高利軍

(張家口市第一建筑工程有限公司，河北張家口 075000)

1 概述

隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，對(duì)混凝土的耐久性越來(lái)越重視，而配制耐久性混凝土的途徑之一就是摻加包括礦渣粉在內(nèi)的礦物摻合料。礦渣粉的大量應(yīng)用，改變了以往僅以粉煤灰為主要摻合料的局面。對(duì)于商品混凝土攪拌站而言，這種礦渣粉的出現(xiàn)給我們配制混凝土帶來(lái)了很大的方便，隨著礦渣粉研究和應(yīng)用的不斷深入，混凝土質(zhì)量會(huì)逐步改善。同時(shí)，礦渣粉的應(yīng)用，可以克服僅摻粉煤灰時(shí)取代水泥量有限的弱點(diǎn)，可以進(jìn)一步降低水泥用量，不僅可以改善混凝土耐久性，同時(shí)還可以降低混凝土成本，節(jié)約能源，改善環(huán)境。因此，我們應(yīng)在加大研究力度的同時(shí)，積極推廣應(yīng)用，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，使礦渣粉應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大。

2 可行性分析

2.1 應(yīng)用概況

磨細(xì)礦渣粉作為第六組分的可行性研究，礦渣粉的前身是礦渣，是鋼廠高爐煉鐵過程的副產(chǎn)品，是鐵礦石中雜礦石、焦炭中的灰分、石灰石，在煉鐵的高爐內(nèi)高溫下形成的高爐礦渣。每生產(chǎn)1 t生鐵，可產(chǎn)生0.8 t的渣，一個(gè)中型鋼鐵公司年產(chǎn)約700萬(wàn)t生鐵，便可產(chǎn)出700×0.3=210萬(wàn)t的礦渣。

隨著機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械化水平的提高，粉磨技術(shù)的進(jìn)步，礦渣粉磨細(xì)程度達(dá)到400 m2/kg～800 m2/kg比表面積的礦渣粉。

2.2 性能分析

1)細(xì)度對(duì)活性的影響。

我國(guó)GB/T 18046-2008標(biāo)準(zhǔn)中水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉將細(xì)度定為三個(gè)標(biāo)準(zhǔn):500 m2/kg，400 m2/kg，300 m2/kg，細(xì)度越高其活性越高。

2)礦渣粉混凝土的性質(zhì)。

礦渣粉取代混凝土中部分水泥后，由于礦渣粉不易參加水泥早期水化反應(yīng)，減少了混凝土單方用水量，使水灰比降低，起到提高混凝土強(qiáng)度與耐久性的作用，在置換水泥用量為30%時(shí)，單方用水量可減少3%～4%。

3)泌水量。

摻礦渣粉混凝土的泌水量與礦渣粉的細(xì)度有關(guān)，比表面積小，置換率大，反應(yīng)慢，泌水量大(見表1)。

4)絕熱溫度。

一般情況下，20℃的條件下測(cè)定摻礦渣粉混凝土的水化熱與置換率大體上成比例降低。

5)抗壓強(qiáng)度。

摻礦渣粉混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展緩慢，1 d的抗壓強(qiáng)度約為基準(zhǔn)混凝土的1/3～1/2，除7 d強(qiáng)度稍低外，28 d達(dá)到和超過基準(zhǔn)混凝土，90 d混凝土抗壓強(qiáng)度超過10% ～25%左右。

6)干燥收縮。

比表面積400 m2/kg置換率30%的水泥用量水膠比25%～55%范圍混凝土齡期的干燥收縮值為7×10－4左右，和未摻混凝土相差不多。

7)抗凍性。

按水中凍結(jié)—水中溶解法300次循環(huán)后如表2所示，水膠比0.45和0.55含氣量在1.0～5.5范圍之內(nèi)，與未摻礦渣粉相比抗凍性稍高一些。

8)抗氯離子擴(kuò)散性能。

礦渣粉混凝土中礦渣粉與滲透到混凝土中的氯離子結(jié)合生成弗里德爾鹽，在混凝土表層氯離子含量比硅酸鹽水泥混凝土高，但氯離子滲透深度比硅酸鹽水泥混凝土低，因此適當(dāng)?shù)陌閷涌梢砸种坡入x子對(duì)鋼筋的腐蝕。

9)堿骨料反應(yīng)。

在混凝土中摻入一定量的礦渣粉替代一部分水泥用量，減少了單方水泥用量，也減少了水泥帶入混凝土的堿成分，而其本身的溶于水中只占其1/2，所以混凝土中的總堿量降低，有利于緩解堿骨料反應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)生。

10)礦渣是鋼鐵行業(yè)煉鐵過程中必然的副產(chǎn)品，產(chǎn)量是煉鐵量的1/3，其貨源充足，水淬條件滿足活性指數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

11)細(xì)度方面，由于機(jī)械化水平的提高，粉磨技術(shù)成熟和進(jìn)步，磨粉4 000 m2/kg以上礦渣粉度已滿足生產(chǎn)的需要，由于機(jī)械水平和技術(shù)不斷完善，生產(chǎn)600 m2/kg，細(xì)度也在逐步進(jìn)行中。

12)在混凝土生產(chǎn)中增加一個(gè)粉料和一套計(jì)料裝置進(jìn)行計(jì)量生產(chǎn)，是能夠滿足技術(shù)要求的。

表1 礦渣粉的泌水量

表2 含高爐礦渣粉混凝土的耐久性指數(shù)

2.3 技術(shù)來(lái)源

比表面積400 m2/kg礦渣粉取代一部分水泥在混凝土中的作用時(shí)按照以下技術(shù)要求進(jìn)行:

