微米级超细矿渣粉与硅灰性能对比研究
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２００８ 年 第 １０ 期（ 总 第 ２２８ 期 ） Ｎｕｍｂｅｒ １０ ｉｎ ２００８（ Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２２８）
混
凝
土
Ｃｏｎｃｒｅｔｅ
原材料及辅助物料 ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＡＮＤ ＡＤＭＩＮＩＣＬＥ
微米级超细矿渣粉与硅灰性能对比研究
郭永智 1， 李培彦 1， 李秋义 2 （ １． 济南鲁新新型建材有限公司， 山东 济南 ２５０１０９； ２． 青岛理工大学， 山东 青岛 ２６６０３３）
图 7 掺合料总量对混凝土 56 d 强度影响 （ １） 掺 硅 灰 混 凝 土 ３ ｄ 强 度 随 掺 合 料 的 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 量 增 加 而 急 剧 下 降；掺 Ｐｒｅ 粉混凝土 ３ ｄ 强度在掺量小于 ５０％时略有增加，当超
Ｓ９５ 矿粉 （／ ｋｇ／ｍ３）
水泥 （／ ｋｇ／ｍ３）
强度 ／ＭＰａ ３ ｄ ２８ ｄ ５６ ｄ
氯离子扩散系数 （／ １０-１２ ｍ２／ｓ）
２８ ｄ 收缩值 ／１０-６
２８ ｄ 碳化深度 ／ｍｍ
Ａ１
０
２００
０
３００
３２．２ ６０．０ ７０．２
１０．１１
４１２
６．０
Ａ２
０
０
２５０
２５０
４５．６ ７７．６ ８８．０
（ １） 硅灰及 Ｐｒｅ 粉均能大幅度降低混凝土氯离子扩散系数， 并 且 在 掺 量 在 １０％下 降 明 显 ，几 乎 呈 现 线 性 趋 势 ；而 当 掺 量 大 于 １０％后，效果不明显。
图 1 硅灰及 Pre 粉掺量对混凝土 3 d 强度影响
图 3 硅灰及 Pre 粉掺量对混凝土氯离子渗透性影响
（ ３） Ｐｒｅ 粉用于胶州湾隧道，满足了工作性及施工质量的要求，
使混凝土每立方米成本下降 ２０ 元左右，取得良好的综合效益。
图6 掺合料总量对混凝土 3 d 强度影响
参考文献： [1] 冯乃谦.高性能混凝土结构[M].北京：机械工业出版社，2004. [2] 王晓飞，等.磨细矿渣对关键材料早期性能的影响[J].建筑材料学报，
2006：361-364. [3] 蒲心诚.超高强高性能混凝土原理、配制、结构、性能、应用[M].重庆：
重 庆 大 学 出 版 社 ，2004. [4] 陈 明 祥 ，等.三 峡 工 程 基 础 灌 浆 高 压 下 改 性 灌 浆 水 泥 浆 材 的 性 能 研
究[J]. 硅 酸 盐 通 报 ，2002．
０ 引言
硅灰是配制高强高性能混凝土常用材料， 对于提高混凝 土早期强度和耐久性效果明显，也是一种稀缺资源。 当前，国 内混凝土界寻求硅灰代用品的研究方兴未艾，清华大学、同济 大 学 、重 庆 大 学 等 这 方 面 的 研 究 已 取 得 一 定 成 果 ［１-３］，济 南 鲁 新 公 司 利 用 自 主 专 利 设 备 生 产 比 表 面 积 为 ８００￣５ ０００ ｍ２／ｋｇ 微 米 级 超 细 矿 渣 粉（ 简 称 Ｐｒｅ 粉） ， 成 功 代 替 硅 灰 用 于 高 强 高 性 能 混凝土、油田固井、软土地基加固等领域。 先进的生产工艺大 幅 度 降 低 了 生 产 成 本（ 文 献［４］介 绍 三 峡 工 程 中 使 用 超 细 矿 渣 粉 改 性 超 细 水 泥 用 于 帷 幕 注 浆 ，当 比 表 面 积 为 ６５０ ｍ２／ｋｇ，最 大 粒 径 为 ２０ μｍ 时 ，生 产 成 本 已 超 千 元 ，而 鲁 新 工 艺 设 备 生 产 比 表 面 积 为 ３ ０００ ｍ２／ｋｇ，最 大 粒 径 为 ５ μｍ 时 的 产 品 生 产 成 本 仅 ８００ 元） ；细 度 波 动 小 ，产 品 质 量 更 稳 定 ；机 械 激 发 充 分 ，早 期 强 度高；粒度分布符合傅立叶级配，与水泥混合使用能充分发挥 微细料填充作用。
