矿渣粉高性能混凝土在水利工程中的应用

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 伊宁 835000)

矿渣粉高性能混凝土在水利工程中的应用

赵建明

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 伊宁 835000)

矿渣粉具有很好的活性，掺入混凝土中能够改善混凝土结构，减少水泥用量，降低水化热，抑制骨料碱活性反应，是一种经济、环保的混凝土掺合料。掺入适量矿渣粉能够配制满足设计、施工要求的高性能混凝土。

高性能混凝土；矿渣粉；应用

1 工程概况

新疆伊犁北岸干渠工程为Ⅰ等大(1)型工程，渠道全长127.14km，设计流量55.50m3/s，加大流量62m3/s。渠道某标段为隧洞工程，隧洞全长4795m,为无压明流隧洞，纵坡1/2200,隧洞选择马蹄形断面,断面尺寸6.20m×6.20m，衬砌厚度0.80m。隧洞工程主要包括隧洞进口明渠、隧洞进口渐变段、隧洞洞身、隧洞出口暗涵、隧洞出口矩形槽、隧洞施工支洞。

隧洞工程混凝土施工区域为严寒地区，多年年平均气温8.20～11.70℃，极端最低气温-32.60℃，最大冻土深度60～130cm；极端最高气温40.60℃，无霜期140～160天。隧洞混凝土衬砌采用泵送法施工，隧洞进口及出口段混凝土设计指标为C25F300W6，洞身段混凝土设计指标为C25F200W6，均为二级配混凝土。

2 矿渣粉性质及作用

矿渣粉是将炼铁高炉排出的水淬矿渣外加少量助磨剂经超细粉磨后而得到的一种粉末状产品。矿渣含有较多的CaO，经水淬后的粒化高炉矿渣大部分为非晶体，具有玻璃质结构，这种玻璃体蕴藏有很高的结晶性能量，具有很好的活性。由于矿渣粉一般都磨得比水泥细以及其表面的玻璃质，可起到填充水泥颗粒间隙的微集料作用，从而改善混凝土的孔结构，降低混凝土孔隙率，能够减少混凝土的水和水泥用量，降低混凝土水化热，易于拌制出和易性好的高性能混凝土。

新疆天然砂砾石料储量丰富，混凝土用骨料基本采用天然料场经筛分、水洗后的天然骨料，但新疆天然砂、骨料普遍具有潜在碱活性，混凝土中适量掺入矿渣粉、粉煤灰等掺合料可以抑制混凝土中骨料碱活性反应，提高混凝土耐久性和使用寿命。根据矿渣粉抑制骨料碱活性实验结果，矿渣粉掺量在20%以上时，即可抑制骨料碱活性反应。

矿渣粉能够改善混凝土性能，发挥其经济、环保作用，拓展了混凝土种类，应用前景广阔。

3 矿渣粉高性能混凝土配合比

3.1 配合比原材料

3.1.1 水泥及矿渣粉

隧洞工程使用的水泥为伊犁当地生产的普通硅酸盐42.5水泥，其物理力学性能检验结果见表1，矿渣粉也为当地产品，其技术性能检验结果见表2。

表1 所用普通硅酸盐42.5水泥物理力学性能检验结果

表2 所用矿渣粉技术性能检验结果

由检验结果可知：所用普通硅酸盐42.5水泥所检项目满足《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)中的技术指标要求；所用矿渣粉技术性能检验结果满足《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T 18046—2008) 中S75级技术指标要求。

3.1.2 砂石骨料及外加剂

配合比所用粗、细骨料各项技术指标所检项目，均满足《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144—2001)技术指标要求；高效减水剂、引气剂性能指标均满足《混凝土外加剂》(GB 8076—2008)中合格品的技术要求。

