礦渣粉在商品混凝土中的應(yīng)用
一、礦渣粉及其在國內(nèi)外的應(yīng)用情況
礦渣粉是水淬粒化高爐礦渣經(jīng)粉磨后達到規(guī)定細度的一種粉體材料。自從1862年德國人發(fā)現(xiàn)水淬粒化高爐礦渣具有潛在活性后，礦渣長期作為水泥混合材使用。2000年以前，礦渣在作為水泥混合材使用上國內(nèi)外存在差異，國外除將礦渣和水泥熟料混磨生產(chǎn)礦渣水泥外，還有將礦渣單獨磨細，然后與磨細后的熟料混合，生產(chǎn)礦渣水泥，而國內(nèi)只是通過混磨生產(chǎn)礦渣水泥。由于礦渣較熟料難磨細，混磨時水泥中礦渣的細度較熟料小的多，水泥細度控制在300m2/kg左右的情況下，礦渣粉的細度僅能達到200～250m2/kg左右，因而不但水泥中礦渣粉的活性不能充分發(fā)揮，而且礦渣用過高時，使混凝土的粘聚性很差，混合料容易離析和泌水，混凝土抗?jié)B性能降低。這樣礦渣在水泥中的摻量受到了較大限制，一般不超過30%。
隨著國際上對礦粉研究的不斷深入和大規(guī)模的開發(fā)利用，我國20世紀80年代改革開發(fā)的力度不斷加大，預拌混凝土的崛起與發(fā)展以及政府日益注重環(huán)境保護，自 20世紀90年代起，我國開始了礦粉的特點及應(yīng)用研究。清華大學對礦粉在高強混凝土的應(yīng)用進行了研究，在其編寫的《高強混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工指南》一書中，特別提出礦粉在配制高強混凝土方面的巨大潛力。冶金部建筑研究總院在搜集大量國內(nèi)外有關(guān)資料，尤其是在日本資料的基礎(chǔ)上，立項進行礦粉成套技術(shù)的開發(fā)研究工作，在產(chǎn)品性能、礦粉混凝土性能等方面獲得了大量數(shù)據(jù)，完成了“寶鋼高爐礦渣微粉在混凝土中應(yīng)用研究”課題的第一階段工作，上海建筑材料科學研究院和上海寶鋼企業(yè)開發(fā)總公司共同完成了該課題。此課題的完成為1998年上海市地方標準《混凝土和砂漿用?；郀t礦渣微粉》，1999年《粒化高爐礦渣微粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的制定頒布創(chuàng)造了條件。2000年國家標準《用于水泥和混凝土的粒化高爐礦渣粉》（GB18046-2000）頒布實施。
隨著礦渣磨細技術(shù)的不斷發(fā)展，礦渣被磨至相應(yīng)細度的能耗越來越低，并且細度也很容易達到400m2/kg以上，為礦渣粉的大量應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。2000年11月上海寶鋼率先從日本引進的年產(chǎn)60萬噸礦粉立磨生產(chǎn)線投產(chǎn)。隨后的幾年內(nèi)，武鋼、鞍鋼、寶鋼二線、唐鋼、首鋼、安徽朱家橋等大型礦粉立磨生產(chǎn)線相繼投產(chǎn)，另外還有不少生產(chǎn)線在建。這樣礦粉的應(yīng)用已在全國范圍內(nèi)廣泛展開。因此我國混凝土，特別是商品混凝土膠凝材料體系正由“水泥”、“水泥+粉煤灰”向“水泥+粉煤灰+礦粉”體系轉(zhuǎn)變，由于理論研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)都存在著不足之處，大量應(yīng)用勢必出現(xiàn)這樣或那樣的問題，特別是我國地域遼闊，應(yīng)用環(huán)境存在很大差別，技術(shù)水平也很不均衡，業(yè)內(nèi)人士加強定期交流，總結(jié)經(jīng)驗，吸取教訓，少走歪路是非常必要的。
二、礦粉對混凝土性能的影響
礦粉對混凝土性能的影響的研究可以由“礦粉+水泥漿體”到“礦粉+水泥膠砂”再到“礦粉混凝土”逐步進行。但對于普通應(yīng)用單位，如商品混凝土攪拌站，就不必遵循此規(guī)律，可借鑒有關(guān)研究成果，直接進行混凝土試驗，找出特定條件下的合理配合比。
1. 礦粉對混凝土工作性能和力學性能的影響
1）礦粉比表面積在430m2/kg～520m2/kg之間，摻量在30%～40%范圍，增強效應(yīng)表現(xiàn)得最為顯著。
2）單摻礦粉會使混凝土的粘聚性提高，凝結(jié)時間有所延長，泌水量有增大的跡象，可能對混凝土泵送帶來一定的不利影響；
3）礦粉和Ⅰ級粉煤灰復配配制混凝土，可以充分發(fā)揮二者的“優(yōu)勢互補效應(yīng)”，使混凝土的坍落度增加，和易性好，粘聚性好，泌水得到改善。同時混凝土成本可顯著降低。