２．３ 掺合料总量对混凝土性能影响
将不同掺合料总量不同的各组数据正交处理结果见 图 ６￣８。
图 8 掺合料总量对混凝土氯离子渗透性影响 过 ５０％降幅明显。
（ ２） 掺硅灰混凝土 ５６ ｄ 强度受掺合料总量影响较小；掺 Ｐｒｅ 粉 混凝土 ５６ ｄ 强度在掺量大于 ５０％时明显降低。
（ ３） 掺硅灰混凝土 ２８ ｄ 氯离子扩散系数随掺合料总量增加 而降低，掺合料总量从 ４０％增加到 ５０％和 ６０％，降幅分别为 １４％ 和 １５％；掺 Ｐｒｅ 粉 混 凝 土 ２８ｄ 氯 离 子 扩 散 系 数 在 掺 合 料 总 量 为 ５０％时取得最低值（ 是掺合料总 量 为 ４０％时 的 ５６％） ，而 掺 量 为 ６０％时反而增大。 即出于氯离子渗透考虑，掺 Ｐｒｅ 粉混凝土掺合 料总量应小于 ５０％。
与山东混凝土耐久性研究中心联合进行 Ｐｒｅ 粉产品系统应 用研究，结果显示在早期强度及抗氯粒子扩散方面优势明显。
１ 试验原材料及基准配合比
山铝 Ｐ·Ｉ ４２．５ 级水泥；济南 鲁 新 Ｐｒｅ－１００００ 型 超 细 矿 渣 粉 ； 上海品牌硅灰；济南 鲁 新 Ｓ９５ 矿 渣 粉 ；德 州 电 厂 Ｉ 级 粉 煤 灰 ；平 度 河 砂 ，细 度 模 数 为 ２．６；５￣２５ ｍｍ 连 续 级 配 碎 石 ；江 苏 博 特 聚 羧酸高效减水剂。 收稿日期： ２００８-０５-２６
６２５
１ １６０
６
１６５
注：与硅灰配合比方案比较，超细矿渣粉工作性提高很明显，在保 证坍落度在（ １８０±２０） ｃｍ 情况下，微调整了外家剂和水用量。
２ 试验结果与分析
根据正交配合比原则， 设计具体配合比并进行性能检验， 测得原始数据见表 ３，对原始数据进行正交设计处理，并作图分 析见图 １￣８。
４．２２
４３９
２．５
Ｂ７
８０
１７０
０
２５０
３７．５ ６５．８ ７６．５
５．４０
４６４
０．５
Ｂ８
８０
０
２２０
２００
４５．７ ７０．０ ８１．０
２．５６
４６９
２．０
Ｂ９
８０
６０
６０
３００
４９．６ ７５．０ ８５．９
３．９５
４３７
２．０
２．２ 硅灰 ／Ｐｒｅ 粉掺量对混凝土耐久性影响
将 不 同 掺 量 硅 灰 ／Ｐｒｅ 粉 对 混 凝 土 耐 久 性 影 响 数 据 正 交 处 理结果作图见图 ３￣５。
３ 结论
（ １） 利 用 微 米 级 超 细 矿 渣 粉（ Ｐｒｅ 粉） 制 备 大 掺 量 掺 合 料 高 性能混凝土（ 强度波动在 ６３￣９７ ＭＰａ，相当于 Ｃ５０￣Ｃ８０） ，１０％掺 量时强度、耐久性等指标与 ８％掺量硅灰基本相当。
（ ２） 与 硅 灰 混 凝 土 相 比 ，Ｐｒｅ 粉 早 期 强 度 较 高 ，氯 离 子 扩 散 系数较低，经济效益明显。
１．０
Ａ７
４０
２６０
０
２００
２３．８ ５８．７ ７２．９
６．０１
４７１
３．０
Ａ８
４０
０
１６０
３００
４３．２ ７７．０ ９０．６
３．３３
５１５
１．５
Ａ９
４０
１０５
１０５
２５０
３７．７ ７３．９ ８３．９
４．１０
４９４
１．５
Ｂ１
０
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３２．２ ６０．０ ７０．２
１０．１１
４１２
６．０
Ｂ２
０
０
