对矿渣微粉在水泥混凝土中应用的研究

闫飞

摘 要：随着近年来我国经济发展速度的不断加快，建筑行业也呈现出积极的发展态势。混凝土作为建筑施工中最常使用的建筑材料，其质量好坏直接影响着建筑本身的施工质量以及使用寿命。在混凝土中使用添加剂可以大幅度改善混凝土的各项使用性能，该文研究者结合自身多年的实践经验，详细论述了用作混凝土掺合料的矿渣微粉的主要技术条件与矿渣微粉混凝土的主要性能特征，并对矿渣微粉的工作机理进行了介绍，给出了其在水泥制品生产中应得到开发应用，期望为我国建筑行业的发展提供一定的导向性作用。

关键词：矿渣微粉 水泥混凝土 使用性能 作用机理

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0074-01

近年来，我国建筑工程的施工质量不断提高，为国民经济的发展提供了有力的条件，新材料、新技术不断被引用到实际施工中也为建筑行业的发展注入了新鲜的血液。化学外加剂在混凝土工程上得到了普遍的应用，使得混凝土的质量和使用性能也有了极大的提高。生产中所使用的矿渣微粉可以概括为是将粒化水淬高炉矿渣经过粉磨后达到规定细度的一种粉体材料。其已经被广泛应用到水泥混凝土的生产中，但其使用性能与高炉矿渣硅酸盐水泥有着较大区别。主要表现在在矿渣硅酸盐水泥生产过程中，水泥熟料与矿渣是在一起混磨的；而矿渣的易磨性比水泥熟料差，当水泥熟料已粉磨到规定的细度时，矿渣的细度以比表面积表示比水泥小了很多。

近年来逐渐发展起来的活性矿物细掺合料已逐渐被各科研单位所重视，成为实现现阶段混凝土技术进步的一个重要途径与措施。通常情况下，可以讲活性矿物细掺合料分为有胶凝性或称潜在活性的矿物细掺合料、本身具有较小的胶凝性，但在粉态条件下可以发生水化反应生成具有胶凝性能的水化产物的矿物掺合料以及不仅具有胶凝性能，同时还具有火山灰活性的矿物掺合料。

在实际使用中，更加倾向于使用粒化水淬高炉矿渣，这不仅是因为此类矿渣同时具有较好的胶凝性与火山灰活性，其已经在水泥混凝土的发展中有了一定的应用。通常情况下，在矿渣硅酸盐水泥中的矿渣颗粒较粗，这就造成了矿渣微粉的潜在活性不能够得到完全发挥，这就造成了水泥的早期强度不达标，同时还会出现泌水现象，在水泥熟料中掺入矿渣微粉就能够在很大程度上提高水泥混凝土的强度，改善泌水性。

矿渣微粉不仅能够取代等质量的水泥，产生极大的经济效益，同时还能够改善混凝土的各项物理化学性能，如改善混凝土的工作性，降低水化热、改善内部结构，提高制品的抗腐蚀能力以及耐久性，这些都是对混凝土制品使用性能起到决定性作用的因素，已经广泛使用在生产高强、高性能混凝土、中强混凝土、大体积混凝土以及工作在恶劣环境下的混凝土制品。

1 混凝土矿渣的技术参数及品级

生产上所使用的高炉矿渣主要含有CaO、SiO2、Al2O3以及MgO、MnO、Fe2O3等氧化物。又因为不同高炉矿渣中氧化物的含量各不相同，这也导致了矿渣具有碱性、中性、酸性的区别。目前根据渣微粉的活性指数、流动度比和比表面积三个参数将矿渣分为 S95、S105与S115三个品级。其中活性是指受检胶砂与基准胶砂标准养护至规定龄期的抗压强度比，活性主要反应了矿渣微粉对硬化混凝土力学性能的影响。流动度则表示了受检胶砂与基准胶砂流动度之比值，反映了矿渣微粉对新拌混凝土工作性的影响。实验表明，矿渣微粉的细度对活性有着明显的影响作用，在制备微粉矿渣的过程中，需要考虑到矿渣的水化反应能力、混凝土的温升速率、微粉细度所导致的混凝土产生早期的自收缩程度以及耗电成本等因素来确定矿渣微粉的最佳细度。

