礦渣微粉品質(zhì)差別及其對混凝土性能的影響
關(guān)鍵詞： 礦渣微粉； 顆粒級配； 混凝土耐久性
0 前言
礦渣微粉是近年來新興的混凝土礦物摻合料。等量或超量取代水泥時， 不僅有較好的經(jīng)濟(jì)效益， 還能顯著地改善新拌混凝土的工作性、降低混凝土水化溫升速率， 并可提高混凝土的抗腐蝕、抗?jié)B透等耐久性能。
鑒于其優(yōu)異的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能， 目前在長三角地區(qū)，礦渣微粉的生產(chǎn)和應(yīng)用發(fā)展迅速， 已成為商品 混凝土市場不可或缺的重要原料。自2002 年至2005 年， 僅供應(yīng)上海地區(qū)市場的礦渣微粉生產(chǎn)企業(yè)已增加到十幾家。這其中有大型的專業(yè)礦渣微粉生產(chǎn)企業(yè)， 也有從原小水泥廠閑置的粉磨設(shè)備轉(zhuǎn)產(chǎn)而來的小型礦渣微粉粉磨站。但是， 由于各生產(chǎn)企業(yè)的原料來源、工藝和設(shè)備的水平、生產(chǎn)能力、技術(shù)力量等差別很大， 造成了市場上流通的礦渣微粉產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。當(dāng)前， 礦渣微粉生產(chǎn)企業(yè)一般采用國標(biāo)GB/T 18046- 2000 進(jìn)行質(zhì)量控制， 而在實(shí)際應(yīng)用的過程中， 某些礦渣微粉生產(chǎn)企業(yè)為片面追求經(jīng)濟(jì)效益， 在礦渣微粉中摻入其他未經(jīng)試驗(yàn)研究及標(biāo)準(zhǔn)許可的外摻料、激發(fā)劑等， 使這些摻雜的“礦渣微粉”在按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測時， 可以獲得“優(yōu)良”的檢測結(jié)論， 但實(shí)際應(yīng)用時往往會造成混凝土強(qiáng)度波動大， 新拌混凝土工作性能異常等問題， 特別是混凝土后期強(qiáng)度出現(xiàn)倒縮及伴隨而生的混凝土開裂，對混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性帶來了很大的隱患，使用戶的最終利益在不知情的情況下受到損害， 嚴(yán)重影響了礦粉優(yōu)異性能的發(fā)揮及其在商品混凝土中的推廣應(yīng)用。本文研究了不同礦粉的品質(zhì)差別及其對混凝土性能的影響， 旨在為各混凝土攪拌站合理選擇礦粉時提供幫助， 以避免不必要的損失。
1 原料
?。?1） 礦渣微粉 選用上海及周邊市場銷售的不同礦渣微粉產(chǎn)品， 品種及主要物理性質(zhì)見表1。表2 為各礦粉的主要化學(xué)成分。
（ 2） 水泥 寶山水泥廠42．5 級普通硅酸鹽水泥。
2 試驗(yàn)內(nèi)容
2.1 礦粉活性指數(shù)
采用礦渣微粉： 硅酸鹽水泥=1： 1 的比例， 按照GB/T18046 進(jìn)行水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)， 用同齡期摻礦渣微粉水泥和純水泥膠砂強(qiáng)度的百分比表征礦粉活性指數(shù)，比較不同礦粉的品質(zhì)差別。
2.2 混凝土試驗(yàn)
以表3 的混凝土配合比為基準(zhǔn)， 用不同礦粉等量替代部分水泥（ 替代率54．5%） 進(jìn)行混凝土試驗(yàn)。測定各混凝土的坍落度、不同齡期（ 3d、7d、28d、90d） 抗壓強(qiáng)度， 研究不同礦粉對混凝土施工性能以及早中期強(qiáng)度的影響。同時， 分別用ASTMC1202 電通量法測定各混凝土的抗氯離子滲透性能； 用平板法測定混凝土的當(dāng)量裂縫長度， 評價(jià)不同礦粉對混凝土耐久性的影響。
