浅谈矿物外加剂对混凝土性能的改善

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1、浅谈矿物外加剂对混凝土性能的改善孙瑞涛（中铁十二局集团第四工程有限公司）摘要：本文对矿渣、粉煤灰和硅灰三种矿物外加剂对混凝土性能的改善效果进行了分析，分别从其对工作性能、强度和长期耐久性的影响方面对其改善效果进行了研究。通过对比分析已有的研究成果，总结出了自己的观点。关键词：混凝土性能；工作性能；强度、长期耐久性在混凝土中加入矿物外加剂一般可达到以下目的：减少水泥用量，改善混凝土的工作性能，降低水化热，增加后期强度，改善混凝土的内部结构，提高抗渗性和抗腐蚀能力，抑制碱—集料反应等。国标中对矿物外加剂的明确规定是：用于改善混凝土耐久性而加入的，磨细的各种矿物掺合料，其主要特征是磨细矿物

2、材料，细度比水泥颗粒小，主要用于改善混凝土的耐久性能和工作性能。一、矿渣矿渣是在炼铁炉中浮于铁水表面的熔渣，排出时用水急冷，得到的水淬矿渣。磨细矿渣是将这种粒状高炉水淬渣干燥，再采用专门的粉磨工艺磨至规定细度，在混凝土配制时掺入的一种矿物外加剂。（要求用于磨细矿渣的比表面积超过400m2/kg，以较充分的发挥其活性，减小泌水性）1、矿渣的化学成分矿渣的主要化学组成是CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。一般用质量系数K来评价粒化矿渣的活性：质量系数K越大，矿渣的活性越高。粒化高炉矿渣的活性还与成料条件（淬冷前熔融矿渣的温度、淬冷方法和淬冷速度等）[1]。2、磨细矿渣对混凝土性能

3、的影响一般认为，矿粉的掺入对水泥浆体会产生如下几种作用。第一，是分散作用，矿粉替代一部分水泥后，使水泥颗粒的相互接触点减少，因此当整个体系加水后，使原本因电离而造成水泥颗粒由于表面电性不同而产生吸引所形成絮凝结构的可能性下降。第二，是矿粉具有填充效应；研究表明最大限度降低颗粒的堆积气孔率可有效地降低水泥浆的粘度，而一般掺入水泥的矿粉整体细度较水泥细，一定量的矿粉掺入后，可使整个粉体颗粒分布加宽，堆积较为密实，从而通过降低堆积气孔率来降低粘度。第三，是二次水化作用，磨细矿渣在碱激发、硫酸盐激发或复合激发下具有反应活性，与水泥水化产生的Ca(OH)2发生二次水化反应，生成低钙型的水化硅酸

4、钙凝胶，在水泥水化过程中激发、诱增水泥的水化程度，加速水泥水化的反应进程。此外，矿渣微粉还能够改善混凝土的界面结构，从而提高混凝土的强度和耐久性。（1）对工作性能的影响胶凝材料的需水量直接影响了其在混凝土中的使用，相同水胶比条件下，胶凝材料的需水性越小，则其浆体的流动性也越大，对混凝土拌合物的流动性也越有利。试验表明，使用磨细矿渣可以降低系统的标准稠度用水量，标准稠度用水量随矿渣掺量的增加而增加。相同水胶比时，加入磨细矿渣的胶凝系统将具有更好的流动性和可泵送性。而且，磨细矿渣的比表面积越大，和易性越好。胶凝材料系统的水化反应放热的过程与材料的水化反应性能密切相关。同时，胶凝材料系统的

5、水化热对混凝土体积稳定性有直接关系。磨细矿渣对胶凝系统水化特性的影响跟矿渣的细度、掺量都有极大的关系。同等磨细矿渣掺量时，随着矿渣细度的增加，会加快胶凝材料的水化速度，导致水化放热加大；同等细度时，磨细矿渣的掺量的增加可以延缓胶凝材料的水化速度，使凝结时间延长。而且试验研究表明，掺入适量的减水剂和缓凝剂能够很好地发挥磨细矿渣的性能，大大的减少水化热，延缓水化放热过程，这是非常有效的。磨细矿渣加入混凝土后，混凝土的凝结时间会延长，平滑、致密、吸附性较水泥粒子差的磨细矿渣会使混凝土的泌水性增大。泌水性与矿渣的细度有关，若磨细矿渣的比表面积大于水泥，则泌水性会减少，反之，则增大。（2）对强

6、度的影响掺入磨细矿渣时，其早期抗压强度随着掺量的增加有所下降，但后期则可以达到相同的水平。有试验研究[2]表明，掺入磨细矿渣的水泥，其3d~7d的抗压强度较之纯水泥有所下降，28d时则达到相同水平，56d时掺入矿渣的抗压强度比纯水泥的还要高。即表明掺入磨细矿渣之后的水泥其后期强度增长比较明显。随着矿渣细度的增加，其早期抗压强度提高，后期强度也比较高。为使混凝土结构的强度不降低，应在经济及各方面条件允许时，尽量提高矿渣的细度。矿渣的粉磨方式对混凝土强度的发展亦有影响。一些试验研究[3]发现，球磨加工的矿渣粉比屯磨加工的矿渣粉颗粒尺寸分布宽、圆形度商；在矿渣粉比表面积相近(约430m2／

7、kg)时，球磨矿渣水泥的强度比立磨矿渣水泥的强度高。而在抗折强度方面，早期抗折强度与纯水泥相近，后期则明显高于纯水泥，且抗折强度随着矿渣掺量的增加而增大[4]。（3）对长期耐久性的影响矿渣的掺入，改善了混凝土的孔结构，增加孔径≦50nm孔的数量[5]，而降低了浆体中大孔隙和连通孔的数量，增加了浆体的密实性，提高了耐久性。用磨细矿渣替代部分硅酸盐水泥，可以有效的改善混凝土抗硫酸盐腐蚀性。原因在于：磨细矿渣的加入减少了混凝土拌合物中的C3A的含量；由于形成水化