高炉矿渣粉在水泥混凝土中的应用技术研究

四川双实建筑新材料有限公司 双实矿粉  S95、S75及矿渣微粉

1 试验室原材料及试验设计

1.1试验原材料

包括：

  铜仁海螺盘江水泥有限责任公司生产的P.042.5水泥。

  采用贵州大龙振龙矿业有限公司生产的F类Ⅱ级粉煤灰。

  贵州鑫浩高分子材料科技有限公司生产的S95矿渣粉。

  粗集料选用贵州铜仁鸿运来有限责任公司生产的5～20mm、5～31.5mm的级配碎石；

  细集料选用贵州铜仁鸿运来有限责任公司生产的0～4.75mm机制砂。

  采用贵阳绿洲苑建材有限公司生产的LZ-2聚羧酸高性能减水剂。

1.2 试验方法

通过检测不同的强度等级、不同应用部位的混凝土配合比中，掺入不同比例的高炉矿渣粉，检测混凝土的物理力学性能：3d、7d、28d混凝土抗压强度、坍落度、扩展度、黏聚性、棍度等。

1.3 试验配合比设计及优化方案

考虑到混凝土的成本及质量稳定的要求，本次研究的方向主要为：高速公路建设中经常用的C30、C35、C40、C50强度等级的混凝土，基本上覆盖了桥涵、隧道工程中的混凝土主要结构部位。

第一步：通过室内试验确定比较合理的高炉矿渣粉的掺入比例对混凝土力学性能、工作性能的影响，确定各强度等级的理论配合比（单掺入高炉矿渣粉）。高炉矿渣粉的掺入比例为15%、25%、35%、45%、55%。

第二步：通过室内试验确定比较合理的粉煤灰的掺入比例对混凝土力学性能、工作性能的影响，确定各强度等级的理论配合比（单掺入粉煤灰）。考虑到粉煤灰对混凝土强度的降低幅度较大，特将粉煤灰的掺入比例确定为15%、20%、25%、30%。

第三步：根据第一、二步的结果，估算合理的高炉矿渣粉、粉煤灰的合理掺配比例并通过试验验证，得到各强度等级的理论配合比。考虑到粉煤灰对混凝土强度的降低幅度较大，特将粉煤灰的掺入比例确定为15%、20%、25%、30%；高炉矿渣粉的掺入比例为15%、20%、25%、30%。

2 试验结果讨论和分析

以C40混凝土为例，相关数据见表1。

通过数据分析可以看出，随着高炉矿渣粉在混凝土中掺入比例的增加，混凝土的抗压强度3d强度降低明显，7d强度也在下降，28d、56d强度基本上没有明显的变化。混凝土的黏聚性、和易性随着掺入量的增加有一定的提高；但是35%以上时，混凝土开始变得过于黏稠，不利于混凝土的振捣。经大量数据分析得出如下结论：在标号C30～C35中，高炉矿渣粉的合理掺入比例15%～40%；标号C40的混凝土中，高炉矿渣粉的合理掺入比例15%～35%，特别是预应力混凝土C50部分，建议掺入比例15%～30%。C35普通混凝土为例，相关数据见表2。

随着粉煤灰在混凝土中掺入比例的增加，混凝土的抗压强度3d、7d强度降低更加，28d强度的降低比较明显，56d强度基本上没有明显的变化；混凝土的黏聚性、和易性随着掺入量的增加有一定的提高，但是45%以上时，混凝土的黏聚性稍微降低。经大量数据分析得出如下结论：在标号C30～C35中，粉煤灰的合理掺入比例15%～30%；标号C40的混凝土中，粉煤灰的合理掺入比例15%～25%，特别是预应力混凝土C50部分，建议掺入比例15%～20%。

以C50普通混凝土为例，相关数据见表3。

随着粉煤灰、高炉矿渣粉在混凝土中掺入比例的增加，混凝土的抗压强度3d、7d强度降低更加，28d强度的降低不是特别明显，56d强度基本上没有明显的变化。经大量数据分析得出如下结论：在C30～C35混凝土中，粉煤灰、高炉矿渣粉的合理掺入比例15%～30%；C40、C50混凝土中，粉煤灰、高炉矿渣粉的合理掺入比例15%～25%，特别是C50预应力混凝土部分，考虑到施工工期的要求，7天左右要进行张拉压浆，建议掺入比例15%～20%。因为试验条件有限，如果预应力混凝土采用高标号水泥，或者添加其他对强度提高比较快的活性掺合料（如硅粉），粉煤灰、高炉矿渣粉的合理掺入比例可提高20%～25%。

3 试验数据的验证

在拌和站的试拌，逐个确认掺入比例的现场适用情况，优化高炉矿渣粉、粉煤灰的掺入比例范围，确定各强度等级的拌和理论配合比。数据的验证情况基本上符合室内数据。

高炉矿渣粉的单独掺入验证情况：在标号C30～C35中，高炉矿渣粉的合理掺入比例15%～40%；标号C40的混凝土中，高炉矿渣粉的合理掺入比例15%～25%，特别是预应力混凝土C50部分，建议掺入比例15%～20%。

粉煤灰的单独掺入验证情况：在C30～C35混凝土中，粉煤灰的合理掺入比例15%～35%；C40、C50的混凝土中，粉煤灰的合理掺入比例15%～25%，特别是预应力混凝土C50部分，建议掺入比例15%～20%。

高炉矿渣粉、粉煤灰的双掺入验证情况：综合考虑混凝土的适用性，及现场浇筑物的所需混凝土状态，在C30～C35混凝土中，高炉矿渣粉、粉煤灰的合理掺入比例为15%～30%；C40、C50的混凝土中，高炉矿渣粉、粉煤灰的合理掺入比例15%～25%，特别是预应力C50混凝土，建议高炉矿渣粉、粉煤灰掺入比例15%～20%。如果采用高强度等级的水泥作为胶凝材料，或者采用硅粉作为矿物掺合料，可以进一步提高高炉矿渣粉、粉煤灰的掺入量。

4 结论

综合考虑混凝土的适用性，及现场浇筑物的所需混凝土状态，在C30～C35混凝土中，高炉矿渣粉、粉煤灰的合理掺入比例为15%～30%；C40、C50的混凝土中，高炉矿渣粉、粉煤灰的合理掺入比例15%～25%，特别是预应力C50混凝土，建议高炉矿渣粉、粉煤灰掺入比例15%～20%。如果采用高强度等级的水泥作为胶凝材料，或者采用硅粉作为矿物掺合料，可以进一步提高高炉矿渣粉、粉煤灰的掺入量。

在试验过程中，因为试验条件的限制，试验的内容只限于混凝土的强度、和易性，及实体浇筑的混凝土结构物外观等、回弹强度等参数。在高炉矿渣粉、粉煤灰水泥混凝土的使用时，还需要进行进一步的试验确定掺入比例；特别是大体积混凝土使用高炉矿渣粉时，配合比设计时，需要进行混凝土水化热的测定，保证混凝土水化热满足设计要求。

同时，原材料方面也存在一定的使用隐患，比如在贵州省地区，高炉矿渣粉、粉煤灰的质量存在不稳定的情况，也会影响双掺水泥混凝土的推广和使用。在原材料进场前，要对原材料厂家进行摸底排查，保证厂家具有一定的生产能力、质量控制能力；原材料进场时，需要加强检测，保证每车必检，保证进场材料质量满足规范。

本文来自《砼话》马保亮，王天明等