矿渣微粉土在商品混凝土中应用技术简介
前 言
砼（包括商品砼和预制砼）的第六组分矿物掺合料，用于砼中的优点：1 改善砼的施工性；2 提高砼的强度；3 在耐久性方面也有突出的贡献；4 替代部分水泥后除降低成本外，主要是改善砼的水化热等;5突出优越性能是社会效益更为显著，节约资源、节省能源、保护地球环境。
砼掺合料大量的用于高强砼、高性能砼、大体积砼、免震砼(自密实砼)、耐腐蚀侵蚀的水下砼的实例：97年矿粉应用于深圳大中华国际交易广埸C80高性能砼、广州63层、地铁(1至5号线)、上海东方明珠塔、88层的金茂大厦、黄埔大桥、深圳国贸大厦、赛格广场、沈阳的远吉大厦和富林大厦以及长江三峡大坝工程都大量的掺用了粉煤灰和矿渣，尤其跨海大桥和港口工程如:东海大桥、杭州湾大桥耐久性100年的海工砼中掺合料总量占胶凝材料总量的60~70%。
一 国内外掺合料生产状况
1 上世纪30年代美国电力部门已开始对粉煤灰用于混凝土,并于48年在蒙大拿州的
俄马坝工程大规模应用粉煤灰,我国50年代将粉煤灰用于大体积砼,广州市90年代已普及使用粉煤灰砼。广东省在上世纪末大量使用粉煤灰，也是逐渐被人们所认识，但毕竟火力发电厂少，优质的Ⅰ、Ⅱ级灰少，再加上大量的搅拌站上马、新建、扩建。因此每年年底粉煤灰非常紧缺，甚至于连Ⅲ级灰都达不到的粉煤灰也拉进站来用，岂不影响砼质量，不是塌落度损失快，就是强度达不到或到工地的料施工性很差，拌合料松散，耐久性就可想而知了。
影响粉煤灰品质的因素：①锅炉型式、煤种、燃烧效率、灰渣收集方式等不同，粉煤灰品种和品质有明显的差异；②按收集方式分为湿式除尘器（收集的灰称为湿灰）；电气除尘器（粉尘带电，沉积在电性相反的电极上，可使灰分级）；袋式除尘器（除尘
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效率高但不能使灰分级）；③细灰：（飞灰粒度在3～100μm:小于10μm的颗粒约占20%～40%,大于40μm的颗粒约占60%～80%,），燃烧完全，活性高，需水量比小，颗粒形状好；粗灰：燃烧不完全，活性差，需水量比大，含碳量大，对外加剂适应性差（因为碳粒吸水率达40%～70%）。
GB/T 1596---2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》与1991相比,主要变化有15条,其中增加了C类灰,F类灰及相应的技术要求,还有将II级灰的细度由原来的20%改为25%。
2 水淬高炉矿渣(简称矿渣)是炼铁时的副产品。在炼铁高炉中，安放铁矿石焦炭及石灰石等为主要原料，从顶部吹入氧气，使炉内焦炭燃烧，发生还原气体（CO）使铁矿还原溶融，铁水和溶渣分离，溶渣比重小浮于铁水上表面。溶渣的粘性低融点低脱硫能力高，这是生铁冶炼不可少的。将溶渣排出，用水急冷，即有300kg的水淬矿渣。
1862年，德国的E.Langen发现能通过碱性激发发挥矿渣潜在的水硬性。从此以后，主要在欧洲，把矿渣作为一种水硬性的材料进行研究与开发。矿渣一直是一种贵重的资源，现在对其评价更高了。除了利用其进一步生产与扩大应用矿渣水泥的同时，开发了超细矿渣粉，其可以进一步满足高性能要求的砼制品。过去，矿渣的比表面积约在4000cm2/g左右，但现在很多研究成果证明，矿粉的比表面积在6000cm2/g以上作为混凝土的掺合料，使砼具有许多新的特性。因此,超细矿粉高强混凝土的开发受到了广泛的注目。
水淬高炉矿渣磨细后作为砼掺合料使用是英国的Trief在1933年将高炉矿渣（含大量的水分）湿碾后作为砼掺合料，储备不方便。1958年南非首次采用将水淬高炉矿渣烘干后再磨细的工艺。20世纪60年代，随着预拌砼工业的兴起和发展，磨细矿渣粉逐渐作为砼的一种组分得到推广和应用，20世纪80年代以来英、美、法、日、加、澳等发达国家相继制订了国标，使矿渣粉的应用正规化。
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矿渣的化学成分与性能：①矿渣的化学成分主要是SiO2、Al2O3、CaO、MgO等，这四种成分约占96%，还有少量的MnO、Fe2O3、TiO2、硫以及碱（K2O+Na2O）等。 矿渣以及普通水泥的化学成分见下表：
矿 渣 粉煤灰 普通水泥 SiO2 26-42 34-60 21.6 Al2O3 7-20 16.5-35 5.1 CaO 38-46 0.8-10.4 63.7 MgO 4-13 0.7-1.9 1.70 Fe2O3 MnO SO3 1-2 0-1.1 2.0 Na2O 0. 20 0.2-1.1 --- K2O 0. 31 0.6-2.9 --- 0.2-1 1-2 1.5-19.7 0. 3.0 --- ②矿渣根据冷却方法不同，性能也不同。在炼铁炉中矿渣处于1500℃以上的高温溶融状态。缓慢冷却的矿渣称作“徐冷矿渣”，是块状的，是一种结晶态的化学稳定的结构；因此，徐冷矿渣几乎没有水硬性。如果溶融状态的矿渣以大量的水急冷（每秒钟数百℃）时，由于急冷却器的粘度提高，原子还没有沿着结晶方向排列就被固结下来，变成玻璃质（非晶质）。这称之为水淬矿渣，变成如砂一样的粒状产品。水淬矿渣与徐冷矿渣相比，结构不稳定，也就是说，其化学反应活性高。从这一点来看，两者的差别很大。③评价水淬矿渣的方法，是通过矿渣化学成分来计算其碱度R；或者通过显微镜法；X射线方法测定其结晶化率，计算其玻璃化程度来进行判断。
