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【分享】工业矿渣废料在混凝土中的应用

发布时间:2022-09-08 23:13:07 来源:火狐娱乐体育app 作者:火狐体育平台官方下载

内容简介:  本文主要以工业矿渣废料在混凝土中的生产应用 为主要的研究对象,介绍了工业废渣在混凝土生产过程中的应 用历史。在此基础上,收集了实验数据,说明矿渣掺入后,混凝 土的各项性能指标的改善。最后,提出了矿渣粉商业混凝土生 产过程中,应该严格把控的技术指标。本文结论为矿渣水泥的 生产、应用和普及,提供了可靠的参考,其结论具有实践意义。  在工业生产过程中,高炉矿渣经过研磨以后,得到的一种水 淬粒化的粉末状材料,就是矿渣粉,如图 1 所示。该类材料自 1862年,德国人发现并应用于水泥混合材料后,工业矿渣粉就被 广泛应用于建筑材料的性能改善中...

  本文主要以工业矿渣废料在混凝土中的生产应用 为主要的研究对象,介绍了工业废渣在混凝土生产过程中的应 用历史。在此基础上,收集了实验数据,说明矿渣掺入后,混凝 土的各项性能指标的改善。最后,提出了矿渣粉商业混凝土生 产过程中,应该严格把控的技术指标。本文结论为矿渣水泥的 生产、应用和普及,提供了可靠的参考,其结论具有实践意义。

  在工业生产过程中,高炉矿渣经过研磨以后,得到的一种水 淬粒化的粉末状材料,就是矿渣粉,如图 1 所示。该类材料自 1862年,德国人发现并应用于水泥混合材料后,工业矿渣粉就被 广泛应用于建筑材料的性能改善中。

  总结来看,2000年以前对于矿渣粉的使用,国内外存在较大 的差别。国外将矿渣和水泥熟料混合研磨,用于生产矿渣水泥。此外,还将矿渣单独进行研磨,作为掺合料使用。相比之下,国 内则主要将矿渣与水泥熟料混合研磨使用。从研磨的角度看, 工业矿渣相比水泥熟料更难为研磨。一般情况下,水泥的研磨 细度可以控制在300m2 /kg,而工业矿渣细度只能达到200m2 /kg~ 250m2 /kg左右。因此,这种研磨细度下的矿渣粉的活性受限,掺 和量过高时还会导致水泥的性能降低。

  进一步地研究表明,矿粉在生产高强度混凝土的过程中可以发挥更大的价值。自上世纪80年代开始,我国对高炉矿渣粉的性质和特点进行了大规模的研究。先后取得了《高强度混凝土设计与施工指南》、《混凝土和砂浆用粒化高炉矿渣微粉》、《粒化高炉矿渣微粉在混凝土中应用技术规程》等一大批应用成果。

  这些成果表明,工业矿渣矿粉在混凝土工业领域具有广阔的应 用价值和前景。随着矿渣研磨技术的不断改良,如今矿渣研磨细度可以达 到400m2 /kg以上。我国的商用混凝土生产工艺,特别是商品混 凝土胶凝材料体系的生产工艺正由“水泥”、“水泥+粉煤灰”向 “水泥+粉煤灰+矿粉”体系转变。然而,对于掺和了矿渣粉的混 凝土在应用过程中,表现出来的各项性能指标,还需要进一步地 去研究。

  我们在收集一些实验数据的基础上,考察矿渣粉对混凝土 耐久性的改善程度。这些性能包括:对混凝土的工作性能和力 学影响、对混凝土抗渗性的影响、对水泥的水化热影响、对混凝 土抗冻性的影响等。

  同样水量的情况下,随着矿渣的加入,水泥胶砂的流动性会 发生明显增大的现象,从而水泥的凝结时间也会变长。由于其 的流动性提高,对应的施工过程中的工作性能也发生了较明显 地改善。对于大体积混凝土的浇筑过程而言,凝结时间的延长, 使得热量不会集中释放,这对于混凝土最终强度的形成都是十 分有利的。

  对于掺入矿渣后的混凝土强度性能,我们从表1中的实验结 果中可以分析出,随着高炉矿渣粉掺入量的增加,混凝土的3d抗 压强度会明显地降低。同样的,7d强度也在下降。但是,28d和 56d的强度基本没有太大的变化。事实上,结合本章中对于流动 性和凝结时间的阐述,我们容易推测,高炉矿渣的加入会影响混 凝土的工作性和凝结时间,从而明显影响到混凝土的初凝强度。

  进一步地,我们考察矿渣混凝土抗水性能及特点。我们在 考察一组实验数据的基础上,总结掺杂有矿渣的混凝土表现出 来的抗渗特性。

  分析以上的实验数据,我们发现,无论是粉煤灰与矿粉混合 掺入混凝土,还是矿粉单独加入混凝土,混凝土的抗渗等级都会 明显地提高。结合相关的物理化学知识,我们认为当混凝土中 掺入了矿粉或粉煤灰等掺合料时,他们会进一步地促使水泥的 二次水化反应,进一步地水化反应导致了混凝土的空隙变得更 加密集,混凝土的密实度提高,进而大幅度地提升了混凝土的抗 渗性能。

  结合以往的工程经验,对于掺入矿粉的粒径,对混凝土的抗 渗性能改善程度,有如下经验。

  (1)当 3mm~5mm 的透水混凝土孔隙率为 45% 的情况下, 5mm~10mm的透水混凝土孔隙率为16%时,矿渣的掺入量达到 7.5%,可以满足抗压强度20MPa,抗弯折强度2.5MPa的要求。矿 粉的添加方式为内渗法,对透水混凝土的抗压强度会有小幅度 的提升。

