超细矿渣粉在混凝土中的作用及应用范围

　　超细矿渣粉（或超细粒化高炉矿渣粉）是指符合国家标准《用于水泥中粒化高炉矿渣》GB/T203-1994规定的粒化高炉矿渣，利用立式磨粉机或欧版磨粉机（或添加少量石膏一起粉磨）可达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。

　　一、超细矿渣粉在混凝土中的作用

　　1.改善混凝土的微结构。主要是通过改善混凝土细微颗粒的级配，即改善粉体材料在混凝土中的粒度分布，产生密实堆积填充效应，使混凝土的孔结构优化，即大孔数量减少，小孔数量增加，平均孔径降低，分布更为合理；空隙率降低，特别是水泥水化产物之间的空隙，微结构更为密实。

　　2.降低混凝土的拌合用水量（特别是游离态有害水的含量）。水泥的完全水化仅仅需要一小部分水，混凝土中的大部分水是为了满足其工作性而引入的。我们称之为游离态有害水。在混凝土施工和硬化中仅仅有一小部分游离态有害水可能会通过空气蒸发和模板渗出，但是大部分游离态有害水会在混凝土硬化后形成较大的空隙，从而给混凝土结构造成了永久的伤害。当混凝土的孔结构优化、空隙率降低时，其游离态有害水的含量可相应降低。

　　3.改善混凝土拌合物的和易性。由于超细矿渣粉是细微球状体，其表面光滑，且性能稳定，在混凝土中能够起到一种类似于轴承的微珠润滑作用，减少了摩擦阻力，有效改善了混凝土拌合物的和易性（即流动性、黏聚性、保水性等）。混凝土拌合物的和易性好，则坍落度经时损失小，工作性好（可泵性等）。

　　4.提高混凝土的强度。其一是改善混凝土的微结构，增加密实度，以提高混凝土的强度。其二，超细矿渣粉中含有丰富的活性SiO2等，能够与水泥的水化产物Ca（OH）2进行二次水化反应，生成密实度更高的硅酸凝胶。

　　5.降低混凝土的水泥用量和水化热。国家标准规定：混凝土中心温度与表面温度的温差不得超过25℃。在混凝土强度一定的情况下，掺加超细矿渣粉，可大幅降低水泥用量。同时可推迟热峰的出现时间。

　　6.提高混凝土的抗渗性。

　　7.提高混凝土的抗冻性。大量研究表明：混凝土的胶凝材料用量、水胶比、引气性能等是影响混凝土抗冻性的主要因素。混凝土水胶比大时，其游离态有害水多，硬化后内部孔结构差、空隙率大，则受冻融循环破坏的几率大。当在混凝土中引入大量的、细微的、均匀的气泡时，这些细微气泡即细微空间可以作为体积膨胀的“缓冲阀”，降低和避免其他物理和化学反应引起的破坏。经试验表明，掺入超细矿渣粉的混凝土，其抗冻性明显高于普通混凝土。

　　8.提高混凝土的抗裂性。混凝土在硬化过程中，由于化学减缩、冷缩和干缩等原因会引起体积收缩，其收缩值为自生体积的0.04%左右。这些收缩会给混凝土的体积稳定性带来很大的危害。经试验表明，掺入超细矿渣粉的混凝土，会产生适度的微膨胀。在钢筋和骨料的约束下，可产生一定的预压应力，以抵消混凝土在硬化过程产生的拉应力，补偿部分水化热引起的温度应力，减少和避免混凝土裂缝的产生。

　　9.提高混凝土的耐腐蚀性。超细矿渣粉中含有丰富的活性SiO2等，能够与水泥的水化产物Ca（OH）2进行二次水化反应，从而降低了混凝土硬化后水泥胶体与SO42--反应生成钙矾石的机会，一定程度上抑制了SO42-等离子的侵蚀破坏。这种钙矾石，由于体积膨胀产生的应力受到了硬化后混凝土的约束，因此，其破坏力最强。另外，超细矿渣粉的掺加减少了水泥用量，即减少了水泥引入的碱含量，从而降低混凝土发生碱-集料反应的破坏的可能性。

　　10.延长混凝土结构的使用寿命。Mehta（美特）整体论模型指出：“一个不透水但存在微裂缝且多孔的混凝土→经侵蚀冷热循环、干湿循环→混凝土结构微裂缝增加、相连→水的渗入，有害物质侵蚀→混凝土膨胀、钢筋锈蚀、碱骨料反应、水结冰、硫酸盐侵蚀使混凝土强度和刚度降低→开裂破坏与整体性丧失。”

　　混凝土的不透水性是任何物理、化学破坏过程中的第一道防线。因此，超细矿渣粉在混凝土中的应用对混凝土的可持续发展，即节约利用混凝土原材料，提高混凝土结构耐久性有着非常重要的意义。

　　二、超细矿渣粉的最佳应用范围
　　
　　1.高强度等级混凝土。配制C50混凝土，采用目前的水泥有相当的难度。那么，配制C60、C70甚至C80混凝土，就必须掺加超细矿渣粉及高性能外加剂才能够完成。

　　2.大体积混凝土。可以降低水泥用量和水化热，推迟热峰的出现时间，有效地防止诸如裂缝等问题。

　　3.除了上述最佳应用范围以外，只要采用水泥、混凝土，都可以掺加不同掺量的超细矿渣粉。

　　总之，超细矿渣粉在混凝土中的应用，不仅关系到混凝土的质量问题，而且关系到“建设节约型社会、走可持续发展道路”的大问题。