降低混凝土成本的秘密武器———磨細(xì)礦粉

[摘　要] 　本文介紹了磨細(xì)礦粉用于混凝土后可以降低混凝土成本，同時(shí)減少混凝土坍落度損失、大大提高混凝土耐久性、顯著增加混凝土后期強(qiáng)度，并且磨細(xì)粉還是優(yōu)良的堿骨料抑制劑。

[關(guān)鍵詞] 　磨細(xì)礦粉；　混凝土； 　成本； 　效益

0 　前言

    在保證混凝土質(zhì)量和耐久性的前提下，降低混凝土成本一直是混凝土供應(yīng)商極力追求的目標(biāo)。如今， 磨細(xì)礦粉的出現(xiàn)，使這一目標(biāo)離我們?cè)絹碓浇?，?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的可能性也越來越大。

    礦渣又稱粒化高爐礦渣，是由高爐煉鐵熔融的礦渣驟冷時(shí)，來不及結(jié)晶而大部分形成的玻璃態(tài)物質(zhì)。其主要組分為氧化鈣、氧化硅和氧化鋁，共占總量的95%以上，它具有較高的潛在活性，在激發(fā)劑的作用下，與水化合可生成具有水硬性的膠凝材料。以往，都是將礦渣和水泥熟料及少量石膏共同研磨來生產(chǎn)礦渣水泥。由于礦渣很難磨細(xì)，使得礦渣的優(yōu)良性能難以充分發(fā)揮，從而使礦渣水泥混凝土的很多性能與普通水泥混凝土沒有多大差別。二十世紀(jì)八十年代，日本學(xué)者最早發(fā)現(xiàn)，如將礦渣單獨(dú)粉磨，粉磨到預(yù)定細(xì)度后摻入水泥中或在拌制混凝土?xí)r摻入， 則其活性可以得到充分的發(fā)揮。這種細(xì)度和顆粒極細(xì)的礦渣微粉就是磨細(xì)礦粉。之后世界各國(guó)均對(duì)磨細(xì)礦粉進(jìn)行了廣泛的研究，磨細(xì)礦粉作為一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)品出現(xiàn)在建筑市場(chǎng)，廣泛應(yīng)用于預(yù)制和預(yù)拌混凝土中。

    我國(guó)是在最近幾年才逐步重視磨細(xì)礦粉作為活性摻合料的應(yīng)用技術(shù)。然而，由于這項(xiàng)技術(shù)的巨大潛力，可觀的經(jīng)濟(jì)效益，以及對(duì)混凝土性能和耐久性的顯著提高，使得其以驚人的速度迅速地推廣。早在1997 年，上海市建委就開始推廣磨細(xì)礦粉在混凝土中的應(yīng)用，通過幾年的研究及應(yīng)用，把上海市的混凝土技術(shù)提高到了又一個(gè)新水平。北京市這兩年也開始大面積推廣磨細(xì)礦粉在混凝土中的應(yīng)用技術(shù)，每年磨細(xì)礦粉的使用量已達(dá)七、八十萬噸，2004 年將突破100 萬噸。

    磨細(xì)礦粉在混凝土中的應(yīng)用之所以能如此迅速地推廣開來，主要是由摻磨細(xì)礦粉混凝土的優(yōu)良性能決定的。

1 　減少坍落度損失

     坍落度損失是令所有混凝土供應(yīng)商最為頭疼的問題，如果坍落度損失過大，混凝土?xí)チ鲃?dòng)性和工作性造成施工困難，而且施工現(xiàn)場(chǎng)還會(huì)為了恢復(fù)混凝土的流動(dòng)性和工作性而不可避免地在混凝土中加水或外加劑，從而影響混凝土質(zhì)量。在混凝土中摻入磨細(xì)礦粉，因其化學(xué)活性不象純水泥那么高，所以在攪拌后的最初兩小時(shí)內(nèi)混凝土的流變性易于控制，尤其能明顯地減少其坍落度損失，對(duì)施工非常有利。這樣，隨著混凝土中摻入磨細(xì)礦粉，困擾混凝土供應(yīng)商的坍落度損失難題就迎刃而解了。

2 　大大提高混凝土耐久性

    這是由磨細(xì)礦粉的作用機(jī)理決定的。磨細(xì)礦粉顆粒呈球狀，表面光滑致密，主要化學(xué)成分為SiO2 、Al2O3 、CaO ，具有超高活性，將其摻入水泥中，水化時(shí)活化SiO2 、Al2O3 與水泥中C3S、C2S 水化產(chǎn)生的Ca (OH) 2 反應(yīng)，進(jìn)一步形成水化硅酸鈣產(chǎn)物。眾所周知，混凝土中石子的空隙是由砂來填充，而砂的空隙由水泥、粉煤灰來填充，由于磨細(xì)礦粉比水泥、粉煤灰還細(xì)，所以它又填充了水泥、粉煤灰的空隙，而且磨細(xì)礦粉中的活性SiO2 、Al2O3 與水泥中C3S、C2S 水化產(chǎn)生的Ca (OH) 2 反應(yīng)，增加了密實(shí)度，大小粒子堆積、填充降低了空隙尺寸，產(chǎn)生的微細(xì)結(jié)構(gòu)與孔結(jié)構(gòu)均比普通水泥石細(xì)得多，這樣就大大減小離子擴(kuò)散率，獲得優(yōu)良的抗侵蝕性和耐久性。單摻磨細(xì)礦渣，不摻其它摻合料，抗?jié)B等級(jí)可達(dá)P12 ，凍融循環(huán)> D100。

