摘要：混凝土是當(dāng)今用量最大的一種建筑材料，隨著城市建設(shè)的發(fā)展和施工水平的提高，對混凝土的品質(zhì)指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)提出了越來越高的要求。磨細礦渣粉作為混凝土的一種重要摻合料越來越被人們所重視。本文主要研究磨細礦渣粉應(yīng)用混凝土中對混凝土性能產(chǎn)生的改變。
　　關(guān)鍵詞：磨細礦渣粉 混凝土 意義 標(biāo)準(zhǔn)
　　一、 礦粉的現(xiàn)狀
　　高性能混凝土的研究和應(yīng)用成為當(dāng)前國際上的熱點，人們不但要求混凝土的強度能夠達到要求，而且希望它有很好的耐久性能。繼化學(xué)外加劑在混凝土工程上普遍應(yīng)用以后，活性礦物摻合料日益在國內(nèi)外材料與工程界引起廣泛的關(guān)注，甚至將之稱為繼水泥、細骨料、粗骨料、水、外加劑之后的第六組分。
　　礦物細摻料基本可分為以下四類：
　　1、 有膠凝性(或稱潛在活性)的。如氣硬性石灰、鋼渣等。
　　2、 有火山灰性的?；鹕交沂侵钙浔旧聿⒉痪邆溆谢蛑挥袠O小的膠凝性，但其粉末態(tài)物質(zhì)能與Ca(OH)2和水在常溫條件下產(chǎn)生水化反應(yīng)而生成具有膠凝性的水化產(chǎn)物，例如粉煤灰。
　　3、 同時具有膠凝性和火山灰性的。如高鈣粉煤灰或增鈣液態(tài)渣、粒化高爐礦渣等。
　　4、 其他未包括在上述三類中的本身具有一定化學(xué)反應(yīng)的材料。如磨細石灰?guī)r、白云巖以及各種硅質(zhì)巖石的產(chǎn)物，這類材料過去一直被看作是惰性的物質(zhì)。
　　分別屬于這四類的礦物摻合料有多種，綜合各種因素較為理想的活性礦物摻合料當(dāng)屬?；郀t礦渣粉。礦渣粉因其產(chǎn)量大，質(zhì)量較為穩(wěn)定，環(huán)保以及成本低等特點，近幾十年在水泥與混凝土中應(yīng)用取得了很大的進展。
　　二、礦粉應(yīng)用的重要意義
　　礦粉作為混凝土的摻合料，不僅能等量取代水泥，取得良好的經(jīng)濟效益，而且還能顯著地改善和提高混凝土的綜合性能，如改善混凝土的工作性，降低水化熱的溫升，改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗腐蝕能力和耐久性，增長混凝土的后期強度等等。由于礦粉能很好地改善混凝土的性能，國外有的學(xué)者將之稱為輔助膠凝材料，不僅可將礦粉作為組分材料來配制高強、高性能混凝土，也可用其生產(chǎn)中強混凝土，大體積混凝土以及處于嚴(yán)酷環(huán)境下對耐久性有特殊要求的混凝土[1]。
　　礦渣用于水泥或者混凝土減少了膠結(jié)材料中水泥的用量，減少了由于生產(chǎn)水泥而導(dǎo)致的能源消耗，環(huán)境污染和土地資源浪費。據(jù)我國權(quán)威的混凝土專家預(yù)測，在未來的10-15年內(nèi)，國內(nèi)完全可以用1.6-1.7億噸礦粉替代1.6-1.7億噸水泥熟料，這樣可大大改善大氣環(huán)境，減少粉塵、CO2,NOx,SO2的排放量約1.58億噸/年，節(jié)約石灰石資源2.6億噸，電能350億kwh，標(biāo)煤1800萬噸，礦粉的應(yīng)用體現(xiàn)了水泥和混凝土的綠色含量和可持續(xù)性發(fā)展的倡議思想[3]。
　　隨著工程建設(shè)的發(fā)展和施工技術(shù)水平的提高，對混凝土提出了更高的要求，應(yīng)運而生的高性能混凝土工作性和耐久性的主要技術(shù)路線。如礦粉替代水泥后降低單體積混凝土中膠結(jié)料的水化熱的總量和延緩放熱速率，減少大體積混凝土的溫升裂縫，可以降低由于水化熱引起的溫度變化所引發(fā)的開裂。在有硫酸鹽侵蝕的環(huán)境下，摻有活性礦物摻合料的混凝土，抗硫酸鹽侵蝕的性能顯著提高。另外，摻礦粉的混凝土密實度高，自由含水量低，在凍融交替的條件下，混凝土的抗凍性能也得到了大幅度的提高。
　　礦粉的應(yīng)用除了在上述兩方面的意義之外，還有很好的經(jīng)濟價值，礦粉作為混凝土的摻合物，能夠在一定程度上提高混凝土的性能，延長了混凝土的壽命，減少了維修及重建所需的大額費用。另外，礦粉的應(yīng)用，減少了混凝土中水泥的用量，是混凝土冊成本降低了10%—15%。
　　三、 礦粉的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)
　　《用于水泥和混凝土的?；郀t礦渣粉》GB18046-2000中規(guī)定[2]：

