礦渣漿狀摻合料混凝土強度及工作性

賀行洋 熊健民 曾三海 蘇 英 孫 維(湖北工業大學土建學院,湖北 武漢430068)

工業廢渣畢竟是工業副產品，要把其應用于水泥混凝土，一般需對其進行加工處理[1-2]。在前期研究中，運用攪拌磨對工業廢渣進行濕磨處理，制備了含有一定水分的漿體狀混凝土礦物摻合料（簡稱“漿狀摻合料”），通過一定的控制措施，濕磨能制得分散性及流變性良好的漿狀摻合料，該處理方法具有低成本、低能耗的特點[3]。而水泥混凝土作為大量應用的工程材料，其最重要的工程性質是它的力學性質；在混凝土施工中，混凝土又必須保證足夠的流動性以便澆搗成型，因而工作性也對混凝土材料具有重要影響。基于此，本文將主要對礦渣漿狀摻合料新拌混凝土工作性能，及其硬化后的強度性能進行研究。

1 實驗

1.1 原材料

用于制備漿狀摻合料的礦渣為首鋼礦渣原渣，水泥為華新水泥廠旋窯熟料與石膏配制的純硅酸鹽水泥，礦渣及水泥的化學組成及物理性能如表1所示。

混凝土粗、細骨料分別采用最大粒徑為15mm的碎石及細度模數為2.7的河砂。

混凝土外加劑為密云外加劑廠的FDN粉劑，最佳摻量范圍為膠結材的0.5%~1.0%。

1.2 漿狀摻合料制備

漿狀摻合料的制備采用自制攪拌磨，攪拌器轉速為310 r/min，研磨筒有效容積為6L，電機功率為3.8Kw，研磨介質采用Ф8mm鋼球。桶壁為聚氨酯內襯，附帶水冷套冷卻裝置。通過研磨時間的控制，分別制備了比表面積為450m2/kg、600m2/kg、750m2/kg三個細度等級礦渣漿狀摻合料。

1.3 實驗方案

鑒于目前混凝土的施工水平、工程應用以及發展趨勢，礦渣漿狀摻合料混凝土強度及工作性的研究主要考察C40-C60等級混凝土。實驗采用統一配比，混凝土水膠比為0.4，對比組水泥單方用量為450kg，砂率為0.4。礦渣以19%、36%、52%重量摻量摻入，為了便于比較礦渣對混凝土性能的影響，實驗保證單方膠結材總體積不變。表2為設計的礦渣不同摻量的混凝土配合比。

表1 粉煤灰、礦渣及水泥的化學成分與物理性能

表2 不同摻量礦渣的混凝土配合比

表3 不同細度礦渣漿狀摻合料混凝土強度及工作性

2 實驗結果與討論

2.1 不同細度礦渣漿狀摻合料混凝土強度及工作性

表3為不同細度礦渣漿狀摻合料混凝土強度及工作性，圖1顯示了礦渣細度對其混凝土強度的影響。

由圖1及表3可看出，礦渣漿狀摻合料細度的增加對提高其大摻量混凝土強度更為有效。在90d齡期，摻19%礦渣漿狀摻合料混凝土強度隨礦渣細度增加而下降；另外，對本研究中最細的比表面積為750m2/kg礦渣漿狀摻合料，其混凝土90d強度在本文摻量范圍內隨摻量增加而增加。這可能是由于在90d齡期，混凝土中礦渣漿狀摻合料已發生了較高程度的二次水化反應。當礦渣摻量較小時，水泥石中C-S-H等連續相型水化產物較多，此時礦渣顆粒在水泥石內粘結良好，礦渣對水泥石性能的影響主要體現在其微集料效應；而礦渣細度的增加，使得其二次水化產物量增加，水泥石中礦渣顆粒未水化部分分數體積減少，不利于其微集料效應的發揮，因而出現了礦渣細度的增加使得其19%摻量時的混凝土強度隨之下降的現象。而對較細的比表面積為750m2/kg礦渣漿狀摻合料混凝土來說，礦渣的二次水化程度更高，盡管礦渣摻量增加使得水泥石內水化產物量減少，但仍能使其在水泥石內被粘結良好，此時礦渣漿狀摻合料的大摻量有利于其微集料效應的發揮，因而，使得礦渣漿狀摻合料大摻量的混凝土強度相對較大。