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图 2 硅灰及 Pre 粉掺量对混凝土 56 d 强度影响 （ １） 掺 加 ５％的 硅 灰 对 混 凝 土 ３ ｄ 强 度 影 响 大 ，５６ ｄ 强 度 影 响 较 为 显 著 ；掺 加 ８％的 硅 灰（ 混 凝 土 工 作 性 下 降 较 大） 反 而 导 致强度有降低； （ ２） 掺加 １０％￣１６％的掺微米级超细矿粉对 ３ ｄ 强度影响显 著 ，且 随 着 超 细 矿 粉 掺 量 的 增 加 而 增 大 ；对 ５６ ｄ 强 度 影 响 与 掺 硅灰混凝土大体相当。
总量 Ｃ／％
１
０／０
粉煤灰
４０
２
５／１０
矿粉
５０
３
８／１６
粉煤灰 ＋ 矿粉（ １∶１）
６０
注：在设计超细矿渣粉掺量时，由于价格不足硅灰 １／２，特将掺量定
位为硅灰的 ２ 倍。 即在第二列中 ／ 的前后分别代表硅灰和超细矿渣粉
的掺量。
表 2 正交试验基准配合比
ｋｇ／ｍ３
胶凝材料
砂
碎石
聚羧酸外加剂
水
５００
３．１４
４２４
１．０
Ａ３
０
１５０
１５０
２００
２８．２ ６６．０ ７１．１
６．３６
４３８
２．５
Ａ４
２５
２２５
０
２５０
２２．７ ５２．３ ６３．７
８．７１
４１５
５．０
Ａ５
２５
０
２７５
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４１．７ ７３．７ ９７．１
３．２７
４４０
１．５
Ａ６
２５
８７．５
８７．５
３００
４３．１ ７９．０ ８９．４
４．８５
５３９
２．１ 硅灰 ／Ｐｒｅ 粉掺量对混凝土强度影响
将 不 同 掺 量 硅 灰 ／Ｐｒｅ 粉 对 混 凝 土 强 度 影 响 数 据 正 交 处 理 结果作图见图 １、２，由图可见：
· ６７ ·
表 3 具体试验配合比（ 胶凝材料组成简表） 及试验结果
序号
硅灰 ／ 超细矿粉 （／ ｋｇ／ｍ３）
粉煤灰 （／ ｋｇ／ｍ３）
· ６８ ·
图4 硅灰及 Pre 粉掺量对混凝土收缩影响
图5 硅灰及 Pre 粉掺量对混凝土碳化性影响 （ ２） 掺 硅 灰 混 凝 土 对 其 干 燥 收 缩 影 响 较 大 ，在 ５％掺 量 时 出 现 峰 值 ；掺 Ｐｒｅ 粉 混 凝 土 随 掺 量 的 增 加 干 燥 收 缩 增 加 ，但 综 观试验中个配合比实测数据均小于 ５５０×１０-６， 低于普通混凝土 的 收 缩 值（ 一 般 约 为 ７×１０-４￣８×１０-４） ， 对 高 性 能 混 凝 土 结 构 基 本无影响。 （ ３） 掺硅灰及 Ｐｒｅ 粉均可提高混凝土抗碳化性，但是针对此 试验采取不同配合比之间差别不大。
混
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原材料及辅助物料 ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＡＮＤ ＡＤＭＩＮＩＣＬＥ
微米级超细矿渣粉与硅灰性能对比研究
郭永智 1， 李培彦 1， 李秋义 2 （ １． 济南鲁新新型建材有限公司， 山东 济南 ２５０１０９； ２． 青岛理工大学， 山东 青岛 ２６６０３３）
图 7 掺合料总量对混凝土 56 d 强度影响 （ １） 掺 硅 灰 混 凝 土 ３ ｄ 强 度 随 掺 合 料 的 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 量 增 加 而 急 剧 下 降；掺 Ｐｒｅ 粉混凝土 ３ ｄ 强度在掺量小于 ５０％时略有增加，当超
Ｓ９５ 矿粉 （／ ｋｇ／ｍ３）
水泥 （／ ｋｇ／ｍ３）
强度 ／ＭＰａ ３ ｄ ２８ ｄ ５６ ｄ
氯离子扩散系数 （／ １０-１２ ｍ２／ｓ）
２８ ｄ 收缩值 ／１０-６
２８ ｄ 碳化深度 ／ｍｍ
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３００
３２．２ ６０．０ ７０．２
１０．１１
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４５．６ ７７．６ ８８．０
