礦粉混凝土在工程實踐中的研究

張 雷

（四川廣元西南商品混凝土有限公司， 四川 廣元 628001）

主題詞：礦粉；混凝土；研究

1 礦粉的認識和開發應用礦粉混凝土的意義

優質礦粉合理地應用于混凝土，不僅能代替部分水泥節約成本，而且其特有的性能可以有效地改善混凝土的性能。開發礦粉混凝土，主要是基于對礦粉的以下的認識，來實現礦粉在建筑工程中的應用。

(一)改善混凝土的工作性

商品混凝土大多是泵送混凝土，混凝土中摻入礦粉后，拌合物凝結時間延長、坍落度損失小、流動性和保水性得到明顯改善，漿體對粗骨料的包裹明顯加強，在泵送和澆筑過程中，施工性能改善，施工速度加快，設備磨損減小。

(二)提高混凝土的耐久性

混凝土摻入礦粉，一方面可以補償細骨料的不足，中斷砂漿基體中泌水渠道的連續性，另一方面，礦粉本身沒有強度，但是當礦粉和水泥結合在一起的時候，礦粉的細微顆粒會均勻分布在水泥顆粒之中，發生火山灰反應生成二次 C—S—H凝膠，可以填充孔隙，從而使混凝土更加密實。在大體積混凝土中摻入礦粉，可以使混凝土單位體積的水化熱降低，水化熱高峰推遲，從而防止混凝土產生溫度裂紋。

(三)改善混凝土的力學性能

礦粉對混凝土的強度影響主要表現在三個方面：第一，優質礦粉可以減少單位體積混凝土的用水量提高強度；第二，礦粉的摻入可以分散水泥顆粒，使水泥水化反應更加充分，提高水泥漿體的密實度，使混凝土中骨料和與水泥漿的界面膠結力增強，提高界面強度；第三，礦粉對混凝土的抗彎拉強度明顯優于普通混凝土。

2 礦粉混凝土的設計和開發方案

(一)按“等稠度，等強度”原則

在混凝土中摻入礦粉的方法有三種方法：一是全部取代水泥，二是部分取代水泥部分取代細骨料，三是既不取代水泥也不取代細骨料。按經濟合理、技術可行的原則，一般都是采用礦粉部分取代水泥。我們按照GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》，GB/T50107—2010《混凝土強度評定方法》，GB50204-2015《結構混凝土施工質量驗收規范》的有關規定，以基準混凝土配合比為基礎，按照“等稠度，等強度”原則，用等量取代法進行設計和調整。

(二)配合比設計

根據 GB/T18046—2008、GB/T50107—2010、GB50204-2015等規范的要求，結合公司的生產設備、質量技術水平和施工單位的實際操作水平，礦粉混凝土按以下基本參數進行配合比的設計。

3.1 混凝土拌合物初始坍落度200—220mm，擴展度（流動度）520—560mm，1h后擴展度在500mm以上。

3.2 礦粉混凝土強度設計的標準差C25及以下按3—4MPa設定，C30及以上按5—8Mpa設定，7d混凝土強度達到設計強度的90%以上。

3.3 利用高性能減水劑減水率大的特點，盡可能降低水膠比。

3.4 礦粉的取代率：C25及以下強度等級按15--20%，C30及以上強度等級按20—25%。

3.5 C25及以下強度等級用中細砂，以增強混凝土的保水性能，C30- C45以上強度等級盡可能用中砂，C50以上強度等級盡可能用粗砂以降低混凝土的黏度。

3 礦粉混凝土的試配

(一) 原材料及技術要求

1.1 水泥

選用川煤牌P.O42.5R水泥，對水泥的技術要求：比表面積≥340m2/Kg，需水量≤135.0ml，初凝≥200min，終凝≤300 min，3d抗折強度≥4.5Mpa，28d抗折強度≥8.0Mpa，3d抗壓強度≥25.0Mpa，28d抗壓強度≥47.0Mpa。

1.2 礦粉

選用漢中漢鋼 S95級礦粉，對礦粉的技術要求：密度≥2.8g/cm3,比表面積≥420m2/kg，LOSS≤2.0%，SO3≤1.5%,流動度比≥95%，7d活性指數≥75%,28d活性指數≥95%。

1.3 粗集料（碎石）

選用廣元昭化河段的 5-25mm碎石，其主要技術指標要求：表觀密度≥2600Kg/m3，松散堆積密度≥1500Kg/m3，空隙率≤45%，含泥量≤1.0%，針片狀含量≤0.5%。

