0前言

    超细矿渣粉是指以矿渣微粉为主要原材料，通过一定程度的深化加工和复配，形成细度更细（比表面积达到500m2/kg以上）的一种新型掺合料，属于矿渣微粉的高端衍生品，其具有较高的比表面积和火山灰活性。矿渣微粉在混凝土中应用在我国已取得了长足的发展。但目前常用的S95矿渣微粉在混凝土中的应用仍存在诸多问题：①掺入量偏低（一般掺量60~70kg/m3）；②颗粒级配较差；③早期强度低（3d强度一般<65%）；④干缩偏大等。而超细矿渣粉经超细粉磨，粒径分布合理，早期活性高、耐久性好。因此，挖掘矿渣微粉潜在活性，开发超细矿渣粉，成为了矿渣市场的必然走势。

1超细矿渣粉的作用机理

1.1超细矿渣粉的减水机理

    超细矿渣粉的减水机理主要与颗粒物理性态有关，可以用微填充效应和体积质量效应来分析。

    ①微填充效应。在混凝土粉料中，水泥颗粒粒径最大，磨细矿渣、粉煤灰次之，硅灰最小，超细矿渣粉的粒径大小介于粉煤灰和硅灰之间，球状小颗粒的超细矿渣粉可填充在水泥、粉煤灰、硅灰颗粒间的空隙中，置换出其间的填充水，从而使拌和物的表面水相应大量增加，促进水泥浆体流动性的改善。

    ②体积质量效应。矿粉加入到水泥中时，一般都采用质量置换法，在等质量置换水泥的条件下，可以获得更多的胶凝材料浆体体积，从而提高拌和物的流动性。

1.2超细矿渣粉活性改善机理

    超细矿渣粉的反应活性分为固有活性和诱增活性。

    ①固有活性：粒化高炉矿渣在碱激发、硫酸盐激发下发生反应，形成低钙型CSH凝胶和相应的反应产物，不仅增加了CSH的量，而且消耗了于强度不利的氢氧化钙(CH)晶体，CH的减少又进一步促使C3S和C2S的水化，形成了有利于水泥和矿渣水化的良性循环，超细矿渣粉的这种反应活性可称为固有活性。②诱增活性：超细矿渣粉粉磨过程不仅是颗粒减小的过程，同时伴随着晶体结构及表面物理化学性质的变化。晶体结构的变化主要反映为晶粒尺寸减小、晶体形变增大和结构发生畸变。晶粒尺寸减小，保证了矿物与水接触面积的增大；晶体形变增大提高了矿物与水的作用力；结构发生畸变、结晶度下降使矿物晶体的结合键减小，水分子容易进入矿物内部，加速水化反应。另外，在机械力粉磨的过程中，强烈的机械冲击、剪切、磨削作用和颗粒之间相互的挤压、碰撞作用，可能促使矿渣玻璃体发生一定程度的解聚，使得玻璃体中的分相结构在一定程度上得到均化,这也是矿渣活性提高的重要原因。

1.3超细矿渣粉与其他外掺料的复合效应

    超细矿渣粉与水泥、粉煤灰、硅灰等其他矿物掺合料复合掺入混凝土中，微观层面上，将会产生“多元复合效应”，即微集料效应、形态效应、界面效应和火山灰效应；宏观层面上，则会出现“1+1>2”的性能叠加效应，甚至性能超叠加效应。

2超细矿渣粉混凝土试验研究

2.1原材料

    （1）水泥：采用上海海豹水泥（集团）有限公司提供PO42.5水泥，具体指标见表1。安徽海螺水泥股份有限公司提供PⅡ52.5水泥，具体质量指标见表2。

    （2）粉煤灰：采用石洞口发电厂二级低钙粉煤灰，具体指标见表3。

    （3）矿粉：S95矿粉、超细矿渣粉均由上海宝田新型建材有限公司提供，其中S115-5、S115-10、S115-15分别表示经5μm、10μm、15μm筛余不低于97%的超细矿渣粉。具体指标见表4。

