矿渣微粉对混凝土的作用机理,一起来了解下!

作者:admin 发布日期: 2021-04-20 二维码分享
从公元前2世纪在建筑上使用天然火山灰、石灰、碎石拌制天然混凝土,到1824年烧制出硅酸盐水泥,1850年出现钢筋混凝土和1940年采用预应力混凝土技术。混凝土技术有了突飞猛进的发展,为建造高层建筑和桥梁以及海港、大坝等工程提供了物质基础。
人类在使用混凝土的同时,又遇到混凝土耐久性问题。如:用于机场、桥梁、公路和港口码头等工程的混凝土,顺筋开裂,剥落加剧,结构破坏。我国1981年调查了18座使用了7~25年的海港混凝土码头,因耐久性原因遭受破坏的占到80%以上;今后每年还将有3万座桥梁加入被破坏的行列,每年大约产生6000万吨废弃混凝土。混凝土耐久性破坏,要花费大量的财力用于维修和重建。
1 矿渣微粉
1.1 高炉矿渣
高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种矿渣。在高炉冶炼生铁时,高炉加入的燃料除铁矿石和原料(焦炭)外,还要加入助熔剂白云石。当炉温达到1400~1600℃时,助熔剂和铁矿石发生高温反应,生成生铁和矿渣。矿渣在高温状态通过水淬而成,玻璃体含量多。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的,是一种易熔混合物。
高炉矿渣属于硅酸盐质材料,根据高炉矿渣化学成分中碱性氧化物的含量,分碱性矿渣、中性矿渣和酸性矿渣。它们以矿渣碱性氧化物和酸性氧化物的比值M来判别:
M=(CaO+MgO+Al2O3)/SiO2
M>1为碱性矿渣;M<1为酸性矿渣;M=1为中性矿渣。酸性矿渣的胶凝性差,而碱性矿渣的胶凝性较好。
1.2 矿渣微粉
粒化高炉矿渣经过粉磨机械磨细后的细粉称为矿渣微粉,由于水淬急冷后的矿渣结构处在高能量状态,不稳定,潜在活性大。经过磨细后在硫酸盐和碱性激发剂作用下使潜在的活性充分地发挥出来。因此,磨细矿渣是提高其活性极为有利的技术措施。
2 矿渣微粉在混凝土中的作用机理
矿渣微粉作为混凝土矿物外加剂,是传统混凝土领域的技术创新,它掺入到混凝土中可以改善硬化混凝土的物理力学性能、和易性和耐久性能。
2.1 矿渣微粉改善硬化混凝土力学性能机理
2.1.1 复合胶凝性能
矿渣微粉是根据复合胶凝效应原理,遴选不同种类胶凝特性互补的矿物,组成矿物外加剂复合体系。复合胶凝效应包括以下三个方面的作用:
2.1.1.1 诱导..效应

诱导..是介稳态复合相在水化过程中,相互诱导对方能态,越过反应势垒,使介稳态体系活化,使水化动力学加速,诱导..是介稳相离子基团和分子的化学复合作用。如高钙类玻璃相与高铝中硅玻璃相复合体系水化液相,主要离子Ca2+、AlO2- 和SiO4-,当存在硫酸根时,则形成钙矾(AFt),AFt是良好的胶凝产物,它的形成消耗了液相中的Ca2+和AlO2-,使得溶液中的CA2+和AlO2- 浓度降低,促使高钙玻璃相和高铝中硅玻璃相水解反应得以继续进行。两类玻璃相水化液相离子互补,使生成的AFt产物不断加速。这样玻璃相失去稳定性,活性提高,使非典型玻璃相相互诱导..。