GB 175-2007通用硅酸鹽水泥;

GB 18046-2008用水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉;

GB 50080-2002普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn);

GB 50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn);

GB 107-2010混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn);

GB 50204-2002混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范。

3 試驗(yàn)部分

3.1 配合比策劃

試驗(yàn)室配合比策劃見表3。

表3 配合比策劃表

3.2 試驗(yàn)原材料

1)礦渣粉必須是煉鐵過程水淬礦渣。

2)礦渣粉的細(xì)度不小于400 m2/kg。

3)礦渣粉的氯離子含量不大于0.06%，玻璃體含量不小于85%，活性指數(shù)大于75%，助磨劑摻量不大于0.5%。

4)水泥選用硅酸鹽水泥或普硅水泥，其水泥中摻合料的量應(yīng)符合其規(guī)定要求。

5)按規(guī)定對(duì)礦渣粉進(jìn)行檢驗(yàn)，200 t為一個(gè)檢驗(yàn)批，檢驗(yàn)項(xiàng)目有比表面積、活性指數(shù)、流動(dòng)比、三氧化硫氯離子、燒失量、玻璃體含量，放射性。

6)生產(chǎn)過程配備粉料倉(cāng)，計(jì)量設(shè)備、攪拌設(shè)備，攪拌時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)。

3.3 工程實(shí)踐總結(jié)

1)在混凝土中摻用比表面積400 m2/kg礦渣粉，改善了混凝土和易性、可操作性，工藝簡(jiǎn)單。

2)滿足了混凝土早期強(qiáng)度要求并有一定的提高。

3)對(duì)于高強(qiáng)混凝土按照強(qiáng)度要求和混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范，高強(qiáng)混凝土水泥用量大會(huì)降低混凝土的彈性模量，特別是制備強(qiáng)度較高的混凝土?xí)r，容易增加收縮和開裂危險(xiǎn)。摻入一定量的礦渣粉置換出一定的水泥量，減少了水泥用量大而引起的混凝土收縮和開裂，是高強(qiáng)混凝土不可缺少的第六組分。

4)在大體積混凝土凝結(jié)過程中降低水泥水化熱，降低混凝土早期絕熱溫升值，使混凝土絕熱溫升值推遲和延后，防止大體積混凝土因內(nèi)外溫差引起裂縫。

5)在耐久性方面:由于礦渣粉比表面積大，顆粒粒徑小、連續(xù)，級(jí)配好，其細(xì)小顆粒填充到水泥顆粒之間起到填充密實(shí)作用，礦渣粉和水泥水化過程中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)起到二次水化作用，使混凝土更加密實(shí)，防止外界CO2，SO3對(duì)混凝土侵蝕，提高混凝土耐久性。

4 效益及應(yīng)用前景分析

4.1 社會(huì)效益

對(duì)于商品混凝土攪拌站而言，這種礦渣粉的出現(xiàn)給我們配制混凝土帶來(lái)了很大的方便，隨著礦渣粉研究和應(yīng)用的不斷深入，混凝土質(zhì)量會(huì)逐步改善。同時(shí)，礦渣粉的應(yīng)用，可以克服僅摻粉煤灰時(shí)取代水泥量有限的弱點(diǎn)，可以進(jìn)一步降低水泥用量，不僅可以改善混凝土耐久性，同時(shí)還可以降低混凝土成本，節(jié)約能源，改善環(huán)境。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

C30混凝土對(duì)比表見表4。

C30 混凝土 R28:1 號(hào)平均 35.3 MPa，2 號(hào)平均 35.5 MPa，3 號(hào)平均29.4 MPa?；炷聊z凝材料成本:水泥進(jìn)場(chǎng)價(jià)格:普硅42.5:428元/t。礦渣粉進(jìn)場(chǎng)價(jià)格205元/t。①428元×0.345=147.66元。②428元 ×0.242=103.58元。③205元 ×0.103=21.12元。② +③ =103.58+21.12=124.70 元。147.66 － 124.70=22.96 元。每立方米混凝土可降低成本22.96元。如一個(gè)攪拌站年生產(chǎn)15 萬(wàn) m3，可節(jié)約成本:22.96×15=344.44 萬(wàn)元。

4.3 間接經(jīng)濟(jì)效益

1)礦渣粉在形成過程經(jīng)過水淬激發(fā)了活性，而且在粉磨過程中其比表面積不小于400 m2/kg，在混凝土中礦渣粉其微小顆粒填充到水泥顆粒之間，起到填充作用，而且水泥和礦渣粉之間不同的化學(xué)成分起到相互激發(fā)、性能互補(bǔ)、增進(jìn)了強(qiáng)度。特別和水泥中生成的Ca(OH)2進(jìn)行反應(yīng)起到二次水泥作用提高混凝土后期強(qiáng)度。2)混凝土中摻入礦渣粉后改善了混凝土的和易性、增加了可泵性、滿足了生產(chǎn)需求。3)混凝土降低了水泥用量、降低混凝土的水化熱、延緩了混凝土的凝結(jié)時(shí)間、提高了后期強(qiáng)度、提高混凝土的耐久性、減少了混凝土的收縮，保證混凝土強(qiáng)度、提高混凝土性能，特別是高性能、高強(qiáng)度混凝土不可缺少的第六組分。

4.4 環(huán)境效益

1)礦渣粉大量摻入到混凝土中，緩解了礦渣在煉鋼廠堆放，節(jié)約了土地的占用。

2)節(jié)約了水泥用量，減少了燒制水泥過程的污染和資源的過度浪費(fèi)，綜合分析礦渣粉在混凝土中的使用是一種綠色材料的應(yīng)用。