4）針對水泥-粉煤灰-礦粉膠凝材料體系，在等量取代的前提下，粉煤灰的摻量以不超過20%為宜，粉煤灰和礦粉摻量以不超過40%為宜，同時建議采用60d或90d強度作為混凝土評定標準，以充分利用混凝土的后期強度。
2. 礦粉對混凝土耐久性的影響
1）混凝土水化熱。摻加礦粉，可降低漿體水化熱，單摻量小于50%時，水化熱降低不明顯。當達到70%摻量時，3d和7d水化熱分別降低約36%和29%；礦粉和粉煤灰復配，可顯著降低漿體3d、7d水化熱，采用20%礦粉和20%粉煤灰復配，漿體3d和7d水化熱分別降低38%和20%，對要求嚴格控溫的大體積混凝土，礦粉和粉煤灰復配是理想的礦物摻合料組合，可以有效減少混凝土早期溫縮裂縫的危險。
2）抗?jié)B性能?；炷林袚郊拥V粉或礦粉和粉煤灰復配，發(fā)揮摻合料的微集料效應(yīng)和二次水化反應(yīng)，可以使混凝土孔徑細化，連通孔減少，混凝土密實性提高，從而大幅提高混凝土的抗?jié)B性能。采用庫侖電量方法評價，礦粉、粉煤灰和引氣劑均能降低混凝土的滲透性，礦粉越細、摻量越大，特別是礦粉與粉煤灰和引氣劑復合使用時，均能顯著降低混凝土的滲透性；采用NEL方法評價，對于C30的混凝土，礦粉摻量、細度、復摻等措施均不能顯著降低混凝土中的氯離子擴散系數(shù)，適當?shù)囊龤鈩﹦t能明顯降低混凝土的滲透性。對于C50的混凝土，礦粉及其與粉煤灰的復合摻和料，特別是引氣劑均能顯著降低混凝土的滲透性。
3）抗碳化能力。在達到相同強度的條件下?lián)降V粉混凝土和普通硅酸鹽水泥混凝土具有相同的抗碳化作用能力。
4）抗凍融能力。摻加礦粉，對混凝土的抗凍融性能有一定的改善作用，隨混凝土標號的不同提高的幅度在25～50次范圍。礦粉混凝土和普通硅酸鹽水泥混凝土在強度和含氣量相同的條件下抗凍融能力基本相同；適當摻加引氣劑，適當?shù)暮瑲饬亢烷g距系數(shù)對混凝土的抗凍融十分必要。礦粉混凝土含氣量達到3-4%，混凝土抗凍融循環(huán)次數(shù)可達250次以上，而且用礦粉取代部分普通硅酸鹽水泥，并不影響引氣劑效率，無須增加引氣劑的摻量。
5）混凝土收縮。按現(xiàn)行標準測試，在配制C30標號等級混凝土時，摻加40%細度為430m2/kg的礦粉混凝土的干縮值與基準混凝土相比變化不大；而在配制C50標號等級混凝土時，摻加40%細度為520m2/kg的礦粉，混凝土的干縮值有一定程度的增加，早期（3、7天）增幅較后期大。礦粉細度在430m2/kg～520m2/kg之間變化，對混凝土干縮值的影響不明顯。礦粉與粉煤灰復摻與礦粉單摻相比，明顯增加混凝土干縮值，混凝土標號越高增加幅度越大?？紤]前3天的自收縮，無論是配制C30混凝土，還是配制C50混凝土，采用單摻礦粉，與基準混凝土相比，收縮值均無明顯變化。
6）混凝土抗裂性能。礦粉與粉煤灰復摻改善抗裂性效果優(yōu)于礦粉單摻，這可能是由于復摻時的早期強度比單摻時低造成的?；炷猎缙趶姸葘炷猎缙诳沽研杂兄匾绊?，混凝土24小時強度越高，混凝土早期越易開裂?；炷猎缙诳沽研耘c早期強度之間可能存在一個臨界值，小于該強度值，混凝土不易開裂，大于該強度值，混凝土容易開裂。該值與環(huán)境條件及約束狀態(tài)有關(guān)。
三、礦渣粉在商品混凝土攪拌站中的應(yīng)用
近兩年來，北京市礦粉在商品混凝土攪拌站中的應(yīng)用隨唐龍和首嘉兩大礦粉生產(chǎn)線的投產(chǎn)而迅速發(fā)展。為了更好地應(yīng)用礦粉，減少問題，避免事故，在此談一些應(yīng)用體會，供大家參考。
1. 嚴格控制礦粉質(zhì)量，特別是礦粉的細度。
目前，大型立磨礦渣粉生產(chǎn)線生產(chǎn)的礦渣粉細度均控制在400～500m2/kg的范圍內(nèi)。由于其先進的生產(chǎn)工藝，礦渣粉的細度非常穩(wěn)定，給配制混凝土帶來了很大方便。而球磨礦粉的細度較難達到400m2/kg以上，即使通過延長磨細時間，增加能耗，勉強達到400m2/kg以上，也難以長期穩(wěn)定。一旦其細度大幅度降低，會給混凝土帶來諸多問題，如：粘聚性下降出現(xiàn)離析和泌水；凝結(jié)時間延長；早期強度降低，甚至28d強度也會不同程度降低等。這也是為什么在立磨礦粉之前礦粉的應(yīng)用受到限制的原因之一。因此，在使用球磨礦粉時應(yīng)加強檢測。
2. 避免利益驅(qū)動下盲目提高摻量
1）單摻礦粉時，以30%～40%為宜。大體積混凝土可增至50%以上，以達到明顯降低水化熱的目的。
2）復摻時，總?cè)〈坎灰顺^50%。粉煤灰控制在20%以內(nèi)，礦粉控制在30%以?