实验分析磨细矿渣粉对自密实混凝土和易性的影响

摘要：在混凝土中掺入大量的活性矿物掺和料和高效外加剂是目前制备高性能自密实混凝土的基本方法，活性矿物掺和料的掺加可以改善混凝土的工作性、力学性能和耐久性等，目前使用的活性矿物掺和料主要是粉煤灰和磨细矿渣粉。

中图分类号： O741 文献标识码： A 文章编号：

1．粉煤灰资源丰富，价格低，能改善混凝土的工作性，提高后期强度，并较好的改善混凝土的耐久性，但是使用粉煤灰的混凝土的早期强度较低，外观质量难以控制，对施工水平要求较高。另外，由于某些特殊工程的需要，只加入粉煤灰这一种矿物掺和料有时不能满足自密实混凝土的和易性要求，而在混凝土中掺入适量的磨细矿渣粉则会很大程度的改善混凝土的和易性，提高混凝土的早期强度，因此磨细矿渣粉在工程中的应用也越来越显得重要起来。

本文通过实验的方法来讨论磨细矿渣粉对自密实混凝土和易性的影响，以磨细矿渣粉为主要因素来进行实验研究，通过调整磨细矿渣粉的用量来组成不同的混凝土配合比并进行相关的性能检测实验，通过对实验现象及数据结果的分析来讨论磨细矿渣粉的使用对混凝土性能产生怎样的影响。

2.磨细矿渣粉

2.1 磨细矿渣粉的概念

矿渣是高炉炼铁时所得以硅铝酸钙为主要成分的熔融物，经水淬冷成粒后的副产品，高炉矿渣具有较高潜在水硬性，是水泥和混凝土的优质混合材，可以改善混凝土性能。由于矿渣用于水泥和混凝土只需粉磨，不再需要煅烧，不产生二氧化碳，具有环境保护优点，因此磨细矿渣具有良好的社会经济效益。现在采用水泥熟料和矿渣分别粉磨到要求细度再混合均匀的工艺，不仅生产能耗低且充分利用了矿渣的活性，磨细矿渣也作为混合材料广泛地用于混凝土。

2.2 磨细矿渣粉的性质与作用

磨细矿渣粉绝大部分是不稳定的玻璃体，储有较高的化学能，有较高的活性，这些活性成分一般认为是活性A1203和活性Si02，即使在常温下，这些活性成分也可与氢氧化钙起作用而产生强度。矿渣磨的越细，活性越高，用磨细矿渣取代混凝土中部分水泥后，流动性提高，泌水量降低，缓凝，早期强度可与硅酸盐水泥混凝土相当，但后期强度高，耐久性好。工程应用实践表明：应用矿渣复合掺和料可配制出高强度、大流动且不离析的泵送混凝土。

3.高性能自密实混凝土实验

本章的主要内容是对掺入磨细矿粉的自密实混凝土进行配制和性能实验。通过调整矿物掺和料的掺量进行多组混凝土的配制，比较混凝土和易性的变化，找出磨细矿渣粉对混凝土和易性的影响规律。

3.1 实验原材料

（1）、 水泥：中国葛洲坝集团股份有限公司水泥厂生产的三峡牌42.5普通硅酸盐水泥。

（2）、砂：河砂，中砂，表观密度为2580 kg/m3，含泥量为1.7%。

（3）、石子：粒径5~20的碎石，表观密度2825 kg/m3，含泥量0.22%。

（4）、 粉煤灰：湖北阳逻电厂粉煤灰，Ⅰ级粉煤灰，密度2069 kg/m3。

（5）、 磨细矿粉：武钢华新股份有限公司生产，密度2851 kg/m3，28天强度比105%

（6）、 外加剂：上海华登HP-400聚羧酸减水剂，砂浆减水率为28%。

（7）、 水：自来水。

3.2 混凝土配合比设计

实验配制的混凝土设计强度等级为C40，自密实等级为二级，按照《自密实混凝土应用技术规程》（CECS 203：2006）中关于自密实混凝土自密实等级和性能的相关规定，坍落度值应在250mm以上，扩展度值应在600mm~700mm，T50应在3s~20s。

实验采用等量取代法，以等重量的掺和料取代混凝土中的水泥。结合混凝土的强度等级和自密实等级进行混凝土的配合比设计，在设计过程中以磨细矿渣粉的掺量为主要因素，以水灰比，水粉比和单位体积用水量为次要因素进行设计和对比分析。

实验中先进行了一组没有掺入矿物掺和料的混凝土配制，作为参照组。减水剂采用HP-400，掺量为1.2%，用水量在170 kg/m3~188 kg/m3之间，配合比设计的目的在于通过调整几种变化因素的掺量来进行对比分析。

混凝土配合比设计具体内容如表3-1所示。

表3-1自密实混凝土配合比设计（kg/m3）

3.3 实验方法

混凝土搅拌采用强制性机械搅拌机，使用精度为5g的电子秤对计算所得的材料进行称量，称量后的材料按照水泥—矿物掺和料—细骨料的顺序加入到搅拌机中，搅拌30s；再加入粗骨料，搅拌30s；减水剂HP-400为液体减水剂，采用同掺法，在粗骨料搅拌完毕后，将减水剂与水充分搅匀后加入，再搅拌120s。