2.3 微觀檢測
用XRD 分析不同礦粉的礦物組成， 用SEM觀察摻礦粉水泥漿體的水化相形貌變化， 分析不同礦粉的品質(zhì)差別及其對混凝土性能產(chǎn)生影響的內(nèi)在原因。
3 試驗(yàn)結(jié)果和討論 3.1 不同礦粉的品質(zhì)差別
（ 1） 活性指數(shù)
表4 為不同礦粉的活性系數(shù)測定結(jié)果。可以看到，S1、S2、S3、S6 礦渣微粉綜合活性指數(shù)較好， 膠砂強(qiáng)度發(fā)展比較均衡， 特別是后期強(qiáng)度， 摻入礦渣微粉的水泥膠砂表現(xiàn)出比純水泥膠砂更好的性能。而對于S4、S5礦渣微粉， 盡管其早期膠砂強(qiáng)度發(fā)展較快， 超過了S1的強(qiáng)度增長速度， 但是在28d 天后， 強(qiáng)度上升就變慢甚至出現(xiàn)強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象， 說明其質(zhì)量異常， 推斷其中可能摻有早強(qiáng)作用組分。
圖1 為礦粉S1、S4、S5 的XRD 圖譜， 可發(fā)現(xiàn)， S1 礦渣微粉X 射線衍射圖譜的特點(diǎn)是僅出現(xiàn)一個較緩的過渡峰， 這和正常礦渣微粉的圖譜是一致的。而S4、S5 圖譜中出現(xiàn)了結(jié)晶礦物的特征衍射峰， 其中S4 礦渣微粉中存在著明顯的碳酸鈣峰， 可初步判斷其中混和有少量磨細(xì)石灰石粉。S5 礦渣微粉中則同時存在少量的石膏峰和硅酸鈣峰， 以及部分石英成分， 判斷其中摻入了石膏、硅酸鹽熟料等活性組分， 這與活性系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果一致。
?。?2） 不同礦渣微粉的組成及顆粒級配
由表1 數(shù)據(jù)可以知道， 一般礦渣微粉比表面積控制在400~430 m2/kg 之間， 而相對應(yīng)的顆粒級配的特點(diǎn)是0~1μm 之間的顆粒占總體積的17%左右， 1~6μm之間的顆粒在25%左右波動， S4、S5 礦渣微粉在0~1μm 之間的顆粒占總體積分別達(dá)到29．8%和27．9%，1~6μm 之間的顆粒也分別達(dá)到31．2%和30．1%， 細(xì)粉含量明顯偏高， 而上文XRD 分析已經(jīng)發(fā)現(xiàn)S4、S5 中摻入了其他物質(zhì)， 可進(jìn)一步判斷出其中加入的外摻料可能是一些易磨性較好的活性礦物。此外， 在表2 中， S4、S5 礦渣微粉CaO、SO2 含量偏高， 進(jìn)一步證實(shí)了上述推斷。
3.2 不同礦粉對混凝土性能的影響
表5 為不同品質(zhì)礦渣微粉對混凝土工作性和耐久性的的影響。與基準(zhǔn)混凝土相比， 采用S1、S2 等礦渣微粉時， 混凝土的坍落度得到了改善， 但是對于摻S4、S5礦渣微粉混凝土， 混凝土的坍落度反而下降了。
摻入普通礦渣微粉的混凝土能大大改善其抵抗氯離子滲透的性能， 如摻S1、S2、S3 礦渣微粉， 氯離子滲透性能（庫侖值）要比不摻礦渣微粉的混凝土低一半以上。但對于摻入早強(qiáng)組分的礦渣微粉如S4、S5 來說， 抗氯離子滲透性能不如未摻早強(qiáng)組分的礦渣微粉， 這可能和礦渣微粉中摻入的石灰石水化晶體較大， 微孔缺陷較多有關(guān)， 或者是與摻入的石膏組分造成的鈣礬石膨脹引起缺陷增多有關(guān)。
對于混凝土的抗裂性能， 摻入S1、S2 等純礦渣微粉成分的混凝土， 其當(dāng)量裂縫的長度一般在300~500mm 之間， 說明摻入此類礦渣微粉能改善混凝土的抗裂能力。但摻S4 礦渣微粉混凝土的當(dāng)量裂縫長度很大， 原因可能和S4 礦渣微粉中的石灰石成份有關(guān)。而摻S5 礦渣微粉的當(dāng)量裂縫長度卻大大地改善了， 原因可能和S5 中有石膏等成分在硬化過程中產(chǎn)生的微膨脹效應(yīng)有關(guān)。
