矿渣微粉在水泥混凝土中的应用

郭晓烨

（山西宏厦建筑工程第三有限公司 山西省 045000）

1 矿渣微粉在水泥混凝土中作用原理

矿渣在水泥混凝土中提高其性能的作用机理是矿粉参与二次水化反应，在碱性启动剂作用下，磨细矿渣的水化过程是：首先，矿渣玻璃体表面的 Ca2+，Mg2+在 OH-的作用下生成 Ca（OH）2和 Mg（OH）2，使玻璃体表面破坏，为OH-提供了进入玻璃体内部的必要通道，使OH-与网络改性体Ca2+，Mg2+发生反应，生成 Ca（OH）2和 Mg（OH）2，而启动剂中的 Na+，K+或其它离子与Ca2+，Mg2+进行替换，连接在Si-0键和AI-O键上，这样就导致了玻璃体网络结构的破坏、分解和溶解，促进矿渣的进一步水化。Ca（OH）2与体系中溶出的活性SiO2反应生成离子浓度更小的C-S-H凝胶，因此Ca（OH）2的多相离子平衡被破坏。随着水化反应的继续，Ca（OH）2晶体不断溶解，C-S-H凝胶不断沉积，使浆体逐渐变稠并硬化，宏观上表现为强度迅速增加，同时浆体也由粘塑性向弹塑性最后向脆性发展。由此可见，在反应过程中吸收大量的CH晶体，使混凝土中尤其界面过渡区的CH晶粒变小变少。

2 矿渣水泥混凝土性能概述

2.1 矿渣混凝土工作性能和力学性能

（1）掺入矿渣微粉对水泥胶砂的流动度及凝结时间的影响

相关研究表明，同样的用水量，随着矿渣微粉的掺入，水泥胶砂的流动明显增大，说明矿渣微粉可以大大改善混凝土的工作性能；随着矿渣微粉的掺量不断增加，水泥的凝结时间也相性延长，而相应延长混凝土的凝结时间对大体积混凝土施工非常有利，可以防止水化热集中释放，降低水化热带来的不利影响。

（2）掺入矿渣微粉对水泥胶砂强度的影响

相关研究表明，按矿渣微粉掺入量的比例由小到大，抗压强度7d强度直线下降，而后期抗压强度有了明显的提高。这说明掺入矿渣微粉后可以加强砂浆与粗集料间的粘结强度，增强混凝土后期强度。

2.2 掺入矿渣微粉对混凝土抗渗性能的影响

（1）3～5mm粒径透水混凝土在孔隙率为14%，5～10mm粒径透水混凝土在孔隙率为16%，矿渣微粉掺量均为7.5%时，满足抗压强度为20MPa、抗折强度为2.5MPa的要求。采用内掺法进行矿渣微粉的添加对透水混凝土渗透性能影响不大，对透水混凝土的抗压强度有小幅度提升，但代替水泥在一定程度上起到了节能减排的作用。

（2）采用3～5mm粒径透水混凝土为上面层结构，5～10mm粒径透水混凝土为下面层结构，满足渗透系数大于1mm/s的要求，并且满足上面层渗透系数不宜大于下面层渗透系数的要求。

（3）渗透系数与骨料粒径呈现出正比关系，与孔隙率呈现出正比关系，与黏性阻力系数呈现反比关系。采黏性阻力系数作为变量，利用fluent多孔介质模型进行饱和渗流计算的方法是合理的。

（4）3～5mm骨料粒径透水混凝土的目标孔隙率与抗压强度以及渗透系数的函数拟合关系式分别为：抗压强度f（p）＝73.91p2-95.52p+31.93；渗透系数g（p）＝44.55p2+13.09p。5～10mm骨料粒径的透水混凝土的目标孔隙率与抗压强度以及渗透系数的函数拟合关系式分别为：抗压强度f（p）＝121.43p2-119.81p+36.49；渗透系数 g（p）＝46.91p2+16.73p。

2.3 矿渣微粉在水泥混凝土中应用注意的问题

（1）要严格控制矿渣粉的细度

由于矿渣微粉较难磨细，而一旦矿粉细度大幅度下降会给混凝土带来很多问题，如粘聚性下降，出现离析和泌水，凝结时间过长，早期强度过低等问题，所以一定要加强矿渣微粉细度的检测。

（2）要注意矿渣微粉的掺量

“单掺”矿渣微粉时，凝结时间有所延长，泌水量增大，粘聚性也有所提高，这些会给混凝土带来一定的影响，因此“单掺”要注意矿渣微粉的掺量，一般为胶凝材料的20～30%。实际生产中宜采用和粉煤灰双掺来配置混凝土，两者比例一般不超过胶凝材料的40%。

2.4 矿渣微粉在商品混凝土中的应用效益

（1）用于普通水泥混凝土等量替代水泥，可节省水泥用量，降低混凝土成本；

（2）可显著提高水泥混凝土的抗碱骨料反应性能，提高水泥混凝土的耐久性；

（3）可显著减少水泥混凝土的泌水量，改善水泥混凝土的和易性；

（4）可显著增加水泥混凝土的致密度，改善水泥混凝土的抗渗性；

（5）可显著降低水泥混凝土的水化热，适用于配制大体积混凝土工程。

3 结论

矿渣混凝土保水性、可塑性好，具有较好的工作性。与普通混凝土相比，矿渣混凝土强度较大。如果对矿渣进行广泛的应用，既可以减少企业的支出和成本，又可以减少了材料的开采，对环境的保护意义巨大。最后存在的不足是由于试验均在实验室的条件下进行，故还需要进行一定的工程应用试验研究，才能全面地分析高炉矿渣混凝土的性能。

[1]潘冬冬，李东，毛荣一，耿健.蒸养下矿渣微粉对水泥基材料氯离子固化特性研究[J].矿冶，2017，26（03）：87～90+93.

[2]王文明.一种新型高抗硫酸盐侵蚀混凝土的研究及工程验证[J].混凝土世界，2017（06）：94～99.