3 　可觀的經(jīng)濟(jì)效益　

　　磨細(xì)礦粉在混凝土中摻量可高達(dá)25 %～50 %(具體摻量應(yīng)根據(jù)所用的水泥、外加劑、以及施工部位情況，經(jīng)過試驗(yàn)確定， 建議水泥使用P·O4215 或P· O4215R 以上等級(jí)的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。也就是說每立方混凝土中磨細(xì)礦粉可以等量取代100kg 以上的水泥，磨細(xì)礦粉出廠價(jià)為(130～140) 元/ 噸，水泥出廠價(jià)為(230～240) 元/ 噸，這樣每立方混凝土可以節(jié)省10 元以上、高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土節(jié)省更多。以一個(gè)年產(chǎn)量15 萬m3～20 萬m3 的中型混凝土供應(yīng)商為例，如果使用磨細(xì)礦粉，一年可以節(jié)省約200 萬元，這對(duì)于任何一個(gè)混凝土供應(yīng)商來說，都是一個(gè)十分誘人的數(shù)字。

4 　對(duì)混凝土的顯著增強(qiáng)作用

　　摻磨細(xì)礦粉的混凝土早期強(qiáng)度(3 天、7 天) 與普通水泥混凝土相近，但是由于磨細(xì)礦粉的超細(xì)化，填充了水泥粒子的空隙，使混凝土更加密實(shí);再加上磨細(xì)礦粉中的活性SiO2 和Al2O3 與水泥水化生成的Ca (OH) 2發(fā)生二次水化，產(chǎn)生硅酸鹽凝膠，使硅酸鹽凝膠數(shù)量比普通水泥混凝土中多許多，所以摻磨細(xì)礦粉的混凝土的后期強(qiáng)度(28 天、60 天) 要比普通水泥混凝土高許多(抗壓強(qiáng)度比約為130 %) 。

5 　優(yōu)良的堿骨料抑制劑

　　眾所周知，華北地區(qū)的石料(尤其是京、津地區(qū)) 大部分為活性，在堿環(huán)境下很容易發(fā)生堿骨料反應(yīng)， 導(dǎo)致混凝土破壞。故預(yù)防堿骨料反應(yīng)的有關(guān)規(guī)范規(guī)定，每立方混凝土中總堿量不得大于3kg。但這并未從根本上解決問題，遇到堿含量高的水泥及生產(chǎn)高強(qiáng)度等級(jí)混凝土?xí)r，總堿量必然會(huì)超標(biāo)，為混凝土遭到堿骨料反應(yīng)的破壞埋下隱患。在混凝土中摻入磨細(xì)礦粉，就將這一難題迎刃而解。因?yàn)槭紫饶ゼ?xì)礦粉中的活性SiO2 和Al2O3 會(huì)和水泥水化所產(chǎn)生的Ca (OH) 2 及水泥本身帶入的堿，發(fā)生二次水化，使混凝土中的堿全部參加反應(yīng)，生成不溶性的、水硬性凝膠體，空隙中沒有游離狀態(tài)的堿和富余的堿存在，所以堿骨料反應(yīng)也就不會(huì)發(fā)生了;其次摻磨細(xì)礦粉混凝土致密的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的抗?jié)B性能限制了自由水分進(jìn)入混凝土的毛細(xì)孔道，因此造成堿骨料反應(yīng)發(fā)生的外部條件(潮濕的環(huán)境) 不具備，致使堿骨料反應(yīng)的各種條件和渠道都被切斷，混凝土中無法再發(fā)生堿骨料反應(yīng)。所以磨細(xì)礦粉被稱為堿骨料反應(yīng)的優(yōu)良抑制劑。

     綜上所述，磨細(xì)礦粉是混凝土的一個(gè)非常有效的高性能礦物摻合料，摻入磨細(xì)礦粉，可以大幅度降低混凝土成本，同時(shí)大幅度提高混凝土強(qiáng)度、施工性能， 大大提高了混凝土耐久性，降低混凝土水化熱，抑制堿骨料反應(yīng);所以，在混凝土中摻入磨細(xì)礦粉可以配制成低成本高性能的混凝土。對(duì)于混凝土供應(yīng)商來說，誰先用，誰先受益，誰就會(huì)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。

[作者簡(jiǎn)介] 　黃振興，1965 年生，男，高級(jí)工程師，天津志達(dá)混凝土攪拌有限公司經(jīng)理。

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