項目			S105	S95	S75
密度	g/cm3不小于		2.8
比表面積	m2/Kg不小于		350
活性指數(shù)	%不小于	7d	95	75	55
		28d	105	95	75
流動度比	%不小于		85	90	95
含水量	%不大于		1.0
SO3	%不大于		4.0
Clˉ	%不大于		0.02
燒失量	%不大于		3.0

　　四、 長治地區(qū)的基本情況
　　長治地區(qū)向社會供應(yīng)的礦粉多為長治鋼鐵集團公司的礦粉，長治鋼鐵集團是生產(chǎn)建筑用線、棒材料為主，運轉(zhuǎn)5座高爐，現(xiàn)場礦渣水淬池共三個，其中4﹟、5﹟高爐共用一池,3﹟、7﹟高爐共用一池，6﹟高爐單獨用一池。長鋼高爐入爐鐵礦品位比較高，鋼渣比較高，現(xiàn)年生產(chǎn)50萬噸礦渣，大部分礦渣以水淬方式排出，活性較高。
　　長鋼高爐礦渣排渣的2個渣池，生產(chǎn)的兩種高爐水淬礦渣均為灰白色，含有約為5-10%的黑色多孔粒狀或塊狀的物料。80%為3mm以下。其化學(xué)成份見下表1，與國內(nèi)其他煉鐵礦渣相比，長鋼礦渣的Cao、SiO2含量低，Al2O3含量高。
　　表1：?；郀t礦渣化學(xué)成份

成份	SiO2	Fe2O3	FeO	TiO2	Al2O3	CaO	MgO	MnO2	K2O	SO3	Clˉ
含量%	31.29	1.5	3.5	0.81	15.17	36.5	6.61	0.27	0.9	0.4	0.06

　　根據(jù)礦渣的化學(xué)成份，計算質(zhì)量指標(biāo)：
　　水硬性系數(shù)b=(CaO+MgO+Al2O3)/SiO2=(36.5+6.61+15.17)/31.29
　　=1.86>1
　　堿性系數(shù)M0=( CaO+MgO)/( SiO2+ Al2O3)=(36.5+6.61)/(31.29+15.17)
　　=0.928<1酸性
　　質(zhì)量系數(shù)K=( CaO+MgO+Al2O3)/( SiO2+MnO2+TiO2)
　　=(36.5+6.61+15.17)/(31.29+0.27+0.61)
　　=1.81>1.6為優(yōu)等品
　　由礦渣的質(zhì)量指標(biāo)可看出，長鋼水淬高爐礦渣呈酸性，水硬性系數(shù)1.86，質(zhì)量系數(shù)1.81，但長鋼礦渣中慢冷黑塊含量多，約占質(zhì)量比例的5%，制成粉體外觀顏色白度較低。
　　長鋼礦粉為S75級礦粉，其物理性能指標(biāo)見表2。
　　表2：長鋼礦粉物理性能指標(biāo)