R=
CaO+MgO+ Al2O3
SiO2
水淬矿渣的碱度越大水化性能越好，适宜于用作矿渣砼的掺合料。
我国水淬矿渣的碱度在1.8以上，酸性矿渣的碱度R＜1， 碱性矿渣的碱度R＞1，碱性越高活性越高。
根据粉煤灰的PH值可将粉煤灰分为酸性、中性和碱性三种。还有根据粉煤灰的酸性模量将粉煤灰分为强碱性、碱性、中性、弱酸、酸性和强酸等六种：
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SiO2+Fe2O3+Al2O3
粉煤灰的酸性模量= CaO + MgO －0.75SiO2 当酸性模量＜1为强碱,1-2为碱性,2-3为中性,3-10为弱酸性,10-20为酸性,＞20为强酸性。
我国20世纪90年代开始将矿粉用于砼中。首先在上海、北京、深圳、广州等地区推广和应用。国家现行标准有GB/T18046—2000《 用于水泥和砼中的粒化高炉矿渣粉》；GB/T18736—2002 《高强高性能砼用矿物外加剂》。该两标准的对应关系：
标准代码 试验项目 MgO/% ≤ 化学性能 SO3/% ≤ 烧失量/% ≤ Cl/% ≤ 比表面积/m/kg ≥ 物理性能 含水率/% ≤ 需水量比/% ≤ 3d/% ≥ 胶砂性能 活性7d/% ≥ 指数 28d/% ≥ 85 100 115 2-GB/T 18736-2002 磨细矿渣 I II 14 4 3 0.02 750 550 1.0 100 70 85 105 55 75 100 350 III 标准代码 项目 SO3/% 不大于 烧失量/% 不大于 Cl/% 不大于 比表面积/m/kg 不小于 含水量/% 不大于 密度/g/cm 不小于 流动度比/% 不小于 3d/% 不小于 活性指数 7d/% 不小于 28d/% 不小于 32-GB/T 18046-2000 级别 S105 S95 4.0 3.0 0.02 350 1.0 2.8 85 95 105 90 75 95 95 55 75 S75 我国每年废渣排出8亿吨，其中粉煤灰8000多万吨，矿渣2亿多吨，钢渣1000多万吨。上海年产磨细矿渣粉110多万吨，几乎用尽还从外地运入；广东省除韶关，番禺外，东莞华润集团公司下属水泥分公司目前投资新上了二条引进日本设备立式磨，年产可达100多万吨，足以供给广东省内各砼企业。
二、掺合料的作用机理：
目前常用的砼掺合料主要指FA、Sg、SiA等，它们含有无定形和的SiO2和Al2O3
等。能与水泥水化生成多余的薄弱的晶体Ca(OH)2，①进行二次火山灰反应；FA和Sg能与水泥水化生成多余的薄弱的晶体Ca(OH)2，生成水化硅酸钙凝胶C-S-H和水化铝
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酸钙凝胶C-A-H，削弱水泥的薄弱结构，起到密实砼。化学反应式：
Ca(OH)2+ SiO2+AL2O3+ CaO +H2O+O2 CaCO3 +C-S-H+C-A-H;②粒形效应：掺合料含有大量的微珠，漂珠是球状颗粒起润滑泵送作用；③微集料效应：反应多余的细粉，比砂、水泥还细起填充密实砼的作用；④降低水化热效应：掺合料置换水泥，每方砼降低10公斤水泥，温度可降低1℃，每公斤水泥放出50KJ的热量，通常水泥水化热在1~3天可释放50%的热量。矿渣的置换率越多，水化热降低越多，特别是早期的水化热降低得更多。当矿渣的置换率在70%以上，水化热降低更加明显类似低热水泥；⑤缓凝效应：掺合料掺得越多，砼的凝结时间越长，相当于缓凝型外加剂的作用。综合以上五大作用机理，砼中加入掺合料不仅增加砼的后期强度且改善砼和易性与耐久性、体积稳定性。通常根据使用的环境、工程部位、技术要求以及掺合料的质量，建议掺量为15%~50%，其它火山灰掺合料如沸石粉在北方地区已使用，钢渣粉和煤矸石还处于研究开发阶段。
三、掺加矿渣粉对砼性能的影响：
1 和易性得到改善，坍落度损失小、易振捣，对外加剂的适应性好。 分析：对PII型水泥，因其混合材掺量少，矿粉掺量适中，这些性能更为突出。 对PO型水泥由于本身混合材掺量多，且混合材品种复杂。虽然拌合物粘聚性有所改善，但流动性差。
对立窑水泥，大量取代水泥，等于降低C3A2含量，与A适应性有所改善，但拌合物料仍松散，流动性仍差。
2 凝结时间延长、低温时更明显，掺量越多凝时更延长。冬季施工应用非缓凝型减水剂。
3 水化热和水化热释放速率降低
因为每千克水泥水化放出50KJ的热量，矿粉大量取代后，可大大降低水化热及水
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矿渣微粉土在商品混凝土中应用技术简1
