磨细矿渣在混凝土中技术应用

PAGE磨细矿渣在混凝土中的技术应用ApplicationofGroundedFurnaceSlaginConcrete一、概述：矿渣是浮于炼铁炉熔化的铁水上面的浮渣，经流入冷水急冷的水淬矿渣叫粒化高炉矿渣。主要成份为CaO、SiO2、Al2O3、、MgO、Fe2O3等。矿渣作为水泥组份在建筑上应用，国际上已有上百年的历史。在我国应用稍晚一些，当时称为矿渣水泥，我国国家标准规定矿渣水泥中的矿渣最大掺量70%。不过，这种矿渣水泥的生产是将矿渣和水泥熟料按一定的比例在磨机中混合磨细。由于矿渣比较坚硬，不容易磨细,因而粒径较粗。在矿渣水泥混凝土硬化过程中，矿渣不但不能充分发挥其潜在性能(活性)，而且混凝土拌合物容易泌水。从20世纪九十年代中期开始，同济大学、清华大学、中国建材研究院、某些科研单位、生产和使用单位开始进行系统的研究，从原材料选择、生产到混凝土应用的技术条件、性能、可靠性、长期结构安定性，适用范围等进行了研究。这种将粒化高炉矿渣进行单独粉磨，使细度满足使用要求的产品称为磨细矿渣（有的称为矿渣微粉等）。然后按需要的比例掺入混凝土拌和物中制成混凝土。最先在北京、上海、广州、厦门等地进行了初步使用。最近几年来随着新型建材及绿色环保材料的推广使用，以及磨细矿渣使用经验的日益积累，厦门的各个商品混凝土搅拌站开始大量使用磨细矿渣取代部分水泥配制混凝土，取得良好的经济效益和社会效益。由于使用了磨细矿渣，可节约水泥20～30%(实际上还可以加大)，降低成本；减少拌和物的泌水性，改善工作性；提高混凝土强度，特别是后期强度；提高混凝土的抗渗性、密实性、耐久性等性能。同时，作为工业废料的矿渣，用于混凝土中可变废为宝，实现资源再利用，符合国家的环保政策。以下是笔者对用磨细矿渣取代一定比例水泥配制混凝土的配制规律的试验，对磨细矿渣掺量、细度对混凝土拌和物的工作性能、力学性能和耐久性的影响进行了试验结果进行阐述，并对应用情况和成本进行分析。二、原材料及试验方法：1、原材料：水泥为建福水泥P.042.5，试验标准（GB175-1999）；矿渣为磨细矿渣S95级，厦门仁祥投资有限公司生产；砂为漳州龙海中河砂，细度模数2.5，含泥量小于1%；碎石为厦门金路桥花岗岩石，粒径为5～31.5mm，针片状含量为8.1%，压碎值为8.8%，含泥量小于0.5%，试验标准（JGJ55-92）；减水剂为NF(萘系)高效水剂，固含量32%，厦门仁祥投资有限公司生产。2、抗压强度：试模为150*150*150mm，标准养护，测定按普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2002）进行；混凝土和易性按普通混凝土拌和物性能方法标准（GB/T50080-2002）进行；混凝土抗渗性能测定按普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法（GBJ81-85）进行。三、试验结果及讨论：水灰比与强度关系试验采用70%水泥和30%磨细矿渣做为胶凝材料。其中矿渣的细度为4200cm2/g，活性指数为101%。将胶凝材料按一定比例与砂、碎石、水、减水剂混合搅拌，测定其坍落度后成型标养，然后测其龄期7d、28d、60d混凝土抗压强度，结果见表1。从表中可以看出：1)水胶比相同，用水量不同(175kg/m3和185kg/m3)时，其坍落度值不同，分别为90mm和190mm，但28d强度相接近。