代替水泥对混凝土性能的作用

　　虽然有了矿渣微粉的国家标准，但是在广西，矿渣微粉还是处于推广阶段，有很多细节技术问题有待研究。

　　为了利用好矿渣微粉，充分发挥矿渣微粉在预拌混凝土中的作用，推广扩大矿渣微粉的应用，节约社会资源，减少环境污染物，我们对矿渣微粉在预拌混凝土中的应用进行了大量试验研究。本课题先是研究矿渣微粉按不同替代率等量替代部分水泥后与缓凝高效减水剂的适应性情况，这是因为在预拌混凝土的质量控制上，水泥与缓凝高效减水剂的适应性是一个重要技术指标；然后在保持预拌混凝土配合比其他参数不变的条件下，通过改变矿渣微粉等量水泥替代率进行混凝土试验，研究矿渣微粉按不同比例等量替代水泥后对预拌混凝土坍落度、坍落度经时损失、凝结时间、强度的影响规律，进一步探索矿渣微粉在预拌混凝土中等量替代水泥的*佳替代率。

　　该试验选用广西扶绥海螺P.O42.5该试验选用广西柳州台泥矿渣微粉该试验选用广西来宾B电厂Ⅱ级粉煤灰，该试验选用广西南宁邕江河中砂。

　　其主要品质指标见表4.

　　该试验选用连续级配5～31.5mm的广西南宁碎石。

　　该试验使用广西南宁能博AF－Ⅱ缓凝高效减水剂因为所选用的柳州台泥矿渣微粉其28天活性指数大于100％，所以整个研究按等量替代法用矿渣微粉等量替代部分水泥进行研究。研究内容包括矿渣微粉按不同替代率等量替代部分水泥后所形成的水泥、矿渣微粉混合物与缓凝高效减水剂的适应性影响情况，即对净浆流动度的影响；矿渣微粉等量替代水泥的不同替代率对预拌混凝土性能的影响情况，包括坍落度、坍落度经时损失、凝结时间、抗压强度。

　　矿渣微粉等量替代部分水泥后与缓凝高效减水剂的适应性试验方案（净浆流动度试验方案）为研究矿渣微粉等量替代部分水泥后与缓凝高效减水剂的适应性，据《混凝土外加剂应用技术规范》（GB500119－2003）中“混凝土外加剂对水泥的适应性检测方法”的试验操作方法，确定水胶比为0.3，配合比参数为：水泥和矿渣微粉总量为300g，用水量为86g，缓凝高效减水剂掺量为2％为6g，设计6组试验方案，6组试验方案中矿渣微粉分别以0％、15％、25％、35％、45％和55％的替代率等量替代水泥。

　　为了研究矿渣微粉等量替代部分水泥的不同替代率对预拌混凝土拌合物性能的影响情况，设计5个系列预拌混凝土配合比方案，分别记为A系列、B系列、C系列、D系列和E系列，每个系列分别用矿渣微粉以0％、15％、25％、35％、45％和55％的替代通过5个系列共30组预拌混凝土的试验结果，研究各个系列在相同的配合比参数下，改变矿渣微粉的等量水泥替代率后对混凝土拌合物工作性能及混凝土3d、7d、28d和60d抗压强度的影响情况。矿渣微粉替代率为0％的混凝土称为基准混凝土。

　　根据技术方案设计的矿渣微粉等量替代部分水泥后与缓凝高效减水剂的适应性试验和矿渣微粉等量替代部分水泥的混凝土试验其配合比分对预拌混凝土拌合物工作性能的影响渣微粉等量替代部分水泥后与缓凝高效减水剂的适应性的影响海螺P.O42.5水泥与能博AF－Ⅱ缓凝高效减水剂的适应性较差，未掺矿渣微粉替代部分水泥时，其流动度仅为80mm（相当于不流动）。在相同条件下，与适应性较好的水泥其流动度一般在200mm左右。通过用矿渣微粉等量替代部分海螺水泥后则其适应性得到明显改善，随着替代率的增加，其适应性的改善也随着增加。在替代率为25％时，其流动度达到了205mm，相当于与AF－Ⅱ缓凝高效减水剂的适应性较好的水泥净浆流动度，随着替代率的进一步提高，其适应性有着更佳表现，在替代率为55％时，流动度达到了290mm.由此六组适应性试验结果可知，本来与能博AF－Ⅱ缓凝高效减水剂的适应性不能满足预拌混凝土技术要求（接近200mm的流动度才算好）的海螺水泥，通过掺用部分矿渣微粉等量替代部分水泥后，在替代率为25％时，其适应性完全满足预拌混凝土的流动度要求。替代率继续提高时，其流动度继续变大，可以达到290mm.对预拌混凝土坍落度的影响，在各个系列基准，混凝土拌合物坍落度为140mm到160mm，相当于预拌混凝土泵送要求的下限。矿渣微粉等量替代部分水泥后，坍落度明显增高，替代率为15％时，各系列混凝土拌合物坍落度增加到165mm与195mm之间，使预拌混凝土的泵送性能得到改善。随着替代率的逐步提高，其混凝土坍落度也逐步增高，在替代率为25％时，各系列混凝土拌合物坍落度增加到180mm与210mm之间，完全满足预拌混凝土的各种泵送要求。随着替代率的进一步提高，混凝土坍落度也得到更大提高，在替代率为55％时，其混凝土坍落度可以由160mm增加到230mm.由此可见，矿渣微粉等量替代部分水泥后对预拌混凝土坍落度的提高效果显著。

