矿粉混凝土在工程实践中的研究

张 雷

（四川广元西南商品混凝土有限公司， 四川 广元 628001）

主题词：矿粉；混凝土；研究

1 矿粉的认识和开发应用矿粉混凝土的意义

优质矿粉合理地应用于混凝土，不仅能代替部分水泥节约成本，而且其特有的性能可以有效地改善混凝土的性能。开发矿粉混凝土，主要是基于对矿粉的以下的认识，来实现矿粉在建筑工程中的应用。

(一)改善混凝土的工作性

商品混凝土大多是泵送混凝土，混凝土中掺入矿粉后，拌合物凝结时间延长、坍落度损失小、流动性和保水性得到明显改善，浆体对粗骨料的包裹明显加强，在泵送和浇筑过程中，施工性能改善，施工速度加快，设备磨损减小。

(二)提高混凝土的耐久性

混凝土掺入矿粉，一方面可以补偿细骨料的不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，另一方面，矿粉本身没有强度，但是当矿粉和水泥结合在一起的时候，矿粉的细微颗粒会均匀分布在水泥颗粒之中，发生火山灰反应生成二次 C—S—H凝胶，可以填充孔隙，从而使混凝土更加密实。在大体积混凝土中掺入矿粉，可以使混凝土单位体积的水化热降低，水化热高峰推迟，从而防止混凝土产生温度裂纹。

(三)改善混凝土的力学性能

矿粉对混凝土的强度影响主要表现在三个方面：第一，优质矿粉可以减少单位体积混凝土的用水量提高强度；第二，矿粉的掺入可以分散水泥颗粒，使水泥水化反应更加充分，提高水泥浆体的密实度，使混凝土中骨料和与水泥浆的界面胶结力增强，提高界面强度；第三，矿粉对混凝土的抗弯拉强度明显优于普通混凝土。

2 矿粉混凝土的设计和开发方案

(一)按“等稠度，等强度”原则

在混凝土中掺入矿粉的方法有三种方法：一是全部取代水泥，二是部分取代水泥部分取代细骨料，三是既不取代水泥也不取代细骨料。按经济合理、技术可行的原则，一般都是采用矿粉部分取代水泥。我们按照GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》，GB/T50107—2010《混凝土强度评定方法》，GB50204-2015《结构混凝土施工质量验收规范》的有关规定，以基准混凝土配合比为基础，按照“等稠度，等强度”原则，用等量取代法进行设计和调整。

(二)配合比设计

根据 GB/T18046—2008、GB/T50107—2010、GB50204-2015等规范的要求，结合公司的生产设备、质量技术水平和施工单位的实际操作水平，矿粉混凝土按以下基本参数进行配合比的设计。

3.1 混凝土拌合物初始坍落度200—220mm，扩展度（流动度）520—560mm，1h后扩展度在500mm以上。

3.2 矿粉混凝土强度设计的标准差C25及以下按3—4MPa设定，C30及以上按5—8Mpa设定，7d混凝土强度达到设计强度的90%以上。

3.3 利用高性能减水剂减水率大的特点，尽可能降低水胶比。

3.4 矿粉的取代率：C25及以下强度等级按15--20%，C30及以上强度等级按20—25%。

3.5 C25及以下强度等级用中细砂，以增强混凝土的保水性能，C30- C45以上强度等级尽可能用中砂，C50以上强度等级尽可能用粗砂以降低混凝土的黏度。

3 矿粉混凝土的试配

(一) 原材料及技术要求

1.1 水泥

选用川煤牌P.O42.5R水泥，对水泥的技术要求：比表面积≥340m2/Kg，需水量≤135.0ml，初凝≥200min，终凝≤300 min，3d抗折强度≥4.5Mpa，28d抗折强度≥8.0Mpa，3d抗压强度≥25.0Mpa，28d抗压强度≥47.0Mpa。

1.2 矿粉

选用汉中汉钢 S95级矿粉，对矿粉的技术要求：密度≥2.8g/cm3,比表面积≥420m2/kg，LOSS≤2.0%，SO3≤1.5%,流动度比≥95%，7d活性指数≥75%,28d活性指数≥95%。

1.3 粗集料（碎石）

选用广元昭化河段的 5-25mm碎石，其主要技术指标要求：表观密度≥2600Kg/m3，松散堆积密度≥1500Kg/m3，空隙率≤45%，含泥量≤1.0%，针片状含量≤0.5%。

