矿粉对商品混凝土性能的影响及注意事项

欧国雄

【摘要】商品混凝土搅拌、运输、施工过程中，添加一定的矿物掺合料，可以达到改善混凝土性能的效果。主要通过实际实验结果，分析了矿粉对商品混凝土性能的影响，同时阐述了矿粉在混凝土应用中的注意事项。

【关键词】混凝土；矿粉，粉煤灰，影响，水化热

引言

矿渣粉也是目前商品混凝土生产企业广泛采用的原材料之一。掺加矿物掺合料不但可以提高混凝土的和易性、流动性，抗压强度等多项性能，同时可以降低生产企业的材料成本提高生产效益。尤其是利用矿渣粉和粉煤灰等活性混合材相复合，取代部分水泥。目前，随着我国大型立磨矿粉技术的快速发展，大量细度在400～430m/kg的矿粉得到了广泛应用，矿粉替代水泥量达到40%以上。

现在，众多商品混凝土公司大量使用矿粉，但是由于单掺矿粉，容易导致混凝土发黏a板结，而通过与粉煤灰复配，可以改善混凝土的泵送性能，同时降低了混凝土的生产成本，并且通过次第水化和微集料效应，还改善了混凝土的结构和耐久性。本文通过对水化热、收缩以及氯离子渗透的研究，指出矿粉和粉煤灰复掺40%～60%，能够有效保证混凝土的强度和耐久性。

1 实验材料及实验方法

1.1 原材料

水泥：P.O42.5水泥，28天抗压强度52Mpa；粉煤灰：I级粉煤灰；矿粉：S95级矿粉；砂：中砂，细度模数2.7，含泥量小于3.0%；石：5～25mm。连续级配，含泥量小于0.5%；减水剂：北京成百星JSP-V萘系减水剂。

1.2 实验方法

水化热测定参照GB2022-80进行，测得水化温升与时间的关系曲线；自由收缩是在干燥条件下测定25×25×285mm胶砂棒收缩率；氯离子渗透是采用美国ASTM C1202-97方法，记录6小时内通过Φ100×50mm的圆柱体试件的电量Q值，用来评价混凝土的密实程度和抵抗氯离子渗透能力。

2 实验结果与分析

2.1 矿粉对水化热的影响

在表1和图1中，从曲线2和3可知，掺矿粉的水泥水化速率要高于掺粉煤灰，出现最高温峰时间要早，且最高温峰较粉煤灰高，但是与纯水泥1相比，水化最高温升有了明显降低，这样可以避免由于水化温升导致混凝土内外温差而产生微裂纹；曲线2、3、5，替代水泥量为40%时，单掺矿粉、单掺粉煤灰和双掺矿粉和粉煤灰出现最高温峰时间差距不大。对于普通混凝土来说，早期水化速率降低不明显，混凝土早期强度影响不大，同时使用矿物掺和料明显降低混凝土成本；2、3、5与4、6（掺量60%）相比，显然，前者放热量和最高温峰较高，这样，在生产大体积混凝土时，替代水泥超过40%后，能够较明显地降低混凝土放热量，减小由于内部温升较外部过高而产生温度裂缝的几率。在生产大体积混凝土时，矿物掺合料掺量超过50%为佳；对于中低标号的普通混凝土，由于胶凝材料总量不高，掺量达到60%时，水化热量较低，水化速率变慢，容易导致早期强度不高，因而在生产中低标号的普通混凝土时，掺量不宜超过50%，以免早期强度过低，影响混凝土质量。

2.2 矿粉对自由收缩的影响

从表2及图2中可以看出，当粉煤灰取代水泥时，自由收缩随粉煤灰取代量的增加而减少，比如2当掺量在20%时收缩量减少不明显，达到30%时相对空白样，掺加粉煤灰可以明显改善砂浆的收缩。当用矿粉取代水泥时，自由收缩随矿粉取代量的增加开始增加，如4当掺量达到60%时如5，收缩率要低于空白样；可能由于当掺量在30%时，矿粉二次水化导致水化速率增加，最终造成自由收缩增加；当掺量增加到60%，水化速率下降，结构比较疏松，相对空白样，大量掺加矿粉可以改善砂浆的收缩。在干燥的环境下，砂浆的收缩在前期发展速度都比较快，但随着矿物掺合料的增加，收缩速率有降低的趋势。这主要是由于在砂浆中掺了大量的矿物掺合料，相当于在早期用水量不变的情况下，降低水泥用量，从而早期单位体积混凝土中水化产物量少，水泥石硬化体结构相对疏松，使砂浆的早期自收缩和干燥收缩明显低于空白样，从而矿物掺合料砂浆的早期总收缩低于纯水泥试样；然而后期矿粉和粉煤灰加到砂浆中，一方面粒子本身填充空隙，堵塞连通孔通道提高混凝土密实性；另一方面矿粉水化产生的CSH也进一步密实了混凝土的结构，由于结构的密实增加了抵抗干燥环境自由收缩的能力，从而减小了后期的自由收缩。也就是说，当矿粉和粉煤灰掺量超过40%后，砂浆的收缩能够低于纯水泥的收缩。

