礦渣粉在商品混凝土中的應(yīng)用

　　一、礦渣粉及其在國內(nèi)外的應(yīng)用情況

　　礦渣粉是水淬?；郀t礦渣經(jīng)粉磨后達(dá)到規(guī)定細(xì)度的一種粉體材料。自從1862年德國人發(fā)現(xiàn)水淬粒化高爐礦渣具有潛在活性后，礦渣長期作為水泥混合材使用。2000年以前，礦渣在作為水泥混合材使用上國內(nèi)外存在差異，國外除將礦渣和水泥熟料混磨生產(chǎn)礦渣水泥外，還有將礦渣單獨磨細(xì)，然后與磨細(xì)后的熟料混合，生產(chǎn)礦渣水泥，而國內(nèi)只是通過混磨生產(chǎn)礦渣水泥。由于礦渣較熟料難磨細(xì)，混磨時水泥中礦渣的細(xì)度較熟料小的多，水泥細(xì)度控制在300m²/kg左右的情況下，礦渣粉的細(xì)度僅能達(dá)到200～250m²/kg左右，因而不但水泥中礦渣粉的活性不能充分發(fā)揮，而且礦渣用過高時，使混凝土的粘聚性很差，混合料容易離析和泌水，混凝土抗?jié)B性能降低。這樣礦渣在水泥中的摻量受到了較大限制，一般不超過30%。

　　隨著國際上對礦粉研究的不斷深入和大規(guī)模的開發(fā)利用，我國20世紀(jì)80年代改革開發(fā)的力度不斷加大，預(yù)拌混凝土的崛起與發(fā)展以及政府日益注重環(huán)境保護(hù)，自 20世紀(jì)90年代起，我國開始了礦粉的特點及應(yīng)用研究。清華大學(xué)對礦粉在高強混凝土的應(yīng)用進(jìn)行了研究，在其編寫的《高強混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工指南》一書中，特別提出礦粉在配制高強混凝土方面的巨大潛力。冶金部建筑研究總院在搜集大量國內(nèi)外有關(guān)資料，尤其是在日本資料的基礎(chǔ)上，立項進(jìn)行礦粉成套技術(shù)的開發(fā)研究工作，在產(chǎn)品性能、礦粉混凝土性能等方面獲得了大量數(shù)據(jù)，完成了“寶鋼高爐礦渣微粉在混凝土中應(yīng)用研究”課題的第一階段工作，上海建筑材料科學(xué)研究院和上海寶鋼企業(yè)開發(fā)總公司共同完成了該課題。此課題的完成為1998年上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《混凝土和砂漿用?；郀t礦渣微粉》，1999年《?；郀t礦渣微粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的制定頒布創(chuàng)造了條件。2000年國家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土的?；郀t礦渣粉》（GB18046-2000）頒布實施。

　　隨著礦渣磨細(xì)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦渣被磨至相應(yīng)細(xì)度的能耗越來越低，并且細(xì)度也很容易達(dá)到400m²/kg以上，為礦渣粉的大量應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。2000年11月上海寶鋼率先從日本引進(jìn)的年產(chǎn)60萬噸礦粉立磨生產(chǎn)線投產(chǎn)。隨后的幾年內(nèi)，武鋼、鞍鋼、寶鋼二線、唐鋼、首鋼、安徽朱家橋等大型礦粉立磨生產(chǎn)線相繼投產(chǎn)，另外還有不少生產(chǎn)線在建。這樣礦粉的應(yīng)用已在全國范圍內(nèi)廣泛展開。因此我國混凝土，特別是商品混凝土膠凝材料體系正由“水泥”、“水泥+粉煤灰”向“水泥+粉煤灰+礦粉”體系轉(zhuǎn)變，由于理論研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)都存在著不足之處，大量應(yīng)用勢必出現(xiàn)這樣或那樣的問題，特別是我國地域遼闊，應(yīng)用環(huán)境存在很大差別，技術(shù)水平也很不均衡，業(yè)內(nèi)人士加強定期交流，總結(jié)經(jīng)驗，吸取教訓(xùn)，少走歪路是非常必要的。