圖1 不同細度礦渣漿狀摻合料混凝土強度

由表3，對混凝土的工作性分析表明，濕磨處理并放置1d的礦渣漿狀摻合料對混凝土工作性的改善作用不明顯。比表面積為750m2/kg的礦渣漿狀摻合料在52%摻量時，甚至須加大其混凝土的外加劑摻量才能達到與純水泥混凝土相當的工作性。礦渣漿狀摻合料對混凝土工作性改善作用較差，可能與礦渣本身物理化學特性決定其較易水介質及其自身溶出的金屬陽離子（玻璃體網絡外體）作用有關[4]，隨著礦渣玻璃體網絡外體的溶出，在水介質及金屬陽離子作用下，礦渣顆粒表面結構變得較粗糙，因而其對混凝土工作性改善作用較差。

2.2 長時間放置礦渣漿狀摻合料混凝土強度及工作性

在礦渣漿狀摻合料制備過程中，發現礦渣漿狀摻合料放置8d時有較多的微粉粒出現，因而本文研究長時間放置對礦渣漿狀摻合料的影響設定放置時間為8d。表4、圖2為摻放置8d的礦渣漿狀摻合料混凝土的強度及工作性。

比較表4與表3可看出，礦渣漿狀摻合料8d時間的放置使其混凝土強度呈現一定的增長，尤其是比表面積較大的漿狀摻合料大摻量混凝土。這說明8d時間的放置更強化了水介質及金屬陽離子對礦渣漿狀摻合料的作用，增加了其二次水化反應能力，可促進礦渣大摻量水泥石內礦渣粒子周圍水化產物滲流通路的形成及密實，改善礦渣顆粒在水泥石內的粘結，使其混凝土強度有一定增加。

由表4與表3還可看出，8d時間的放置使漿狀摻合料對混凝土工作性的改善進一步變差，但通過加大膠結材0.1%~0.2%的外加劑摻量，仍可使其混凝土工作性保持在200±20mm左右，具有較好的可施工性能。

表4 放置8d的礦渣漿狀摻合料混凝土強度及工作性

圖2 放置8d礦渣漿狀摻合料混凝土強度

表5 干磨礦渣混凝土強度及工作性

2.3 干、濕磨處理礦渣混凝土對比

本文還對干法粉磨的礦渣混凝土進行了研究，表5為干法粉磨處理礦渣的混凝土強度及工作性。比較表5與表3、表4可知，與粉煤灰摻合料不同的是，濕磨處理的礦渣漿狀摻合料放置不同時間，其混凝土強度均略高于干磨處理同等細度礦渣混凝土強度，這可能與礦渣摻合料相當粉煤灰來說，其玻璃體網絡較疏松，溶出金屬陽離子的量較多，玻璃體網絡易受到水介質及金屬陽離子作用有關，短時間放置仍能略為提高礦渣漿狀摻合料的二次水化反應能力，因而其混凝土強度略為高于同等細度干磨礦渣混凝土。

3 結語

礦渣細度的增加對提高漿狀摻合料大摻量混凝土強度更為有效；濕磨處理的礦渣漿狀摻合料放置不同時間，其混凝土強度均略高于干磨處理同等細度礦渣混凝土強度，短時間放置仍能略為提高礦渣漿狀摻合料混凝土強度。礦渣漿狀摻合料混凝土工作性研究顯示，濕磨處理并放置1d的礦渣漿狀摻合料對混凝土工作性的改善作用不明顯；8d的放置使漿狀摻合料對混凝土工作性的改善進一步變差，但通過加大膠結材0.1~0.2%的外加劑摻量，仍可保證混凝土具有較好的工作性。

[1]SHI CAIJUN,QIAN JUESHI. High performance cementing materials from industrial slags [J].Resources Conservation and Recycling,2000,29(3):195-207.

[2]陳益民,賀行洋,等.礦物摻合料研究進展及存在問題[J]. 材料導報, 2006, 20 (8):28-31

[3]陳益民,賀行洋,張文生 等.混凝土的漿狀磨細礦物摻合料及其制造方法：中國,ZL03137658.4 [P].2005-10.

[4]賀行洋, 陳益民, 蘇英. 混凝土漿狀摻合料物理化學性能的研究[J].中國建材科技,2006(2): 4-7.