3.2 矿渣粉掺量的选定

结合C25F300W6混凝土配合比水胶比的选定，采用不同的水胶比，每个水胶比分别选取30%和40%两个掺量，对拌和物性能及抗压强度进行试验，试验结果见表3。

由表3混凝土拌和物性能及抗压强度结果可以看出：在用水量、水胶比、砂率等配合比参数相同的情况下，30%矿渣粉掺量混凝土7天、28天抗压强度高于40%矿渣粉掺量的强度。从强度结果分析，30%矿渣粉掺量优于40%矿渣粉掺量；40%矿渣粉掺量混凝土坍落度略大于30%掺量的，矿渣粉为玻璃质结构，掺入混凝土中能够增大混凝土的流动性。

表3 混凝土拌合物性能及强度试验结果

3.3 隧洞工程进口及出口段推荐混凝土配合比

隧洞工程进口及出口段推荐混凝土配合比见表4。

3.4 隧洞工程进口及出口段推荐混凝土配合比耐久性能

隧洞工程进口及出口段推荐混凝土配合比耐久性能见表5。

表4 隧洞工程进口及出口段推荐混凝土配合比

表5 隧洞工程进口及出口段推荐混凝土配合比耐久性能

混凝土为连续级配的颗粒堆积体系，粗集料间隙由细集料填充，细集料间隙由水泥颗粒填充，水泥颗粒之间的间隙则由更细的颗粒填充。矿渣粉可起到填充到水泥颗粒间隙的微集料作用，从而改善混凝土的孔结构，降低孔隙率，使混凝土形成了密实充填结构，提高混凝土的抗渗性能。

矿渣中主要化学成分为SiO2、Al2O3和CaO，高活性的SiO2、Al2O3可与水泥中C3S和C2S水化产生的Ca(OH)2反应，进一步形成水化硅酸钙产物，填充到水泥混凝土的孔隙中，大幅度提高混凝土的致密度，同时将强度较低的Ca(OH)2晶体转化成强度较高的水化硅酸钙凝胶，提高混凝土的强度。混凝土中掺入引气剂在混凝土中形成微小封闭气孔可以阻断混凝土中水的通道，进一步提高混凝土抗冻性能，掺入适量矿渣粉，提高混凝土密实度，同时引入适量气体阻断水的通道，形成内部相对密实、水不易进入混凝土内的结构，抗冻性能更高。低水胶比有利于矿物掺合料发挥作用，可配制抗冻指标达到F300的高性能混凝土。

4 注意事项

a.矿渣粉混凝土黏性大，但抗离析能力相应下降，应选择合适的矿渣粉掺量、砂率以保证混凝土施工及工作性能。

b.掺入高效减水剂可以降低混凝土用水量及胶凝材料用量，高效减水剂掺量不宜超过最优掺量，掺量过高矿渣粉混凝土容易出现泌水现象。

c.水泥原料中掺入适量矿渣粉作为矿物掺合料，不仅可以增加水泥比表面积及强度，而且可以降低成本。目前许多水泥厂都在水泥原料中掺入一定比例的矿渣粉，在确定混凝土配合比及选定矿渣粉掺量时要考虑这一因素。

5 结 语

矿渣粉作为一种经济、环保型的混凝土掺合料，能够降低混凝土成本，降低水化热，改善混凝土性能，配制出和易性好的高性能混凝土。目前，矿渣粉混凝土在水利工程施工中已得到成功应用，应用前景广阔。

张伟军，等.高性能混凝土的应用与混凝土耐久性的发展[J].建筑材料及制品，2007(2).

ApplicationofSlagPowderHighPerformanceConcreteinWaterConservancyProject

ZHAO Jian-ming

(XinjiangYiliRiverBasinDevelopmentandConstructionAuthority,Yining835000,China)

Slag powder has good activity, which can improve concrete structure, reduce cement dosage, lower heat of hydration, and inhibit aggregate alkali activity reaction by being mixed in concrete. It belongs to economic and environment-friendly concrete mixture. High performance concrete meeting design and construction requirements can be prepared by mixing suitable amount of slag powder.

high performance concrete; slag powder; application

TV431

A

1673-8241(2014)03-0010-03