0前言

    超細(xì)礦渣粉是指以礦渣微粉為主要原材料，通過一定程度的深化加工和復(fù)配，形成細(xì)度更細(xì)（比表面積達(dá)到500m2/kg以上）的一種新型摻合料，屬于礦渣微粉的高端衍生品，其具有較高的比表面積和火山灰活性。礦渣微粉在混凝土中應(yīng)用在我國(guó)已取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。但目前常用的S95礦渣微粉在混凝土中的應(yīng)用仍存在諸多問題：①摻入量偏低（一般摻量60~70kg/m3）；②顆粒級(jí)配較差；③早期強(qiáng)度低（3d強(qiáng)度一般<65%）；④干縮偏大等。而超細(xì)礦渣粉經(jīng)超細(xì)粉磨，粒徑分布合理，早期活性高、耐久性好。因此，挖掘礦渣微粉潛在活性，開發(fā)超細(xì)礦渣粉，成為了礦渣市場(chǎng)的必然走勢(shì)。

1超細(xì)礦渣粉的作用機(jī)理

1.1超細(xì)礦渣粉的減水機(jī)理

    超細(xì)礦渣粉的減水機(jī)理主要與顆粒物理性態(tài)有關(guān)，可以用微填充效應(yīng)和體積質(zhì)量效應(yīng)來分析。

    ①微填充效應(yīng)。在混凝土粉料中，水泥顆粒粒徑最大，磨細(xì)礦渣、粉煤灰次之，硅灰最小，超細(xì)礦渣粉的粒徑大小介于粉煤灰和硅灰之間，球狀小顆粒的超細(xì)礦渣粉可填充在水泥、粉煤灰、硅灰顆粒間的空隙中，置換出其間的填充水，從而使拌和物的表面水相應(yīng)大量增加，促進(jìn)水泥漿體流動(dòng)性的改善。

    ②體積質(zhì)量效應(yīng)。礦粉加入到水泥中時(shí)，一般都采用質(zhì)量置換法，在等質(zhì)量置換水泥的條件下，可以獲得更多的膠凝材料漿體體積，從而提高拌和物的流動(dòng)性。

1.2超細(xì)礦渣粉活性改善機(jī)理

    超細(xì)礦渣粉的反應(yīng)活性分為固有活性和誘增活性。

    ①固有活性：?；郀t礦渣在堿激發(fā)、硫酸鹽激發(fā)下發(fā)生反應(yīng)，形成低鈣型CSH凝膠和相應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物，不僅增加了CSH的量，而且消耗了于強(qiáng)度不利的氫氧化鈣(CH)晶體，CH的減少又進(jìn)一步促使C3S和C2S的水化，形成了有利于水泥和礦渣水化的良性循環(huán)，超細(xì)礦渣粉的這種反應(yīng)活性可稱為固有活性。②誘增活性：超細(xì)礦渣粉粉磨過程不僅是顆粒減小的過程，同時(shí)伴隨著晶體結(jié)構(gòu)及表面物理化學(xué)性質(zhì)的變化。晶體結(jié)構(gòu)的變化主要反映為晶粒尺寸減小、晶體形變?cè)龃蠛徒Y(jié)構(gòu)發(fā)生畸變。晶粒尺寸減小，保證了礦物與水接觸面積的增大；晶體形變?cè)龃筇岣吡说V物與水的作用力；結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變、結(jié)晶度下降使礦物晶體的結(jié)合鍵減小，水分子容易進(jìn)入礦物內(nèi)部，加速水化反應(yīng)。另外，在機(jī)械力粉磨的過程中，強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊、剪切、磨削作用和顆粒之間相互的擠壓、碰撞作用，可能促使礦渣玻璃體發(fā)生一定程度的解聚，使得玻璃體中的分相結(jié)構(gòu)在一定程度上得到均化,這也是礦渣活性提高的重要原因。

1.3超細(xì)礦渣粉與其他外摻料的復(fù)合效應(yīng)

    超細(xì)礦渣粉與水泥、粉煤灰、硅灰等其他礦物摻合料復(fù)合摻入混凝土中，微觀層面上，將會(huì)產(chǎn)生“多元復(fù)合效應(yīng)”，即微集料效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)、界面效應(yīng)和火山灰效應(yīng)；宏觀層面上，則會(huì)出現(xiàn)“1+1>2”的性能疊加效應(yīng)，甚至性能超疊加效應(yīng)。

2超細(xì)礦渣粉混凝土試驗(yàn)研究

2.1原材料

    （1）水泥：采用上海海豹水泥（集團(tuán)）有限公司提供PO42.5水泥，具體指標(biāo)見表1。安徽海螺水泥股份有限公司提供PⅡ52.5水泥，具體質(zhì)量指標(biāo)見表2。

    （2）粉煤灰：采用石洞口發(fā)電廠二級(jí)低鈣粉煤灰，具體指標(biāo)見表3。

    （3）礦粉：S95礦粉、超細(xì)礦渣粉均由上海寶田新型建材有限公司提供，其中S115-5、S115-10、S115-15分別表示經(jīng)5μm、10μm、15μm篩余不低于97%的超細(xì)礦渣粉。具體指標(biāo)見表4。

    （4）集料：細(xì)集料為廬江Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.7；粗集料為湖州新紀(jì)元5~25mm碎石。

