理论文献
应用高品质矿渣微粉提高建筑物寿命
作者:李喜才   发表时间:2017-02-15

冶炼生铁排放的高温熔渣经过水淬后,称为粒化高炉矿渣。粒化高炉矿渣经过磨细,达到《GB/T 18046—2008》用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉国家标准的,称为矿渣微粉。矿渣微粉分为三个等级:S105级、S95级、S75级。

    笔者认为比表面积≥480㎡/㎏,活性指数7d≥95%、28d≥105%的矿渣微粉为高品质矿渣微粉。

    由于矿渣粉易磨性差,目前国内很多生产矿渣微粉企业为了降低粉磨电耗,降低生产成本,生产的矿渣微粉比表面积大多数都在400㎡/㎏左右, 7d活性指数50%左右,28d活性指数90%左右。

    低品质矿渣微粉由于活性指数低,把低品质矿渣微粉1:1掺入对比水泥,其强度低于对比水泥强度,见表1。

表1 低活性矿渣微粉1:1掺入对比水泥

水泥

矿渣微粉活性指数

抗压强度Mpa

7d

28d

7d

28d

90d

100%普硅42.5级对比水泥①



25.8

43.6

50.8

水泥②(50%矿渣微粉+50%水泥①)

52.3%

84.4%

13.5

36.8

45.5

    低品质矿渣微粉配制的水泥②,7d、28d、90d抗压强度分别低于比对比水泥①12.3Mpa、6.8Mpa、5.3Mpa。

    经过对比试验数据可以看出,因为低品质矿渣微粉其潜在的活性并没有完全发挥出来,不仅仅降低水泥强度,也降低矿渣微粉掺量。低品质矿渣微粉不能在混凝土中体现出矿渣微粉的优秀性能。可惜有限的矿渣资源,却没有发挥出它应有的作用。

    20世纪初期粒化高炉矿渣粉在欧洲最先用于海工水泥混凝土结构,到目前世界各国在各种耐久性混凝土结构的广泛应用,说明高品质矿渣微粉是混凝土的优质掺合料和水泥的优秀混合材,是当今世界公认的配制高强、耐久性混凝土结构的首选材料之一,是配制高性能特种混凝土的首选掺合料。

    一、配制高强、耐久混凝土,提高建筑物寿命

    高品质矿渣微粉颗粒小,能够占据混凝土中水分空隙,减少混凝土用水量,提高混凝土强度。

    由于高品质矿渣微粉独具巨大的潜在活性特点,混凝土中掺入高品质矿渣微粉,混凝土的性能得到较好的发挥,尤其使混凝土的后期强度更高,可大幅度提高混凝土强度增长期,有资料显示,掺入高品质矿渣微粉混凝土的强度增长期可达到几百年。

    高品质矿渣微粉1:1掺入对比水泥,强度高于对比水泥。见表2

表2 高品质矿渣微粉1:1掺入对比水泥

水泥

矿渣微粉活性指数

抗压强度Mpa

7d

28d

7d

28d

90d

100%普硅42.5级对比水泥①



38.5

51.6

64.3

水泥②(50%矿渣微粉+50%水泥①)

106.5%

138.5%

41.1

71.5

91.6

    高品质矿渣微粉配制的水泥②,7d、28d、90d抗压强度分别高出对比水泥①2.6Mpa、19.9Mpa、27.3Mpa,不但降低生产成本,最大的优点是提高混凝土的综合性能,提高混凝土后期强度增长期,提高建筑工程质量,无疑延长建筑物寿命。

    高品质矿渣微粉更适合配制水泥预制结构件,如电线杆、轨道枕、高强桩柱、排水管道等等,同样可提高预制结构件强度与寿命。

因此,高品质矿渣微粉掺入混凝土是提高建筑物寿命最好的措施之一。

    二、配制低水化热混凝土,适用大体积混凝土结构工程

    混凝土在硬化过程中,水泥水化反应产生大量水化热。由于混凝土热阻很大,热量聚集在内部不易散发,而表面散热较快,致使在混凝土内部和表面形成较大温差。这样会导致不均匀温度变形和温度应力,一旦拉应力超过混凝土即时抗拉强度,就会在混凝土内部或表面产生裂缝。

    与普通硅酸盐水泥混凝土相比,掺入大量高品质矿渣微粉的混凝土,可降低浆体的水化热,混凝土具有总放热量少,水化放热速度慢和最高升温低的特点,可有效降低大体积混凝土结构早期温度裂缝。

    因此,利用大掺量高品质矿渣微粉配制低水化热混凝土,特别适用大体积混凝土结构工程。

    三、配制抗氯离子渗透、抗腐蚀混凝土,适用水利、海洋混凝土工程。

    海工混凝土由于经常地或周期性地与海水接触,受到海水或海洋大气(含有氯离子)的物理化学作用,或受波浪、流水的冲击、磨损等作用,而遭受损害,缩短耐用年限。

    混凝土掺入高品质矿渣微粉,提高了混凝土的抗渗透性能,降低了氯离子在混凝土的扩散,从而增强混凝土中钢筋抗腐蚀能力,增强混凝土的抗渗性、抗冻性、抗蚀性、防止钢筋锈蚀和抵抗冰凌撞击的性能。

    因此,高品质矿渣微粉适用配制抗氯离子渗透、抗腐蚀混凝土,适用水利、海洋混凝土工程。

    四、配制抗硫酸盐腐蚀混凝土,适用盐碱地区混凝土结构工程。

混凝土硬化后,普通硅酸盐水泥中的铝酸盐可与周围环境的硫酸盐反应,导致混凝土膨胀而造成破坏。

    高品质矿渣微粉的掺入可以减少水泥中铝酸盐的含量,减少硫酸盐的渗入,从而降低硫酸盐侵蚀,延长盐碱地区混凝土结构使用寿命。

    因此,高品质矿渣微粉适用配制抗硫酸盐腐蚀混凝土,适用盐碱地区混凝土结构工程。

    五、结论

    综上所述,低品质矿渣微粉虽然价格相对较低,其潜在的活性性能却远远没有发挥出来,不易应用到建筑工程。高品质矿渣微粉虽然价格相对较高,其潜在的活性性能可以完全发挥出来,能够提高混凝土的综合性,是配制高强、高性能混凝土及特种混凝土的优秀掺合料。

    住建部副部长仇保兴在第六届国际绿色建筑与建筑节能大会上发言指出,我国是世界上每年新建建筑量最大的国家,每年20亿平方米新建面积,相当于消耗了全世界40%的水泥和钢材,而建筑物的寿命却只能持续25~30年。 
    这种说法,和建设部住宅产业化促进中心一位副主任的说法不谋而合:“国内住宅的平均寿命却仅仅为30年。”这个寿命,不到英国建筑寿命132年的四分之一,不到美国建筑寿命74年的二分之一。

    建筑物的质量与寿命,涉及三个主要环节:一是工程设计,是建筑施工的依据;二是建筑材料生产企业、建筑工程施工企业;三是政府职能部门,建筑工程的技术监督与质量管理。

    提高建筑物寿命,关键是建筑设计部门。设计高品质矿渣微粉、S105级矿渣微粉在混凝土工程的应用,才能推进实现我国建筑物百年寿命的目标!