2）水胶比相同，基准混凝土28d强度值与掺矿渣混凝土28d强度值相接近。3）水胶比从0.66逐渐降至0.38，基准混凝土的28d强度值由30.0Mpa增至61.4Mpa。而掺矿渣的混凝土强度值由31Mpa增至62Mpa。二者基本相同。4）掺矿渣的混凝土60d强度值高于基准混凝土，达到110%以上，说明掺矿渣后，后期强度更高，有利于强度储备。抗压强度Mpa抗压强度Mpa25354555650.660.580.540.500.460.420.38水灰比(W/C)基准砼掺30%矿渣图1基准与矿渣砼水灰比28d抗压强度关系图5)用表1中数据画成图1可以看出，根据普通混凝土强度设计公式配制的基准混凝土水灰比与强度关系曲线和掺矿渣混凝土的水灰比与强度曲线基本重合。说明普通混凝土强度计算公式也适应于掺矿渣的混凝土。表1矿渣等量取代30%水泥时水胶比、用水量对砼性能的影响续编号贤水胶比动用水声量梢/kg醋水泥用裕量仔/kg使矿渣纤/kg列砂毙/kg蚀碎石娘/kg办减水世剂俩/kg抛坍落稼度亩/mm凭抗压强萍度雨/Mpa粒7d擦28d厘60d轧P001芳0.66循175周265荷0演716航1220童3.98瞒75栗22.3漂30.0祝30.4轿P002嚷0.66告175称185潮80胜716蔑1220程3.98袄100即21.8己31.0忌35.4俗P003境0.66课185钳196议84去764辨1146瞎4.2旱190悟22.9子31.8秩36.6西P004缴0.59舰175奸297薯0控704假1199缠4.46在80蚀24.0掀35.3僻38.5熟P005猜0.59悉175碌208装89旨704酷1199葬4.46找110迹24.7腰37.0冤41.8龟P006刃0.59偷185简219牺94缴751妖1126漆4.70澡185剖23.8哈36.8霞40.5稠P007笛0.54窜175蓬324耻0训694爷1182瞧4.86严80眯28.7剖39.8舍42.1奇P008出0.54机175功227粒97步694闸1182秘4.86瓜115踩27.5膜39.0醉46.1潜P009愤0.54君185岁240戒103婆739避1108势5.15吨190粘27.8鞠40.5司47.3茎P010巴0.49防175宁357斩0福682挎1161盏5.36迫80述32.1宣43.7促47.2摆P011励0.49阵175剪250盯107雾682解1161貌5.36硬105微33.0触44.6清49.8稍P012马0.49葛185响264衔113拣725页1087贼5.66芝185刃33.8庸45.0排51.3仆P013初0.44役175宅398亭0岸666捡1135胸5.97社85蜓38.4识51.3薪52.8昼P014盯0.44号175欣278嫂119户666抵1135垫5.97全115相38.9补52.0择59.6芒P015嘱0.44粥185孔294纤126歉707佳1061滋6.30待195将39.3盛52.9播57.4恩P016匙0.41波175降427奉0位655拼1116久6.40盒70锈41.7遮57.2咽60.6豆P017随0.41隐175可299梯128怀655弯1116桃6.40三100滴41.9书58.8绒65.6哀P018哀0.41孟185咏316参135威695鸦1042中6.76突170灰42.1欺56.9吐66.1拳P019煤0.38厌175福460凡0灿643峰1095拖10.3木80贩47.4腔61.4挥65.3庄P020层0.38划175走322于138孕643播1095袜10.3资105搏46.8嘉62.2践70.3愉P021叫0.38真185位341或146煌680漏1020务10.7壁180称47.9降63.7蛛69.4抖磨细矿渣掺量松对混凝土强度厉的影响晚试验选用两种舰不同水灰天比婚0.5帖9稀和倘0.4厅4半。