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磨细矿渣对新拌混凝土性能?硬化混凝土性能的影响

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1、对新拌混凝土性能的影响
① 需水量和坍落度 
在相同配合比、相同减水剂掺量的情况下,掺磨细矿渣混凝土的坍落度得到明显提高。磨细矿渣与减水剂复合作用下表现出的辅助减水作用主要机理如下。a.流变学实验研究表明,水泥浆的流动性与其屈服应力τ0密切相关,屈服应力τ0越小,流动性越好,表现为新拌混凝土坍落度越大。磨细矿渣可显著降低水泥浆屈服应力,因此可改善混凝土的和易性。b.磨细矿渣是经超细粉磨工艺制成的,粉磨过程主要以介质研磨为主,颗粒的棱角大都磨平,颗粒形貌比较接近鹅卵石。磨细矿渣颗粒群的定量体视学分析结果表明,磨细矿渣的颗粒最可几直径在6~8μm,圆度在0.2~0.7范围,颗粒直径越小,圆度越大,即颗粒形状越接近球体。磨细矿渣颗粒直径显著小于水泥且圆度较大,它在新拌水泥浆中具有轴承效果,可增大水泥浆的流动性。c.由于磨细矿渣具有较高的比表面积,会使水泥浆的需水量增大,因此磨细矿渣本身并没有减水作用。它只有与减水剂复合作用时,前面两个的优势才能得到发挥,使水泥浆和易性获得进一步改善,表现出辅助减水效果。
② 泌水与离析 
掺磨细矿渣混凝土的泌水性与磨细矿渣细度有很大的关系。当矿渣与水泥熟料共同粉磨时,由于矿渣的易磨性小于水泥熟料,因此当水泥熟料磨到规定细度时,矿渣的细度以及比表面积比水泥小60~80m2/kg,不仅其潜在活性难以发挥,早期强度低,而且黏聚性差,容易产生泌水现象。当磨细矿渣比表面积较大时,混凝土具有良好的黏聚性,泌水较小。一般认为,掺比表面积在400~600m2/kg磨细矿渣的新拌混凝土具有良好的黏聚性,泌水小。
③ 坍落度损失 
大量研究表明,磨细矿渣的掺入有利于减少混凝土拌和料的坍落度损失。磨细矿渣对坍落度损失改善机理可归结为以下三方面作用,其一,从流变学角度分析,磨细矿渣可显著降低水泥浆的屈服应力τ0,由于初始τ0相对也较小,这样τ0值能在较长的时间内维持在较低的水平上,使水泥浆处于良好的流动状态,从而有效地控制了混凝土的坍落度损失。其二,混凝土坍落度损失原因之一是由于水分蒸发。磨细矿渣的比表面积为400~600m2/kg,其大比表面积对水分的吸附作用,起到了保水作用,减缓了水分的蒸发速率,因此有效地抑制了混凝土坍落度损失。其三,混凝土坍落度损失与水泥水化动力学有关。随着水化时间的推移,水泥水化产物的增长,使混凝土体系的固液比例增大,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,在高温及干燥条件下这种现象更甚。磨细矿渣在改善混凝土性能的前提下,可等量替代水泥30%~50%配制混凝土,大幅度降低了混凝土单位体积水泥用量。磨细矿渣属于活性掺合料,但与水泥熟料相比则为低水化活性胶凝材料。大掺量的磨细矿渣存在于新拌混凝土中,有稀释整个体系中水化产物的体积比例的效果,减缓了胶凝体系的凝聚速率,从而可使新拌混凝土的坍落度损失获得抑制。
④ 凝结性能 
通常磨细矿渣的掺入会使混凝土的凝结时间延长,其影响程度与磨细矿渣的掺量、细度、养护温度等有很大关系。一般认为,磨细矿渣比表面积越大、掺量越大,凝结时间越长,但初、终凝时间间隔基本不变。

