矿粉特性对混凝土性能的影响研究
时间: 2024-04-11 07:11:42 | 作者: 企鹅电竞直播电视版
产品特点
矿粉是粒化高炉矿渣粉的简称。是炼铁厂在高炉冶炼生铁过程中产生得到的以硅铝酸钙为主要成分的熔融物，经水淬粒化、干燥和粉磨处理而制成的超细粉末材料。随着矿粉生产的基本工艺的进步及我国商品混凝土行业的蓬勃发展，矿粉慢慢的变成为混凝土用量最多的矿粉掺合料之一，以其可改善混凝土的流动性、降低混凝土水化热、后期强度增长高等显著特点被大范围的应用于各个工程建设项目建设中。于龙等人的实验成果表明：矿粉等量替代部分水泥，有利于改进减水剂的塑化效果，增加浆体流动度；李志坤等人研究之后发现，矿粉颗粒可填充于水泥颗粒间隙,置换填充水，使浆体表面含水量相应增加，提高浆体流动度，掺入矿粉会降低总胶凝体系的需水量比，减缓水泥胶凝体系的凝结速度，有利于保持水泥与减水剂的相容性；周俊宏等人对不同掺量下，矿粉对混凝士早龄期强度的影响进行了试验研究，混凝士早龄期强度随着矿物摻合料摻量增加会降低，至28d龄期时强度增长显著。单掺时当矿粉摻量为30%，复掺时当粉煤灰摻量为20%，矿粉掺量为15%时，混凝土早龄期强度增长较快。
综上所述，尽管当前已针对矿粉特性对混凝土性能的影响进行了大量研究，但对系统性地测定矿粉的基本理化特性，并进行混凝土测试分析，研究不同矿粉特性对混凝土性能的影响研究较少。因此，基于上述存在的问题，本文通过对海南各地区收集来的11个矿粉品牌进行系统性地理化指标测定，分析其特性与差异，并进行有关混凝土试验，研究不同矿粉特性对混凝土性能的影响，为矿粉在混凝土中的生产应用起到一定指导作用。
海南澄迈地区生产的5～31.5mm连续级配花岗岩碎石，主要物理指标见表3。
科之杰新材料集团（海南）有限公司生产的Point-420HS聚羧酸高效减水剂，其含固量8.5%，减水率16%。
对海南各地区收集来的11家矿粉品牌样品进行比表面积、活性指数和烧失量等物理指标和矿粉中的CaO、SiO2、Al2O3、MgO及Fe2O3等5个化学成分进行测定。
矿粉的比表面积、活性指数和烧失量分别按标准GB/T8074-2008《水泥比表面积测定方法(勃氏法)》、GB/T17671-2021《水泥胶砂强度检测验证的方法》和GB/T176-2017《水泥化学分析方法》中的相关办法来进行试验，并按GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿粉》中计算方法进行测定。矿粉的化学成分按GB/T176-2017《水泥化学分析方法》中的相关方法做试验测定。相关理化性能指标测定结果如表4所示。
混凝土统一采用C30配合比，胶材用量360kg/m3，单掺矿粉用量占总胶材的25%，依据碎石的空隙率及机制砂特点，配合比砂率为48%，水胶比0.47，设计容重2350kg/m3。先进行纯水泥试验做基准，后进行11个矿粉混凝土试验，配合比如表5所示。
混凝土试验均在砂石原材料处于饱和面干状态下进行，通过系统的配合比试验，得出不同矿粉厂家混凝土的外加剂掺量、坍落度和扩展度、1h经时坍损、含气量及泌水率、初凝时间、7天和28天混凝土抗压强度。混凝土拌合物性能指标及强度分别按GB/T50080-2016
《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》相关办法来进行，相关混凝土试验结果详见表6。