　　二、礦粉對混凝土性能的影響

　　礦粉對混凝土性能的影響的研究可以由“礦粉+水泥漿體”到“礦粉+水泥膠砂”再到“礦粉混凝土”逐步進(jìn)行。但對于普通應(yīng)用單位，如商品混凝土攪拌站，就不必遵循此規(guī)律，可借鑒有關(guān)研究成果，直接進(jìn)行混凝土試驗，找出特定條件下的合理配合比。

　　1. 礦粉對混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響

　　1）礦粉比表面積在430m²/kg～520m²/kg之間，摻量在30%～40%范圍，增強效應(yīng)表現(xiàn)得最為顯著。

　　2）單摻礦粉會使混凝土的粘聚性提高，凝結(jié)時間有所延長，泌水量有增大的跡象，可能對混凝土泵送帶來一定的不利影響；

　　3）礦粉和Ⅰ級粉煤灰復(fù)配配制混凝土，可以充分發(fā)揮二者的“優(yōu)勢互補效應(yīng)”，使混凝土的坍落度增加，和易性好，粘聚性好，泌水得到改善。同時混凝土成本可顯著降低。

　　4）針對水泥-粉煤灰-礦粉膠凝材料體系，在等量取代的前提下，粉煤灰的摻量以不超過20%為宜，粉煤灰和礦粉摻量以不超過40%為宜，同時建議采用60d或90d強度作為混凝土評定標(biāo)準(zhǔn)，以充分利用混凝土的后期強度。

　　2. 礦粉對混凝土耐久性的影響

　　1）混凝土水化熱。摻加礦粉，可降低漿體水化熱，單摻量小于50%時，水化熱降低不明顯。當(dāng)達(dá)到70%摻量時，3d和7d水化熱分別降低約36%和29%；礦粉和粉煤灰復(fù)配，可顯著降低漿體3d、7d水化熱，采用20%礦粉和20%粉煤灰復(fù)配，漿體3d和7d水化熱分別降低38%和20%，對要求嚴(yán)格控溫的大體積混凝土，礦粉和粉煤灰復(fù)配是理想的礦物摻合料組合，可以有效減少混凝土早期溫縮裂縫的危險。

　　2）抗?jié)B性能?；炷林袚郊拥V粉或礦粉和粉煤灰復(fù)配，發(fā)揮摻合料的微集料效應(yīng)和二次水化反應(yīng)，可以使混凝土孔徑細(xì)化，連通孔減少，混凝土密實性提高，從而大幅提高混凝土的抗?jié)B性能。采用庫侖電量方法評價，礦粉、粉煤灰和引氣劑均能降低混凝土的滲透性，礦粉越細(xì)、摻量越大，特別是礦粉與粉煤灰和引氣劑復(fù)合使用時，均能顯著降低混凝土的滲透性；采用NEL方法評價，對于C30的混凝土，礦粉摻量、細(xì)度、復(fù)摻等措施均不能顯著降低混凝土中的氯離子擴(kuò)散系數(shù)，適當(dāng)?shù)囊龤鈩﹦t能明顯降低混凝土的滲透性。對于C50的混凝土，礦粉及其與粉煤灰的復(fù)合摻和料，特別是引氣劑均能顯著降低混凝土的滲透性。

　　3）抗碳化能力。在達(dá)到相同強度的條件下?lián)降V粉混凝土和普通硅酸鹽水泥混凝土具有相同的抗碳化作用能力。

　　4）抗凍融能力。摻加礦粉，對混凝土的抗凍融性能有一定的改善作用，隨混凝土標(biāo)號的不同提高的幅度在25～50次范圍。礦粉混凝土和普通硅酸鹽水泥混凝土在強度和含氣量相同的條件下抗凍融能力基本相同；適當(dāng)摻加引氣劑，適當(dāng)?shù)暮瑲饬亢烷g距系數(shù)對混凝土的抗凍融十分必要。礦粉混凝土含氣量達(dá)到3-4%，混凝土抗凍融循環(huán)次數(shù)可達(dá)250次以上，而且用礦粉取代部分普通硅酸鹽水泥，并不影響引氣劑效率，無須增加引氣劑的摻量。

