应用,它不但有效的防止了混凝土结构的裂缝产生,而且大大降低了混凝土的施工成本,效果显著。建议在混凝土结构施工中大力推广使用。

摘要：结合工程实例,综述了粒化高炉矿渣粉在混凝土施工中的应用,从强度、使用性能、经济效益、社会效益以及混凝土水化热等方面对两种配合比混凝土试验结果进行了对比分析,阐明了该材料的可行性。

关键词：粒化高炉矿渣粉,混凝土性能,施工,配合比,应用

参考文献

[1]JTJ 041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].

[2]GB/T 18046-2000,用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉[S].

[3]JTG E30-2005,公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].

篇4：浅谈外加剂在大体积砼中的应用

关键词：大体积砼,外加剂,应用,注意事项

大体积砼在建筑工程中使用的比较广, 尤其是在高层建筑中, 之所以大体积的砼被广泛的应用, 主要是因为其特点, 使用了砼, 建筑的结构就有了保障。而大体积的砼在使用中常常会添加外加剂, 外加剂的量不需要太多, 少量的外加剂就可以, 改变砼的性质, 而且也能将砼的强度增强。砼外加剂有很多的类型, 主要有高效以及高性能的减水剂、防冻剂膨化剂等等, 下面我们仔细的探讨下大体积砼的外加剂的使用。

一、大体积砼的特点

在建筑行业使用大体积砼主要是因为其浇筑面积大, 而且浇筑的数量也多。在完成浇筑的时候, 因此砼自身的体积大, 砼的内部会聚集很多的水分, 水分越集越多, 而且不容易蒸发, 这样就会使砼的温度逐渐升高。与砼内部形成鲜明对比的就是砼的表面, 表面热量散发的快。砼的内部不易散发, 砼的外部却散发的快, 内部与外部就形成了较大的温差, 而且砼的表面就有拉应力。当拉应力超过砼的抗拉力时, 表面就会出现裂缝。在砼开始降温的时候, 开始向外散热, 随着散热的程度加大, 砼也开始伸缩。但是因为自身结构等原因, 砼也会有拉应力。而拉应力比砼的抗拉力大, 砼在收缩的过程中也有裂缝。

二、大体积砼中的外加剂及注意事项

1 减水剂

在大体积砼中, 最长使用的外加剂就是减水剂, 而减水剂可以根据其减水率分为两种类型的减水剂, 一种是普通减水剂;另外一种是高效减水剂。从目前阶段上看, 我国建筑中使用最广的减水剂就是高效减水剂。在大体积砼中加入减水剂, 不需要刻意减少搅拌中使用水的数量, 这样能保证搅拌物中具有流动性。如果需要适当的减少, 但是使用水泥的数量不减少的时候, 砼的强度就增加。如果减少用水量的同时还减少水泥的数量, 那么就可以节约水泥的使用量。在调整水泥的使用量, 要保证砼的强度不受影响, 在保证这个前提不变的情况下, 对水泥以及水的用量适当的减少, 就可以将水与水泥发生水化热的反应的次数降低。如果使用的是减少剂, 在使用的时候要注意几点:

(1) 要控制添加的减水剂的数量, 不能添加的过多, 也不能太少, 这样就可以防止砼塑性出现收缩的情况, 如果砼的收缩情况比较严重, 那么砼在开始硬化的时候, 表面的就容易出现裂缝。

(2) 加入的减水剂要与使用的水泥性能相符, 以免出现不良的反应。

(3) 在加入减水剂的时候, 砼的拌合物在搅拌中可能会出现坍塌, 而搅拌人员就要控制搅拌物, 以免出现坍塌, 造成严重的损失。

2 缓凝剂

外加剂中的缓凝剂使用的也比较广, 在大体积砼添加缓凝剂主要是为了能将砼境界的时间延长。如果在砼中添加了缓凝剂, 这样砼就会出现一种塑性的状态, 而且持续的时间很长, 对于施工人员来说, 就有了更多的时间对砼进行振捣并且密实, 而且在多层浇筑上使用的更加方便, 添加缓凝剂之后, 砼的表面也不会出现冷接合面, 还能延长砼抹平的时间, 还有利于后期的施工人员对砼表面的加工, 特别是在气温比较高的时期使用缓凝剂非常的重要。此外在砼中使用缓凝剂, 还能将水泥中出现水化热次数减少, 同时将每一次的水化热时间延长, 这样就可以将水泥的温峰值最大限度的将低, 同时将温峰值的时间延后, 以免砼的内部与外部出现较高的温差, 从而保证在施工中使用的砼的性能。在砼中使用缓凝剂需要注意的有几个方面:

