礦粉對(duì)混凝土性能地影響與作用機(jī)理

1、礦粉對(duì)混凝土性能的影響及作用機(jī)理*（中南大學(xué)土木工程*班）摘要：本文參考眾多學(xué)者研究成果，綜述了摻加礦粉對(duì)混凝土收縮性能、耐久性能和強(qiáng)度等的影響，并對(duì)其影響原因給予分析，得出礦粉對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能有很好的改善作用的結(jié)論。關(guān)鍵詞：礦粉混凝土收縮性耐久性強(qiáng)度Effectofslagonthepropertyoftheconcreteandthemechanismofaction*（*class,Civilengineering,CentralSouthUniversityAbstract:Theinfluencesoftheadditionofslagonthepropertiesofsh

2、rinkage,durabilityandstrengtharestudied.Andthemechanizationsofactionareanalyzed.Drawaconclusionthatmineralpowdercanpromotetheworkperformanceandmechanicalpropertiesofconcrete.Keywords:slag;theconcrete;shrinkage;durability;strength）礦渣是經(jīng)過(guò)選礦或冶煉后排出的殘余物和工業(yè)廢料，其主要化學(xué)成分是SiO2、Al2O3、CaO、MgO等。經(jīng)水淬急冷后的礦渣，其中玻璃體含量多，

3、呈細(xì)粒狀，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，潛在活性大，但須經(jīng)磨細(xì)成粉才能使其潛在活性發(fā)揮出來(lái)。礦粉對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響礦粉適用于中高強(qiáng)度等級(jí)的高性能泵送混凝土的配制，在一般工程C35-C40混凝土使用相當(dāng)廣泛，用礦粉等量取代部分水泥，即能降低成本，又能顯著改善混凝土性能，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。不同摻量的礦粉對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。1表1不同摻量的礦粉對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響水泥中砂碎石礦粉粉煤減水抗壓強(qiáng)度/MPa灰劑水膠坍落編號(hào)/kg/kg/kg/kg/kg/kg比度/mmm-3m-3m-3m-37d28dm-3m-33606.00.3915027.441.954.22320

4、691107480606.00.3817028.043.455.632806951081120606.00.3716526.845.856.342006931079200606.00.3717027.243.858.1其作用機(jī)理是礦粉參與二次水化反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中吸收大量的CH晶體，使混凝土中尤其界面過(guò)渡區(qū)的CH晶粒變小變少。由于CH被大量吸收反應(yīng)，C3S、C2S的水化反應(yīng)速度加快，水泥石與骨料界面粘結(jié)強(qiáng)度及水泥漿體的孔結(jié)構(gòu)得到改善，提高了混凝土的密實(shí)性。從而提高了混凝土的強(qiáng)度。即摻入礦粉的混凝土，其早期強(qiáng)度基本不受影響，而后期強(qiáng)度因礦粉不斷參與二次水化反應(yīng)使混凝土強(qiáng)度得到快速較大增長(zhǎng)。從其實(shí)

5、驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，礦粉摻入量越大，混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)也越快越大。礦粉對(duì)混凝土收縮性能的影響收縮性能是混凝土的一項(xiàng)重要指標(biāo)，指在混凝土凝結(jié)初期或硬化過(guò)程中出現(xiàn)的體積縮小現(xiàn)象。一般分為塑性收縮(又稱(chēng)沉縮),化學(xué)收縮(又稱(chēng)自身收縮),干燥收縮及碳化收縮,較大的收縮會(huì)引起混凝土開(kāi)裂。引用X延?xùn)|等人對(duì)礦粉混凝土與基準(zhǔn)混凝土收縮性的實(shí)驗(yàn)研究2空心砌塊試驗(yàn)方法”(GB/T4111-1997)規(guī)定,測(cè)量試件從飽水狀態(tài)到全干狀態(tài)的長(zhǎng)度變化。其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。據(jù)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在水泥與摻和料總量相同、水膠比等試驗(yàn)條件相同的條件下，與基準(zhǔn)混凝土相比，摻入礦粉的“三摻”混凝土的收縮性得到了不同程度的提高。其作用機(jī)理是：（1

6、）塑性收縮中，混凝土在摻入礦粉后，表面水分蒸發(fā)速率與表面泌水速率的比值降低，塑性收縮變小;(2)化學(xué)收縮，是由于水泥水化耗掉的水不能從外部及時(shí)得到補(bǔ)充時(shí)，混凝土內(nèi)部的相對(duì)濕度減小，毛細(xì)孔干縮引起。摻入礦粉后，結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，化學(xué)收縮增大。由上述多方面共同作用，使摻和礦粉的混凝土收縮性能得到改善。3.礦粉對(duì)混凝土耐久性能的影響3良好的耐久性是混凝土的重要的優(yōu)良特性之一，主要包括抗碳化性能、抗?jié)B性、抗硫酸鹽侵蝕、抗鋼筋銹蝕等方面。以下對(duì)這多個(gè)方面分別分析。3.1礦粉對(duì)混凝土抗碳化性能的影響參考楊榮俊,隗功輝,X春林,朱海英等人的試驗(yàn)，從其試驗(yàn)結(jié)果可知，摻入礦粉的“三摻”混凝土與基準(zhǔn)混凝土相比，其抗碳