  (2)当采用库仑电量方法评价时,矿粉、粉煤灰和引气剂他 们能够使得混凝土的渗透性降低。矿粉越细、掺量越大,特别是 矿粉与粉煤灰和引气剂复合使用时,能够显著降低混凝土的渗 透性。

  (3)对于高强度的混凝土,例如C50的混凝土,矿粉及其与 粉煤灰的复合掺和料,特别是引气剂均能显著降低混凝土的渗 透性。

  混凝土硬化过程中,由于水泥的水化作用会释放大量的热。混凝土本身的热阻较高,短时间内不能够将热量释放给环境。这就会导致热量在混凝土结构内部的聚集,由于结构内外的温 度差,会使结构产生不均匀地温度变形和温度应力。这些应力 的聚集最终会导致微裂纹的产生,甚至扩展成为宏观裂缝,这是 导致混凝土早期开裂的主要原因。

  从以上的分析中,我们看到高炉矿渣废料在混凝土中确实 有诸多的好处,对于混凝土性能改善方面,效益显著。但是,从 商用生产的角度来看,矿渣的使用需要特别注意一些问题。从 而,严格把控混凝土产品的质量。具体来说包含以下几个方面。

  目前,对于大多数的矿粉生产线而言,能够生产的矿粉细读 的范围在400m2 /kg~500m2 /kg的范围内。这个范围内的矿粉,在 掺入混凝土后,性质稳定,表现出比较优良的性质。相反,当矿 粉的研磨细度大幅度降低的时候,会出现诸多的问题。例如:不 达标的矿粉掺入会导致混凝土的黏聚性降低,混凝土出现离析 和泌水现象;凝结时间会延长,从而导致混凝土的早期强度降 低。因此,矿粉的研磨工艺质量必须要保证,研磨后的产品质量 必须加以检测和控制。

  我们按照之前的分析,可以看到,矿粉的掺入,能够有效地 降低生产成本。但是,并不是单纯的增加矿粉的掺入量,就能够 提高混凝土的生产效益。

  (1)当混凝土生产时,只掺入掺矿粉的条件下,掺入量以 30%~40%为宜。大体积混凝土可以增加至50%以上,从而实现 降低水化热的目的。

  (2)当多种掺合料共同掺入时,例如矿粉和粉煤灰同时掺入 的情况。在集料总量一定的情况下,总取代量不应当超过50%。同时要求,粉煤灰控制在20%以内,矿粉控制在30%以内。

  (3)在商用生产中,刚开始使用时,建议粉煤灰的掺入量能 够控制在10%以内,矿粉的使用量能够控制在20%以内。

  进一步地总结实验数据,发现矿粉的掺入量在70%以内时, 对混凝土的强度影响有限。然而实际生产过程中并不能完全依 据实验室数据,实际生产和实验数据存在一定的偏差和问题,包 括:混凝土的凝结时间问题。对于一般的混凝土施工而言,凝结 时间过长,并不利于施工,竖向结构在长期的塑性状态下,容易 收缩、沉降。此外,还有黏聚性的问题。一般而言,强度等级较 低的混凝土,其黏聚性差。因此需要设法增加其黏度,减少混凝 土自身离析泌水的可能。而相反,强度等级较高的混凝土黏聚 性大,施工过程中需要降低其黏聚性。当有大体积混凝土浇筑 的情况时,同时要求高强度的混凝土,考虑采用矿粉和可以降低 混凝土黏度的优质Ⅰ级粉煤灰复合使用。

  就养护条件而言,掺入矿粉的混凝土在养护过程中,要求更 高。我们收集实测数据,显示采用C40的混凝土浇筑,矿粉的掺 入量为25%,Ⅱ级粉煤灰掺入量为15%,这些掺合料可以取代等 比例的水泥。经过符合条件的养护后,28d测得的回弹值很低。按照经验推断强度只有C30左右,且混凝土的表面碳化很严重, 碳化的深度在1.5mm~2.5mm之间,严重的地方高达4mm。抽芯 检测发现混凝土强度很高,测得的强度实际值在47MPa~62MPa 之间。

  这些实验结果表明,矿粉或者粉煤灰掺入后,替代了水泥, 但是其强度性能一般不受影响。然而,实际的养护条件等外在 因素有极大地不确定性,混凝土最终的强度值是明显低于理论 值的。

  对于掺入的矿渣类别,一般采用粉煤灰和矿渣共同掺入。一方面,粉煤灰在价格上比矿渣更为便宜,且二者对混凝土性能 的影响类似,为了降低成本,可以考虑混合掺入。另外一方面, 我们要善于利用两种掺合料的自身特点和性能,充分做到“优势 互补”,从而改善混凝土性能。因此,对于某些条件下的粉煤灰 和矿渣复掺,我们应该根据实验结果,来确定实际施工过程中配 置混凝土时的确切复合比例。

  上述内容在矿渣掺入混凝土实际生产应用中,具有很明显 地应用价值。对于商品混凝土搅拌站生产而言,应该积极探索 上述因素对矿渣掺入混凝土生产过程中的实际影响,这将为商 品混凝土的生产起到一定的实际指导作用。

  本文通过详细论述矿渣废料在混凝土中掺入后的各项性能 指标,以及商业化生产中存在的诸多问题。认为掺入矿渣后的 混凝土在工作性能上表现出凝固时间变长,早期强度降低等特 点;在抗渗性能上,因为矿粉的掺入,改变了混凝土原有的孔隙 特性,使其结构变得更加密实,因此,有更好地抗渗性能。在水 化热方面,会因矿粉的掺入,水化热降低。在抗冻性能方面,也 会明显有所改善。但是,在实际商品混凝土生产中,掺入矿粉 后,上述性能的改善,还需要具体的生产工艺、质量等来做保证。