0前言

    超細礦渣粉是指以礦渣微粉為主要原材料，通過一定程度的深化加工和復配，形成細度更細（比表面積達到500m2/kg以上）的一種新型摻合料，屬于礦渣微粉的高端衍生品，其具有較高的比表面積和火山灰活性。礦渣微粉在混凝土中應用在我國已取得了長足的發展。但目前常用的S95礦渣微粉在混凝土中的應用仍存在諸多問題：①摻入量偏低（一般摻量60~70kg/m3）；②顆粒級配較差；③早期強度低（3d強度一般<65%）；④干縮偏大等。而超細礦渣粉經超細粉磨，粒徑分布合理，早期活性高、耐久性好。因此，挖掘礦渣微粉潛在活性，開發超細礦渣粉，成為了礦渣市場的必然走勢。

1超細礦渣粉的作用機理

1.1超細礦渣粉的減水機理

    超細礦渣粉的減水機理主要與顆粒物理性態有關，可以用微填充效應和體積質量效應來分析。

    ①微填充效應。在混凝土粉料中，水泥顆粒粒徑最大，磨細礦渣、粉煤灰次之，硅灰最小，超細礦渣粉的粒徑大小介于粉煤灰和硅灰之間，球狀小顆粒的超細礦渣粉可填充在水泥、粉煤灰、硅灰顆粒間的空隙中，置換出其間的填充水，從而使拌和物的表面水相應大量增加，促進水泥漿體流動性的改善。

    ②體積質量效應。礦粉加入到水泥中時，一般都采用質量置換法，在等質量置換水泥的條件下，可以獲得更多的膠凝材料漿體體積，從而提高拌和物的流動性。

1.2超細礦渣粉活性改善機理

    超細礦渣粉的反應活性分為固有活性和誘增活性。

    ①固有活性：粒化高爐礦渣在堿激發、硫酸鹽激發下發生反應，形成低鈣型CSH凝膠和相應的反應產物，不僅增加了CSH的量，而且消耗了于強度不利的氫氧化鈣(CH)晶體，CH的減少又進一步促使C3S和C2S的水化，形成了有利于水泥和礦渣水化的良性循環，超細礦渣粉的這種反應活性可稱為固有活性。②誘增活性：超細礦渣粉粉磨過程不僅是顆粒減小的過程，同時伴隨著晶體結構及表面物理化學性質的變化。晶體結構的變化主要反映為晶粒尺寸減小、晶體形變增大和結構發生畸變。晶粒尺寸減小，保證了礦物與水接觸面積的增大；晶體形變增大提高了礦物與水的作用力；結構發生畸變、結晶度下降使礦物晶體的結合鍵減小，水分子容易進入礦物內部，加速水化反應。另外，在機械力粉磨的過程中，強烈的機械沖擊、剪切、磨削作用和顆粒之間相互的擠壓、碰撞作用，可能促使礦渣玻璃體發生一定程度的解聚，使得玻璃體中的分相結構在一定程度上得到均化,這也是礦渣活性提高的重要原因。

1.3超細礦渣粉與其他外摻料的復合效應

    超細礦渣粉與水泥、粉煤灰、硅灰等其他礦物摻合料復合摻入混凝土中，微觀層面上，將會產生“多元復合效應”，即微集料效應、形態效應、界面效應和火山灰效應；宏觀層面上，則會出現“1+1>2”的性能疊加效應，甚至性能超疊加效應。

2超細礦渣粉混凝土試驗研究

2.1原材料

    （1）水泥：采用上海海豹水泥（集團）有限公司提供PO42.5水泥，具體指標見表1。安徽海螺水泥股份有限公司提供PⅡ52.5水泥，具體質量指標見表2。

    （2）粉煤灰：采用石洞口發電廠二級低鈣粉煤灰，具體指標見表3。

    （3）礦粉：S95礦粉、超細礦渣粉均由上海寶田新型建材有限公司提供，其中S115-5、S115-10、S115-15分別表示經5μm、10μm、15μm篩余不低于97%的超細礦渣粉。具體指標見表4。