　　矿渣微粉等量替代部分水泥后对预拌混凝土坍落度经时损失的影响在设计的各个系列基准混凝土配合比下，预拌混凝土的坍落度经时损失较大，*大值达到了80mm，不能满足预拌混凝土的远距离运输要求。矿渣微粉等量替代部分水泥后，其混凝土坍落度经时损失得到明显下降，在替代率为15％时，设计的预拌混凝土*大坍落度经时损失为50mm，预拌混凝土坍落度经时损失得到较大改善。随着替代率的逐步提高，其坍落度经时损失量也逐步降低，在替代率为25％时，设计的预拌混凝土*大坍落度经时损失为35mm，完全满足预拌混凝土的运输及施工要求。随着替代率的进一步提高，其混凝土坍落度经时损失继续下降，在替代率为55％时，其混凝土坍落度经时损失可以由80mm降到20mm.由此可见，矿渣微粉等量替代部分水泥后，可以有效改善预拌混凝土的坍落度经时损失。矿渣微粉等量替代部分水泥后对预拌混凝土凝结时间的影响由和可以看出，矿渣微粉等量替代部分水泥后能延长预拌混凝土的初凝时间及终凝时间，而且随着替代率的逐步提高，其延长量也逐步加大。

　　较长的凝结时间也是预拌混凝土所希望的性能。

　　矿渣微粉等量替代部分水泥后之所以能够改善其与缓凝高效减水剂的适应性、增加预拌混凝土的坍落度、降低预拌混凝土的坍落度经时损失、延长预拌混凝土的凝结时间，是因为当矿渣微粉与水接触后，矿渣微粉表面即形成一层低渗透性保护膜，这一保护膜的存在，使得水分子及外加剂分子渗透入颗粒内部进行水化反应的过程受到阻碍，导致矿渣微粉难以吸附水分子和外加剂分子。由于水分子及外加剂分子与矿渣微粉的反应受到限制，这一部分水分子及外加剂分子被释放出来，表现出一定的减水效应，从而在这一水化过程的早期，可用于与水泥反应的外加剂分子和水分子相应地增多了，使得水泥的分散效应更为明显，使新拌混凝土的坍落度大大提高、坍落度经时损失降低、凝结时间延长。

　　另外，由于矿渣微粉颗粒呈球形，粒径细小，且表面光滑致密，在混凝土拌合物内部起到润滑作用，同时由于矿渣微粉颗粒的粒径比水泥颗粒小，其可以均匀地分布在水泥颗粒之间，阻止水泥颗粒粘合在一起，不仅起到分散水泥颗粒的作用，同时还可以把被水泥凝胶包裹起来的拌和水释放出来，从而可以大幅提高新拌混凝土的流动性。矿渣微粉等量替代部分水泥后对预拌混凝土各龄期强度的影响预拌混凝土除了要求其拌合物有较好的工作性能之外，其强度指标同样不能降低。

　　矿渣微粉等量替代部分水泥后使预拌混凝土的早期强度降低，随着替代率的提高，其早期强度降低量也相应增加；其3天强度较7天强度的降低更为明显；但随着基准水泥用量的提高，其早期强度降低量则相应减小。对于28天及60天强度，当矿渣微粉等量水泥替代率小于45％时，其强度不小于基准混凝土的强度，甚至稍有提高；但矿渣微粉等量水泥替代率达到45％后，则其强度比基准混凝土要低，而且替代率越高，其强度降低越多。

　　试验结果表明，矿渣微粉等量替代部分水泥后使预拌混凝土的早期强度降低，随着替代率的提高，其早期强度降低量也相应增加；矿渣微粉等量水泥替代率小于45％时，预拌混凝土其后期强度不低于基准混凝土，但替代率达到或大于45％之后其后期强度要低于基准混凝土。

　　造成上述现象的原因是当矿渣微粉等量替代部分水泥时，矿渣微粉与水接触后形成的保护膜阻碍水分子及外加剂分子渗透入颗粒内部进行水化反应，这一部分水分子及外加剂被释放出来，使可用于与水泥反应的外加剂和水分子相应增多，使水泥的分散效应更为明显，水泥的水化反应更充分、更彻底，但是由于矿渣微粉替代了一部分水泥，使水泥总量变少，故混凝土表现出来的早期强度并未得到提高，反而下降，该现象在矿渣微粉的替代率增大时更为明显，因此当矿渣微粉替代水泥的替代率增大时，混凝土的早期强度呈下降趋势。