每种水灰比取中，采用不同徒矿渣掺量（等兰量取代水小泥航20拐%砖～培50赔%循）配制混凝土齿，与基准混凝愁土进行比较，枯并测出龄搁期食7抗d酒、桶28甩d套、妇60晕d慧、拾90杀d吓的强度值。试毙验数值列于耻表亡2矩。从表中看出方：残（进1揭）当水胶比相挖同时，随着标拘养龄期延长，骡强度值不断增踩长，广到垫90膛d颂后基本稳定。碗（扎2薪）水胶比相同料时不同矿渣掺肆量混凝土随龄抛期延长，强度晃增长速度不同裁。矿渣掺量由搏小到大，赖其央7更d鄙抗压强度值逐惹渐减小，即矿撞渣掺量越大从，躺7疼d堪强度值越低。限龄驴期谊28屡d顶时，矿渣掺量烂大的试块，其努混凝土强度与覆不掺矿渣的强写度基本相同，镰或者略低于不待掺的。骄到交60痛d丙时，掺量大的迫试块，其混凝腹土强度反而超拜过不掺的。说再明，矿渣掺量棵对混凝土各龄鸣期强度有影响大，掺量越大，拌早期强度略低延不掺的满，硬28旋d轧基本接近封，线60精d树强度大于不掺捐的，有的甚至舰超紫过聋10县%蔑以上。说明掺树量大的矿渣对葬后期强度有利桨。莫（罢3册）从比较结果丸来看，矿渣掺绳量睡＜醒40撤%址，龄的期澡28居d坛的混凝土强度周可以达到不掺扮矿渣的强度。及如果工程上允聚许采颈用植60妨d察强度，掺量可盐以增崇至仗50奖%者。丹（蛙4习）从表中还可础以看出，不同余水灰比其强度竖值不同，但强院度随标养龄期攀增长的规律基悼本相同。非表例2姑返申不同矿渣掺量首对砼强度的影虾响乒水胶比笛用水都量乘/kg洗水泥用清量茄/kg雕矿渣掺菠量刚/kg过砂羊/kg日碎帐石顶/kg永减水字剂妹/kg螺坍落掌度须/mm算抗压强正度杯/Mpa睁7d雨28d激60d朴90d限0.59鸽185残314艳0盟751卧1126尺4.70鱼160宪24杆36.0范39.0源41.0押0.59婶185汉251.2蒸62.8嫩(茶掺慎20%)四751楼1126贸4.70撇170鄙25议36.8恋41.0策43.0禽0.59语185烧219.8丸94.2浅(骑掺鞭30%)彩751慰1126贸4.70候180私24.5激37.4尽42.0羞45.5毁0.59稻185葡188.4钱125.6苏(苍掺哑40%)巡751无1126别4.70郑185韵23.0彻35.4蔑43.2答45.2顾0.59标185步157总157廉(隔掺豆50%)均751刺1126死4.70蔑190少20.4夸35.8斩43.8闲46.3尽0.44稿175解398孝0爱666橡1135丛5.97俊80延38.0格52.0套53.0述55.0航0.44续175夏318.4碗79.6竹(稀掺划20%)酸666自1135子5.97故85黎39.0遗54.0镰55.0断58.0毒0.44点175结278.6那119.6断(蓝掺用30%)认666挠1135工5.97分105沟38.5概54.0俘59.0霉60.0叶0.44骡175阅238.8胜159.2惨(柱掺谷40%)龟666欺1135志5.97澡110线35.0式55.0刘60.0食62.7腐0.44详175衰199抚199晕(少掺悟50%)狐666顺1135咽5.97简110睁33.0帆52.0感62.0斥63.8船矿渣细度对混妙凝土强度的影抹响重试验采用不同宋细度的矿渣粉磁，比表面积分耗别为前3820c茎m伯2已/细g盟、锋4560c茂m颤2续/污g规、污5340cm轮2缝/练g能，按挨照待GB175-常9暂9流试验方法，成锅型、养护并对所胶砂试块进行雀试验。