预拌混凝土掺矿渣微粉的阶段试验
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摘要：矿渣微粉是一种优良的矿物掺合料。在预拌混凝土中掺入30%-50%的矿渣微粉，取代等量的水泥，不仅可以降低成本，而且能够改善其物理、力学性能。在中铁十四局四公司六武高速公路试验室配制混凝土，采用马鞍山钢铁厂的矿渣微粉，并淮南平圩的一级粉煤灰，进行了一系列预拌混凝土试验，取得阶段性成果。本文简要介绍试配情况。
关键词：预拌混凝土矿渣微粉粉煤灰符合矿物掺合料
中图分类号：TU37文献标识码： A
一、前言
在预拌混凝土中掺入矿物掺合料是改善混凝土性能、节能降耗、降低成本的有效措施，是国家建设部明令推广的混凝土新技术。在现在高性能混凝土中掺入粉煤灰的技术已相当成熟，得到了大多数建设和施工单位的认可；而掺用矿渣微粉的技术则起步较晚。我项目部聘请铁正工程试验检测中心何茂成专家到我项目部现场指导配制混凝土中加入复核型（粉煤灰+矿渣微粉）矿物掺合料的系列试验，取得了较好的经济技术效果。
二、试验用的原材料
1、矿渣粉：样品由马鞍山钢铁厂提供其性能指标列表1。
2、水泥：湖北华新堡垒水泥厂P.O42.5其性能指标列表2
3、河砂：金寨满江红砂场其性能指标列表3
4、碎石：新开岭隧道碎石厂5-31.5mm连续级配其性能指标列表4
5、粉煤灰：淮南平圩电厂I级其性能指标列表5
6、外加剂：徐州超力CNF-1B高效缓凝减水剂掺量：0.8%减水率20%
7、拌合用水：饮用水
矿粉的性能指标： 表1
堆积密度g/cm3 比表面积cm2/kg 28天活性指数% 流动度比%
1.36 425 105 98
化学成分 Si02 Al203 Fe203 Ca0 Mg0 Mn0 Ti02
含量% 32.6 14.6 2.6 39.0 5.0 1.4 2.4
水泥的性能指标：表2
项目 细度% 标准稠度% 凝结时间 安定性 抗折强度MPa 抗压强度MPa
初凝 终凝 3d 28d 3d 28d
P.042.5 4.6 26.4 3h25min 4h49min 合格 4.3 7.6 24.6 48.5
砂子的性能指标： 表3
堆积密度kg/m3 表观密度kg/m3 孔隙率% 含泥量% 细度模数 筛分
筛孔 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 底
1440 2580 44 0.6 2.59 累计筛余% 3.3 7.5 16.0 55.0 89.7 98.5 100
碎石的性能指标： 表4
堆积密度kg/m3 表观密度kg/m3 孔隙率% 含泥量% 筛分 压碎指标
筛孔 31.5 19 9.5 4.75 2.36 底
1700 2710 37 0.2 累计筛余% 0.3 36.1 87.2 99.5 99.9 100 10.4
粉煤灰的性能指标：表5
细度% 烧失量% 含水量% 组合因子=（细度%*烧失量%*10000 需水量比%
3.0 1.70 0.3 5.1 94
三、混凝土试配
1、C30配合比
编号 原配合比 掺矿粉 掺矿粉和粉煤灰
P.O42.5 C 418 270 313
粉煤灰 F / /
矿粉K / 90 105
胶凝材料B 418 360 418
用水量 W 205 145 205
水胶比W/B 0.49 0.40 0.49
砂率% 35 35 35
取代率 / 25 25
假定容重 2400 2400 2400
砂石量S+G 1777 1895 1777
砂S 622 663 622
石G 1155 1232 1155
胶：砂：石：水 1:1.49:2.76:0.49 1:1.84:3.42:0.4 1:1.49:2.76:0.49
C:F:K / 1：0.33 1:0.33
外加剂A / 2.88
试配情况 水泥 C 12.54 8.1 9.39
粉煤灰F / / /
矿粉K / 2.7 3.15
砂子S 18.66 19.89 18.66
碎石G 34.65 36.96 34.65
水W 6.15 4.35 6.15
外加剂A / 86.4g /
实测坍落度mm 150 150 150
实测容重kg/m3 2410 2410 2410
抗压强度 R3Mpa 23.4 35.0 26.4
R7 Mpa 25.1 37.0 28.4