　　5）混凝土收縮。按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)測試，在配制C30標(biāo)號等級混凝土?xí)r，摻加40%細(xì)度為430m²/kg的礦粉混凝土的干縮值與基準(zhǔn)混凝土相比變化不大；而在配制C50標(biāo)號等級混凝土?xí)r，摻加40%細(xì)度為520m²/kg的礦粉，混凝土的干縮值有一定程度的增加，早期（3、7天）增幅較后期大。礦粉細(xì)度在430m²/kg～520m²/kg之間變化，對混凝土干縮值的影響不明顯。礦粉與粉煤灰復(fù)摻與礦粉單摻相比，明顯增加混凝土干縮值，混凝土標(biāo)號越高增加幅度越大?？紤]前3天的自收縮，無論是配制C30混凝土，還是配制C50混凝土，采用單摻礦粉，與基準(zhǔn)混凝土相比，收縮值均無明顯變化。

　　6）混凝土抗裂性能。礦粉與粉煤灰復(fù)摻改善抗裂性效果優(yōu)于礦粉單摻，這可能是由于復(fù)摻時的早期強度比單摻時低造成的?；炷猎缙趶姸葘炷猎缙诳沽研杂兄匾绊?，混凝土24小時強度越高，混凝土早期越易開裂?；炷猎缙诳沽研耘c早期強度之間可能存在一個臨界值，小于該強度值，混凝土不易開裂，大于該強度值，混凝土容易開裂。該值與環(huán)境條件及約束狀態(tài)有關(guān)。

　　三、礦渣粉在商品混凝土攪拌站中的應(yīng)用

　　近兩年來，北京市礦粉在商品混凝土攪拌站中的應(yīng)用隨唐龍和首嘉兩大礦粉生產(chǎn)線的投產(chǎn)而迅速發(fā)展。為了更好地應(yīng)用礦粉，減少問題，避免事故，在此談一些應(yīng)用體會，供大家參考。

　　1. 嚴(yán)格控制礦粉質(zhì)量，特別是礦粉的細(xì)度。

　　目前，大型立磨礦渣粉生產(chǎn)線生產(chǎn)的礦渣粉細(xì)度均控制在400～500m²/kg的范圍內(nèi)。由于其先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，礦渣粉的細(xì)度非常穩(wěn)定，給配制混凝土帶來了很大方便。而球磨礦粉的細(xì)度較難達(dá)到400m²/kg以上，即使通過延長磨細(xì)時間，增加能耗，勉強達(dá)到400m²/kg以上，也難以長期穩(wěn)定。一旦其細(xì)度大幅度降低，會給混凝土帶來諸多問題，如：粘聚性下降出現(xiàn)離析和泌水；凝結(jié)時間延長；早期強度降低，甚至28d強度也會不同程度降低等。這也是為什么在立磨礦粉之前礦粉的應(yīng)用受到限制的原因之一。因此，在使用球磨礦粉時應(yīng)加強檢測。