比表面積	密度	燒失量	流動度比	活性指數(shù)
m2/kg	g/cm3	%	%	7d	28d
436	2.90	0.38	100	56	77

　　五、 礦粉配制混凝土的應(yīng)用
　　1、 試驗用原材料：
　　1) 礦粉：采用長鋼集團生產(chǎn)的礦渣粉，S75級，其物理性能指標(biāo)見表2。
　　2) 水泥：P.O42.5級山西水泥廠生產(chǎn)的晉牌水泥，其性能見表3。
　　表3：水泥性能參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量%	安定性	抗折強度/MPa		抗壓強度/MPa
		3d	28d	3d	28d
26.0	合格	5.8	9.0	32.4	50.1

　　3) 細骨料：產(chǎn)地：河北臨城砂，其主要性能見表4。
　　表4：細骨料性能參數(shù)

細度磨數(shù)	含泥量/%	泥塊含量/%	表觀密度/kg/m3
2.7	0.5	0	2690

　　4) 粗骨料：產(chǎn)地：壺關(guān)5-25mm連續(xù)級配碎石，其主要性能見表5。
　　表5：粗骨料性能參數(shù)

含泥量/%	泥塊含量/%	壓碎指標(biāo)/%	針片狀含量/%	表觀密度/kg/m3
0.2	0	90	5.1	2710

　　5) 粉煤灰：Ⅱ級，其主要性能見表6。
　　表6：粉煤灰主要性能指標(biāo)

細度/%	需水量比/%	燒失量/%	安定性
10	95	2.0	合格

　　6) 外加劑：太原砼鈺外加劑廠生產(chǎn)的TY-D型高效減水劑，摻量為3.0%時，其主要性能指標(biāo)見表7。
　　表 7：外加劑主要性能指標(biāo)

減水率/%	泌水率比/%	含氣量/%	抗壓強度（與空白）比
			3d	7d	28d
20.4	65	2.0	145	136	130

　　2、 試驗方法
　　1) 配合比參照J(rèn)GJ55-200《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》進行。
　　2) 混凝土拌合物坍落度采用GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗標(biāo)準(zhǔn)》進行。
　　3) 混凝土抗壓強度測定采用GB/T50081-2001《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進行。
　　3、 試驗方案
　　配制強度等級為C40，拌合物初始坍落度為180-220mm的混凝土，在單摻礦粉及復(fù)摻粉煤灰和礦粉的情況下，等量取代，觀察隨著摻量的變化而混凝土拌合物及硬化混凝土的基本性能的變化。
　　4、 試驗數(shù)據(jù)
　　拌制混凝土配合比見下表8，拌合物及硬化混凝土物理性能見表9。
　　表8：混凝土配合比

編號	材料用量kg/m3							粉煤灰置換率%	礦粉置換率%
	水泥	砂	石	粉煤灰	礦粉	外加劑	水
0	380	791	1049	0	0	11.4	180	0	0
1	342	774	1068	0	38	11.4	178	0	10
2	304	756	1089	0	76	11.4	175	0	20
3	266	739	1109	0	114	11.4	172	0	30
4	228	722	1129	0	152	11.4	170	0	40
5	304	757	1090	38	38	11.4	173	10	10
6	266	740	1110	38	76	11.4	170	10	20
7	228	723	1130	38	114	11.4	167	10	30

　　表9：拌合物及硬化混凝土物理性能

編號	拌合物坍落度/mm			抗壓強度/MPa
	初始	30min	60min	3d	7d	28d	60d
0	190	135	110	21.3	38.8	47.9	50.2
1	205	155	135	23.2	35.2	48.2	51.7
2	200	150	135	22.5	31.8	49.1	52.1
3	205	165	145	20.4	30.9	49.7	52.9
4	200	160	145	18.3	29.1	47.3	51.7
5	205	165	150	24.5	32.6	49.6	50.9
6	195	170	145	22.3	31.5	50.6	51.0
7	200	185	155	20.5	30.4	51.6	51.1