砂子采纯用标准砂，胶薯砂代比估1津：粘2.猾5泄。采惕用吸P.O42.哪5砖水泥，矿渣粉沉掺量全部采舅用贵50班%匆。分别免测拖3d刺、份7d疤、饮28圣d择、据60极d发的抗压强度值垃，其值列于奉表通3集。要表坏3妖五不同细度磨细节矿渣对胶砂强岁度的影响漆矿渣粉比表面坏积话/cm牢2阁/g狡掺量表/%薄抗压强棚度阶/Mpa控/冶强度增长悉率宋/%边3d姓7d臭28d嗓60d旗3820古50涂16.2/爹28.4裙29.9/涂52.5虽57.0/磁100同66.1/院116不4560受50晕19.7/谜30.3掉36.4/河56.0黄65.0/辅100叠73.4/及113时5340壤50权22.6/值32.3膊42.2/摧60.3愤70.0/薄100询79.1/集108送从表中可以看由出：在标准养找护条件下，矿棍渣粉掺量相同芽时，矿渣粉比朽表面积越大，显28d动强度值越大。接矿渣粉比表面遣积越小，匆28d闲强度值越小。貌在窃28d辨内矿渣越细的疾强度增长率也付较高。但艳28d蜓以后，矿渣粉恐仍然继续水化比，发挥强度效秘应。直至纯60d蹄，强度增长率楼达劲10%倚以上，但增长饼速度与细度呈箱负相关。蒜4赠、磨细矿渣掺仍量对混凝土拌锦和物和易性的鸣影响选恶及试验采用磨细沫矿渣的表面积否为挡4560cm椅2步/g虑，其掺量分别泳为燕20%予、勇30%环、满40%邪、感50%凳。混凝土配合愈比级按贪GB807电6离—湾199夹7扮中的附录《混酿凝土减水率试捞验方法》中的骄规定。在胶凝暴材料总量不变芹，减水剂掺量券不变，混凝土敏拌和物坍落度腿控制基本一致间的情况下，测谎出不同矿渣掺阳量相对应的用枕水量。测定结群果入向表痕4性。从表中可见杏，在坍落度基辱本一致（蛋90mm梳）的情况下，弱随着磨细矿渣禾掺量增加，用却水量逐渐减少骑。说明除减水旦剂本身具有减甲水率外，磨细拜矿渣对混凝土仆拌和物也有减裕水作用。其减期水数量随磨细杯矿渣的掺量增戒大而增大。从渠表中可以看出尘，减水率由掺铁加将20海%粪矿渣时霸的脸1.8随%芳，增至掺炒加巩50溪%撕矿渣元的欣5.7呀%报。她表扬4摆失矿渣掺量对混拉凝土拌和物坍樱落度的影响采水泥装/伴kg文/%坝矿渣粉晶/kg/%殃砂龄kg/疼碎石热kg良高效减水查剂掺量镇/%企需水量身/kg枣坍落度首/mm龟矿渣产生的减闪水敞率叫%诚335/10孤0笼0准716漏1169荣1.5修175淋90欲0睬268/80田67/20请716有1169款1.5默172动90鲜1.8肺235/70敌100/30贡716道1169匀1.5奏170秘95惠3.0牛201/60挥134/40碑716振1169卷1.5舅168爪90笨4.0吸168/50嘱167/50准716退1169字1.5状165雨100慰5.7纵试验发现，混洒凝土掺入磨细讯矿渣，可以改境善混凝土拌和昂物的和易性。肤主要体现在有刚些原来产生泌杜水的拌和物，蛮掺入磨细矿渣值后，泌水程度扛减轻，有的则庸不泌水了，同暖时增加粘聚性胃，减少离析和烟分层现象，使柴混凝土更易施绘工密实。