从表6能够准确的看出，在使用相同外加剂情况下，对比配合比1、配合比2。在保证混凝土初始坍落度和扩展度相接近的情况下，外加剂掺量由2.70%降低至2.55%，扩展度经时损失由40mm降低至35～0mm，含气量由3.7%上升至3.8～4.0%之间，初凝时间由7.5h延长至8.0～9.0h。整体上看，矿粉的加入有益于改善聚羧酸减水剂与水泥本身存在的相容性问题，由于减水剂对矿粉无直接吸附作用，减少了胶材体系对减水剂用量的需求，同时矿粉的滚珠效应起到了一定辅助减水效果，使得外加剂掺量得到下降，经时损失变小。矿粉取代一部分水泥后，矿粉不直接参与水泥早期水化反应，起到了延缓胶结体系凝结的效果，凝结时间得到延长。同时，由于矿粉的比表面积比水泥大，特别是3μm以下部分较多的情况下，混凝土的浆体量更为丰富，浆体体系更容易起到引气效果，当掺入一定量引气剂时，含气量得到提高。
从图1能够准确的看出，烧失量是影响矿粉混凝土扩展经时损失的主要的因素。随着矿粉烧失量的递增，混凝土的扩展度经时损失呈现上升趋势。矿粉中的未燃碳是有害成分，含碳量越高，烧失量越大，降低矿粉的辅助减水效应和滚珠效应，使得混凝土的经时损失加大。
综上所述，矿粉的加入有益于外加剂掺量的降低，减少混凝土的经时损失，增加混凝土的含气量，延长混凝土的凝结时间。矿粉的烧失量是影响混凝土经时损失的重要因素。
从表4能够准确的看出，海南地区矿粉的比表面积在401～480m2/kg，整体上呈现正态分布的特点，大部分集中在420～440m2/kg之间。从图2能够准确的看出，随着矿粉比表面积的递增，泌水率逐渐降低，相反，当矿粉比表面积下降时，混凝土的粘聚性变差，泌水率变高。矿粉颗粒本身比水泥颗粒更加细小，且对水存在一定吸附作用，矿粉比表面积的增加，使得浆体体系达到一定流动度的需水量变高，从而矿粉取代一部分水泥后，混凝土浆体的裹水性能更好，混凝土的粘聚性变好，扩展度有所降低，从而泌水的可能性得到降低。
从表6及图3能够准确的看出，矿粉的加入会使混凝土7d早龄期强度会降低，但28d龄期强度增长显著。随着矿粉的7天活性指数与28天活性指数的递增，混凝土抗压强度有明显增加趋势，矿粉活性对混凝土强度有直接影响。由于矿粉具有潜在水化活性。当与水泥混合时，水泥水化产生的氢氧化钙可以激发矿粉的潜在活性，使矿粉能够直接进行水化反应生成水合硅酸钙，填充在水泥混凝土的孔隙中，大幅度提升水泥混凝士的致密度，同时将强度较低的氢氧化钙晶体转化成强度较高的水化硅酸钙凝胶，使混凝土后龄期强度提高明显。但由于水泥水化的速度要远快于矿粉潜在活性激发的速度，所以呈现出矿粉的加入会使混凝土7d早龄期强度不如纯水泥，但28d龄期强度增长显著。
从图4能够准确的看出，随着矿粉的8天混凝土抗住压力的强度逐渐递增，矿粉的CaO和SiO2含量无明显规律关系，矿粉的CaO和SiO2含量与28天混凝土抗压强度无相关明显关系。
⑴在相同水胶比同胶材用量下，使用矿粉替代部分水泥，能够更好的降低外加剂掺量，改善混凝土的经时损失，延长混凝土的凝结时间，增加混凝土的含气量，烧失量是影响矿粉混凝土经时损失的重要因素。
⑵矿粉比表面积的增加有利于改善混凝土粘聚性，降低混凝土的泌水率，当使用比表面积较大的矿粉时，应注意混凝含气量的变化，适当降低减水剂的引气量。
⑶矿粉的混凝土抗压强度与活性指数成正相关关系，矿粉的加入会使混凝土7d早龄期强度会降低，但28d龄期强度增长显著。另外，矿粉的CaO和SiO2含量对混凝土强度的影响并无明显规律性。（来源：《广东建材》2023.05）返回搜狐，查看更加多
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