工業(yè)礦渣廢料在混凝土中的應(yīng)用

工業(yè)礦渣廢料在混凝土中的應(yīng)用

1高爐礦渣粉的使用在研磨和儲(chǔ)存過(guò)程中，如圖1所示，研磨后從熔爐中獲得的水提取物粉末材料為礦渣粉末。該類材料自1862年，德國(guó)人發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于水泥混合材料后，工業(yè)礦渣粉就被廣泛應(yīng)用于建筑材料的性能改善中總結(jié)來(lái)看，2000年以前對(duì)于礦渣粉的使用，國(guó)內(nèi)外存在較大的差別。國(guó)外將礦渣和水泥熟料混合研磨，用于生產(chǎn)礦渣水泥。此外，還將礦渣單獨(dú)進(jìn)行研磨，作為摻合料使用。相比之下，國(guó)內(nèi)則主要將礦渣與水泥熟料混合研磨使用。從研磨的角度看，工業(yè)礦渣相比水泥熟料更難為研磨。一般情況下，水泥的研磨細(xì)度可以控制在300m進(jìn)一步地研究表明，礦粉在生產(chǎn)高強(qiáng)度混凝土的過(guò)程中可以發(fā)揮更大的價(jià)值。自上世紀(jì)80年代開始，我國(guó)對(duì)高爐礦渣粉的性質(zhì)和特點(diǎn)進(jìn)行了大規(guī)模的研究。先后取得了《高強(qiáng)度混凝土設(shè)計(jì)與施工指南》、《混凝土和砂漿用粒化高爐礦渣微粉》、《粒化高爐礦渣微粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》等一大批應(yīng)用成果。這些成果表明，工業(yè)礦渣礦粉在混凝土工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值和前景。隨著礦渣研磨技術(shù)的不斷改良，如今礦渣研磨細(xì)度可以達(dá)到400m2改善混凝土耐久性我們?cè)谑占恍?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，考察礦渣粉對(duì)混凝土耐久性的改善程度。這些性能包括：對(duì)混凝土的工作性能和力學(xué)影響、對(duì)混凝土抗?jié)B性的影響、對(duì)水泥的水化熱影響、對(duì)混凝土抗凍性的影響等2.1礦渣混凝土的工作性能和力學(xué)我們發(fā)現(xiàn)摻入礦渣后，對(duì)混凝土的工作性能和力學(xué)影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。2.1.1提高凝結(jié)時(shí)間的影響同樣水量的情況下，隨著礦渣的加入，水泥膠砂的流動(dòng)性會(huì)發(fā)生明顯增大的現(xiàn)象，從而水泥的凝結(jié)時(shí)間也會(huì)變長(zhǎng)。由于其的流動(dòng)性提高，對(duì)應(yīng)的施工過(guò)程中的工作性能也發(fā)生了較明顯地改善。對(duì)于大體積混凝土的澆筑過(guò)程而言，凝結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，使得熱量不會(huì)集中釋放，這對(duì)于混凝土最終強(qiáng)度的形成都是十分有利的。2.1.2入量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響對(duì)于摻入礦渣后的混凝土強(qiáng)度性能，我們從表1中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以分析出，隨著高爐礦渣粉摻入量的增加，混凝土的3d抗壓強(qiáng)度會(huì)明顯地降低。同樣的，7d強(qiáng)度也在下降。但是，28d和56d的強(qiáng)度基本沒(méi)有太大的變化。事實(shí)上，結(jié)合本章中對(duì)于流動(dòng)性和凝結(jié)時(shí)間的闡述，我們?nèi)菀淄茰y(cè)，高爐礦渣的加入會(huì)影響混凝土的工作性和凝結(jié)時(shí)間，從而明顯影響到混凝土的初凝強(qiáng)度。2.2礦粉或粉煤灰的加入對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響進(jìn)一步地，我們考察礦渣混凝土抗水性能及特點(diǎn)。我們?cè)诳疾煲唤M實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，總結(jié)摻雜有礦渣的混凝土表現(xiàn)出來(lái)的抗?jié)B特性。