圖2 為不同品質(zhì)礦粉對混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度的影響。在混凝土早期， S1、S2 等礦渣微粉混凝土的強(qiáng)度發(fā)展較純水泥混凝土慢， 但28d 強(qiáng)度特別是后期強(qiáng)度要逐漸高過純水泥混凝土， 說明選取合理品質(zhì)的礦渣微粉對混凝土最終力學(xué)性能有良好的影響； 而S4、S5礦渣微粉混凝土的早期強(qiáng)度， 如3d 和7d 強(qiáng)度發(fā)展十分迅速， 但是后期強(qiáng)度比普通礦渣微粉混凝土強(qiáng)度反而要低， 說明其強(qiáng)度發(fā)展的潛力被過早地激發(fā)了。結(jié)合上面對這兩種礦渣微粉的組分及礦物分析， 可以認(rèn)為這兩種礦渣微粉所含的早強(qiáng)組分， 是混凝土后期強(qiáng)度產(chǎn)生倒縮的原因。此外， 結(jié)合混凝土坍落度試驗(yàn)結(jié)果，可以認(rèn)為， 摻入含早強(qiáng)活性組分的礦渣微粉后， 混凝土早期強(qiáng)度雖然發(fā)展迅速， 但是由于水化速度提高導(dǎo)致需水量的增大， 因此會降低所配制的混凝土的工作性能。 
為進(jìn)一步分析礦渣微粉品質(zhì)對混凝土性能影響的內(nèi)在原因， 用SEM分別對摻S1、S4、S5 礦渣微粉的混凝土的漿體水化產(chǎn)物（ 7d） 進(jìn)行了形貌分析， 如圖3 所示?？梢园l(fā)現(xiàn)， S1 礦渣微粉和水泥的混合水化產(chǎn)物以致密的CSH 凝膠為主， 其致密效果要好于純水泥石的表面形貌， 這可以解釋上述摻入S1、S2 等礦渣微粉的砂漿、混凝土強(qiáng)度和耐久性能都得到改善的現(xiàn)象。而S4 由于礦渣微粉混合物中可能存在的石灰石組分對水化的促進(jìn)作用， 因此水化產(chǎn)物中有水化碳硅酸鈣存在， 其水化產(chǎn)物顆粒較大， 且水化產(chǎn)物中還有較多CH晶體， 這進(jìn)一步解釋了為什么S4 礦渣微粉混凝土早期強(qiáng)度好， 但是抗氯離子滲透性及抗裂性不好。S5 礦渣微粉水化產(chǎn)物中因有較多硫酸鹽組分， 因而可以看到較多的鈣礬石組分。所以其配制的砂漿和混凝土早期強(qiáng)度好， 早期抗裂性得以改善但是后期強(qiáng)度卻出現(xiàn)倒縮。
4 結(jié)論
?。?1） 不同礦粉在水泥膠砂和混凝土中對強(qiáng)度發(fā)展的作用和該礦粉的比表面積、組分及顆粒級配有關(guān)。較高的比表面積、適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)組成及較好的顆粒級配對膠砂強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度均有好的貢獻(xiàn)。
?。?2） 在礦粉中摻入能改善其早期強(qiáng)度的組分如石灰石粉、水泥膨脹劑或其他化學(xué)添加劑等， 在一定程度上可以改善礦粉的早期活性， 有助于產(chǎn)品通過質(zhì)量驗(yàn)收， 但在后期很可能會產(chǎn)生強(qiáng)度倒縮及混凝土耐久性下降等問題， 因此， 單純?yōu)榱颂岣叩V粉驗(yàn)收指標(biāo)而在礦粉中加入活性早強(qiáng)組分可能會給混凝土中、后期質(zhì)量帶來嚴(yán)重的隱患。
?。?3） 由于不同組分礦粉對混凝土質(zhì)量影響較大， 建議混凝土生產(chǎn)企業(yè)盡量使用不摻任何活性添加劑的“純”礦粉， 以保證混凝土質(zhì)量， 降低混凝土中后期質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）
編輯：
監(jiān)督：0571-85871667
投稿：news@ccement.com
