掺矿粉混凝土性能的研究

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1、黑龙江建筑职业技术学院毕业论文第一张绪论1.1引言混凝土是当今用量最大的人造材料，也是建筑业发展的最重要的组成部分。我国混凝土产量已经是世界最大产量国，年产混凝土近6亿m3。建筑、桥梁、水利、隧道等工程中往往都是采用大体积混凝土结构。而这些大体积混凝土的共同点是：结构厚实、体积大、工程条件复杂、施工技术要求高。在大体积混凝土中，混凝土由水泥水化热早期温差及昼夜气温温差所引起的温度应力产生的温差裂缝较为普遍。如何采取有效措施防止混凝土温度裂缝的产生，是大体积混凝土施工中的急需解决的问题。由于大体积混凝土结构的截面尺寸较大，所以由外载荷引起裂缝的可能性很小。但在水泥水化反应过程中释放的水化热产生

2、的温度变化和混凝土收缩的共同作用，将会产生较大的温度应力和收缩应力，这是大体积混凝土结构出现裂缝的主要原因。掺矿粉代替部分水泥可以降低水泥水化热、提高混凝土的抗渗性，所以大体积混凝土的一个很重要的技术突破即是掺加包括矿粉在内的矿物掺合料[1]。矿粉（即磨细矿渣微粉）是将水淬粒化高炉矿渣经过粉磨后达到规定细度的一种粉体材料，它既可用作等量取代熟料生产高掺量矿渣水泥，也可作为混凝土的掺合料取代部分水泥。在大体积混凝土中，掺入此掺合料，可以改善新拌混凝土的流变性能，降低水化热，防止裂缝的出现[2]。掺入磨细矿渣粉能较好地提高混凝土的强度，其机理是矿渣在二次水化反应中吸收大量的CH晶体，使混凝土，尤

3、其是在界面区的CH晶粒变小、变少，由于CH被大量吸收掉，从而促进了C3S、C2S的水化反应速度，改善了混凝土的微结构，提高了水泥石与骨料界面粘结强度及改善了水泥浆体的孔结构，从而提高了混凝土的密实性，使掺矿粉混凝土的早期强度少受或不受影响，而后期强度因矿粉不断水化使强度增长较多。取代水泥量越大，则混凝土后期强度增长率也越大[3]。掺入矿粉,混凝土拌合物坍落度损失会减小，且随着掺量的增大，坍落度损失减小更趋明显，这是由于矿粉的微集料效应、分散效应、形貌效应等自身物理功能效应所产生的一种对混凝土的增塑作用之故[4]。混凝土中单掺矿粉后，混凝土早期强度都相应降低，22黑龙江建筑职业技术学院毕业论文

4、且随着掺量的增加降低越多。1.2目的和意义现代混凝土正朝着高强度、高性能方向发展，除了在混凝土中掺入高效减水剂、磨细粉煤灰，提高水泥用量和强度等级外，掺矿粉是提高混凝土强度和性能的又一个有效途径。优质的活性矿渣微粉具有很好的胶凝作用，能促进混凝土强度的发展、减少水泥用量、降低混凝土水化热，并可减少混凝土拌合物用水量、增加流动度、抑制碱骨料反应等作用。矿渣是炼铁过程中排出的工业废料，每炼1t钢铁约有0.3t的矿渣，其主要化学成分是SiO2、Al2O3、CaO、MgO等。由于它具有潜在水硬性而被广泛用为水泥的混合材或掺合料。经水淬急冷后的矿渣，其中玻璃体含量多，结构处在高能量不稳定状态，潜在活性

5、大，但须经磨细才能使其潜在活性发挥出来[5]。掺入磨细矿渣粉不仅可以等量取代混凝土中的水泥，而且可使混凝土的每项性能获得显著改善，如：降低水化热、提高耐久性、抑制碱—集料反应以及大幅度提高长期强度[6]。总而言之，采用矿渣微粉代替部分水泥，在建筑领域是一项有很强生命力的新型材料和工艺。对炼铁厂而言，能解决大量高炉矿渣堆放占地、污染环境的问题。同时，对混凝土搅拌站而言，矿渣性能优越、后期强度高、价格低廉，是提高强度，降低成本的好选择。1.3国内外矿粉的研究及应用情况1862年德国人发现水淬矿渣具有潜在的活性后,矿渣长期作为水泥混合材使用。1865年德国开始生产石灰矿渣水泥。随着矿渣硅酸盐水泥良

6、好的耐久性及应用价值不断为人们所认识,19世纪初在欧洲得到了广泛的应用。1958年南非将水淬矿渣烘干磨细，首次将矿粉用于商品混凝土中。进入20世纪60年代，随着预拌混凝土工业的兴起和发展，矿渣粉作为混凝土的独立组分得到了广泛应用。20世纪90年代在东南亚、我国台湾、香港和北京、上海等地也得到了广泛的应用[7]。目前,22黑龙江建筑职业技术学院毕业论文国外一些发达国家已将掺有矿粉的混凝土普遍用于各类建筑工程。西欧掺有矿粉的水泥约占水泥总用量的20%；荷兰矿粉掺量65%～70%的水泥约占水泥总销量的60%,几乎各种混凝土结构都采用此种水泥；英国矿粉的每年销售量已达到100多万吨;美国、加拿大现在

7、也将矿粉掺入水泥中应用于各种建筑工程；在日本、新加坡、东南亚地区矿粉普遍地应用于商品混凝土和掺入水泥中。美国1982年发布了《混凝土和砂浆用的磨细粒化高炉矿渣》标准(ASTMC989-82),并于1989年进行了修订。澳大利亚、加拿大、英国等在1980年-1986年期间也相继制定了矿粉的材料标准。日本在1986年由土木学会制定了《混凝土用矿渣粉》标准草案,于1995年3月正式修订为日本的国家工业标准(JISA