粒化高炉矿渣粉在混凝土中的应用

李晓峰

1 粒化高炉矿渣粉的基本定义和性能

1.1 基本定义

粒化高炉矿渣粉(granulated blanst fuynace slag)是粒化高炉矿渣经干燥、粉磨达到规定细度的粉体，粉磨时也可加入一定量的石膏和助磨剂。在混凝土中运用又称它为掺合料，与粉煤灰、水泥共同组成混凝土的胶凝材料。

流动度比(ratio of fluidity)是矿渣粉按规定比例等量取代水泥后的胶砂流动度与标准水泥胶砂流动度之比。流动度比越大说明矿渣粉需水性越小。

活性指数(strength activity index)是矿渣粉按规定比例等量取代水泥后的胶砂强度与基准水泥胶砂强度之比。

高强矿渣粉混凝土(high strength concrete using slag as main mineral additive)是采用水泥、砂、石、高效减水剂，以及矿渣粉为主要掺合料，以常规工艺配制的C50级～C80级混凝土。

1.2 基本作用原理

混凝土的性质很大程度上取决于水泥基体的密实度，混凝土的密实性除了通过调整配合比及添加混凝土外加剂以外，还可以通过添加一部分活性掺合料来改善，其原理是利用活性混合材的物理填合作用或化学反应作用来提高水泥基的致密度，主要常用的活性混合材有：粉煤灰、火山灰、硅灰、超细矿渣粉等。尤其是活性火山灰、超细矿渣粉、硅灰其化学作用更明显一些，其原理是将水泥水化作用产生的Ca(OH)2固化进而新形成水化硅酸钙凝胶，新形成的水化硅酸钙凝胶作为最终产物以提高混凝土的密实度，从而改善混凝土的力学性能和耐久性。

1.3 矿渣超细粉的主要物理性能指标

表1是GB/T 18046-2008所要求的超细矿渣粉的技术指标。

表1 超细矿渣粉的技术指标

具体的检测方法见GB/T 18046-2008中所规定的试验方法，对于商品混凝土搅拌站来说，在日常的原材料检验中，应该控制的几个主要超细矿渣粉指标如下：

1)流动度比：流动度比试验方法简单，通过检验流动度比可以直接检验出超细矿渣粉的真假，特别是一些以磨细石灰岩粉磨掺假在超细矿渣粉的产品里，流动度比小，所需水量就会增大，从而影响整个混凝土的水胶比，最终影响混凝土的力学性能和耐久性。

2)活性指数：活性指数的试验方法与普通水泥胶砂的试验方法过程一样，通过做超细矿渣粉的活性指数可以有效地指导在混凝土中超细矿渣粉的用量，无论是质量上还是经济上，活性指数是超细矿渣粉极其主要的指标，在使用过程中应加强试验，掌握准确的数据，以指导混凝土生产。

1.4 超细矿渣粉的化学分析

超细矿渣粉的化学组成见表2。

表2 超细矿渣粉的化学组成

由此可见，超细矿渣粉的主要成分是SiO2和CaO，在化学反应中主要参与反应的也是这两项主要成分，前期反应主要是活性CaO参与水化反应，也称为前期火山灰效应，后期主要是活性SiO2参与混凝土硬化反应，也称之为后期的火山灰反应。在一些超细矿渣粉生产企业也经常通过调整这两项成分的含量来满足不同用户的需求。通过混凝土净浆水化的显微岩片分析可以很直接的看出，超细矿渣粉的加入，超细矿渣粉的结构是无定形结构，早期火山灰效应较大，如在其中加入部分呈结构晶体的硅灰等，会大大的提高混凝土的密实度和后期强度。

2 超细矿渣粉在混凝土配合比中的运用

2.1 掺超细矿渣粉混凝土配合比设计原则

1)混凝土配合比设计，应根据设计要求的强度等级、强度标准值的保证率和混凝土的耐久性以及施工要求，采用与实际工程使用的相同原材料，按JGJ 55普通混凝土配合比设计规程的规定进行;2)混凝土的配合比确定后，在工程中使用时仍应通过开盘检定和试浇筑予以验证;3)超细矿渣粉的选择，不仅要考虑矿物掺合料本身的品质，还应结合混凝土其他参数、工程性质、所处环境等因素综合确定，并应注意以下原则;4)混凝土的水胶比较小、浇筑温度与气温较高、混凝土强度验收龄期较长时，超细矿渣粉宜采用较大掺量;5)混凝土构件最小截面尺寸较大时，例如大体积混凝土、水下工程混凝土以及有抗腐蚀要求的混凝土等，根据需要适当增加超细矿渣粉的掺量;6)对于最小截面尺寸小于150 mm的构件混凝土(例如现浇楼板混凝土)，宜采用较小坍落度，超细矿渣粉宜采用较小掺量;7)对早期强度要求较高或环境温度较低条件下施工的混凝土，超细矿渣粉宜采用较小掺量。

2.2 混凝土配合比设计步骤

具体设计步骤与普通配合比设计步骤一样，把超细矿渣粉按照水泥来处理，前提是必须做流动度比和活性指数。

2.3 混凝土配合比验证

配合比设计完成后必须用24 L的混凝土强制搅拌机搅拌混凝土，进行验证，最终得出最佳混凝土配合比。

2.4 超细矿渣粉在实际运用中应注意的几个问题

1)掺超细矿渣粉的混凝土，宜采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，当采用其他品种水泥时，应了解水泥中混合材的品种和掺量，并通过系统试验确定超细矿渣粉的掺量。

2)掺矿物掺合料后混凝土的放射性核素的放射性比活度应满足现行国家标准GB 6566建筑材料放射性核素限量的规定，此条为强制性条文。

3)制备混凝土时，宜采用强制式搅拌机，并适当延长搅拌时间，超细矿渣粉的计量应按重量计，每盘计量允许偏差不应超过±2%，混凝土运送到浇筑点时，应不分层、不离析，并应保证施工要求的工作性和均匀性。

4)掺用多种矿物掺合料时，应经过充分试验验证之后再行使用。

3 结语

超细矿渣粉能有效地改善混凝土的力学性能和耐久性，在高速铁路领域，已用于京沪高铁、哈大高铁、太中银客运专线等，有效地解决了混凝土生产中混凝土外观差、易开裂、易产生微裂纹和断板的缺陷;在高强混凝土领域更是解决了C80以上混凝土的实际配制难度大的问题，是国家提倡使用的节能综合利用产品。在未来混凝土运用上必将更广泛、更有效。

［1］ 丁义海.粉煤灰混凝土强度增长特性研究［J］.山西建筑，2010，36(3)：185-186.