7、化性能只是隨著混凝土的強(qiáng)度等級(jí)的提高而提高，而且提升程度逐漸縮小，直至在C50時(shí)，兩種混凝土抗碳化性能相等。說(shuō)明摻入礦粉對(duì)混凝土抗碳化性能無(wú)不利影響。作用機(jī)理分析：混凝土的碳化速度的影響因素有混凝土材料自身的因素、外部環(huán)境因素和施工質(zhì)量因素。在外部環(huán)境和施工相同條件下，材料自身的因素的影響主要是CO2的擴(kuò)散系數(shù)和能吸收CO2的量，分別決定于混凝土密實(shí)度和孔結(jié)構(gòu)以及水泥（包括混合材）的品種和用量。摻入礦粉的混凝土，其水灰比越低，強(qiáng)度越高，相應(yīng)的混凝土孔隙率及孔徑越小，因此CO2的擴(kuò)散系數(shù)也越小，于是碳化速度越慢，抗碳化性能越好。而且，摻加礦粉的混凝土碳化深度的增大是低X圍的增長(zhǎng)，在實(shí)際工程中影響

8、基本忽略，因此可認(rèn)為摻加礦粉不是影響混凝土抗碳化性能的主要因素，即認(rèn)為摻加礦粉對(duì)混凝土的抗碳化性能無(wú)不利影響。3.2礦粉對(duì)混凝土抗凍化性能的影響據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，摻加礦粉對(duì)混凝土的抗凍性能有一定的改善作用，而其相應(yīng)的提高程度與混凝土的標(biāo)號(hào)有關(guān)。其作用機(jī)理為：礦粉的微集料效應(yīng)和二次水化作用可以使混凝土的孔徑細(xì)化，連通孔減少，從而改善了混凝土孔結(jié)構(gòu)，降低孔隙率，提高了混凝土密實(shí)度。同時(shí)實(shí)驗(yàn)還證明，摻加礦粉對(duì)抗凍性能的提高程度并不高，關(guān)鍵是要摻加引氣劑，當(dāng)混凝土的含氣量達(dá)到3%4%時(shí)，混凝土抗凍性可以得到很大程度的改善，而且摻加礦粉不會(huì)對(duì)引氣劑的效率產(chǎn)生影響。3.3礦粉對(duì)混凝土抗水滲透性能的影響從其試

9、驗(yàn)結(jié)果可知，摻加礦粉的混凝土，由于礦粉的火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)的作用，使混凝土的孔徑細(xì)化，連通孔減少，從而改善了混凝土孔結(jié)構(gòu)，降低孔隙率，提高了混凝土密實(shí)度，進(jìn)而大幅提高了混凝土的抗?jié)B透性能。但對(duì)于高性能的混凝土，采用傳統(tǒng)加壓透水方法無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其摻加礦粉后的抗?jié)B透性能。3.4礦粉對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響4參考肖佳等人的實(shí)驗(yàn)，由其試驗(yàn)結(jié)果可知，在一定X圍內(nèi)，摻加礦粉的量越多，混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)下降越大，即礦粉可以提高混凝土抗氯離子滲透性能。氯離子滲入混凝土的速度的決定因素主要有混凝土的孔隙率和水泥石的固化氯離子的能力。摻入礦粉的混凝土，一方面礦粉使混凝土孔隙率降低，密實(shí)度增大，從而提

10、高了混凝土的抗氯離子滲透性能；另一方面，礦粉中含有大量的C3A，摻入混凝土中后，與氯離子反應(yīng)生成“Friedel”鹽,即C3A?CaCl2?10H2O5，而且，礦粉二次水化生成的C-S-H凝膠吸附一部分的氯離子。因而大大提高了混凝土固化氯離子的能力。所以，礦粉的摻入使得混凝土的康氯離子滲透性能得到很大程度改善?？偨Y(jié)摻加礦粉的混凝土，在性質(zhì)上，其后期強(qiáng)度得到提高，收縮性能不變或者得到一定程度的改善，耐久性在很大程度上得到改善，而且水泥用量相應(yīng)減少。參考文獻(xiàn)：1李遷,X冬霞.礦粉對(duì)水泥及混凝土性能的影響與應(yīng)用.J.XX建材，2008,（12）:50-512X延冬,潘錦君,唐華.礦粉在高性能混凝土中的應(yīng)用研究.J.全國(guó)建筑科學(xué)核心期刊