    （4）集料：细集料为庐江Ⅱ区中砂，细度模数2.7；粗集料为湖州新纪元5~25mm碎石。

    （5）外加剂：选用上海建筑科学研究院的高效减水剂（LEX-9P），上海西卡的高效减水剂（VC20HE）。

2.2  C35普通混凝土试验配合比及结果分析

    胶凝材料总量为370kg/m，固定水灰比为0.43，配制C35混凝土，其中固定粉煤灰掺量为胶凝材料的19%，矿粉掺量为11%、22%、32%。超细矿粉选取S115-10、S115-15两种，并与S95矿粉进行比较，具体配合比见表5。

    由图1、图2可知，S115-10对混凝土抗压强度的贡献较S95稍小，S115-15则对混凝土抗压强度的贡献较S95矿粉大。当掺量为11%时，S115-15超细矿粉混凝土3d强度较掺S95矿粉混凝土可提高一个强度等级以上；当掺量为32%时，S115-15超细矿粉混凝土28d强度较掺S95矿粉混凝土可提高17MPa。

    混凝土耐久性方面，从电通量或氯离子扩散系数看，S115-15超细矿粉对混凝土耐久性更有利。建议采用S115-15超细矿粉配制普通混凝土，由于S115-15超细矿粉掺量对混凝土抗压强度影响不大，建议掺量为10%~20%。

2.3  C55管片混凝土试验配合比及结果分析

    C55管片混凝土试验配合比见表6。依据STB-DQ-010201《上海地铁盾构法隧道管片设计和生产技术指导意见》配制、成型轨交管片混凝土，超细粉替代水泥比例分别为12%、22%、32%，并与S95矿粉混凝土比较。

    混凝土强度方面，超细矿粉对管片混凝土蒸养强度、24h自养强度、7d、28d标养强度的贡献均较S95矿粉大。如图3、图4、图5所示，S115-5超细粉对管片混凝土蒸养强度的贡献最大，S115-15μm次之；S115-10超细粉对管片混凝土24h自养强度的贡献最大。在掺量达到20%以上，S115-10超细粉的后期强度较S115-5和S115-15超细粉大，且相对于掺S95矿粉混凝土，掺S115-10超细粉混凝土28d强度提高了13~15MPa。

    根据STB-DP-010201“上海地铁盾构法隧道管片设计和生产技术指导意见”规定:“管片成型后以同等条件养护的试件抗压强度达到20MPa方可脱模、吊运”。耐久性要求：“氯离子扩散系数DCl-≤1.2×10-8cm2/s；电通量≤1000C（不掺加钢纤维的管片）”。则表6所示管片混凝土中，掺加超细矿粉的混凝土均可实现24h自养后达到脱模强度，实现管片免蒸养，且耐久性指标均符合要求。综合考虑技术经济性能，S115-10超细矿粉比较适合用于C55管片免蒸养生产，建议掺量为10%~20%。

3超细矿渣粉混凝土的经济技术分析

    由于超细矿渣微粉经超细粉磨，价格较高，其在混凝土及其制品中应用的经济优势主要表现在综合成本上，具体包括以3个方面：

    （1）调整级配，降低成本。超细矿渣粉等量取代S95矿粉用于混凝土，超细矿渣微粉在提高混凝土早期强度、后期强度和耐久性方面均具有优势。根据试验结果推断可通过改变混凝土级配降低成本。

    （2）探索免蒸养，降低蒸养费用。蒸养费用往往占预制混凝土构件产品成本中一定比例，实现免蒸养可降低预制混凝土构件产品的成本。采用超细矿渣粉生产管片可实现自养24h达到脱模强度。因此，可考虑在冬季应用超细矿渣微粉实现预制构件生产免蒸养，以降低蒸养费用。

    （3）缩短生产周期，提高模具周转率研究超细矿渣微粉对蒸养时间的影响，在缩短预制构件的蒸养和生产周期的情况下，提高模具周转率，从而达到利用较少的模具获得同样的产量，降低其总成本。

4结语

    超细矿渣粉经超细粉磨，改变了颗粒形貌，微观结构，极大地影响了超细矿渣粉各种效应。超细矿渣粉用于普通混凝土，可提高混凝土强度高达一个等级，且耐久性优良；应用于管片混凝土构件，可实现免蒸养，其经济效益显著，市场前景广阔

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