1.4 細集料（機砂）

選用廣元昭化河段的機制中砂，其主要技術指標要求：表觀密度≥2500Kg/m3，松散堆積密度≥1500Kg/m3，空隙率≤42%，石粉含量≤10.0%，細度模數2.4-3.1。

1.4 減水劑

選用廣元誠凱利高性能能減水劑（CKL-3），要求與水泥的適應性強，坍落度損失小，其主要技術質量指標：減水率≥25%：初始凈漿流動度≥240mm，60min≥240 mm；混凝土坍落度保留值：初始≥220mm, 60min≥210mm,120min≥180mm，1h經時變化量≤30 mm；混凝土抗壓強度比：7d≥140%，28d≥130%。

(二)礦粉混凝土的試配

根據混凝土的有關設計、控制和檢驗、評定標準，結合公司材料的變化、質量控制水平和施工實際，考慮到建筑物特征、施工環境和氣候、施工工藝，采用多次正交試驗，以C35泵送礦粉混凝土為例進行說明，試配配合比主要技術參數和部分試配結果統計見表1：

4 礦粉混凝土的工程應用

截止目前，本公司已生產礦粉混凝土33.4萬立方米左右，主要用于鳳凰唐城一期、恒昌·如意湖畔、廣元市利州區軍民融合產業園赤化PPP項目等67個大大小小的工程項目。在實際的工程實踐中，我們發現礦粉混凝土的工作性能良好，在礦粉取代率小于 25%，坍落度控制在合理的范圍內，與基準混凝土相比，礦粉混凝土的強度是有保證的，完全能夠達到結構混凝土的要求。

工程實際應用中，混凝土工作性能良好。在施工現場采取試件，進行標準養護，然后進行混凝土力學性能試驗，對采取的56組試件進行了統計分析，7d抗壓強度平均值：32.7Mpa，28d抗壓強度平均值：40.9 Mpa，28d最大值：43.7Mpa，28d最小值：35.3Mpa，標準偏差：3.3%。依據國家標準GB/T50107-2010《混凝土強度檢驗評定標準》的規定，采取的試件經標準養護28天后檢測100%合格；按照國家標準GB50164-2011《混凝土質量控制標準》的規定，生產管理水平達到優良，滿足了工程設計要求。

5 配制生產礦粉混凝土的體會

通過試配試驗和工程實際應用，礦粉混凝土的生產是成功的，配合比設計、質量控制是令人滿意的，礦粉混凝土抗壓強度的測試結果是理想的。從配合比設計、質量控制和澆筑養護來看，主要有以下幾點認識和體會：

(一)加強對礦粉質量的控制，是生產優質礦粉混凝土的前提。

礦粉的質量對混凝土的影響很大，因此，礦粉進廠必須車車檢驗，觀測礦粉顏色，檢測礦粉的燒失量、流動度比，根據礦粉的流動度比和燒失量檢測結果，確定粉煤灰所入庫號或拒絕入庫。觀測礦粉的顏色是檢查礦粉質量最簡單、最直觀的方法。

(二)礦粉的取代率應在一個合理的范圍內，才能發揮礦粉作用。

從表1可以看出，使用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，用礦粉取代部分水泥，在取代率不超過 25%的范圍內，隨著礦粉的摻量提高，砼強度不但沒有下降還略有提高。

在試配試驗中，我們發現，礦粉混凝土的和易性與礦粉的取代率關系密切，但取代量的多少對延長混凝土凝結時間、對坍落度的經時損失明顯有利，混凝土摻入磨細礦粉后能延緩膠凝材料的水化速度，使混凝土的凝結時間延長，這一性質對高溫季節混凝土的輸送和施工有好處。在取代部分砂，即降低砂率的情況下，對強度的提高有利。

(三)礦粉混凝土的水膠比對強度的影響十分明顯。

在我們的試驗和實際應用中發現，用礦粉取代部分水泥，如果不降低水膠比，也就是不減少混凝土的單位用水量，礦粉混凝土的工作性能雖然很好，但強度卻明顯下降。礦粉混凝土的水膠比應比基準混凝土的水灰比降低0.03—0.05，即單位用水量降低8—12kg，，才能使礦粉混凝土與基準混凝土實現“等強度”；在礦粉取代率、砂率選取合理的情況下，使用減水率大的減水劑（泵送劑），礦粉混凝土單位用水量降低 8—12kg，也能夠與基準混凝土實現“等稠度”。因此，礦粉混凝土應盡可能降低水膠比，來保證強度和耐久性，同時低水膠比，也是配制高強混凝土的必由之路。