分析以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是粉煤灰與礦粉混合摻入混凝土，還是礦粉單獨(dú)加入混凝土，混凝土的抗?jié)B等級(jí)都會(huì)明顯地提高。結(jié)合相關(guān)的物理化學(xué)知識(shí)，我們認(rèn)為當(dāng)混凝土中摻入了礦粉或粉煤灰等摻合料時(shí)，他們會(huì)進(jìn)一步地促使水泥的二次水化反應(yīng)，進(jìn)一步地水化反應(yīng)導(dǎo)致了混凝土的空隙變得更加密集，混凝土的密實(shí)度提高，進(jìn)而大幅度地提升了混凝土的抗?jié)B性能。結(jié)合以往的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于摻入礦粉的粒徑，對(duì)混凝土的抗?jié)B性能改善程度，有如下經(jīng)驗(yàn)。(1）當(dāng)3mm～5mm的透水混凝土孔隙率為45%的情況下，5mm～10mm的透水混凝土孔隙率為16%時(shí)，礦渣的摻入量達(dá)到7.5%，可以滿足抗壓強(qiáng)度20MPa，抗彎折強(qiáng)度2.5MPa的要求。礦粉的添加方式為內(nèi)滲法，對(duì)透水混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)有小幅度的提升。(2）當(dāng)采用庫(kù)侖電量方法評(píng)價(jià)時(shí)，礦粉、粉煤灰和引氣劑他們能夠使得混凝土的滲透性降低。礦粉越細(xì)、摻量越大，特別是礦粉與粉煤灰和引氣劑復(fù)合使用時(shí)，能夠顯著降低混凝土的滲透性。(3）對(duì)于高強(qiáng)度的混凝土，例如C50的混凝土，礦粉及其與粉煤灰的復(fù)合摻和料，特別是引氣劑均能顯著降低混凝土的滲透性。2.3混凝土結(jié)構(gòu)的熱性能混凝土硬化過(guò)程中，由于水泥的水化作用會(huì)釋放大量的熱?；炷帘旧淼臒嶙栎^高，短時(shí)間內(nèi)不能夠?qū)崃酷尫沤o環(huán)境。這就會(huì)導(dǎo)致熱量在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的聚集，由于結(jié)構(gòu)內(nèi)外的溫度差，會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻地溫度變形和溫度應(yīng)力。這些應(yīng)力的聚集最終會(huì)導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生，甚至擴(kuò)展成為宏觀裂縫，這是導(dǎo)致混凝土早期開裂的主要原因。3礦渣混凝土使用注意事項(xiàng)從以上的分析中，我們看到高爐礦渣廢料在混凝土中確實(shí)有諸多的好處，對(duì)于混凝土性能改善方面，效益顯著。但是，從商用生產(chǎn)的角度來(lái)看，礦渣的使用需要特別注意一些問(wèn)題。從而，嚴(yán)格把控混凝土產(chǎn)品的質(zhì)量。具體來(lái)說(shuō)包含以下幾個(gè)方面。3.1嚴(yán)格控制礦山渣的細(xì)節(jié)目前，對(duì)于大多數(shù)的礦粉生產(chǎn)線而言，能夠生產(chǎn)的礦粉細(xì)讀的范圍在400m3.2控制礦粉的聯(lián)合布入量，確保水化熱我們按照之前的分析，可以看到，礦粉的摻入，能夠有效地降低生產(chǎn)成本。但是，并不是單純的增加礦粉的摻入量，就能夠提高混凝土的生產(chǎn)效益。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，結(jié)合一些商用混凝土生產(chǎn)工藝試驗(yàn)結(jié)果，得到的一些基本經(jīng)驗(yàn)。(1）當(dāng)混凝土生產(chǎn)時(shí)，只摻入摻礦粉的條件下，摻入量以30%～40%為宜。大體積混凝土可以增加至50%以上，從而實(shí)現(xiàn)降低水化熱的目的。(2）當(dāng)多種摻合料共同摻入時(shí)，例如礦粉和粉煤灰同時(shí)摻入的情況。在集料總量一定的情況下，總?cè)〈坎粦?yīng)當(dāng)超過(guò)50%。同時(shí)要求，粉煤灰控制在20%以內(nèi)，礦粉控制在30%以內(nèi)。(3）在商用生產(chǎn)中，剛開始使用時(shí)，建議粉煤灰的摻入量能夠控制在10%以內(nèi)，礦粉的使用量能夠控制在20%以內(nèi)。進(jìn)一步地總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)礦粉的摻入量在70%以內(nèi)時(shí)，對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響有限。