(1) 使用的缓凝剂要以砼的缓凝时间来确定。

(2) 在选择缓凝剂的时候, 还要注意砼的温度, 因此来保证缓凝剂的掺量时正确的。

(3) 在使用缓凝剂之前就要对水泥进行实验, 看实验中的水泥是否与缓凝剂有正常的反应。

(4) 一般砼中的缓凝剂都不是独自使用的, 通常会与其他的外加剂一起使用。

(5) 在加入缓凝剂后, 砼的塑性就出现了一点变化, 一般都会有明显的收缩。而且收缩的状况与使用的缓凝剂成正比, 如果使用的缓凝剂越多, 那么收缩的情况就越严重。

3 减水剂、缓凝剂及膨胀剂复合

高层中的大体积砼由于考虑的因素比较多, 因此也需要使用多种的外加剂。砼要考虑的因素主要有对砼的浇筑时间、砼的运送、如果砼的内部温度过高就要将温度降低、砼在使用中容易出现裂缝等等。可以使用复合的外加剂却因为各种外加剂的相互作用, 而没有得到应有的重视。下面对一些成果进行探讨。

(1) 如果将缓凝剂与减水剂同时使用, 那么对于砼的辅助塑化作用有明显的效果。辅助塑化作用, 我们可以理解为, 如果单独使用了缓凝剂, 那么对于砼的塑化作用很小, 也可以说是完全没有。但是如果能将减水剂以及缓凝剂结合在一起, 那么两者共同作用之和就超过其中任何的一种。而且两者能够同时使用, 砼搅拌物坍落的现象就会减少。

(2) 缓凝剂与减水剂能够同时使用, 也有协同缓凝的效果, 砼中水灰比不变, 如果单独使用了缓凝剂, 砼的开始凝结以及最终凝结的时间都比较短, 但是如果能够将两者结合, 那么凝结的时间将会被延长。砼具体的凝结的时间要通过实验可以知道。

(3) 如果减少剂能够与膨胀剂一起使用, 那么就能将膨胀能降低, 主要因两者的有效结合, 可以使砼中钙矾石形成的速度加快, 而在后期, 形成的钙矾石就减少, 从而使砼的膨胀能力下降, 因此如果将两者结合使用的时候, 就要在砼中添加适量的膨胀剂。

(4) 如果将减水剂与缓凝剂以及膨胀剂混在一起使用, 那么就将砼延长了塑性时间, 在塑性阶段, 使用膨胀剂但是没有膨胀效果的比较多, 而且砼在硬化之后, 好降低了膨胀度。因此如果在使用中将三者结合在一起, 就要注意砼的凝结时间与程度, 避免出现不良影响。

3 砼外加剂的分类

砼外加剂按其主要功能分为六类:一是改进砼抗侵蚀作用的外加剂。主要包括了引气剂、防水剂、阻锈剂、抗渗剂等;二是为砼提供特殊性能的外加剂。主要包括发泡剂、着色剂、杀菌剂、碱骨料反应抑制剂等;三是改善新拌砼流动性的外加剂。主要包括各种减水剂、引气剂、灌浆剂、泵送剂等;四是调节砼凝结时间和硬化性能的外加剂。主要包括缓凝剂、促凝剂、早强剂等;五是增强砼物理力学性能的外加剂。主要包括引气剂、防水剂、防冻剂、灌浆剂、膨胀剂等;六是调节砼含气量的外加剂。主要包括引气剂、加气剂、发泡剂等。

4 砼外加剂的作用

砼在施工的时候会与砂浆等其他的搅拌物一起使用, 但是很多搅拌物不容易中和, 因此在大体积砼中的使用外加剂让搅拌物满足中和度, 从而保证砼的强度。同时在加入外加剂之后, 也能保证材料的其他性能。外加剂的数量增多, 水泥的数量就减少, 可以保证砼能够快速的达到要求强度, 也改变了砼硬化的速度。此外还让砼以及砂浆具有较强的腐蚀能力。在使用了一定的外加剂之后, 使砼的泵送性能提高, 从而碱集料发生反应的可能性减少。使用添加剂还能让钢筋有防腐蚀性, 保证使用砼的数量以及砂浆的含气量符合施工条件。水泥在初期阶段会出现水热化。在加入外加剂之后, 会减慢水热化反应。让砼的表面与建筑的基层能够粘结, 从而让砼具有握裹力。

结语

在大体积砼施工中掺入砼外加剂, 可改善砼性能, 提高砼强度, 增强砼的密实性, 减少收缩、徐变和提高砼抗渗性, 同时由于水泥用量的减少和砼微膨胀剂及高效缓凝减水剂的双掺应用, 可推迟或延缓水泥水化热的作用, 防止大体积砼出现升温阶段的表面裂缝。

参考文献

[1]邓双联.论大体积混凝土施工温度控制技术[J].建筑知识, 2010 (S2) .

[2]王明磊.大体积混凝土施工裂缝的预防与补救措施研究[D].长安大学, 2010.

[3]才素平.大体积混凝土施工技术及其应用[D].西安建筑科技大学, 2009.

[4]李东.浅谈外加剂在大体积砼中的应用[J].建筑工程技术与设计, 2014.