在水解泥中掺入磨细务矿渣，其所以鲁有较好的增塑映减水效果，主检要是由于矿渣暖粉粒的微集料锦效应和分散堤效应。由于矿见粉细度比水泥涨细度大，并且剥本身也存在较债好级配，因此施，当掺入水泥欲中，可以将这瞒些小颗粒填充敲到水泥的间隙冻中，使混凝土似体系颗粒级配钉更趋于合理，坛因而具有更高挤的流动性。同树时原本填充于分水泥颗粒之间很的水份，也因半为被矿渣微粒光所占据而释放连，增加了体系演的自由水，从粘而增加流动性丘。矿渣粉通常喂与减水剂双掺错来配制混凝土驼，矿渣粉颗粒础表面也吸附减丑水剂，形腔成廊“糖双电层结趴构惠”抽。由于矿渣颗易粒水化速度慢焦于水泥，有利驶于减少水泥浪的枝水化所成的絮劈状结构，具摊有丑“冒分散效篇应冻”炸。在进行配合友比设计时，可岂以充分利用磨樱细矿渣的减水蜘作用，或者增怠加流动度或者胡节约水泥，或创者提高混凝土悄强度。茎5龄、磨细矿渣对赔混凝土渗抗性晨能的影响道依照标准方法愈制作并测试滑了月A棋、担B蓬、搜C驼三组混凝桐土昂28似d慌的抗渗性能。享见亿表袋5宵。其蓝中示B五、灿C圣二组分别掺入侦了比表面积盟为菌5340cm绍2侄/却g水的矿钳渣尿30健%僚和重50支%辈。试验结果表挂明，由于掺入省磨细矿渣，使唤得欣B听、幻C绿组混凝土的抗舒渗性能苗比垮A敬组（基准混凝选土）明显提高绑。表中可以看克出丰，煮A贫组抗渗性能枣达搁S1摊0理，掺免入疯30念%梯的矿渣必粉渴B孙组抗渗炎达黄S1圆2笔，掺舅入捞50撤%掩矿渣粉脂的甚C垂组抗渗心达颠S1勾4吐。说明随着矿运渣粉掺量的提傍高抗渗等级也甘相应提高。访表怪5是斑掺磨细矿渣对宝砼抗渗性能的床影响亚编号慕水泥悬/kg坛矿渣最/kg馋砂浅/kg怀碎石护/kg充减水雪剂紧/kg鼠水挠/kg市28壁d凭抗压强度肆/Mpa滨抗渗等级万A留360负0抵734瞧1101毛5.1鞋180藏41.5锈S10丧B捎252粘108议734邻1101邮5.1晨180死42.6馅S12炕C鞭180扰180仍734热1101轰5.1铸180污39.7楼S14程这是由于磨细液矿渣的掺入，玩胶凝材料粒径块分布趋于合理葡，使体系中颗烘粒堆积更为紧按密，改善拌和柳物的和易性和惭硬化混凝土的奇微观结构，从丝而提高混凝土茄的抗渗性能。四、成本分析裙从以上试验结士果可以看出，酷采用磨细矿渣娱可以等量取桑代蹦P.O42.开5抖普通硅酸盐水刷泥（当活性指负数哗为纵100喂%拒）。当取代率患＜桌50万%狼时，可保持混喝凝土抗压强度踪不低于基准的肿，某些性能有四所提高。如果欣按取代僚率炉30倚%欠计算，目前市减场删上肥P.O42.晋5岭水泥和磨细矿奇渣单价分别似为国37穴0孙元泰和咐31亡0称元左右。二者煮每吨的相罗差僵6话0写元左右。若每菊立方混凝土平刊均水泥用量糊按貌350k旱g逮计算，胶结材信全部使用水泥浮，其混凝土中倍水泥费阴用礼129.召5否元。若胶结贝材与70高%鹰用水泥惑，夺30滔%房用矿渣秒时言,预每立方混凝土美费用为水吨泥肿+迟矿乘渣口123.弟2罚元。二者的差长价部6.海3斗元，加之因磨知细矿渣减水率役的利用，胶结旨材总量还可以敏降低，因此每伴立方米混凝土骑的差价应悄在逢6.植3停元以上。驳五、磨细矿渣标的应用情况：崖由于磨细矿渣匀具有优越的性膛能，且使用方泪使，可以节约矮水泥，可降低少混凝土的综合贩成本。磨细矿光渣府自鸭200结2够年在厦门开始找使用以来，受涌到各个混凝土贫搅站的青睐。饮尤其格是秒200匙5平年以来，水泥义价格的不断攀束高，厦门市几润乎所有商品