粒化高爐礦渣粉在混凝土中的應(yīng)用

李曉峰

1 粒化高爐礦渣粉的基本定義和性能

1.1 基本定義

粒化高爐礦渣粉(granulated blanst fuynace slag)是粒化高爐礦渣經(jīng)干燥、粉磨達(dá)到規(guī)定細(xì)度的粉體，粉磨時也可加入一定量的石膏和助磨劑。在混凝土中運用又稱它為摻合料，與粉煤灰、水泥共同組成混凝土的膠凝材料。

流動度比(ratio of fluidity)是礦渣粉按規(guī)定比例等量取代水泥后的膠砂流動度與標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂流動度之比。流動度比越大說明礦渣粉需水性越小。

活性指數(shù)(strength activity index)是礦渣粉按規(guī)定比例等量取代水泥后的膠砂強度與基準(zhǔn)水泥膠砂強度之比。

高強礦渣粉混凝土(high strength concrete using slag as main mineral additive)是采用水泥、砂、石、高效減水劑，以及礦渣粉為主要摻合料，以常規(guī)工藝配制的C50級～C80級混凝土。

1.2 基本作用原理

混凝土的性質(zhì)很大程度上取決于水泥基體的密實度，混凝土的密實性除了通過調(diào)整配合比及添加混凝土外加劑以外，還可以通過添加一部分活性摻合料來改善，其原理是利用活性混合材的物理填合作用或化學(xué)反應(yīng)作用來提高水泥基的致密度，主要常用的活性混合材有：粉煤灰、火山灰、硅灰、超細(xì)礦渣粉等。尤其是活性火山灰、超細(xì)礦渣粉、硅灰其化學(xué)作用更明顯一些，其原理是將水泥水化作用產(chǎn)生的Ca(OH)2固化進而新形成水化硅酸鈣凝膠，新形成的水化硅酸鈣凝膠作為最終產(chǎn)物以提高混凝土的密實度，從而改善混凝土的力學(xué)性能和耐久性。

1.3 礦渣超細(xì)粉的主要物理性能指標(biāo)

表1是GB/T 18046-2008所要求的超細(xì)礦渣粉的技術(shù)指標(biāo)。

表1 超細(xì)礦渣粉的技術(shù)指標(biāo)

具體的檢測方法見GB/T 18046-2008中所規(guī)定的試驗方法，對于商品混凝土攪拌站來說，在日常的原材料檢驗中，應(yīng)該控制的幾個主要超細(xì)礦渣粉指標(biāo)如下：

1)流動度比：流動度比試驗方法簡單，通過檢驗流動度比可以直接檢驗出超細(xì)礦渣粉的真假，特別是一些以磨細(xì)石灰?guī)r粉磨摻假在超細(xì)礦渣粉的產(chǎn)品里，流動度比小，所需水量就會增大，從而影響整個混凝土的水膠比，最終影響混凝土的力學(xué)性能和耐久性。

2)活性指數(shù)：活性指數(shù)的試驗方法與普通水泥膠砂的試驗方法過程一樣，通過做超細(xì)礦渣粉的活性指數(shù)可以有效地指導(dǎo)在混凝土中超細(xì)礦渣粉的用量，無論是質(zhì)量上還是經(jīng)濟上，活性指數(shù)是超細(xì)礦渣粉極其主要的指標(biāo)，在使用過程中應(yīng)加強試驗，掌握準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以指導(dǎo)混凝土生產(chǎn)。

1.4 超細(xì)礦渣粉的化學(xué)分析

超細(xì)礦渣粉的化學(xué)組成見表2。

表2 超細(xì)礦渣粉的化學(xué)組成

由此可見，超細(xì)礦渣粉的主要成分是SiO2和CaO，在化學(xué)反應(yīng)中主要參與反應(yīng)的也是這兩項主要成分，前期反應(yīng)主要是活性CaO參與水化反應(yīng)，也稱為前期火山灰效應(yīng)，后期主要是活性SiO2參與混凝土硬化反應(yīng)，也稱之為后期的火山灰反應(yīng)。在一些超細(xì)礦渣粉生產(chǎn)企業(yè)也經(jīng)常通過調(diào)整這兩項成分的含量來滿足不同用戶的需求。通過混凝土凈漿水化的顯微巖片分析可以很直接的看出，超細(xì)礦渣粉的加入，超細(xì)礦渣粉的結(jié)構(gòu)是無定形結(jié)構(gòu)，早期火山灰效應(yīng)較大，如在其中加入部分呈結(jié)構(gòu)晶體的硅灰等，會大大的提高混凝土的密實度和后期強度。