实验采用的坍落度筒应符合国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中规定的坍落度实验用平截面圆锥体模具。用湿布擦拭坍落度筒内表面及两块钢质平板表面使之湿润，在一块钢质平板中间位置用粉笔画一个直径500mm的圆，并标出圆心，把坍落度筒置于水平放置的钢质平板上，坍落度筒中心对准圆心。混凝土搅拌完毕后，把搅拌机中的混凝土倒出至未画圆的钢质平板上，在新拌混凝土试样不产生材料离析的状态下，用铁勺盛新拌混凝土填入坍落度筒内，不分层一次性填充至满，填充过程应控制在2分钟内完成，且不施以任何捣实或振动。

填满之后用刮刀刮除坍落度筒顶部的余料，使其与坍落度筒上边缘平齐，然后将坍落度筒沿铅直方向连续向上提起30cm，提起时间控制在3s左右，用精度为0.1s的秒表测定自坍落度筒提起至扩展开的混凝土外缘初触平板上所绘直径500mm的圆周为止这段时间，精确至0.1s。待混凝土流动停止后，测量新拌混凝土各项指标，包括坍落度值、扩展度值和中边差值，记为0时刻。按照这一方法继续测定混凝土1h和2h时的性能指标。

3.4 实验结果与分析

新拌混凝土性能实验包括新拌混凝土的坍落度、扩展度和T50等指标，实验结果列于表3-2。

表3-2新拌混凝土实验结果

对于通过实验所得的新拌混凝土工作性能数据，分为以下两种情况进行对比分析：

矿物掺和料单掺

矿物掺和料单掺包括粉煤灰单掺掺量20%和磨细矿粉单掺掺量20%，如图3-1所示。

（1）坍落度 （2）扩展度

图3-1矿物掺和料单掺时新拌混凝土性能随时间的变化

在这一部分中的几组配合比分别是组别L01、L02、和L03。这三组配合比中砂率相同，减水剂掺量均为1.2%。

从图3-1中可以看出，未掺入矿物掺和料的对照组L01坍落度较低且在1小时之后有很明显的降低趋势，单独掺入20%粉煤灰的L02组混凝土的坍落度有提高且经时损失小，单独掺入20%磨细矿渣粉的L03组混凝土坍落度明显提高，但经时损失明显。整体对比分析可以看出，掺入矿物掺和料之后的混凝土坍落度与参照组相比明显提高，基本可以达到二级自密实混凝土的性能要求，且都在一定程度上降低了坍落度的经时损失。

另外，在实验过程中发现，磨细矿粉单掺掺量为20%时混凝土的泌水现象比较明显，证明磨细矿粉的掺入在提高混凝土流动性的同时加重了混凝土泌水离析的问题，使得混凝土的表面浮浆较多，板结现象加重。

矿物掺和料复掺

对矿物掺和料复掺的两组混凝土性能进行对比分析，如图3-2所示。

（1）坍落度 （2）扩展度

图3-2矿物掺和料复掺时新拌混凝土性能随时间的变化

在这一部分中的几组配合比分别是组别L01、L04、和L05。

从图3-2中可以看出， 在同样掺加10%用量粉煤灰的前提下，增加磨细矿渣粉的用量时会提高混凝土的坍落度，但是经时损失也更加明显，相反混凝土的扩展度会缓慢的升高，整体上L04和L05这两组配比下的混凝土坍落度均有明显的提高，且优于粉煤灰和磨细矿渣粉单独使用的情况。

另外，实验中发现，粉煤灰和磨细矿粉复掺的情况下，混凝土的粘聚性很好，且泌水情况较磨细矿粉单掺时有了很大的改善，这是由于粉煤灰的细微颗粒在水泥浆体中能较好的吸附水并扩散水层，形成凝聚结构，使混凝土的泌水减少，改善混凝土的粘聚性和保水性。可见磨细矿渣粉与粉煤灰进行合理的比例搭配使用时会更大程度的改善混凝土的和易性。

4.结论

本文通过实验分析了磨细矿渣粉对自密实混凝土性质的影响，先是进行了单独使用磨细矿渣粉与单独使用粉煤灰这两种情况的对比，在这一部分实验中初步得出磨细矿渣粉这种掺和料对于混凝土和易性的影响与粉煤灰有哪些不同，然后在此基础上进行了两种掺和料同时使用的混凝土实验，在第二部分实验中以磨细矿渣粉的用量作为单一变量，进一步分析材料的用量对于混凝土和易性会产生怎样的影响。

通过实验过程中的观察以及对实验数据的分析我们可以看出：磨细矿粉的掺入提高了混凝土的流动性，使混凝土有较高的坍落度和扩展度，但是在掺加比例较高的情况下，混凝土的和易性会随时间有较为明显的下降，同时磨细矿渣粉的使用也加重了混凝土的泌水情况。另一方面，实验也证实粉煤灰的掺入可以改善混凝土和易性，提高了混凝土的粘聚性和抗离析能力，所以针对磨细矿渣粉加重混凝土泌水现象的问题，可以利用粉煤灰的保水能力来进行改善，通过科学的计算与实验来确定这两种掺和料的合理搭配比例，这样既能明显提高混凝土的可泵性和匀质性，又在最大程度上改善了混凝土的泌水问题，得以真正的提高自密实混凝土的和易性。