李海豹，豐曙霞

（1.江蘇省建筑材料研究設計院有限公司，江蘇 南京 210009；2.山東英才學院建筑工程學院， 山東 濟南 250104）

0 引言

在工程建設中，水泥是重要的原材料之一，隨著我國經濟建設規(guī)模的擴大，其用量也日益增大。2010 年，我國水泥的產量已達18.68 億t，占世界總產量的60%左右。 因此工業(yè)廢渣再利用，減少水泥熟料的生產及消耗成為重要的研究內容。

礦渣是冶鐵工業(yè)的副產品，常作為混合材或摻合料用于水泥及混凝土的制備。 經過急冷處理的礦渣90%以上為具有潛在反應活性的玻璃體，化學組成主要為Ca0、Mg0、Si02和A1203，與水泥熟料相比，鈣含量較低，Mg 含量較高。 用于水泥基材料制備的礦渣一般需要經過粉磨處理，通過粉磨降低礦渣顆粒的粒徑，增大比表面積從而提高礦渣的反應活性。因此，磨細礦渣粉的顆粒群特征(包括顆粒大小、分布狀態(tài)和形貌指數(shù)等)對水泥基材料的性能有顯著的影響作用。 一般認為礦渣粉體中位徑小于10 μm 的顆粒對早期活性(3～7 d) 的影響最大， 10～20 μm 的礦渣顆粒對后期活性(28 d)的貢獻較大。 Wang PZ 等認為要獲得較高的28 d 抗壓強度，需要將礦渣微粉的粒徑控制在40 μm 以內。另有多位學者根據(jù)R-R-B 分析礦渣顆粒粒度分布寬窄與抗壓強度的關系，普遍認為，當特征粒徑相近時，寬分布較窄分布具有較高的早期強度。

目前研究較多的是顆粒群特征對抗壓強度的影響，對于顆粒特征對其他性能如新拌砂漿或混凝土的流動性以及耐久性研究較少。本文系統(tǒng)分析了不同粒徑區(qū)間的磨細礦渣粉對水泥砂漿流動性、抗壓強度及抗?jié)B性的影響。

1 試驗原材料及方法

海螺水泥P.II 52.5，上海寶田礦渣，化學組成如表1 所示；ISO 標準砂，拌合及養(yǎng)護水為自來水。

根據(jù) 《水泥膠砂強度檢驗方法》GB/T17671-1999(ISO 679：1989)制備水泥砂漿，純水泥砂漿標記為PC，摻磨細礦渣粉水泥砂漿標記為SC，其中礦渣粉50%等量替代水泥，灰砂比為3，水灰比為0.5； 分別根據(jù) 《水泥膠砂流動度測定方法》GB/T2416-2005、《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO 法)》GB/T 17671-1999 測試新拌砂漿的流動度及硬化砂漿的抗壓強度； 參照 《水工混凝土試驗工程》DL/T 5150-2001 和《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》GBJ 82-2009 測試砂漿抗?jié)B性能。

2 試驗結果與分析

表1 水泥和礦渣的化學組成 （w/%）

2.1 不同粒徑特征礦渣粉的組成及粒度分布

將原狀礦渣經過粉磨、 氣流分選等操作制備出五種不同粒徑區(qū)間的礦渣粉， 分別記作S1、S2、S3、S4、S5， 激光粒度儀分析其粒度分布如圖1 所示，粒徑特征參數(shù)如表2 所示。 磨細礦渣粉的粒度分析結果顯示，從S1 到S5 粒徑分布曲線逐漸左移，說明顆粒群的細度逐漸增大， 平均粒徑、 中位徑從S1 的58.20 μm、51.97 μm 下降到S5 的2.05 μm、1.86 μm，比表面積從160 m2/kg 增大至1 102 m2/kg。

2.2 礦渣粉粒徑特征對水泥砂漿性能的影響

圖2 中PC 表示純水泥砂漿，S1C 表示摻50%S1 礦渣粉的水泥砂漿，同理解釋S2C-S5C。

圖1 S1-S5 的粒徑分布曲線

圖2 是不同粒徑區(qū)間的磨細礦渣粉對新拌水泥砂漿流動度的影響。 由圖2 可知，磨細礦渣粉的粒徑特征對砂漿性能有顯著的影響。隨著比表面積的增大， 摻磨細礦渣粉的水泥砂漿流動度降低，原因在于比表面積增大， 顆粒表面的吸附水量增加，漿體中的自由水量降低，使得漿體流動度下降。 當?shù)V渣粉的比表面積小于410 m2/kg 時，SC 的流動度大于PC， 說明較粗的礦渣粉有利于提高水泥砂漿的流動度。

圖2 磨細礦渣粉粒徑特征對新拌砂漿流動度的影響

表2 S1-S5 的粒徑特征參數(shù)

圖3 是不同粒徑區(qū)間的磨細礦渣粉對硬化水泥砂漿各齡期抗壓強度的影響。 試驗結果表明，相同齡期的摻磨細礦渣粉水泥砂漿的抗壓強度隨礦渣微粉比表面積的增大而增大，說明細度的增大有利于礦渣顆粒的反應活性的提高，促進其在水泥漿體中的反應進程，從而提高砂漿的力學性能。另外，7 d 齡期之前PC 的抗壓強度最高，28 d 之后摻有較細礦渣微粉的S3-S5 的抗壓強度超過PC， 說明細度對礦渣顆?；钚缘挠绊懽饔弥饕憩F(xiàn)在水化7 d 以后。

圖3 磨細礦渣粉粒徑特征對硬化砂漿抗壓強度的影響

圖4 是不同粒徑區(qū)間的磨細礦渣粉對硬化水泥砂漿28 d 抗?jié)B性的影響。 試驗采用不透水系數(shù)表征砂漿抗?jié)B性，計算公式如下：

Fi= Σ(Pi·ti)

式中：Fi為砂漿試件不透水系數(shù) （MPa·h）；Pi為試件在每一壓力階段所受水壓（MPa）；ti為一定壓力保持的時間（h）。

圖4 礦渣粉粒徑特征對28 d 水泥砂漿抗?jié)B性的影響

抗?jié)B性試驗結果表明，隨著比表面積的增大，摻磨細礦渣粉的水泥砂漿28 d 不透水系數(shù)先增大后降低，即砂漿抗?jié)B性先提高后降低；除S1C 外，其余摻礦渣粉的水泥砂漿抗?jié)B性均優(yōu)于純水泥砂漿PC，說明摻加一定細度的礦渣粉有利于水泥砂漿28 d 抗?jié)B能力的提高。

3 結論

磨細礦渣粉的細度對新拌及硬化水泥砂漿的性能有較大影響。 比表面積160～1 100 m2/kg 之間，隨著顆粒群細度增大，摻礦渣粉的水泥砂漿流動度降低，抗壓強度增大，硬化砂漿抗?jié)B性先提高后降低，礦渣粉比表面積890 m2/kg 時，28 d 硬化砂漿抗?jié)B性能最佳。

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