2 超細(xì)礦渣粉在混凝土配合比中的運用

2.1 摻超細(xì)礦渣粉混凝土配合比設(shè)計原則

1)混凝土配合比設(shè)計，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求的強度等級、強度標(biāo)準(zhǔn)值的保證率和混凝土的耐久性以及施工要求，采用與實際工程使用的相同原材料，按JGJ 55普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程的規(guī)定進行;2)混凝土的配合比確定后，在工程中使用時仍應(yīng)通過開盤檢定和試澆筑予以驗證;3)超細(xì)礦渣粉的選擇，不僅要考慮礦物摻合料本身的品質(zhì)，還應(yīng)結(jié)合混凝土其他參數(shù)、工程性質(zhì)、所處環(huán)境等因素綜合確定，并應(yīng)注意以下原則;4)混凝土的水膠比較小、澆筑溫度與氣溫較高、混凝土強度驗收齡期較長時，超細(xì)礦渣粉宜采用較大摻量;5)混凝土構(gòu)件最小截面尺寸較大時，例如大體積混凝土、水下工程混凝土以及有抗腐蝕要求的混凝土等，根據(jù)需要適當(dāng)增加超細(xì)礦渣粉的摻量;6)對于最小截面尺寸小于150 mm的構(gòu)件混凝土(例如現(xiàn)澆樓板混凝土)，宜采用較小坍落度，超細(xì)礦渣粉宜采用較小摻量;7)對早期強度要求較高或環(huán)境溫度較低條件下施工的混凝土，超細(xì)礦渣粉宜采用較小摻量。

2.2 混凝土配合比設(shè)計步驟

具體設(shè)計步驟與普通配合比設(shè)計步驟一樣，把超細(xì)礦渣粉按照水泥來處理，前提是必須做流動度比和活性指數(shù)。

2.3 混凝土配合比驗證

配合比設(shè)計完成后必須用24 L的混凝土強制攪拌機攪拌混凝土，進行驗證，最終得出最佳混凝土配合比。

2.4 超細(xì)礦渣粉在實際運用中應(yīng)注意的幾個問題

1)摻超細(xì)礦渣粉的混凝土，宜采用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，當(dāng)采用其他品種水泥時，應(yīng)了解水泥中混合材的品種和摻量，并通過系統(tǒng)試驗確定超細(xì)礦渣粉的摻量。

2)摻礦物摻合料后混凝土的放射性核素的放射性比活度應(yīng)滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 6566建筑材料放射性核素限量的規(guī)定，此條為強制性條文。

3)制備混凝土?xí)r，宜采用強制式攪拌機，并適當(dāng)延長攪拌時間，超細(xì)礦渣粉的計量應(yīng)按重量計，每盤計量允許偏差不應(yīng)超過±2%，混凝土運送到澆筑點時，應(yīng)不分層、不離析，并應(yīng)保證施工要求的工作性和均勻性。

4)摻用多種礦物摻合料時，應(yīng)經(jīng)過充分試驗驗證之后再行使用。

3 結(jié)語

超細(xì)礦渣粉能有效地改善混凝土的力學(xué)性能和耐久性，在高速鐵路領(lǐng)域，已用于京滬高鐵、哈大高鐵、太中銀客運專線等，有效地解決了混凝土生產(chǎn)中混凝土外觀差、易開裂、易產(chǎn)生微裂紋和斷板的缺陷;在高強混凝土領(lǐng)域更是解決了C80以上混凝土的實際配制難度大的問題，是國家提倡使用的節(jié)能綜合利用產(chǎn)品。在未來混凝土運用上必將更廣泛、更有效。

［1］ 丁義海.粉煤灰混凝土強度增長特性研究［J］.山西建筑，2010，36(3)：185-186.