掺矿渣粉高性能混凝土的研究

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1、掺矿渣粉高性能混凝土的研究【摘要】矿渣微粉作为生产水泥的原料和混凝土的掺合料，可有效提高水泥的强度和改善混凝土的耐久性。本研究借助磨细惰性掺料等量替代矿渣微粉试图将矿渣微粉的增强效应分解为化学效应和物理效应。分析了矿渣微粉的细度、掺量对增强效应的影响，以及增强效应随时间的发展规律。　　【关键词】水泥；矿渣微粉；增强效应　　　　近年来，随着冶金工业的发展，我国仅高炉矿渣每年排放近亿吨。水淬矿渣的处理和综合利用，目前，矿渣主要用来生产矿渣水泥、混凝土掺合料。要真正实现矿渣无害化，不仅要加快先进适用技术的推广应用工作，，顺应国际建材工业以质量、效率为目标的技术发展趋势，而且要加大投入，多

2、元化综合利用。采用矿渣与熟料分别粉磨后再混合，作为混凝上的掺合料，或者单独作为水泥和混凝土掺合料的生产工艺，提高混凝土的强度性能。可以提高矿渣的掺入量，够改善混凝土的内部结构，而且可以提高混凝土制品的等级强度。可减少维修及重建所需的大额费用，从而拓展了矿渣的用量和矿渣水泥的使用范围。提高混凝土拌合物的流变性，这方面的技术日趋成熟，使混凝土便于施工，在许多国家重点建设工程中得到应用。但矿渣利用率却偏底，若能大力推广生产和使用，为矿渣的大量有效利用开辟新的途径，，能显著改善混凝土的工作性能，为钢铁工业的可持续发展提供有力保障。　　1矿渣的组成　　高炉矿渣是高炉炼铁的副产品，在水淬过程中

3、，铁矿与焦炭混合，晶粒来不及形成，并在高温下形成熔融的无机盐矿物，晶体成长受到阻碍，质点不是非常严格地按照一定次序排序，即非晶体结构。事实上，缓慢冷却的结晶矿物，矿渣由于液相粘度迅速增大，不适于制造矿渣水泥。但若矿渣迅速冷却，玻璃态的矿渣处于不均衡和热力学不稳定状态，不发生结晶而以玻璃体存在时，结构以玻璃体为主，它就会变为高活性的物质，玻璃体含量一般在85%以上，矿渣的这种特性也是它可以生产各种不同品种水泥的原因。因此矿渣的活性和质量，玻璃质固化的产物，粒化矿渣的玻璃体可认为是一种过冷液体，因而具有较高的水化活性，是硅酸熔融物的一种特征。　　2矿渣的水化机理　　在一般情况下，富钙相

4、玻璃是一种逆性玻璃，矿渣的碱性系数越高，因为富钙相本身又具有很多细小单元聚积而成得堆聚结构，表现出的水硬性就越高。富钙相又具有一定的热力学稳定性，从矿渣玻璃体微观结构模型可以知道，富钙相可以认为是矿渣玻璃体的结构形成体，庞大的内比表面积，矿渣是由富钙相和富硅相组成的具有致密结构的整体，增加了其热力学不稳定性，其中富钙相占多数为连续相，使其破坏必须克服一定的活化能，将非连续的呈类似球状或柱状分布的富硅相包裹于其中，来维持着矿渣玻璃体结构的稳定。　　富钙相富硅相的性质决定了矿渣活性，矿渣在碱性环境中的水化就越迅速，表现出的水硬活性就越高。　　3实验原料　　熟料粉：选用太钢东山水泥厂硅酸

5、盐水泥熟料。矿渣：太原钢铁公司粒化高炉矿渣。等量取代20%、40%、60%熟料粉。分别取代硅酸盐水泥10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%制成混凝土。　　4实验结果　　实验测定的水泥强度的结果整理如下：　　　　5对矿渣水泥增强效应的影响　　由表分析得出：矿渣微粉的强度贡献率随其掺量的变化规律，矿渣微粉掺量越大，矿渣微粉在同一细度和龄期时，掺量越大，所能提供参加二次反应的玻璃体矿物就越多，它的增强效应对强度的贡献率越大。早期随矿渣掺量增加较小，能够和熟料水化产物中的Ca(OH)2充分反应，后期增幅大，生成更多数量的水化产物，28天达到最大值。　　从对抗折强度和抗压强度

6、的贡献率比较来看，矿渣微粉对水泥空隙的填充作用，掺量和龄期相同时，加上从而促进水泥强度的发展，矿渣微粉的增强效应对抗折的强度贡献率大于对抗压强度的贡献率。　　随着矿渣微粉掺量的增加，表明纯水泥熟料水化产物组成不同，增强效应因子变化规律与强度贡献率基本一致。硬化水泥石的性质也不同，增强效应因子随掺量变化表现出与抗压增强效应因子相似的趋势，通过实验证明低碱度水化硅酸钙的强度大大优于高碱度的水化硅酸钙。但不同的是，除了低碱度的水化硅酸钙本身的强度很高以外，抗折强度的增强效应因子随掺量的变化率大于抗压强度增强效应因子随掺量的变化率。在于低碱度水化硅酸钙的晶体尺度极小，在相同龄期和掺量时，比

7、表面积甚大，抗折强度的增强效应因子大于抗压强度的增强效应因子。构成的结晶连生体具有很多的接触点，根据增强效应的定义可知，加入矿渣微粉后可以显著增强抗折强度。矿渣微粉掺量的变化对抗折强度的影响大于对抗压强度的影响，所以PowerS等人提出过许多不同形式的强度与孔隙率的关系，矿渣微粉的增强效应使浆体中的大孔数量显著减少，这些关系都表明，它对抗折强度的增强作用优于抗压强度。浆体的总孔隙率越小，在其他细度时，其抗压强度越高，矿渣微粉的强度贡献率和增强效应因子，矿渣微粉的填充作