　　5、 試驗結(jié)果分析
　　1) 在混凝土坍落度基本保持不變的條件下，單摻礦粉當(dāng)摻量小于40%時，可降低混凝土的單位用水量。復(fù)摻礦粉和粉煤灰當(dāng)摻量小于40時也可降低用水量。
　　2) 摻入礦粉和粉煤灰，混凝土拌合物坍落度損失會減小，且隨著摻量的增大，坍落度損失減小更明顯。
　　3) 混凝土單摻礦粉或復(fù)摻礦粉和粉煤灰后，混凝土早期強度都相應(yīng)降低，且隨著摻量的增加降低的越多。后期強度，單摻礦粉摻量在30%-40%之間時提高幅度最大，當(dāng)摻量大于40%后，提高幅度減小。
　　六、 結(jié)論
　　1、 使用球磨礦粉時應(yīng)加強檢測，嚴(yán)格控制礦粉細度，大型立磨礦渣粉生產(chǎn)線的礦粉細度均控制在400-500m2/kg的范圍內(nèi)，長鋼礦粉其先進的生產(chǎn)工藝，礦粉的細度比較穩(wěn)定。而球磨礦粉的細度較難達到400m2/kg以上，也難以長期穩(wěn)定。一旦礦粉細度大幅度降低，會給混凝土帶來很多問題。如：粘聚性下降，出現(xiàn)離析和泌水;凝結(jié)時間延長;早期強度降低，甚至28d強度也會不同程度降低等。因此，在使用球磨礦粉時應(yīng)加強檢測，嚴(yán)格控制細度。
　　2、 注意礦粉的摻量，單摻礦粉時，常以小于40%為宜，大體積混凝土可增至50%，以達到降低水化熱的目的。復(fù)摻時，總?cè)〈坎灰顺^50%，粉煤灰控制在20%以內(nèi)，礦粉控制在30%以內(nèi)。
　　3、 注意礦粉(或礦粉和粉煤灰復(fù)摻)混凝土的養(yǎng)護。當(dāng)養(yǎng)護溫度適宜，濕度較大時，混凝土中水份蒸發(fā)少，水化充分，孔隙率及孔隙尺寸減小，同時由于水化產(chǎn)物阻隔了水分子的通道，使得開口孔隙數(shù)量減小?？砂l(fā)揮“儲備”作用的閉合孔數(shù)量增加， 同時，建立良好的養(yǎng)護制度有利于提高混凝土的抗凍性能。礦粉(或礦粉和粉煤灰復(fù)摻)混凝土，對養(yǎng)護條件的要求更為苛刻，因此，混凝土施工方應(yīng)確保混凝土的養(yǎng)護條件，在礦粉及礦粉和粉煤灰復(fù)合摻加的情況下，更需要加強養(yǎng)護，只有充分養(yǎng)護才能發(fā)揮摻合料的作用。
　　4、 注意調(diào)整混凝土的凝結(jié)時間，摻加礦粉的混凝土的凝結(jié)時間與不摻礦粉的不同混凝土的凝結(jié)時間相比，具有一定的緩凝效果，混凝土的初凝，終凝時間比基準(zhǔn)混凝土推遲1-2.5h，因此，配制混凝土?xí)r應(yīng)調(diào)整混凝土配合比，控制混凝土中礦渣粉摻量和使用早強型減水劑。而夏季施工時，可適當(dāng)增加礦粉含量以延長混凝土的凝結(jié)時間。
　　5、 注意混凝土用水量的調(diào)整，礦粉與高效減水劑復(fù)合使用時，具有輔助減水的功能，與只摻高效減水劑的普通混凝土相比，在保證混凝土初始坍落度相同的情況下，可減少用水量。
　　參考文獻：
　　1 張承志.商品混凝土[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.6
　　2 GB/T18046-2008，用于水泥和砼中?；郀t礦渣粉[S].
　　3劉秉京，混凝土技術(shù)[M],北京：人民交通出版社，2004.3
　　4 JGJ55-2000,《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》[S].