李海豹，豐曙霞

（1.江蘇省建筑材料研究設(shè)計院有限公司，江蘇 南京 210009；2.山東英才學(xué)院建筑工程學(xué)院， 山東 濟(jì)南 250104）

0 引言

在工程建設(shè)中，水泥是重要的原材料之一，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，其用量也日益增大。2010 年，我國水泥的產(chǎn)量已達(dá)18.68 億t，占世界總產(chǎn)量的60%左右。 因此工業(yè)廢渣再利用，減少水泥熟料的生產(chǎn)及消耗成為重要的研究內(nèi)容。

礦渣是冶鐵工業(yè)的副產(chǎn)品，常作為混合材或摻合料用于水泥及混凝土的制備。 經(jīng)過急冷處理的礦渣90%以上為具有潛在反應(yīng)活性的玻璃體，化學(xué)組成主要為Ca0、Mg0、Si02和A1203，與水泥熟料相比，鈣含量較低，Mg 含量較高。 用于水泥基材料制備的礦渣一般需要經(jīng)過粉磨處理，通過粉磨降低礦渣顆粒的粒徑，增大比表面積從而提高礦渣的反應(yīng)活性。因此，磨細(xì)礦渣粉的顆粒群特征(包括顆粒大小、分布狀態(tài)和形貌指數(shù)等)對水泥基材料的性能有顯著的影響作用。 一般認(rèn)為礦渣粉體中位徑小于10 μm 的顆粒對早期活性(3～7 d) 的影響最大， 10～20 μm 的礦渣顆粒對后期活性(28 d)的貢獻(xiàn)較大。 Wang PZ 等認(rèn)為要獲得較高的28 d 抗壓強(qiáng)度，需要將礦渣微粉的粒徑控制在40 μm 以內(nèi)。另有多位學(xué)者根據(jù)R-R-B 分析礦渣顆粒粒度分布寬窄與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，普遍認(rèn)為，當(dāng)特征粒徑相近時，寬分布較窄分布具有較高的早期強(qiáng)度。

目前研究較多的是顆粒群特征對抗壓強(qiáng)度的影響，對于顆粒特征對其他性能如新拌砂漿或混凝土的流動性以及耐久性研究較少。本文系統(tǒng)分析了不同粒徑區(qū)間的磨細(xì)礦渣粉對水泥砂漿流動性、抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B性的影響。

1 試驗原材料及方法

海螺水泥P.II 52.5，上海寶田礦渣，化學(xué)組成如表1 所示；ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂，拌合及養(yǎng)護(hù)水為自來水。

根據(jù) 《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法》GB/T17671-1999(ISO 679：1989)制備水泥砂漿，純水泥砂漿標(biāo)記為PC，摻磨細(xì)礦渣粉水泥砂漿標(biāo)記為SC，其中礦渣粉50%等量替代水泥，灰砂比為3，水灰比為0.5； 分別根據(jù) 《水泥膠砂流動度測定方法》GB/T2416-2005、《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法(ISO 法)》GB/T 17671-1999 測試新拌砂漿的流動度及硬化砂漿的抗壓強(qiáng)度； 參照 《水工混凝土試驗工程》DL/T 5150-2001 和《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》GBJ 82-2009 測試砂漿抗?jié)B性能。

2 試驗結(jié)果與分析

表1 水泥和礦渣的化學(xué)組成 （w/%）

2.1 不同粒徑特征礦渣粉的組成及粒度分布

將原狀礦渣經(jīng)過粉磨、 氣流分選等操作制備出五種不同粒徑區(qū)間的礦渣粉， 分別記作S1、S2、S3、S4、S5， 激光粒度儀分析其粒度分布如圖1 所示，粒徑特征參數(shù)如表2 所示。 磨細(xì)礦渣粉的粒度分析結(jié)果顯示，從S1 到S5 粒徑分布曲線逐漸左移，說明顆粒群的細(xì)度逐漸增大， 平均粒徑、 中位徑從S1 的58.20 μm、51.97 μm 下降到S5 的2.05 μm、1.86 μm，比表面積從160 m2/kg 增大至1 102 m2/kg。

2.2 礦渣粉粒徑特征對水泥砂漿性能的影響

圖2 中PC 表示純水泥砂漿，S1C 表示摻50%S1 礦渣粉的水泥砂漿，同理解釋S2C-S5C。

圖1 S1-S5 的粒徑分布曲線

圖2 是不同粒徑區(qū)間的磨細(xì)礦渣粉對新拌水泥砂漿流動度的影響。 由圖2 可知，磨細(xì)礦渣粉的粒徑特征對砂漿性能有顯著的影響。隨著比表面積的增大， 摻磨細(xì)礦渣粉的水泥砂漿流動度降低，原因在于比表面積增大， 顆粒表面的吸附水量增加，漿體中的自由水量降低，使得漿體流動度下降。 當(dāng)?shù)V渣粉的比表面積小于410 m2/kg 時，SC 的流動度大于PC， 說明較粗的礦渣粉有利于提高水泥砂漿的流動度。

圖2 磨細(xì)礦渣粉粒徑特征對新拌砂漿流動度的影響

表2 S1-S5 的粒徑特征參數(shù)

圖3 是不同粒徑區(qū)間的磨細(xì)礦渣粉對硬化水泥砂漿各齡期抗壓強(qiáng)度的影響。 試驗結(jié)果表明，相同齡期的摻磨細(xì)礦渣粉水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度隨礦渣微粉比表面積的增大而增大，說明細(xì)度的增大有利于礦渣顆粒的反應(yīng)活性的提高，促進(jìn)其在水泥漿體中的反應(yīng)進(jìn)程，從而提高砂漿的力學(xué)性能。另外，7 d 齡期之前PC 的抗壓強(qiáng)度最高，28 d 之后摻有較細(xì)礦渣微粉的S3-S5 的抗壓強(qiáng)度超過PC， 說明細(xì)度對礦渣顆?；钚缘挠绊懽饔弥饕憩F(xiàn)在水化7 d 以后。

圖3 磨細(xì)礦渣粉粒徑特征對硬化砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

圖4 是不同粒徑區(qū)間的磨細(xì)礦渣粉對硬化水泥砂漿28 d 抗?jié)B性的影響。 試驗采用不透水系數(shù)表征砂漿抗?jié)B性，計算公式如下：

Fi= Σ(Pi·ti)

式中：Fi為砂漿試件不透水系數(shù) （MPa·h）；Pi為試件在每一壓力階段所受水壓（MPa）；ti為一定壓力保持的時間（h）。

圖4 礦渣粉粒徑特征對28 d 水泥砂漿抗?jié)B性的影響

抗?jié)B性試驗結(jié)果表明，隨著比表面積的增大，摻磨細(xì)礦渣粉的水泥砂漿28 d 不透水系數(shù)先增大后降低，即砂漿抗?jié)B性先提高后降低；除S1C 外，其余摻礦渣粉的水泥砂漿抗?jié)B性均優(yōu)于純水泥砂漿PC，說明摻加一定細(xì)度的礦渣粉有利于水泥砂漿28 d 抗?jié)B能力的提高。

3 結(jié)論

磨細(xì)礦渣粉的細(xì)度對新拌及硬化水泥砂漿的性能有較大影響。 比表面積160～1 100 m2/kg 之間，隨著顆粒群細(xì)度增大，摻礦渣粉的水泥砂漿流動度降低，抗壓強(qiáng)度增大，硬化砂漿抗?jié)B性先提高后降低，礦渣粉比表面積890 m2/kg 時，28 d 硬化砂漿抗?jié)B性能最佳。

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