礦渣微粉品質(zhì)差別及其對(duì)混凝土性能的影響

摘 要： 通過試驗(yàn)研究了不同品種礦渣微粉對(duì)水泥膠砂和混凝土質(zhì)量的影響情況， 在此基礎(chǔ)上對(duì)作為摻合料使用的幾種礦渣微粉的品質(zhì)進(jìn)行了分析及評(píng)述， 指出礦渣微粉中外加的一些活性組分雖然能提高其檢驗(yàn)時(shí)的某些指標(biāo)值， 但會(huì)對(duì)混凝土的質(zhì)量造成不利影響， 因此， 從質(zhì)量控制的角度來說， 混凝土用戶應(yīng)該采用不摻其他組分的礦渣微粉。

 關(guān)鍵詞： 礦渣微粉； 顆粒級(jí)配； 混凝土耐久性

0 前言

 　　礦渣微粉是近年來新興的混凝土礦物摻合料。等量或超量取代水泥時(shí)， 不僅有較好的經(jīng)濟(jì)效益， 還能顯著地改善新拌混凝土的工作性、降低混凝土水化溫升速率， 并可提高混凝土的抗腐蝕、抗?jié)B透等耐久性能。

 　　鑒于其優(yōu)異的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能， 目前在長(zhǎng)三角地區(qū)，礦渣微粉的生產(chǎn)和應(yīng)用發(fā)展迅速， 已成為商品　混凝土市場(chǎng)不可或缺的重要原料。自2002 年至2005 年， 僅供應(yīng)上海地區(qū)市場(chǎng)的礦渣微粉生產(chǎn)企業(yè)已增加到十幾家。這其中有大型的專業(yè)礦渣微粉生產(chǎn)企業(yè)， 也有從原小水泥廠閑置的粉磨設(shè)備轉(zhuǎn)產(chǎn)而來的小型礦渣微粉粉磨站。但是， 由于各生產(chǎn)企業(yè)的原料來源、工藝和設(shè)備的水平、生產(chǎn)能力、技術(shù)力量等差別很大， 造成了市場(chǎng)上流通的礦渣微粉產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。當(dāng)前， 礦渣微粉生產(chǎn)企業(yè)一般采用國(guó)標(biāo)GB/T 18046- 2000 進(jìn)行質(zhì)量控制， 而在實(shí)際應(yīng)用的過程中， 某些礦渣微粉生產(chǎn)企業(yè)為片面追求經(jīng)濟(jì)效益， 在礦渣微粉中摻入其他未經(jīng)試驗(yàn)研究及標(biāo)準(zhǔn)許可的外摻料、激發(fā)劑等， 使這些摻雜的“礦渣微粉”在按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)， 可以獲得“優(yōu)良”的檢測(cè)結(jié)論， 但實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往會(huì)造成混凝土強(qiáng)度波動(dòng)大， 新拌混凝土工作性能異常等問題， 特別是混凝土后期強(qiáng)度出現(xiàn)倒縮及伴隨而生的混凝土開裂，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性帶來了很大的隱患，使用戶的最終利益在不知情的情況下受到損害， 嚴(yán)重影響了礦粉優(yōu)異性能的發(fā)揮及其在商品混凝土中的推廣應(yīng)用。本文研究了不同礦粉的品質(zhì)差別及其對(duì)混凝土性能的影響， 旨在為各混凝土攪拌站合理選擇礦粉時(shí)提供幫助， 以避免不必要的損失。

1 原料

 　?。?1） 礦渣微粉 選用上海及周邊市場(chǎng)銷售的不同礦渣微粉產(chǎn)品， 品種及主要物理性質(zhì)見表1。表2 為各礦粉的主要化學(xué)成分。

 　　（ 2） 水泥 寶山水泥廠42．5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。

　　　　

　　　　
2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 礦粉活性指數(shù)

　　采用礦渣微粉： 硅酸鹽水泥=1： 1 的比例， 按照GB/T18046 進(jìn)行水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)， 用同齡期摻礦渣微粉水泥和純水泥膠砂強(qiáng)度的百分比表征礦粉活性指數(shù)，比較不同礦粉的品質(zhì)差別。

2.2 混凝土試驗(yàn)