2.1.1.2 表面微晶化效应
介稳态复合体系在水化过程中若不存在外在干扰,系统中的水化产物只能借助热力学起伏在某局部区域出现,即新相只能通过成核才能形成,当有另一复合相存在时,其微晶核作用降低了成核势垒,产生非均匀成核,使水化产物在另一复合相表面沉淀析出,加速了水化过程。
2.1.1.3 界面耦合效应
矿渣微粉复合体系通过诱导..,水化硬化后,形成稳定的凝聚体系,其显微界面的粘结强度与宏观物理力学性能密切相关。
界面耦合作用来源于啮合作用,分子间作用力及表面自由能和化学结合。复合化学反应对粘结强度的贡献是通过产物形成特定的界面微结构来实现的。
文献中指出由两种以上混合材与熟料组成的复合凝聚体系,可抑制Ca(OH)2在骨料界面生成,在界面区形成富硅的致密结构,....界面粘结强度。
2.1.2 微集料效应
2.1.2.1 自紧密堆积效应
混凝土体系可理解为连续级配的颗粒堆积体系,即粗集料间隙由细集料填充,细集料间隙由水泥颗粒填充,水泥颗粒之间的间隙则需要更细的颗粒来填充。矿渣微粒的.可几粒径在10μm左右。可起到填充水泥颗粒间隙的微集料作用,使混凝土形成细观层次的自紧密体系。实验结果表明:掺矿渣微粉混凝土容重大于未掺矿渣微粉的基准混凝土容重。
2.1.2.2 形状效应
矿渣颗粒的形状和表面粗糙度对紧密堆积及界面粘结强度有密切的关系。
2.2 矿渣微粉改善混凝土和易性机理
2.2.1 矿渣微粉辅助减水机理
矿渣微粉辅助减水作用是以下三个方面综合作用的效果。
2.2.1.1 流变学原理的应用
水泥浆的流动性与其屈服应力τ0密切相关,屈服应力τ0愈小流动性愈好。表现为混凝土拌合物坍落度大,矿渣微粉可显著降低水泥浆屈服应力,因此可以改善混凝土拌合物的和易性。
2.2.1.2 矿渣微粉的微珠轴承润滑效果
矿渣通过粉磨过程变成微粉,其颗粒的棱角大部分被磨圆,颗粒形貌比较接近鹅卵石。矿渣微粉颗粒群的定量体视学分析结果表明:矿渣微粉颗粒.可几直径在6~10μm,圆度在0.2~0.7范围。颗粒直径愈小,圆度愈大,即颗粒形貌愈接近于球体。因此,矿渣微粉在新拌混凝土中具有微珠轴承润滑效果,可增大水泥浆的流动度。
2.2.1.3 辅助减水效应
由于矿渣微粉具有较高的比表面积,会使水泥浆的需水量增大,因此矿渣微粉本身并没有减水作用,它只有与减水剂复合作用时,以上两方面优势才得以发挥,使水泥浆和易性获得进一步改善,表现出辅助减水效果。
2.2.2 矿渣微粉改善坍落度损失的机理
2.2.2.1 从流变学角度分析,掺..减水剂混凝土
坍落度损失较快的原因,是由于其中水泥浆的屈服应力τ0随时间推移迅速增大之故。τ0值与坍落度损失之间具有良好的相关性。矿渣微粉可显著降低水泥浆的屈服应力τ0,并使之在较长的时间内维持在较低的水平上,从而有效地控制了混凝土坍落度的损失。
2.2.2.2 混凝土坍落度损失另一个原因是由于水分蒸发,在运输和施工过程中气泡不断外溢,伴随水分蒸发,混凝土坍落度值经时下降。掺..减水剂和不掺..减水剂的混凝土在水分蒸发量上大致相近。由于掺..减水剂混凝土中单位体积的水分蒸发率相对较大,使其坍落度损失加快。掺矿渣微粉的新拌混凝土具有良好的粘聚性,泌水性小。其原因是矿渣微粉的比表面积约在400~600m2/kg,大比表面积的矿渣微粉对水分的吸附起到了保水作用,减缓了水泥的蒸发速率。因此有效地抑制了混凝土坍落度损失。
2.2.2.3 混凝土坍落度损失还与水泥水化动力学有关。由于水泥水化产物的增长,使混凝土体系中的固液比增大,自由水量相对减少,凝聚趋势加快,致使混凝土坍落度值下降较快。矿渣微粉虽属活性掺合料,但与水泥熟料相比,它的早期水化活性较慢,当矿渣微粉等量替代混凝土中水泥30% ~50%,降低了混凝土单位体积水泥用量,减缓了混凝土胶凝的凝聚速率,从而使新拌混凝土的坍落度损失得到抑制。
2.3 矿渣微粉改善混凝土耐久性机理
2.3.1 提高混凝土强度,防止混凝土及其制品表面泛白
矿渣微粉中的活性SiO2 在水化过程中与水泥水化释放的CA(OH)2 生成C-S-H,从而促进水化过程不断进行。由于胶凝产物中CA(OH)2和碱含量减少,可防止混凝土及其制品表面泛白。提高混凝土抗淡水侵蚀能力。
2.3.2 提高混凝土密实性和抗渗性
由于矿渣微粉在混凝土中起到了微观填充作用,同时矿渣微粉中的活性Al2O3 与水泥中的CA(OH)2、SO3生成钙矾石,钙矾石具有一定的微膨胀作用,可以补偿混凝土的化学干缩,从而提高混凝土的密实度和抗渗性。
2.3.3 抑制和改善混凝土微裂缝隙
混凝土中掺入矿渣微粉能够减缓胶凝材料的初期水化速率。同时可降低混凝土中胶凝材料总的水化放热量,所以掺入矿渣微粉能够抑制和改善混凝土微裂缝隙。
2.3.4 吸碱能力强,抑制碱-骨料反应
由于矿渣微粉的活性需要碱的激发,因此具有良好的吸碱能力。它可以吸收水泥中 的K、Na等碱金属,抑制混凝土的碱-集料反应;
对于硫铝酸盐水泥为主的GRC制品,可以进一步降低碱度,提高玻璃纤维制品的耐久性。
2.3.5 提高钢筋混凝土的护筋性
矿渣微粉具有较强的吸附氯离子作用,因此能有效阻止氯离子扩散进入钢筋混凝土内部,提高钢筋混凝土抗氯离子能力,保护钢筋不被腐蚀。
2.3.6 提高混凝土耐久性
矿渣微粉因为较细,在混凝土中可形成比较致密的结构,而且....了新拌混凝土的泌水性,避免形成连通的毛细孔,使混凝土中的毛细孔直径较小,提高了混凝土的抗渗性和抗冻融性。同样,由于水泥石结构致密,外界的Cl-、SO4 2-和CO2 难以侵入混凝土内部。所以矿渣微粉可以预防钢筋锈蚀,具有优良的抗硫酸盐侵蚀和抗碳化性能。

联系我们 /CONTACTUS

联系我们
手机:13934861198 / 15389034948
联系我们
座机:029-82540406
联系我们
地址:西安办事处(陕西海禄商贸有限公司)
          陕西省西安市浐灞生态区东元路7号B区4厅415室

联系我们 /CONTACTUS

提交需求

联系我们 /CONTACTUS

二维码