降低混凝土成本的秘密武器———磨細礦粉

[摘　要] 　本文介紹了磨細礦粉用于混凝土后可以降低混凝土成本，同時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度，并且磨細粉還是優(yōu)良的堿骨料抑制劑。

[關鍵詞] 　磨細礦粉；　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商極力追求的目標。如今， 磨細礦粉的出現(xiàn)，使這一目標離我們越來越近，實現(xiàn)這一目標的可能性也越來越大。

    礦渣又稱?；郀t礦渣，是由高爐煉鐵熔融的礦渣驟冷時，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，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。二十世紀八十年代，日本學者最早發(fā)現(xiàn)，如將礦渣單獨粉磨，粉磨到預定細度后摻入水泥中或在拌制混凝土時摻入， 則其活性可以得到充分的發(fā)揮。這種細度和顆粒極細的礦渣微粉就是磨細礦粉。之后世界各國均對磨細礦粉進行了廣泛的研究，磨細礦粉作為一個獨立的產(chǎn)品出現(xiàn)在建筑市場，廣泛應用于預制和預拌混凝土中。

    我國是在最近幾年才逐步重視磨細礦粉作為活性摻合料的應用技術。然而，由于這項技術的巨大潛力，可觀的經(jīng)濟效益，以及對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礦粉在混凝土中的應用，通過幾年的研究及應用，把上海市的混凝土技術提高到了又一個新水平。北京市這兩年也開始大面積推廣磨細礦粉在混凝土中的應用技術，每年磨細礦粉的使用量已達七、八十萬噸，2004 年將突破100 萬噸。

    磨細礦粉在混凝土中的應用之所以能如此迅速地推廣開來，主要是由摻磨細礦粉混凝土的優(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商最為頭疼的問題，如果坍落度損失過大，混凝土會失去流動性和工作性造成施工困難，而且施工現(xiàn)場還會為了恢復混凝土的流動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礦粉，因其化學活性不象純水泥那么高，所以在攪拌后的最初兩小時內(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，對施工非常有利。這樣，隨著混凝土中摻入磨細礦粉，困擾混凝土供應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

    這是由磨細礦粉的作用機理決定的。磨細礦粉顆粒呈球狀，表面光滑致密，主要化學成分為SiO2 、Al2O3 、CaO ，具有超高活性，將其摻入水泥中，水化時活化SiO2 、Al2O3 與水泥中C3S、C2S 水化產(chǎn)生的Ca (OH) 2 反應，進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，由于磨細礦粉比水泥、粉煤灰還細，所以它又填充了水泥、粉煤灰的空隙，而且磨細礦粉中的活性SiO2 、Al2O3 與水泥中C3S、C2S 水化產(chǎn)生的Ca (OH) 2 反應，增加了密實度，大小粒子堆積、填充降低了空隙尺寸，產(chǎn)生的微細結(jié)構與孔結(jié)構均比普通水泥石細得多，這樣就大大減小離子擴散率，獲得優(yōu)良的抗侵蝕性和耐久性。單摻磨細礦渣，不摻其它摻合料，抗?jié)B等級可達P12 ，凍融循環(huán)> D100。

3 　可觀的經(jīng)濟效益　

　　磨細礦粉在混凝土中摻量可高達25 %～50 %(具體摻量應根據(jù)所用的水泥、外加劑、以及施工部位情況，經(jīng)過試驗確定， 建議水泥使用P·O4215 或P· O4215R 以上等級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礦粉可以等量取代100kg 以上的水泥，磨細礦粉出廠價為(130～140) 元/ 噸，水泥出廠價為(230～240) 元/ 噸，這樣每立方混凝土可以節(jié)省10 元以上、高強度等級的混凝土節(jié)省更多。以一個年產(chǎn)量15 萬m3～20 萬m3 的中型混凝土供應商為例，如果使用磨細礦粉，一年可以節(jié)省約200 萬元，這對于任何一個混凝土供應商來說，都是一個十分誘人的數(shù)字。

4 　對混凝土的顯著增強作用

　　摻磨細礦粉的混凝土早期強度(3 天、7 天) 與普通水泥混凝土相近，但是由于磨細礦粉的超細化，填充了水泥粒子的空隙，使混凝土更加密實;再加上磨細礦粉中的活性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，所以摻磨細礦粉的混凝土的后期強度(28 天、60 天) 要比普通水泥混凝土高許多(抗壓強度比約為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， 導致混凝土破壞。故預防堿骨料反應的有關規(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)高強度等級混凝土時，總堿量必然會超標，為混凝土遭到堿骨料反應的破壞埋下隱患。在混凝土中摻入磨細礦粉，就將這一難題迎刃而解。因為首先磨細礦粉中的活性SiO2 和Al2O3 會和水泥水化所產(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，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，所以堿骨料反應也就不會發(fā)生了;其次摻磨細礦粉混凝土致密的結(jié)構和優(yōu)異的抗?jié)B性能限制了自由水分進入混凝土的毛細孔道，因此造成堿骨料反應發(fā)生的外部條件(潮濕的環(huán)境) 不具備，致使堿骨料反應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。所以磨細礦粉被稱為堿骨料反應的優(yōu)良抑制劑。

     綜上所述，磨細礦粉是混凝土的一個非常有效的高性能礦物摻合料，摻入磨細礦粉，可以大幅度降低混凝土成本，同時大幅度提高混凝土強度、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;所以，在混凝土中摻入磨細礦粉可以配制成低成本高性能的混凝土。對于混凝土供應商來說，誰先用，誰先受益，誰就會在激烈的市場競爭中占得先機。

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

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