礦渣微粉在水泥混凝土中的應用

郭曉燁

（山西宏廈建筑工程第三有限公司 山西省 045000）

1 礦渣微粉在水泥混凝土中作用原理

礦渣在水泥混凝土中提高其性能的作用機理是礦粉參與二次水化反應，在堿性啟動劑作用下，磨細礦渣的水化過程是：首先，礦渣玻璃體表面的 Ca2+，Mg2+在 OH-的作用下生成 Ca（OH）2和 Mg（OH）2，使玻璃體表面破壞，為OH-提供了進入玻璃體內部的必要通道，使OH-與網絡改性體Ca2+，Mg2+發生反應，生成 Ca（OH）2和 Mg（OH）2，而啟動劑中的 Na+，K+或其它離子與Ca2+，Mg2+進行替換，連接在Si-0鍵和AI-O鍵上，這樣就導致了玻璃體網絡結構的破壞、分解和溶解，促進礦渣的進一步水化。Ca（OH）2與體系中溶出的活性SiO2反應生成離子濃度更小的C-S-H凝膠，因此Ca（OH）2的多相離子平衡被破壞。隨著水化反應的繼續，Ca（OH）2晶體不斷溶解，C-S-H凝膠不斷沉積，使漿體逐漸變稠并硬化，宏觀上表現為強度迅速增加，同時漿體也由粘塑性向彈塑性最后向脆性發展。由此可見，在反應過程中吸收大量的CH晶體，使混凝土中尤其界面過渡區的CH晶粒變小變少。

2 礦渣水泥混凝土性能概述

2.1 礦渣混凝土工作性能和力學性能

（1）摻入礦渣微粉對水泥膠砂的流動度及凝結時間的影響

相關研究表明，同樣的用水量，隨著礦渣微粉的摻入，水泥膠砂的流動明顯增大，說明礦渣微粉可以大大改善混凝土的工作性能；隨著礦渣微粉的摻量不斷增加，水泥的凝結時間也相性延長，而相應延長混凝土的凝結時間對大體積混凝土施工非常有利，可以防止水化熱集中釋放，降低水化熱帶來的不利影響。

（2）摻入礦渣微粉對水泥膠砂強度的影響

相關研究表明，按礦渣微粉摻入量的比例由小到大，抗壓強度7d強度直線下降，而后期抗壓強度有了明顯的提高。這說明摻入礦渣微粉后可以加強砂漿與粗集料間的粘結強度，增強混凝土后期強度。

2.2 摻入礦渣微粉對混凝土抗滲性能的影響

（1）3～5mm粒徑透水混凝土在孔隙率為14%，5～10mm粒徑透水混凝土在孔隙率為16%，礦渣微粉摻量均為7.5%時，滿足抗壓強度為20MPa、抗折強度為2.5MPa的要求。采用內摻法進行礦渣微粉的添加對透水混凝土滲透性能影響不大，對透水混凝土的抗壓強度有小幅度提升，但代替水泥在一定程度上起到了節能減排的作用。

（2）采用3～5mm粒徑透水混凝土為上面層結構，5～10mm粒徑透水混凝土為下面層結構，滿足滲透系數大于1mm/s的要求，并且滿足上面層滲透系數不宜大于下面層滲透系數的要求。

（3）滲透系數與骨料粒徑呈現出正比關系，與孔隙率呈現出正比關系，與黏性阻力系數呈現反比關系。采黏性阻力系數作為變量，利用fluent多孔介質模型進行飽和滲流計算的方法是合理的。

（4）3～5mm骨料粒徑透水混凝土的目標孔隙率與抗壓強度以及滲透系數的函數擬合關系式分別為：抗壓強度f（p）＝73.91p2-95.52p+31.93；滲透系數g（p）＝44.55p2+13.09p。5～10mm骨料粒徑的透水混凝土的目標孔隙率與抗壓強度以及滲透系數的函數擬合關系式分別為：抗壓強度f（p）＝121.43p2-119.81p+36.49；滲透系數 g（p）＝46.91p2+16.73p。

2.3 礦渣微粉在水泥混凝土中應用注意的問題

（1）要嚴格控制礦渣粉的細度

由于礦渣微粉較難磨細，而一旦礦粉細度大幅度下降會給混凝土帶來很多問題，如粘聚性下降，出現離析和泌水，凝結時間過長，早期強度過低等問題，所以一定要加強礦渣微粉細度的檢測。

（2）要注意礦渣微粉的摻量

“單摻”礦渣微粉時，凝結時間有所延長，泌水量增大，粘聚性也有所提高，這些會給混凝土帶來一定的影響，因此“單摻”要注意礦渣微粉的摻量，一般為膠凝材料的20～30%。實際生產中宜采用和粉煤灰雙摻來配置混凝土，兩者比例一般不超過膠凝材料的40%。

2.4 礦渣微粉在商品混凝土中的應用效益

（1）用于普通水泥混凝土等量替代水泥，可節省水泥用量，降低混凝土成本；

（2）可顯著提高水泥混凝土的抗堿骨料反應性能，提高水泥混凝土的耐久性；

（3）可顯著減少水泥混凝土的泌水量，改善水泥混凝土的和易性；

（4）可顯著增加水泥混凝土的致密度，改善水泥混凝土的抗滲性；

（5）可顯著降低水泥混凝土的水化熱，適用于配制大體積混凝土工程。

3 結論

礦渣混凝土保水性、可塑性好，具有較好的工作性。與普通混凝土相比，礦渣混凝土強度較大。如果對礦渣進行廣泛的應用，既可以減少企業的支出和成本，又可以減少了材料的開采，對環境的保護意義巨大。最后存在的不足是由于試驗均在實驗室的條件下進行，故還需要進行一定的工程應用試驗研究，才能全面地分析高爐礦渣混凝土的性能。

[1]潘冬冬，李東，毛榮一，耿健.蒸養下礦渣微粉對水泥基材料氯離子固化特性研究[J].礦冶，2017，26（03）：87～90+93.

[2]王文明.一種新型高抗硫酸鹽侵蝕混凝土的研究及工程驗證[J].混凝土世界，2017（06）：94～99.