1.4 细集料（机砂）

选用广元昭化河段的机制中砂，其主要技术指标要求：表观密度≥2500Kg/m3，松散堆积密度≥1500Kg/m3，空隙率≤42%，石粉含量≤10.0%，细度模数2.4-3.1。

1.4 减水剂

选用广元诚凯利高性能能减水剂（CKL-3），要求与水泥的适应性强，坍落度损失小，其主要技术质量指标：减水率≥25%：初始净浆流动度≥240mm，60min≥240 mm；混凝土坍落度保留值：初始≥220mm, 60min≥210mm,120min≥180mm，1h经时变化量≤30 mm；混凝土抗压强度比：7d≥140%，28d≥130%。

(二)矿粉混凝土的试配

根据混凝土的有关设计、控制和检验、评定标准，结合公司材料的变化、质量控制水平和施工实际，考虑到建筑物特征、施工环境和气候、施工工艺，采用多次正交试验，以C35泵送矿粉混凝土为例进行说明，试配配合比主要技术参数和部分试配结果统计见表1：

4 矿粉混凝土的工程应用

截止目前，本公司已生产矿粉混凝土33.4万立方米左右，主要用于凤凰唐城一期、恒昌·如意湖畔、广元市利州区军民融合产业园赤化PPP项目等67个大大小小的工程项目。在实际的工程实践中，我们发现矿粉混凝土的工作性能良好，在矿粉取代率小于 25%，坍落度控制在合理的范围内，与基准混凝土相比，矿粉混凝土的强度是有保证的，完全能够达到结构混凝土的要求。

工程实际应用中，混凝土工作性能良好。在施工现场采取试件，进行标准养护，然后进行混凝土力学性能试验，对采取的56组试件进行了统计分析，7d抗压强度平均值：32.7Mpa，28d抗压强度平均值：40.9 Mpa，28d最大值：43.7Mpa，28d最小值：35.3Mpa，标准偏差：3.3%。依据国家标准GB/T50107-2010《混凝土强度检验评定标准》的规定，采取的试件经标准养护28天后检测100%合格；按照国家标准GB50164-2011《混凝土质量控制标准》的规定，生产管理水平达到优良，满足了工程设计要求。

5 配制生产矿粉混凝土的体会

通过试配试验和工程实际应用，矿粉混凝土的生产是成功的，配合比设计、质量控制是令人满意的，矿粉混凝土抗压强度的测试结果是理想的。从配合比设计、质量控制和浇筑养护来看，主要有以下几点认识和体会：

(一)加强对矿粉质量的控制，是生产优质矿粉混凝土的前提。

矿粉的质量对混凝土的影响很大，因此，矿粉进厂必须车车检验，观测矿粉颜色，检测矿粉的烧失量、流动度比，根据矿粉的流动度比和烧失量检测结果，确定粉煤灰所入库号或拒绝入库。观测矿粉的颜色是检查矿粉质量最简单、最直观的方法。

(二)矿粉的取代率应在一个合理的范围内，才能发挥矿粉作用。

从表1可以看出，使用P.O42.5R普通硅酸盐水泥，用矿粉取代部分水泥，在取代率不超过 25%的范围内，随着矿粉的掺量提高，砼强度不但没有下降还略有提高。

在试配试验中，我们发现，矿粉混凝土的和易性与矿粉的取代率关系密切，但取代量的多少对延长混凝土凝结时间、对坍落度的经时损失明显有利，混凝土掺入磨细矿粉后能延缓胶凝材料的水化速度，使混凝土的凝结时间延长，这一性质对高温季节混凝土的输送和施工有好处。在取代部分砂，即降低砂率的情况下，对强度的提高有利。

(三)矿粉混凝土的水胶比对强度的影响十分明显。

在我们的试验和实际应用中发现，用矿粉取代部分水泥，如果不降低水胶比，也就是不减少混凝土的单位用水量，矿粉混凝土的工作性能虽然很好，但强度却明显下降。矿粉混凝土的水胶比应比基准混凝土的水灰比降低0.03—0.05，即单位用水量降低8—12kg，，才能使矿粉混凝土与基准混凝土实现“等强度”；在矿粉取代率、砂率选取合理的情况下，使用减水率大的减水剂（泵送剂），矿粉混凝土单位用水量降低 8—12kg，也能够与基准混凝土实现“等稠度”。因此，矿粉混凝土应尽可能降低水胶比，来保证强度和耐久性，同时低水胶比，也是配制高强混凝土的必由之路。