矿粉对混凝土性能的影响及作用机理

矿粉对混凝土性能的影响及作用机理* （中南大学土木工程*班 ） 摘要： 本文参考众多学者研究成果，综述了掺加矿粉对混凝土收缩性能、耐久性能和强度等的影响，并对其影响原因给予分析，得出矿粉对混凝土工作性能和力学性能有很好的改善作用的结论。关键词：矿粉 混凝土 收缩性 耐久性 强度 Effect of slag on the property of the concrete and the mechanism of action * （* class, Civil engineering,Central South University）Abstract: The influences of the addition of slag on the properties of shrinkage,durability and strength are studied.And the mechanizations of action are analyzed.Draw a conclusion that mineral powder can promote the work performance and mechanical properties of concrete.Key words: slag ; the concrete ; shrinkage; durability ; strength 矿渣是经过选矿或冶炼后排出的残余物和工业废料，其主要化学成分是、CaO、MgO 等。经水淬急冷后的矿渣，其中玻璃体含量多，呈细粒状，结构不稳定，潜在活性大，但须经磨细成粉才能使其潜在活性发挥出来。1.矿粉对混凝土强度的影响矿粉适用于中高强度等级的高性能泵送混凝土的配制，在一般工程C35-C40 混凝土使用相当广泛，用矿粉等量取代部分水泥，即能降低成本，又能显著改善混凝土性能，具有很大的实际应用价值。不同掺量的矿粉对混凝土抗压强度影响的试验结果见表1。表1 不同掺量的矿粉对混凝土抗压强度的影响编号水泥/kgm-3中砂/kgm-3碎石/kgm-3矿粉/kgm-3粉煤灰/kgm-3减水剂/kgm-3水胶比坍落度/mm抗压强度/MPa3d7d28-606.00.3915027.441.954.22320691107480606.00.3817028.043.455.632806951081120606.00.3716526.845.856.342006931079200606.00.3717027.243.858.1其作用机理是矿粉参与二次水化反应，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。由于CH 被大量吸收反应，C3S、C2S 的水化反应速度加快，水泥石与骨料界面粘结强度及水泥浆体的孔结构得到改善，提高了混凝土的密实性。从而提高了混凝土的强度。即掺入矿粉的混凝土，其早期强度基本不受影响，而后期强度因矿粉不断参与二次水化反应使混凝土强度得到快速较大增长。从其实验结果来看，矿粉掺入量越大，混凝土后期强度增长也越快越大。2. 矿粉对混凝土收缩性能的影响 收缩性能是混凝土的一项重要指标，指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象。一般分为塑性收缩(又称沉缩),化学收缩(又称自身收缩),干燥收缩及碳化收缩,较大的收缩会引起混凝土开裂。 引用刘延东等人对矿粉混凝土与基准混凝土收缩性的实验研究 ，依据“混凝土小型空心砌块试验方法”( GB/ T4111- 1997)规定, 测量试件从饱水状态到全干状态的长度变化。其试验结果见图1。 据其实验结果可知，在水泥与掺和料总量相同、水胶比等试验条件相同的条件下，与基准混凝土相比，掺入矿粉的“三掺”混凝土的收缩性得到了不同程度的提高。其作用机理是：（1）塑性收缩中，混凝土在掺入矿粉后，表面水分蒸发速率与表面泌水速率的比值降低，塑性收缩变小; (2)化学收缩，是由于水泥水化耗掉的水不能从外部及时得到补充时，混凝土内部的相对湿度减小，毛细孔干缩引起。掺入矿粉后，结构更加密实，化学收缩增大。由上述多方面共同作用，使掺和矿粉的混凝土收缩性能得到改善。3. 矿粉对混凝土耐久性能的影响良好的耐久性是混凝土的重要的优良特性之一，主要包括抗碳化性能、抗渗性、抗硫酸盐侵蚀、抗钢筋锈蚀等方面。以下对这多个方面分别分析。 3.1 矿粉对混凝土抗碳化性能的影响参考杨荣俊,隗功辉,张春林,朱海英等人的试验，从其试验结果可知，掺入矿粉的“三掺”混凝土与基准混凝土相比，其抗碳化性能只是随着混凝土的强度等级的提高而提高，而且提升程度逐渐缩小，直至在C50时，两种混凝土抗碳化性能相等。说明掺入矿粉对混凝土抗碳化性能无不利影响。作用机理分析：混凝土的碳化速度的影响因素有混凝土材料自身的因素、外部环境因素和施工质量因素。在外部环境和施工相同条件下，材料自身的因素的影响主要是的扩散系数和能吸收的量，分别决定于混凝土密实度和孔结构以及水泥（包括混合材）的品种和用量。掺入矿粉的混凝土，其水灰比越低，强度越高，相应的混凝土孔隙率及孔径越小，因此的扩散系数也越小，于是碳化速度越慢，抗碳化性能越好。而且，掺加矿粉的混凝土碳化深度的增大是低范围的增长，在实际工程中影响基本忽略，因此可认为掺加矿粉不是影响混凝土抗碳化性能的主要因素，即认为掺加矿粉对混凝土的抗碳化性能无不利影响。3.2 矿粉对混凝土抗冻化性能的影响据试验结果可知，掺加矿粉对混凝土的抗冻性能有一定的改善作用，而其相应的提高程度与混凝土的标号有关。其作用机理为：矿粉的微集料效应和二次水化作用可以使混凝土的孔径细化，连通孔减少，从而改善了混凝土孔结构，降低孔隙率，提高了混凝土密实度。同时实验还证明，掺加矿粉对抗冻性能的提高程度并不高，关键是要掺加引气剂，当混凝土的含气量达到3%4%时，混凝土抗冻性可以得到很大程度的改善，而且掺加矿粉不会对引气剂的效率产生影响。3.3 矿粉对混凝土抗水渗透性能的影响 从其试验结果可知，掺加矿粉的混凝土，由于矿粉的火山灰效应和微集料效应的作用，使混凝土的孔径细化，连通孔减少，从而改善了混凝土孔结构，降低孔隙率，提高了混凝土密实度，进而大幅提高了混凝土的抗渗透性能。但对于高性能的混凝土，采用传统加压透水方法无法准确评价其掺加矿粉后的抗渗透性能。3.4 矿粉对混凝土抗氯离子渗透性能的影响 参考肖佳等人的实验，由其试验结果可知，在一定范围内，掺加矿粉的量越多，混凝土的氯离子扩散系数下降越大，即矿粉可以提高混凝土抗氯离子渗透性能。氯离子渗入混凝土的速度的决定因素主要有混凝土的孔隙率和水泥石的固化氯离子的能力。掺入矿粉的混凝土，一方面矿粉使混凝土孔隙率降低，密实度增大，从而提高了混凝土的抗氯离子渗透性能；另一方面，矿粉中含有大量的，掺入混凝土中后，与氯离子反应生成“ Friedel”盐, 即C3ACaCl210H2O，而且，矿粉二次水化生成的C-S-H凝胶吸附一部分的氯离子。因而大大提高了混凝土固化氯离子的能力。所以，矿粉的掺入使得混凝土的康氯离子渗透性能得到很大程度改善。4. 总结 掺加矿粉的混凝土，在性质上，其后期强度得到提高，收缩性能不变或者得到一定程度的改善，耐久性在很大程度上得到改善，而且水泥用量相应减少。参考文献：1李迁,刘冬霞.矿粉对水泥及混凝土性能的影响与应用.J.辽宁建材，2008,（12）:50-512刘延冬,潘锦君,唐华.矿粉在高性能混凝土中的应用研究.J.全国建筑科学核心期刊，2004