    （5）外加劑：選用上海建筑科學(xué)研究院的高效減水劑（LEX-9P），上海西卡的高效減水劑（VC20HE）。

2.2  C35普通混凝土試驗(yàn)配合比及結(jié)果分析

    膠凝材料總量為370kg/m，固定水灰比為0.43，配制C35混凝土，其中固定粉煤灰摻量為膠凝材料的19%，礦粉摻量為11%、22%、32%。超細(xì)礦粉選取S115-10、S115-15兩種，并與S95礦粉進(jìn)行比較，具體配合比見表5。

    由圖1、圖2可知，S115-10對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的貢獻(xiàn)較S95稍小，S115-15則對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的貢獻(xiàn)較S95礦粉大。當(dāng)摻量為11%時(shí)，S115-15超細(xì)礦粉混凝土3d強(qiáng)度較摻S95礦粉混凝土可提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)以上；當(dāng)摻量為32%時(shí)，S115-15超細(xì)礦粉混凝土28d強(qiáng)度較摻S95礦粉混凝土可提高17MPa。

    混凝土耐久性方面，從電通量或氯離子擴(kuò)散系數(shù)看，S115-15超細(xì)礦粉對(duì)混凝土耐久性更有利。建議采用S115-15超細(xì)礦粉配制普通混凝土，由于S115-15超細(xì)礦粉摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響不大，建議摻量為10%~20%。

2.3  C55管片混凝土試驗(yàn)配合比及結(jié)果分析

    C55管片混凝土試驗(yàn)配合比見表6。依據(jù)STB-DQ-010201《上海地鐵盾構(gòu)法隧道管片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)意見》配制、成型軌交管片混凝土，超細(xì)粉替代水泥比例分別為12%、22%、32%，并與S95礦粉混凝土比較。

    混凝土強(qiáng)度方面，超細(xì)礦粉對(duì)管片混凝土蒸養(yǎng)強(qiáng)度、24h自養(yǎng)強(qiáng)度、7d、28d標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)均較S95礦粉大。如圖3、圖4、圖5所示，S115-5超細(xì)粉對(duì)管片混凝土蒸養(yǎng)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)最大，S115-15μm次之；S115-10超細(xì)粉對(duì)管片混凝土24h自養(yǎng)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)最大。在摻量達(dá)到20%以上，S115-10超細(xì)粉的后期強(qiáng)度較S115-5和S115-15超細(xì)粉大，且相對(duì)于摻S95礦粉混凝土，摻S115-10超細(xì)粉混凝土28d強(qiáng)度提高了13~15MPa。

    根據(jù)STB-DP-010201“上海地鐵盾構(gòu)法隧道管片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)意見”規(guī)定:“管片成型后以同等條件養(yǎng)護(hù)的試件抗壓強(qiáng)度達(dá)到20MPa方可脫模、吊運(yùn)”。耐久性要求：“氯離子擴(kuò)散系數(shù)DCl-≤1.2×10-8cm2/s；電通量≤1000C（不摻加鋼纖維的管片）”。則表6所示管片混凝土中，摻加超細(xì)礦粉的混凝土均可實(shí)現(xiàn)24h自養(yǎng)后達(dá)到脫模強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)管片免蒸養(yǎng)，且耐久性指標(biāo)均符合要求。綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，S115-10超細(xì)礦粉比較適合用于C55管片免蒸養(yǎng)生產(chǎn)，建議摻量為10%~20%。

3超細(xì)礦渣粉混凝土的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

    由于超細(xì)礦渣微粉經(jīng)超細(xì)粉磨，價(jià)格較高，其在混凝土及其制品中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在綜合成本上，具體包括以3個(gè)方面：

    （1）調(diào)整級(jí)配，降低成本。超細(xì)礦渣粉等量取代S95礦粉用于混凝土，超細(xì)礦渣微粉在提高混凝土早期強(qiáng)度、后期強(qiáng)度和耐久性方面均具有優(yōu)勢(shì)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推斷可通過改變混凝土級(jí)配降低成本。

    （2）探索免蒸養(yǎng)，降低蒸養(yǎng)費(fèi)用。蒸養(yǎng)費(fèi)用往往占預(yù)制混凝土構(gòu)件產(chǎn)品成本中一定比例，實(shí)現(xiàn)免蒸養(yǎng)可降低預(yù)制混凝土構(gòu)件產(chǎn)品的成本。采用超細(xì)礦渣粉生產(chǎn)管片可實(shí)現(xiàn)自養(yǎng)24h達(dá)到脫模強(qiáng)度。因此，可考慮在冬季應(yīng)用超細(xì)礦渣微粉實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)免蒸養(yǎng)，以降低蒸養(yǎng)費(fèi)用。

    （3）縮短生產(chǎn)周期，提高模具周轉(zhuǎn)率研究超細(xì)礦渣微粉對(duì)蒸養(yǎng)時(shí)間的影響，在縮短預(yù)制構(gòu)件的蒸養(yǎng)和生產(chǎn)周期的情況下，提高模具周轉(zhuǎn)率，從而達(dá)到利用較少的模具獲得同樣的產(chǎn)量，降低其總成本。

4結(jié)語

    超細(xì)礦渣粉經(jīng)超細(xì)粉磨，改變了顆粒形貌，微觀結(jié)構(gòu)，極大地影響了超細(xì)礦渣粉各種效應(yīng)。超細(xì)礦渣粉用于普通混凝土，可提高混凝土強(qiáng)度高達(dá)一個(gè)等級(jí)，且耐久性優(yōu)良；應(yīng)用于管片混凝土構(gòu)件，可實(shí)現(xiàn)免蒸養(yǎng)，其經(jīng)濟(jì)效益顯著，市場(chǎng)前景廣闊

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