2、对硬化混凝土性能的影响
① 力学性能
a.强度 
掺磨细矿渣混凝土的强度与磨细矿渣的细度、掺量等有关。一般认为,在相同的混凝土配合比、强度等级与自然养护的条件下,普通细度磨细矿渣(比表面积400m2/kg左右)混凝土的早期强度比普通混凝土略低,但28d以及90d与180d的强度增长显著高于普通混凝土。磨细矿渣掺入混凝土中改善力学性能的作用机理主要是磨细矿渣在混凝土中具有微集料效应和微晶核效应,而且改善了混凝土界面区的结构并减少了水泥初期水化产物的相互搭接。
b.弹性模量 
磨细矿渣混凝土弹性模量与抗压强度的关系与普通混凝土大致相同。
② 耐久性能
a.抗渗性能 
活性矿物掺合料能与水泥水化产物Ca(OH)2生成CSH凝胶,有助于孔的细化和增大孔的曲折度,同时能增强集料与浆体的界面,因此一般认为,磨细矿渣混凝土的抗渗性要高于普通混凝土。
b.抗化学侵蚀性能
ⓐ 抗硫酸盐侵蚀性能 
一般而言,磨细矿渣掺量达到65%以上时混凝土是抗硫酸盐侵蚀的,低于这一数值混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力则在很大程度上取决于磨细矿渣本身的氧化铝含量。在磨细矿渣掺量不超过50%的情况下,如果磨细矿渣中氧化铝含量(以质量分数计,下同)很高(大于18%)​,则对混凝土的抗硫酸盐侵蚀性不利,如果氧化铝含量较低(小于11%)​,则对抗硫酸盐侵蚀性有改善作用。磨细矿渣之所以能改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀性,很重要的原因是矿渣取代了部分水泥而使混凝土中C3A的含量得到稀释,这种稀释作用只有当矿渣达到一定的掺量时才能取得明显的效果,尤其是当矿渣中氧化铝含量本身也比较高时,更需要增大矿渣的掺量才能提高混凝土对硫酸盐侵蚀的抵抗能力。
ⓑ 抗海水侵蚀 
磨细矿渣混凝土中的矿渣与混凝土中的Ca(OH)2反应,生成CSH凝胶,而普通混凝土中的Ca(OH)2和海水的硫酸盐反应生成的是膨胀性水化物,因而掺入矿渣的混凝土能降低膨胀性水化物的生成量。此外由于磨细矿渣混凝土具有良好的抗渗性,能抑制海水中劣化离子往混凝土中渗透,因此其耐海水侵蚀性能高于普通混凝土。
ⓒ 抗酸侵蚀 
磨细矿渣混凝土因为改善了混凝土的孔结构,提高了混凝土的致密程度,同时具有比较低的CH含量,因此其耐酸性优于普通混凝土。
ⓓ 抗氯化物侵蚀 
磨细矿渣混凝土具有较高的抗渗性,而且磨细矿渣还具有较强的Cl-吸附能力,因此能有效地阻止Cl-渗透或扩散进入混凝土,提高混凝土抗Cl-渗透能力,使磨细矿渣混凝土比普通混凝土在有Cl-环境中十分显著地提高了护筋性。
ⓔ 对混凝土碱-集料反应的抑制 
磨细矿渣对碱-硅反应(ASR)的抑制,随着磨细矿渣置换率的增大而提高。
c.抗碳化性能 
混凝土抗碳化能力主要取决于自身抵抗外界侵蚀性气体CO2侵入的能力和浆体的碱含量。磨细矿渣的掺入,有利于混凝土密实性的提高,使混凝土具有较强的抵抗外界侵蚀性气体侵入的能力,但由于磨细矿渣的二次水化反应要消耗大量的Ca(OH)2,使混凝土液相碱度降低,对抗碳化不利。
d.抗冻性 
一般认为,由于磨细矿渣混凝土的密实性得到提高,因此,在同样混凝土配合比与强度等级的情况下,磨细矿渣混凝土的抗冻性要优于普通混凝土。
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