　　2. 避免利益驅(qū)動下盲目提高摻量

　　1）單摻礦粉時，以30%～40%為宜。大體積混凝土可增至50%以上，以達(dá)到明顯降低水化熱的目的。

　　2）復(fù)摻時，總?cè)〈坎灰顺^50%。粉煤灰控制在20%以內(nèi)，礦粉控制在30%以內(nèi)。

　　3）初期使用時，建議粉煤灰控制在10%以內(nèi)，礦粉控制在20%以內(nèi)，大體積混凝土可適當(dāng)放寬。

　　盡管在試配時，礦粉摻量在70%以內(nèi)對混凝土強度影響不大，但過大的摻量在實際應(yīng)用中確存在很多問題。其中兩個問題特別值得關(guān)注，一是混凝土凝結(jié)時間問題。摻量過高時，薄壁結(jié)構(gòu)由于混凝土溫度很快與環(huán)境溫度相同，其混凝土的凝結(jié)時間會明顯加長，不利于施工。對于豎向結(jié)構(gòu)，由于混凝土長期處于塑性狀態(tài)，會使混凝土發(fā)生較大沉降收縮，常常出現(xiàn)沿箍筋的環(huán)行裂縫。大體積混凝土的凝結(jié)時間則不然。由于它能積聚水化熱，凝結(jié)時間往往比試驗要短的多。因此采用大摻量礦粉或礦粉與粉煤灰復(fù)配可降低水化熱，延緩凝結(jié)時間，對大體積混凝土是比較有利的。另一個是混凝土粘聚性問題。我們知道，隨著混凝土強度等級提高，混凝土的粘聚性不斷增加，這樣配制混凝土就存在著兩頭難的問題。低強度等級混凝土粘聚性差，需要設(shè)法增加其粘度，減少混凝土離析泌水的可能；高強度等級混凝土粘聚性大，需要設(shè)法降低其粘度來保證施工性能。由于細(xì)度達(dá)到400m²/kg以上的礦粉可增加混凝土粘度，因此它有利于低強度等級混凝土而不利于高強度等級混凝土配制。配制高強度混凝土?xí)r需要礦粉和可以降低混凝土粘度的優(yōu)質(zhì)Ⅰ級粉煤灰復(fù)合使用。

　　3. 復(fù)摻時，針對不同等級粉煤灰，選擇合適的復(fù)合比例。

　　礦渣粉在商品混凝土攪拌站使用時，常與粉煤灰復(fù)合使用。這是因為，其一，粉煤灰比礦粉更為廉價，單摻礦粉對混凝土成本不利。雖然單摻粉煤灰可以大幅度降低成本，但摻量受到較大限制；其二，充分利用二者的“優(yōu)勢互補”，改善混凝土性能。

　　1） 礦渣粉與Ⅱ級粉煤灰復(fù)合。礦粉與Ⅱ級粉煤灰復(fù)合使用時，粉煤灰的取代量宜控制在15%以內(nèi)，礦粉宜控制在30%以內(nèi)。由于Ⅱ級粉煤灰的來源較Ⅰ級粉煤灰要廣，供應(yīng)量充足，因此在商品混凝土攪拌站大量使用。然而Ⅱ級粉煤灰的質(zhì)量穩(wěn)定性很差，使用Ⅱ級粉煤灰的攪拌站技術(shù)人員經(jīng)常為此而發(fā)愁。礦粉的質(zhì)量穩(wěn)定性遠(yuǎn)好于Ⅱ級粉煤灰，給我們配制混凝土帶來了很好的選擇，只要通過試驗找出合適的復(fù)配比例及合適的摻量，就可以配制出和易性好而成本有無明顯增加的混凝土。在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能多用礦粉，降低Ⅱ級粉煤灰質(zhì)量波動給混凝土帶來的不利影響。其實這種配制混凝土的原則適應(yīng)于任何原材料。也就是說，質(zhì)量差或質(zhì)量穩(wěn)定性差的原材料不得不用時，應(yīng)在充分試驗的基礎(chǔ)上，在條件允許的前提下盡可能少用。另外，由于Ⅱ級粉煤灰和礦渣粉同樣具有增加混凝土粘度的趨勢，因此不宜配制高強混凝土。

　　2） 礦渣粉與Ⅰ級粉煤灰復(fù)合。礦粉與Ⅰ級粉煤灰復(fù)合使用應(yīng)是最佳組合。粉煤灰可控制在20%以內(nèi)，礦粉可以控制在40%以內(nèi)，它們之間的比例可以根據(jù)不同強度等級，不同技術(shù)要求進(jìn)行調(diào)整。從強度方面說，粉煤灰等量取代水泥時，28d強度基本都比空白混凝土強度低，而礦粉在合適的摻量下會使混凝土的28d強度稍有提高，這樣二者有較好的“強度互補效應(yīng)”。同時，二者復(fù)合使用兼顧混凝土早期強度與后期強度，早期發(fā)揮礦粉的火山灰效應(yīng)，改善漿體和集料的界面結(jié)構(gòu)，彌補由于粉煤灰的火山灰效應(yīng)滯后于水泥熟料水化，從而使得火山灰反應(yīng)生成物和水泥水化生成的凝膠數(shù)量不足導(dǎo)致與未反應(yīng)的粉煤灰之間界面粘結(jié)不牢引起的早期強度損失（引自黃士元等編著《近代混凝土技術(shù)》）；后期發(fā)揮Ⅰ級粉煤灰的火山灰效應(yīng)所帶來的孔徑細(xì)化作用以及未反應(yīng)的粉煤灰顆粒的“內(nèi)核作用”，使混凝土后期強度持續(xù)得到提高。從混凝土粘聚性方面說，礦粉有增加混凝土粘聚性和泌水的趨勢，Ⅰ級粉煤灰卻能明顯降低混凝土的粘聚性和減少混凝土泌水的趨勢，二者的互補優(yōu)勢更為明顯，適合于配制各種強度等級的混凝土。因此，條件允許的情況下，實際應(yīng)用中，建議采用礦粉和Ⅰ級粉煤灰復(fù)配配制混凝土，以充分發(fā)揮二者的“優(yōu)勢互補效應(yīng)”，配制性能更為優(yōu)異同時成本更為經(jīng)濟(jì)的混凝土。