然而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中并不能完全依據(jù)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，實(shí)際生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的偏差和問(wèn)題，包括：混凝土的凝結(jié)時(shí)間問(wèn)題。對(duì)于一般的混凝土施工而言，凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，并不利于施工，豎向結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期的塑性狀態(tài)下，容易收縮、沉降。此外，還有黏聚性的問(wèn)題。一般而言，強(qiáng)度等級(jí)較低的混凝土，其黏聚性差。因此需要設(shè)法增加其黏度，減少混凝土自身離析泌水的可能。而相反，強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土黏聚性大，施工過(guò)程中需要降低其黏聚性。當(dāng)有大體積混凝土澆筑的情況時(shí)，同時(shí)要求高強(qiáng)度的混凝土，考慮采用礦粉和可以降低混凝土黏度的優(yōu)質(zhì)Ⅰ級(jí)粉煤灰復(fù)合使用。3.3礦粉或粉煤灰摻合料對(duì)混凝土性能的影響就養(yǎng)護(hù)條件而言，摻入礦粉的混凝土在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，要求更高。我們收集實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，顯示采用C40的混凝土澆筑，礦粉的摻入量為25%，Ⅱ級(jí)粉煤灰摻入量為15%，這些摻合料可以取代等比例的水泥。經(jīng)過(guò)符合條件的養(yǎng)護(hù)后，28d測(cè)得的回彈值很低。按照經(jīng)驗(yàn)推斷強(qiáng)度只有C30左右，且混凝土的表面碳化很嚴(yán)重，碳化的深度在1.5mm～2.5mm之間，嚴(yán)重的地方高達(dá)4mm。抽芯檢測(cè)發(fā)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度很高，測(cè)得的強(qiáng)度實(shí)際值在47MPa～62MPa之間。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，礦粉或者粉煤灰摻入后，替代了水泥，但是其強(qiáng)度性能一般不受影響。然而，實(shí)際的養(yǎng)護(hù)條件等外在因素有極大地不確定性，混凝土最終的強(qiáng)度值是明顯低于理論值的。3.4合理利用摻合料的復(fù)合比例來(lái)確定復(fù)摻量對(duì)于摻入的礦渣類別，一般采用粉煤灰和礦渣共同摻入。一方面，粉煤灰在價(jià)格上比礦渣更為便宜，且二者對(duì)混凝土性能的影響類似，為了降低成本，可以考慮混合摻入。另外一方面，我們要善于利用兩種摻合料的自身特點(diǎn)和性能，充分做到“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”，從而改善混凝土性能。因此，對(duì)于某些條件下的粉煤灰和礦渣復(fù)摻，我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，來(lái)確定實(shí)際施工過(guò)程中配置混凝土?xí)r的確切復(fù)合比例。上述內(nèi)容在礦渣摻入混凝土實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，具有很明顯地應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于商品混凝土攪拌站生產(chǎn)而言，應(yīng)該積極探索上述因素對(duì)礦渣摻入混凝土生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際影響，這將為商品混凝土的生產(chǎn)起到一定的實(shí)際指導(dǎo)作用。4土的工作性能本文通過(guò)詳細(xì)論述礦渣廢料在混凝土中摻入后的各項(xiàng)性能指標(biāo)，以及商業(yè)化生產(chǎn)中存在的諸多問(wèn)題。認(rèn)為摻入礦渣后的混凝