（ １） 硅灰及 Ｐｒｅ 粉均能大幅度降低混凝土氯离子扩散系数， 并 且 在 掺 量 在 １０％下 降 明 显 ，几 乎 呈 现 线 性 趋 势 ；而 当 掺 量 大 于 １０％后，效果不明显。
图 1 硅灰及 Pre 粉掺量对混凝土 3 d 强度影响
图 3 硅灰及 Pre 粉掺量对混凝土氯离子渗透性影响
（ ３） Ｐｒｅ 粉用于胶州湾隧道，满足了工作性及施工质量的要求，
使混凝土每立方米成本下降 ２０ 元左右，取得良好的综合效益。
图6 掺合料总量对混凝土 3 d 强度影响
参考文献： [1] 冯乃谦.高性能混凝土结构[M].北京：机械工业出版社，2004. [2] 王晓飞，等.磨细矿渣对关键材料早期性能的影响[J].建筑材料学报，
2006：361-364. [3] 蒲心诚.超高强高性能混凝土原理、配制、结构、性能、应用[M].重庆：
重 庆 大 学 出 版 社 ，2004. [4] 陈 明 祥 ，等.三 峡 工 程 基 础 灌 浆 高 压 下 改 性 灌 浆 水 泥 浆 材 的 性 能 研
究[J]. 硅 酸 盐 通 报 ，2002．
０ 引言
硅灰是配制高强高性能混凝土常用材料， 对于提高混凝 土早期强度和耐久性效果明显，也是一种稀缺资源。 当前，国 内混凝土界寻求硅灰代用品的研究方兴未艾，清华大学、同济 大 学 、重 庆 大 学 等 这 方 面 的 研 究 已 取 得 一 定 成 果 ［１-３］，济 南 鲁 新 公 司 利 用 自 主 专 利 设 备 生 产 比 表 面 积 为 ８００￣５ ０００ ｍ２／ｋｇ 微 米 级 超 细 矿 渣 粉（ 简 称 Ｐｒｅ 粉） ， 成 功 代 替 硅 灰 用 于 高 强 高 性 能 混凝土、油田固井、软土地基加固等领域。 先进的生产工艺大 幅 度 降 低 了 生 产 成 本（ 文 献［４］介 绍 三 峡 工 程 中 使 用 超 细 矿 渣 粉 改 性 超 细 水 泥 用 于 帷 幕 注 浆 ，当 比 表 面 积 为 ６５０ ｍ２／ｋｇ，最 大 粒 径 为 ２０ μｍ 时 ，生 产 成 本 已 超 千 元 ，而 鲁 新 工 艺 设 备 生 产 比 表 面 积 为 ３ ０００ ｍ２／ｋｇ，最 大 粒 径 为 ５ μｍ 时 的 产 品 生 产 成 本 仅 ８００ 元） ；细 度 波 动 小 ，产 品 质 量 更 稳 定 ；机 械 激 发 充 分 ，早 期 强 度高；粒度分布符合傅立叶级配，与水泥混合使用能充分发挥 微细料填充作用。
２．３ 掺合料总量对混凝土性能影响
将不同掺合料总量不同的各组数据正交处理结果见 图 ６￣８。
图 8 掺合料总量对混凝土氯离子渗透性影响 过 ５０％降幅明显。
（ ２） 掺硅灰混凝土 ５６ ｄ 强度受掺合料总量影响较小；掺 Ｐｒｅ 粉 混凝土 ５６ ｄ 强度在掺量大于 ５０％时明显降低。
（ ３） 掺硅灰混凝土 ２８ ｄ 氯离子扩散系数随掺合料总量增加 而降低，掺合料总量从 ４０％增加到 ５０％和 ６０％，降幅分别为 １４％ 和 １５％；掺 Ｐｒｅ 粉 混 凝 土 ２８ｄ 氯 离 子 扩 散 系 数 在 掺 合 料 总 量 为 ５０％时取得最低值（ 是掺合料总 量 为 ４０％时 的 ５６％） ，而 掺 量 为 ６０％时反而增大。 即出于氯离子渗透考虑，掺 Ｐｒｅ 粉混凝土掺合 料总量应小于 ５０％。
与山东混凝土耐久性研究中心联合进行 Ｐｒｅ 粉产品系统应 用研究，结果显示在早期强度及抗氯粒子扩散方面优势明显。
１ 试验原材料及基准配合比
山铝 Ｐ·Ｉ ４２．５ 级水泥；济南 鲁 新 Ｐｒｅ－１００００ 型 超 细 矿 渣 粉 ； 上海品牌硅灰；济南 鲁 新 Ｓ９５ 矿 渣 粉 ；德 州 电 厂 Ｉ 级 粉 煤 灰 ；平 度 河 砂 ，细 度 模 数 为 ２．６；５￣２５ ｍｍ 连 续 级 配 碎 石 ；江 苏 博 特 聚 羧酸高效减水剂。 收稿日期： ２００８-０５-２６
