矿渣粉是一种经水淬制粒化高炉矿渣经碾磨达到规定细度的粉体材料。自1862年德国人发现水淬制粒化高炉矿渣具有潜在活性后,矿渣长期用作水泥混合材料。2000年以前,矿渣作为水泥混合材料的使用在国内外有所不同。除了研磨矿渣和水泥熟料以生产矿渣水泥外,国外还研磨矿渣以单独研磨,然后与研磨的熟料混合以生产矿渣水泥,而在中国,矿渣水泥只能通过研磨来生产。由于宁夏高炉矿渣微粉比熟料更难研磨细度,水泥中矿渣的细度更小,水泥的细度控制在300m2/kg左右,矿渣粉的细度只能达到200~250m2/kg左右,因此不仅水泥中矿渣粉的活性无法充分发挥,而且当矿渣用量过高时,混凝土的粘结性很差,混合料容易分离和分泌水分,混凝土的抗渗性能下降。这种矿渣在水泥中的含量受到很大限制,一般不超过30%。
一、对混凝土性能的影响。
从矿粉+水泥浆到矿粉+水泥砂,再到矿粉混凝土,可以逐步开展矿粉对混凝土性能的影响研究。但是,对于商品混凝土搅拌站等普通应用单位,不需要遵循这一规律,可以借鉴相关研究结果,在特定条件下直接进行混凝土试验,找出合理的配合比。
2.1对混凝土工作性能和机械性能的影响。
1)在430~520m2/kg之间,矿粉比表面积为30%~40%,增强效果明显。
2)单一混合粉末会增加混凝土的粘结性能,延长凝结时间,增加水分泌量,可能对混凝土泵送产生不利影响;
3)混凝土的制备可以充分发挥矿粉和一级粉煤灰的互补优势效应,从而增加混凝土的坍落度、良好的易性、良好的粘结性和改善水分分泌。同时,混凝土成本可以显著降低。
4)对于水泥-粉煤灰-矿粉胶凝材料体系,在等量替代的前提下,粉煤灰的用量应不超过20%,粉煤灰和矿粉的用量应不超过40%。同时,为了充分利用混凝土的后期强度,建议使用60d或90d强度作为混凝土的评价标准。
2.2对混凝土耐久性的影响。
1)混凝土水化热。掺入矿粉,可减少浆体的水化热,单掺小于50%时水化热下降不明显,达到70%时,3d和7d水化热分别下降36%和29%左右;矿粉和粉煤灰复掺,可显著减少浆体3d和7d水化热,采用20%矿粉和20%矿粉复掺,分别下降38%和20%的浆体3d和7d水化热,对于严格控温要求的大体积混凝土,矿粉和粉煤灰复掺是理想的矿物掺合物,能有效降低混凝土早期温度收缩裂缝的风险。
2)抗渗性。混凝土中掺有矿粉或矿粉和煤灰的复合,充分发挥掺合料的微集料效应和二次水化反应,细化混凝土孔径,减少连接孔隙,提高混凝土密实性,大大提高混凝土的抗渗透性。采用库仑电法评估。矿粉、粉煤灰和引气剂可以降低混凝土的渗透性。矿粉越细,掺量越大。特别是矿粉和粉煤灰以及引气剂复合使用时,可显著降低混凝土的渗透性;采用NEL法评估,对于C30混凝土,矿粉掺量、细度、复合等措施不能显著降低混凝土中的氯离子扩散系数,适当的引气剂可显著降低混凝土的渗透性。对于C50混凝土,矿粉及其复合粉煤灰混合剂,尤其是引气剂,可显著降低混凝土的渗透性。
3)抗碳化能力。掺矿粉混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土在达到同等强度条件下,具有同等的抗碳化能力。