　　4. 礦粉（或礦粉和粉煤灰復(fù)摻）混凝土對養(yǎng)護(hù)條件要求更為苛刻。因此商品混凝土攪拌站技術(shù)人員應(yīng)加強與施工方溝通，確?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)條件。

　　受施工進(jìn)度、結(jié)構(gòu)形式、養(yǎng)護(hù)手段和人員素質(zhì)等方面因素的影響，混凝土的養(yǎng)護(hù)經(jīng)常得不到重視。特別是豎向結(jié)構(gòu)，如剪力墻、柱等，由于不便養(yǎng)護(hù)，一些單位常常是涂刷養(yǎng)護(hù)劑了事，而養(yǎng)護(hù)劑的效果很難在短期驗證，使混凝土的養(yǎng)護(hù)出現(xiàn)不少問題。在礦粉或礦粉和粉煤灰復(fù)合摻加的情況下，更需要加強養(yǎng)護(hù)，只有充分養(yǎng)護(hù)才能發(fā)揮摻合料的作用。養(yǎng)護(hù)不好對表面混凝土的影響很大，曾經(jīng)遇到過這樣一個問題：C40墻體混凝土，礦粉取代水泥25%，Ⅱ級粉煤灰取代水泥15%，28d回彈值很低，推斷強度只有C30左右，表面碳化很嚴(yán)重，一般在1.5～2.5mm之間，嚴(yán)重的高達(dá)4mm，而取芯檢測混凝土強度很高，強度值在47～62MPa之間。這說明，盡管試驗室的結(jié)果表明，礦粉或礦粉和粉煤灰復(fù)合摻加取代水泥在一定比例內(nèi)不會對混凝土的碳化產(chǎn)生較大影響，但實際應(yīng)用中由于養(yǎng)護(hù)條件等方面的影響，是否還能遵循這一規(guī)律就很值得懷疑。

　　當(dāng)然在施工中也見到過較好的養(yǎng)護(hù)方法，其實方法很簡單，實際效果確很好，值得借鑒。由于豎向結(jié)構(gòu)不便蓄水養(yǎng)護(hù)，他們在拆模后就由專人負(fù)責(zé)一遍又一遍地用噴霧器在墻上噴水，這樣既能長期保持混凝土表面的濕度，又節(jié)約用水，還減少了因養(yǎng)護(hù)用水四處流淌影響施工。

　　綜上所述，大型立磨礦渣技術(shù)在我國的快速發(fā)展，使大量細(xì)度在400m²/kg的礦粉得到廣泛應(yīng)用。礦粉的大量應(yīng)用，改變以往僅以粉煤灰為主要摻合料的局面。對于商品混凝土攪拌站而言，這種礦粉的出現(xiàn)給我們配制混凝土帶來了很大的方便，隨著礦粉研究和應(yīng)用的不斷深入，混凝土質(zhì)量會逐步改善。同時，礦粉的應(yīng)用，可以克服僅摻粉煤灰時取代水泥量有限的弱點，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，積極推廣應(yīng)用，不斷總結(jié)經(jīng)驗，揚長避短，使礦粉應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大。