矿渣粉对混凝土性能影响研究

姜大伟

辽宁省检验检测认证中心（辽宁省产品质量监督检验院） 辽宁沈阳 110000

矿渣是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣经过干燥、粉磨达到一定细度的粉体材料。矿渣粉具有水硬性和活性，是水泥混凝土常用的掺合料之一。少量或等量取代水泥，可降低混凝土成本，能显著提高混凝土的工作性能，改善混凝土耐久性，在混凝土应用中发挥非常重要的作用。本文详细研究了矿渣粉对混凝土抗压强度带来的影响，具体如下。

1 原材料

矿渣粉的主要成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁等。GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中矿渣粉分为S75、S95、S105三个等级。由于矿渣粉S95应用最广泛，所以本文选用S95矿渣粉。矿渣粉粉磨到一定细度，才能充分水化，原则上细度越小、比表面积越大，活性越好，但考虑到细度越细粉磨困难，成本增加。综合考虑，本文选用矿渣粉比表面积420m2/kg[1]。

水泥选用普通硅酸盐水泥P·O42.5、普通硅酸盐水泥比表面积350 m2/kg。

砂子：选用中砂，测定密度2620kg/m3,细度模数2.3；

石子：选用碎石，测定密度2740kg/m3。

化学成分见表1。

表1 矿渣粉和水泥化学成分

2 试验结果

将矿渣粉按照不同掺量替代混凝土中的普通硅酸盐水泥，进行抗压强度测试，结果见表2。

表2 不同掺量矿渣粉对混凝土抗压强度的影响

3 结果分析

3.1 对坍落度的影响

矿渣粉掺量大于40%时，塌落度大于不掺矿渣粉的基准混凝土，小于40%时，有高有低，影响规律性不强[2]。

3.2 对抗压强度的影响

将表2矿渣粉对混凝土抗压强度的影响整理成图1，从图1可以看出矿渣粉对混凝土强度影响较大，掺加矿渣粉以后，7d强度全部低于基准混凝土7d强度值，随着矿渣粉掺量的增加，7d抗压强度逐渐降低。矿渣粉掺量小于50%，矿渣粉强度大于基准混凝土28d强度值，矿渣掺量超过50%以后，矿渣粉强度小于基准混凝土28d强度值。

3.3 对抗压强度影响分析

影响混凝土抗压强度的因素有三个，一是普通硅酸盐水泥本身的强度，二是水泥与砂石骨料的粘结强度，三是配合比集料性能。其中影响最大的水泥砂浆与砂石骨料的粘结强度大小。水泥的水化产物是Ca(OH)2和CSH凝胶。矿渣粉磨后，玻璃体结构发生改变，使其活性被激发出来，产生火山灰性效应和微小集料效应。火山灰性效应，能够改变骨料粘结强度。混凝土中掺入矿渣粉后，在碱性环境下，遇水形成Ca(OH)2，能促使水泥进一步水化形成更多的CSH凝胶，改善了混凝土微观结构，是浆体之间的空隙率下降，强化接口粘结力，使混凝土28d抗压强度得到提高。微小集料效应，在混凝土中形成自密实结构，矿渣粉的比表面积比水泥大得多，它的加入填充了水泥之间的颗粒间隙，改变了普通硅酸盐水泥的颗粒级配，使混凝土形成微观的自密实体系，从而提高后期强度[3]。

4 结语

综上，矿渣粉的掺量对混凝土的抗压强度影响很大。矿渣粉掺量从10%增加到70%，混凝土的7d抗压强度可降低16.8MPa，28d强度可改变5.7MPa。矿渣粉应用于混凝土中，可以在大幅度降低水泥用量的同时保证混凝土的质量，对混凝土的发展起到积极作用。根据矿渣粉掺量对混凝土抗压强度的影响规律，以及考虑矿渣粉成本等因素，可以控制矿渣粉掺量在40%-50%，这样既可以获得较高的混凝土强度，又可以对成本有效的控制。随着矿渣粉研究和应用不断深入，可以进一步改善混凝土质量，降低混凝土成本，改善环境，节约能源。