　　 　　以表3 的混凝土配合比為基準(zhǔn)， 用不同礦粉等量替代部分水泥（ 替代率54．5%） 進(jìn)行混凝土試驗(yàn)。測(cè)定各混凝土的坍落度、不同齡期（ 3d、7d、28d、90d） 抗壓強(qiáng)度， 研究不同礦粉對(duì)混凝土施工性能以及早中期強(qiáng)度的影響。同時(shí)， 分別用ASTMC1202 電通量法測(cè)定各混凝土的抗氯離子滲透性能； 用平板法測(cè)定混凝土的當(dāng)量裂縫長(zhǎng)度， 評(píng)價(jià)不同礦粉對(duì)混凝土耐久性的影響。 　

 2.3 微觀檢測(cè)

 　　用XRD 分析不同礦粉的礦物組成， 用SEM觀察摻礦粉水泥漿體的水化相形貌變化， 分析不同礦粉的品質(zhì)差別及其對(duì)混凝土性能產(chǎn)生影響的內(nèi)在原因。

 3 試驗(yàn)結(jié)果和討論 3.1 不同礦粉的品質(zhì)差別

 　?。?1） 活性指數(shù)

 　　表4 為不同礦粉的活性系數(shù)測(cè)定結(jié)果。可以看到，S1、S2、S3、S6 礦渣微粉綜合活性指數(shù)較好， 膠砂強(qiáng)度發(fā)展比較均衡， 特別是后期強(qiáng)度， 摻入礦渣微粉的水泥膠砂表現(xiàn)出比純水泥膠砂更好的性能。而對(duì)于S4、S5礦渣微粉， 盡管其早期膠砂強(qiáng)度發(fā)展較快， 超過了S1的強(qiáng)度增長(zhǎng)速度， 但是在28d 天后， 強(qiáng)度上升就變慢甚至出現(xiàn)強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象， 說明其質(zhì)量異常， 推斷其中可能摻有早強(qiáng)作用組分。

　　圖1 為礦粉S1、S4、S5 的XRD 圖譜， 可發(fā)現(xiàn)， S1 礦渣微粉X 射線衍射圖譜的特點(diǎn)是僅出現(xiàn)一個(gè)較緩的過渡峰， 這和正常礦渣微粉的圖譜是一致的。而S4、S5 圖譜中出現(xiàn)了結(jié)晶礦物的特征衍射峰， 其中S4 礦渣微粉中存在著明顯的碳酸鈣峰， 可初步判斷其中混和有少量磨細(xì)石灰石粉。S5 礦渣微粉中則同時(shí)存在少量的石膏峰和硅酸鈣峰， 以及部分石英成分， 判斷其中摻入了石膏、硅酸鹽熟料等活性組分， 這與活性系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果一致。 　

　?。?2） 不同礦渣微粉的組成及顆粒級(jí)配

　　由表1 數(shù)據(jù)可以知道， 一般礦渣微粉比表面積控制在400~430 m²/kg 之間， 而相對(duì)應(yīng)的顆粒級(jí)配的特點(diǎn)是0~1μm 之間的顆粒占總體積的17%左右， 1~6μm之間的顆粒在25%左右波動(dòng)， S4、S5 礦渣微粉在0~1μm 之間的顆粒占總體積分別達(dá)到29．8%和27．9%，1~6μm 之間的顆粒也分別達(dá)到31．2%和30．1%， 細(xì)粉含量明顯偏高， 而上文XRD 分析已經(jīng)發(fā)現(xiàn)S4、S5 中摻入了其他物質(zhì)， 可進(jìn)一步判斷出其中加入的外摻料可能是一些易磨性較好的活性礦物。此外， 在表2 中， S4、S5 礦渣微粉CaO、SO₂ 含量偏高， 進(jìn)一步證實(shí)了上述推斷。

 3.2 不同礦粉對(duì)混凝土性能的影響

　　表5 為不同品質(zhì)礦渣微粉對(duì)混凝土工作性和耐久性的的影響。與基準(zhǔn)混凝土相比， 采用S1、S2 等礦渣微粉時(shí)， 混凝土的坍落度得到了改善， 但是對(duì)于摻S4、S5礦渣微粉混凝土， 混凝土的坍落度反而下降了。 　　　　

 　　（ 3） 由于不同組分礦粉對(duì)混凝土質(zhì)量影響較大， 建議混凝土生產(chǎn)企業(yè)盡量使用不摻任何活性添加劑的“純”礦粉， 以保證混凝土質(zhì)量， 降低混凝土中后期質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。 　 原作者： 康 明 李建華