　　及其它碱成份反应生成C－S－H和C－A－H凝胶，形成二次反应。所生成的C－S－H和C－A－H凝胶填充在混凝土中的毛细孔隙中，提高了混凝土的致密性，这就是混凝土后期强度和耐久性得以提高的原因。

　　当矿渣微粉替代水泥的替代率在一定范围内变化时，C 3 S等矿物水化反应所释放出Ca（OH）2比较充足，二次反应随着矿渣微粉替代率的增大而加剧，这种情况下，混凝土的后期强度随着矿渣微粉替代率的增加而提高。但是当矿渣微粉替代水泥的量超出一定的范围后，C 3 S等矿物水化反应所释放出的Ca（OH）2及水泥中的碱显得不足，从而使矿渣微粉的二次反应无法充分进行，混凝土的后期强度受到抑制，无法提高。由以上试验结果中矿渣微粉等量水泥替代率≥45％后其强度下降的现象可以表明此点。

　　在使用矿渣微粉等量替代部分水泥拌制预拌混凝土时，矿渣微粉等量水泥替代率有一个*佳值的问题。通过本试验研究发现，使用柳州台泥矿渣微粉等量替代部分海螺P.O42.5水泥生产预拌混凝土时，在混凝土基准水泥用量小于400kg／m 3的情况下，矿渣微粉替代率以25％～35％为*佳。

　　拌制预拌混凝土时通过使用矿渣微粉等量替代部分水泥后，由于减少了水泥用量以及矿渣微粉水化反应缓慢，可以有效地减小新拌混凝土的水化热，同时由于矿渣微粉水化时吸收了Ca（OH）2及其它碱成份，以至混凝土中的总碱量大幅度下降，避免了混凝土内部的碱D骨料反应；故在预拌混凝土中使用矿渣微粉等量替代部分水泥后不仅可以因节省大量水泥而降低生产水泥时产生的大量污染物，降低混凝土生产成本，消耗掉大量工业废渣高炉矿渣，还可以改善预拌混凝土的各项性能指标，使矿渣微粉成为生产预拌混凝土的一宝。

　　在广西除了柳州钢铁集团，还有防城港、贵港市等地方都有大型钢铁厂投产，高炉矿渣若不得到有效利用，将会造成大量污染，但若全面推广使用矿渣微粉，这些高炉矿渣将成为广西重要的有效资源。按广西目前每年的混凝土产量1000万立方米算，每立方米混凝土使用100kg矿渣微粉等量替代水泥，则在广西每年可以节省大约100万吨水泥，可以节省大量生产水泥时耗用的煤、电、水及其它矿藏，同时减少大量二氧化碳及噪声等其它污染物。同时，使用矿渣微粉等量替代水泥后，每立方米混凝土成本可以降低3％～5％。

　　（1）在预拌混凝土中通过使用矿渣微粉等量替代部分水泥后可以明显改善其与缓凝高效减水剂的适应性，随着替代率的提高，其改善效果跟着提高。

　　对于与缓凝高效减水剂的适应性较差的水泥，可以通过使用矿渣微粉等量替代部分水泥后改善其与缓凝高效减水剂的适应性以达到预拌混凝土的要求。

　　（2）矿渣微粉等量替代部分水泥后能使预拌混凝土的坍落度得到较大提高。

　　（3）矿渣微粉等量替代部分水泥后能使预拌混凝土的坍落度经时损失明显下降，而且随着替代率的逐步提高，其坍落度经时损失也随着逐步降低。

　　（4）矿渣微粉等量替代部分水泥后能延长预拌混凝土的凝结时间，随着替代量的逐步提高，其延长量也逐步加大。

　　（5）矿渣微粉等量替代部分水泥后使预拌混凝土的早期强度降低，随着替代率的提高，其早期强度降低量也相应增加，故在配制早强混凝土时，宜少掺或不掺矿渣微粉。

　　（6）矿渣微粉等量水泥替代率在一定范围内时，预拌混凝土其后期强度相当于基准预拌混凝土，但替代率达到45％之后其后期强度要低于基准混凝土。使用柳州台泥矿渣微粉等量替代部分海螺P.O42.5水泥生产预拌混凝土时，在混凝土基准水泥用量小于400kg／m 3的情况下，矿渣微粉替代率以25％～35％为*佳。

　　（7）矿渣微粉是预拌混凝土优良的矿物掺合料，使用矿渣微粉等量替代部分水泥后，可明显改善预拌混凝土的各项性能指标、降低预拌混凝土的生产成本，同时可有效降低环境污染并节省大量资源，推广应用矿渣微粉具有重大的经济效益和社会效益。