2.3 矿粉对氯离子渗透的影响

混凝土中的钢筋是结构设计的重要组成部份，当缺乏足够的混凝土保护时，钢筋将首先受到侵蚀发生锈蚀，而锈蚀又迅速导致了混凝土基体的膨胀开裂，使混凝土结构的劣化加速进行。因此，钢筋的锈蚀破坏被列为耐久性的首要因素。矿粉加到混凝土中一方面粒子本身填充空隙，堵塞连通孔通道提高混凝土密实性，另一方面矿粉水化生成的CSH也进一步密实了混凝土的结构，同时水泥水化中相当高的CH与矿粉成分相互作用，导致CH含量减少，改善了混凝土的内部结构，提高了抗氯离子的渗透能力。

由图3可以看出，掺加适量矿粉不仅可以降低氯离子渗透电量，改善抗氯离子侵蚀能力，同时可以适当提高混凝土后期强度。如矿粉掺量在50%时，强度由空白的53.4MPa提高到61.0MPa，同时渗透电量由1968库仑下降为555库仑；随着矿粉掺量的进一步提高，强度开始逐渐下降，耐侵蚀能力进一步提高；掺量超过50%后，强度明显下降，但相对改善耐久性能能力不大，所以掺加矿粉量不宜过高，低于50%为宜。同时对于单掺矿粉，易导致混凝土黏结发板，在混凝土生产中，可以采取粉煤灰、矿粉复掺的技术路线，如表3中5

，使用矿粉和粉煤灰代替50%的水泥，强度下降不大，同时氯离子渗透电量也在1000库仑以下，达到了一般高性能混凝土的要求。由于商品混凝土公司受粉煤灰品质的影响，粉煤灰的掺量也不宜过高，否则将影响混凝土的强度和耐久性能。如表3中6配合比，可能由于粉煤灰活性没有矿粉高，相对耐久性也比较差，但是使用粉煤灰能够很好地改善混凝土的泵送性能。由此可以得出，在混凝土中，矿物掺和料代替水泥在60%以内，能够很好改善混凝土的各项性能。矿粉二次水化反应产物对氯离子具有较大的固化能力，这将有利于降低氯离子在混凝土中的渗透速度；另一方面，矿粉的掺入会改善混凝土的微观结构，由于 “微集料”、“二次水化”等效应使得混凝土的孔径下降、孔隙率降低，提高了混凝土的抗渗性能，降低了氯离子在混凝土中的渗透速度；有利于改善人们通常所认为的有害离子在混凝土内的扩散通道，即水泥石—集料过渡区的结构，缩小过渡区的厚度，降低氯离子在混凝土中的渗透速度，提高混凝土的抗氯离子侵蚀能力。

2.4 注意养护问题

矿粉混凝土对养护要求非常严格，所以，在使用混凝土的时候，一定要加强与施工人员的沟通，保证混凝土养护条件的符合。受到施工进度、结构形式、养护方式、人员素质等

因素的影响，混凝土养护工作过于随意。尤其是在竖向结构中，大部分施工单位常用的是涂刷养护剂，而养护剂效果很难在短时间内予以检验，导致混凝土养护出现了很多的质量问题。在复合掺加矿粉与粉煤灰的时候，一定要重视养护问题，只有进行充分的养护工作，才可以保证掺合料作用的全面发挥。所以，在混凝土早期中，一定要注意保湿、保温措施的实施，避免混凝土后期强度不足。

3 结 语

总而言之，在混凝土搅拌过程中，适当地掺加一些矿粉，能够有效改善混凝土的强度、收缩性、耐久性。其具体表现就是可以提高混凝土的强度、抗渗性、抗冻性等。同时，适当掺加矿粉，还能够改善混凝土的和易性，延缓混凝土凝结时间，增强泵送性能。在强化搅拌站管理的基础上，适当掺加矿粉，可以有效提高混凝土的整体质量，对建筑行业的发展有着一定的促进作用。

参考文献

[1] DBJ/T13-42-2012，预拌混凝土生产施工技术规程[S].

[2] 胡亮，徐智勇，張文武.钢渣矿渣复合粉在商品混凝土中的应用研究[J].商品混凝土，2011（08）.

[3] 赵丹，朝寅.双掺矿粉对商品混凝土性能的影响研究[J].科技创业，2010（09）.

[4] 黄荣辉，连国俊，张文明.矿物掺合料在商品混凝土中的应用[J].混凝土，2004（07）.