    （4）集料：細集料為廬江Ⅱ區中砂，細度模數2.7；粗集料為湖州新紀元5~25mm碎石。

    （5）外加劑：選用上海建筑科學研究院的高效減水劑（LEX-9P），上海西卡的高效減水劑（VC20HE）。

2.2  C35普通混凝土試驗配合比及結果分析

    膠凝材料總量為370kg/m，固定水灰比為0.43，配制C35混凝土，其中固定粉煤灰摻量為膠凝材料的19%，礦粉摻量為11%、22%、32%。超細礦粉選取S115-10、S115-15兩種，并與S95礦粉進行比較，具體配合比見表5。

    由圖1、圖2可知，S115-10對混凝土抗壓強度的貢獻較S95稍小，S115-15則對混凝土抗壓強度的貢獻較S95礦粉大。當摻量為11%時，S115-15超細礦粉混凝土3d強度較摻S95礦粉混凝土可提高一個強度等級以上；當摻量為32%時，S115-15超細礦粉混凝土28d強度較摻S95礦粉混凝土可提高17MPa。

    混凝土耐久性方面，從電通量或氯離子擴散系數看，S115-15超細礦粉對混凝土耐久性更有利。建議采用S115-15超細礦粉配制普通混凝土，由于S115-15超細礦粉摻量對混凝土抗壓強度影響不大，建議摻量為10%~20%。

2.3  C55管片混凝土試驗配合比及結果分析

    C55管片混凝土試驗配合比見表6。依據STB-DQ-010201《上海地鐵盾構法隧道管片設計和生產技術指導意見》配制、成型軌交管片混凝土，超細粉替代水泥比例分別為12%、22%、32%，并與S95礦粉混凝土比較。

    混凝土強度方面，超細礦粉對管片混凝土蒸養強度、24h自養強度、7d、28d標養強度的貢獻均較S95礦粉大。如圖3、圖4、圖5所示，S115-5超細粉對管片混凝土蒸養強度的貢獻最大，S115-15μm次之；S115-10超細粉對管片混凝土24h自養強度的貢獻最大。在摻量達到20%以上，S115-10超細粉的后期強度較S115-5和S115-15超細粉大，且相對于摻S95礦粉混凝土，摻S115-10超細粉混凝土28d強度提高了13~15MPa。

    根據STB-DP-010201“上海地鐵盾構法隧道管片設計和生產技術指導意見”規定:“管片成型后以同等條件養護的試件抗壓強度達到20MPa方可脫模、吊運”。耐久性要求：“氯離子擴散系數DCl-≤1.2×10-8cm2/s；電通量≤1000C（不摻加鋼纖維的管片）”。則表6所示管片混凝土中，摻加超細礦粉的混凝土均可實現24h自養后達到脫模強度，實現管片免蒸養，且耐久性指標均符合要求。綜合考慮技術經濟性能，S115-10超細礦粉比較適合用于C55管片免蒸養生產，建議摻量為10%~20%。

3超細礦渣粉混凝土的經濟技術分析

    由于超細礦渣微粉經超細粉磨，價格較高，其在混凝土及其制品中應用的經濟優勢主要表現在綜合成本上，具體包括以3個方面：

    （1）調整級配，降低成本。超細礦渣粉等量取代S95礦粉用于混凝土，超細礦渣微粉在提高混凝土早期強度、后期強度和耐久性方面均具有優勢。根據試驗結果推斷可通過改變混凝土級配降低成本。

    （2）探索免蒸養，降低蒸養費用。蒸養費用往往占預制混凝土構件產品成本中一定比例，實現免蒸養可降低預制混凝土構件產品的成本。采用超細礦渣粉生產管片可實現自養24h達到脫模強度。因此，可考慮在冬季應用超細礦渣微粉實現預制構件生產免蒸養，以降低蒸養費用。

    （3）縮短生產周期，提高模具周轉率研究超細礦渣微粉對蒸養時間的影響，在縮短預制構件的蒸養和生產周期的情況下，提高模具周轉率，從而達到利用較少的模具獲得同樣的產量，降低其總成本。

4結語

    超細礦渣粉經超細粉磨，改變了顆粒形貌，微觀結構，極大地影響了超細礦渣粉各種效應。超細礦渣粉用于普通混凝土，可提高混凝土強度高達一個等級，且耐久性優良；應用于管片混凝土構件，可實現免蒸養，其經濟效益顯著，市場前景廣闊

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