R28Mpa 40.6 46.2 39.5
2、C40配合比
编号 原配合比 掺矿粉 掺矿粉和粉煤灰
P.O42.5 C 302 286 294
粉煤灰 F 122 / 37
矿粉K / 122 89
胶凝材料B 424 408 420
用水量 W 155 155 155
水胶比W/B 0.36 0.38 0.37
砂率% 34 34 34
取代率 29 30 30
假定容重 2400 2400 2400
砂石量S+G 1821 1837 1825
砂S 619 625 620
石G 1202 1212 1205
胶：砂：石：水 1:1.46:2.83:0.36 1:1.53:2.97:0.38 1:1.48:2.87:0.37
C:F:K 1:0.40 1：0.43 1:0.13:0.30
外加剂A 3.39 3.26 3.36
试配情况 水泥 C 9.06 8.58 7.92
粉煤灰F 3.66 / 1.11
矿粉K / 3.66 2.67
砂子S 18.57 18.75 18.6
碎石G 36.06 36.36 36.15
水W 4.65 4.65 4.65
外加剂A 101.7g 97.8g 100.8g
实测坍落度mm 160 160 130
实测容重kg/m3 2395 2420 2390
抗压强度 R3Mpa 28.7 26.8 31.3
R7 Mpa 37.8 41.9 52.4
R28Mpa 41.4 53.5 61.4
3、C50配合比
编号 原配合比 掺矿粉 掺矿粉和粉煤灰
P.O42.5 C 464 366 366
粉煤灰 F 52 / 50
矿粉K / 150 100
胶凝材料B 516 516 516
用水量 W 165 170 170
水胶比W/B 0.32 0.33 0.33
砂率% 32 33 33
取代率 10 29 29
假定容重 2400 2400 2400
砂石量S+G 1719 1714 1714
砂S 550 566 566
石G 1169 1148 1148
胶：砂：石：水 1:1.07:2.27:0.32 1:1.10:2.22:0.33 1:1.10:2.22:0.33
C:F:K 1:0.11 1:0.41 1:0.14:0.27
外加剂A 4.13 4.13 4.13
试配情况 水泥 C 13.92 10.98 10.98
粉煤灰F 1.56 / 1.5
矿粉K / 4.5 3.0
砂子S 15.6 16.98 16.98
碎石G 35.07 34.44 34.44
水W 4.95 5.1 5.1
外加剂A 123.9g 123.9g 123.9g
实测坍落度mm 150 145 150
实测容重kg/m3 2380 2400 2410
抗压强度 R3Mpa 48.6 50.6 49.7
R7 Mpa 53.5 55.9 55.1
R28Mpa 61.9 65.2 63.2
四、试验过程与试验结果的观察和分写
（1）掺入矿渣微粉后，混凝土的塌落度有不同程度的增大
（2）掺入矿渣微粉后，混凝土于基准混凝土相比，和易性有明显的改善。新拌混凝土的黏聚性、流动性都很好；泌水率大大降低
（3）试件拆模后发现掺入矿渣微粉后混凝土有缓凝现象
（4）掺入矿渣微粉后，混凝土试件3天强度低于基准混凝土强度，
而28天强度高于基准混凝土试件的强度。
分析：
（1）掺入矿渣微粉后混凝土的塌落度有不同程度的增大，玉基准混凝土相比，达到相同的工作度，用水量可以适当的减少
（2）掺入矿渣微粉的混凝土，与基准混凝土相比和易性有明显的改善，新拌混凝土的黏聚性、流动性都很好；泌水率大大降低。我认为是由于矿渣微粉较大的比表面积对水分的吸附起到了保水作用，减缓了水分的蒸发，仰制了塌落度的经时损失；再就是由于矿渣微粉的活性较水泥低，掺入矿渣微粉后降低水泥浆的浓度，延缓了胶凝体系的凝聚，也在不同程度上抑制了塌落度的经时损失，使混凝土的流动性增大，泌水率降低。
（3）掺入矿渣微粉后，混凝土有缓凝现象，混凝土试件3天的强度低于基准混凝土的强度而28天的强度高于基准混凝土试件的强度。由于矿渣微粉得岩相主要有96%以上的玻璃体组成，该结构主要为Si02、等不同的氧化物形成的向空间发展的网状结构，稳定性较差。与水单独反应时在水化产物Ca（0H）2激发下发生下列反应：xCa（0H）2+Si02+aq xCa.Si02.aq .造成玻璃体解体，使其中的Ca2+Al3+Si042-AL045-等重新排列，形成低碱度的水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物，产生胶凝作用时28天强度增加。