2 简析矿渣微粉混凝土的使用性能

相较于传统混凝土而言，改性后的水泥混凝土无论是在新拌状态选还是在硬化之后其各项使用性能都有着较大幅度的提高，矿渣微粉作为近年来广泛使用的混凝土活性矿物掺合料能够等量取代水泥，在水泥性能的改善上有着明显的作用。

相对与新拌混凝土而言，矿渣微粉混凝土的初凝与终凝时间虽然比普通混凝土有所延缓，但延缓作用并不十分明显；使用矿渣微粉拌合的混凝土，其坍落度有着明显的提高，且能够明显缓解因坍落度经时所造成的损失。不仅如此，由于C3A矿物相的含量有所降低而与减水剂有更好的相容性，因此，在将矿渣微粉制备到一定细度之后，还能够起到很好的减水作用。此外，矿渣微粉还有着较好的粘聚性，对混凝土泌水性的改善有着很好的促进作用。

对于硬化混凝土而言，矿渣微粉混凝土的早期强度比普通混凝土略低，但在后期的强度成长上则明显好于普通混凝土，由于矿渣微粉能吸收水泥水化生成的Ca（OH）2晶体，对混凝土的内在界面结构起到很好的改善作用，这也说明了矿渣微粉能够起到很好的抗渗作用。此外，矿渣微粉还能够吸收混凝土中存在的氯离子，起到了显著的护筋作用。由于矿渣微粉混凝土的密实性提高了，因此，在同样混凝土配合比与强度等级的情况下，矿渣微粉混凝土的抗冻性也优于普通混凝土。

3 对矿渣微粉在混凝土硬化过程中的热学性能的分析

在生产大体积混凝土时，需要严格控制混凝土的水化热，希望水化热峰值出现的时间向后推迟，比保证混凝土的初始结构强度，避免由于温差所导致的裂缝现象发生。在使用了矿渣微粉后，由于能够显著减少水泥用量，这也就在很大程度上改善了混凝土硬化过程的热学性能。

4 简述矿渣微粉的作用机理

研究表明，之所以矿渣微粉能够起到显著改善水泥混凝土各项性能的作用，主要原因是矿渣微粉在混凝土中具有微集料效应和微晶核效应，并且能够改善混凝土界面区的结构，减少了水泥初期水化产物的相互搭接。矿渣微粉的细度比水泥颗粒细，在混凝土中起到了更细颗粒的作用，因而改善了混凝土的孔结构，使混凝土形成了密实充填结构。矿渣微粉还能够起到微晶核效应，为水花产物提供了一定的空间，从而改善了水化产物的分布情况，保证混凝土具有良好的力学性能。

综上所述，矿渣微粉是现代水泥混凝土生产中经常采用的改性剂，对于混凝土的各项物理化学性能均有着很好的改善作用，随着科研工作者对此领域研究的不断深入，矿渣微粉混凝土也必将取得更大的社会效益和经济效益。

参考文献

[1] 同济大学材料学院材料工程研究所.525#早强低热高掺量矿渣水泥（鉴定资料）.1998.

[2] 同济大学混凝土材料研究国家重点实验室与湖南韶峰水泥集团有限公司.高性能混凝土矿渣复合混合材（鉴定资料）.1996.

[3] 朱稚石.高炉矿渣微粉混凝土的研究、生产与应用[C].2001年矿渣微粉应用技术交流会论文集，2001（10）.

[4] 张荫济，朱稚石，等.宝钢高炉矿渣微粉混凝土的生产应用研究[C].2001年矿渣微粉应用技术交流会论文集，2001（10）.