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注：与硅灰配合比方案比较，超细矿渣粉工作性提高很明显，在保 证坍落度在（ １８０±２０） ｃｍ 情况下，微调整了外家剂和水用量。
２ 试验结果与分析
根据正交配合比原则， 设计具体配合比并进行性能检验， 测得原始数据见表 ３，对原始数据进行正交设计处理，并作图分 析见图 １￣８。
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２．２ 硅灰 ／Ｐｒｅ 粉掺量对混凝土耐久性影响
将 不 同 掺 量 硅 灰 ／Ｐｒｅ 粉 对 混 凝 土 耐 久 性 影 响 数 据 正 交 处 理结果作图见图 ３￣５。
３ 结论
（ １） 利 用 微 米 级 超 细 矿 渣 粉（ Ｐｒｅ 粉） 制 备 大 掺 量 掺 合 料 高 性能混凝土（ 强度波动在 ６３￣９７ ＭＰａ，相当于 Ｃ５０￣Ｃ８０） ，１０％掺 量时强度、耐久性等指标与 ８％掺量硅灰基本相当。
（ ２） 与 硅 灰 混 凝 土 相 比 ，Ｐｒｅ 粉 早 期 强 度 较 高 ，氯 离 子 扩 散 系数较低，经济效益明显。
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图 2 硅灰及 Pre 粉掺量对混凝土 56 d 强度影响 （ １） 掺 加 ５％的 硅 灰 对 混 凝 土 ３ ｄ 强 度 影 响 大 ，５６ ｄ 强 度 影 响 较 为 显 著 ；掺 加 ８％的 硅 灰（ 混 凝 土 工 作 性 下 降 较 大） 反 而 导 致强度有降低； （ ２） 掺加 １０％￣１６％的掺微米级超细矿粉对 ３ ｄ 强度影响显 著 ，且 随 着 超 细 矿 粉 掺 量 的 增 加 而 增 大 ；对 ５６ ｄ 强 度 影 响 与 掺 硅灰混凝土大体相当。
总量 Ｃ／％
１
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粉煤灰
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注：在设计超细矿渣粉掺量时，由于价格不足硅灰 １／２，特将掺量定
位为硅灰的 ２ 倍。 即在第二列中 ／ 的前后分别代表硅灰和超细矿渣粉
的掺量。
表 2 正交试验基准配合比
ｋｇ／ｍ３
胶凝材料
砂
碎石
聚羧酸外加剂
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２．１ 硅灰 ／Ｐｒｅ 粉掺量对混凝土强度影响
将 不 同 掺 量 硅 灰 ／Ｐｒｅ 粉 对 混 凝 土 强 度 影 响 数 据 正 交 处 理 结果作图见图 １、２，由图可见：
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表 3 具体试验配合比（ 胶凝材料组成简表） 及试验结果
序号
硅灰 ／ 超细矿粉 （／ ｋｇ／ｍ３）
粉煤灰 （／ ｋｇ／ｍ３）
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图4 硅灰及 Pre 粉掺量对混凝土收缩影响
图5 硅灰及 Pre 粉掺量对混凝土碳化性影响 （ ２） 掺 硅 灰 混 凝 土 对 其 干 燥 收 缩 影 响 较 大 ，在 ５％掺 量 时 出 现 峰 值 ；掺 Ｐｒｅ 粉 混 凝 土 随 掺 量 的 增 加 干 燥 收 缩 增 加 ，但 综 观试验中个配合比实测数据均小于 ５５０×１０-６， 低于普通混凝土 的 收 缩 值（ 一 般 约 为 ７×１０-４￣８×１０-４） ， 对 高 性 能 混 凝 土 结 构 基 本无影响。 （ ３） 掺硅灰及 Ｐｒｅ 粉均可提高混凝土抗碳化性，但是针对此 试验采取不同配合比之间差别不大。