五、经济分析：
预拌混凝土掺入复核矿粉后，其经济效果十分明显。现将常用的几种混凝土配合比的主要原料费比较列于下表：
水泥品种 P.O42.5
混凝土等级 C30 C40 C50
混凝土配制强度 38.2 49.9 59.9
水胶比 0.49 0.40 0.40 0.38 0.36 0.37 0.32 0.33 0.33
用水量 205 145 145 155 155 155 165 170 170
配比 1 2 3 1 2 3 1 2 3
粉煤灰 0 0 0 0 122 37 52 0 50
矿渣微粉 0 90 0 122 0 89 0 150 100
水泥 418 270 360 286 302 294 464 366 366
C+F+K 0 360 360 408 424 420 516 516 516
外加剂 0 2.88 2.88 3.264 3.392 3.36 4.128 4.128 4.128
塌落度 150 150 150 160 160 130 150 145 150
抗压强度Mpa 3d 23.4 25.0 26.4 28.7 26.8 31.3 48.6 50.6 49.7
7d 25.1 32.0 28.4 37.8 41.9 52.4 53.5 55.9 55.1
28d 40.6 46.2 39.5 41.4 53.5 61.4 61.9 65.2 63.2
经济指标
主要材料费用 水泥 200.64 129.6 172.8 137.28 144.96 141.12 222.72 175.68 175.68
F 0 0 0 0 28.06 8.51 11.96 0 11.5
K 0 28.8 0 39.04 0 28.48 0 48 32.00
外加剂 0 22.9 22.9 19.6 20.4 20.2 25.08 23 23
合计 200.64 181.3 195.7 195.92 193.42 198.31 259.76 246.68 242.18
差价 19.34 4.94
六、注意问题：
1、加强对矿粉细度的检测，比表面积一般控制在400m2/kg-500m2/kg范围，一旦细度大幅度的降低，将会使混凝土的黏聚性下降，出现泌水离析，凝结时间延长，早期强度降低，因此要严格控制细度。
2、注意矿粉的掺量。单掺矿粉30%-40%为宜。大体积混凝土可达50%。以明显降低水化热为目的复掺，总取代量不易大于50%，粉煤灰控制在20%以内；矿粉控制在30%。开始使用时，粉煤灰控制在10%以内，矿粉控制在20%。尽管在实验室内矿粉掺量可以在60%，但在实际应用中却存在着凝结时间问题。掺量过高，凝结时间延长，不利于施工。对于竖向结构，由于混凝土厂时间处于塑性状态，会使混凝土发生沉降收缩，沿箍筋发生环状裂纹。由于大体积混凝土能积聚水化热，凝结时间往往比试验短，因而大掺量矿粉或矿粉、粉煤灰双掺有利于大体积混凝土的施工。其次，随着混凝土强度等级的增大，混凝土的黏聚性也在不断增加。低强度的混凝土黏聚性差，需增加其黏聚性，减少混凝土泌水离析的出现，在保证施工的可行性。当矿粉细度大于400m2/kg时，矿粉可以增加混凝土的黏度，有利于低强度混凝土的配制；要配制高青岛队混凝土们需要矿粉与可降低黏度的优质粉煤灰复合使用。
3、针对不同等级粉煤灰，选择适当的矿粉月粉煤灰的复合比例。在实际生产中粉煤灰比矿粉更廉价，单用粉煤灰可降低成本，但掺量有限。狂吠与粉煤灰二者“优势互补”。矿粉与二级粉煤复合使用时，矿粉的取代率小于30%，粉煤灰的取代率小于15%。由于二级粉煤灰的质量稳定性不如矿粉，给混凝土的配制带来不便。因此，在条件允许的前提下，尽可能的多用矿粉，以降低粉煤灰带来的不利因素。另外二级粉煤灰同样具有增加混凝土黏聚性的作用，不宜配制高强度混凝土，而与一级粉煤灰一起使用更佳，粉煤灰控制在20%以内，矿粉在40以内。二者的比例根据不同的等级、不同的技术要求进行调整。
七、结束语：
矿渣微粉的应用改变了以前混凝土以粉煤灰为主要掺合料的局面，克服了粉煤灰取代水泥量有限的不足，不仅改善混凝土的工作性能，降低了成本，而且节约能源、改善了环境。