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摘要：本文首先分别介绍了矿渣微粉对混凝土工作性能、混凝土抗压强度和混凝土耐久性的影响，然后分析了矿渣微粉在高性能混凝土中的应用，最后阐述了矿渣高性能混凝土在首都国际机场停车楼工程中的应用。
關键词：矿渣微粉；高性能；混凝土；工程；应用
中图分类号：TU37 文献标识码： A
矿渣是高炉炼铁得到的以硅铝酸钙为主的熔融物，具有较高的潜在活性。矿渣微粉是矿渣磨细后的产物，等量取代部分水泥掺入混凝土中，可改善混凝土的工作性、延缓凝结时间、提高强度、改善耐久性。混凝土可持续发展的出路就是在现代混凝土科学技术发展的基础上，大量利用优质的工业副产品和废弃物，尽可能减少自然资源和能源的消耗，减少环境污染。因此，矿渣微粉是配制高性能
混凝土的理想材料。
1矿渣微粉对混凝土工作性能的影响
不同掺量的矿渣微粉对混凝土工作性能的影响是不同的。在保持混凝土坍落度基本相同的情况下，混凝土的单方用水量随矿渣微粉掺量的提高而减少，且经时损失趋向减小。这是由于矿渣微粉的微集料填充效应、形貌效应、分散效应等自身物理功效所产生的一种对混凝土的减水增塑作用的缘故。
随着矿渣掺量的增加，混凝土的坍落度增大，坍落度经时损失减小；随着矿渣细度的增加，混凝土坍落度先缓慢增加，后缓慢降低，在矿渣比表面积为某一特定数值时有最高点。
2矿渣微粉对混凝土抗压强度的影响
矿渣微粉取代少量的水泥时，混凝土早期强度略有提高，其主要原因是矿渣微粉的微填充效应和形貌效应在起作用。当取代量增大时，矿渣微粉的微填充效应和形貌效应不足以补偿因水泥大量减少而对混凝土早期强度的损害，故混凝土早期强度呈下降趋势，但28d强度均有所提高，掺量为30%时最高。混凝土后期强度的提高是由于矿渣微粉与Ca(OH)2发生二次反应，减少Ca(OH)2晶体在集料-水泥石界面的富集，降低Ca(OH)2晶粒尺寸，提高界面的致密性，从而有效地改善了集料-水泥石界面结构所致。
3矿渣微粉对混凝土耐久性的影响
掺入矿渣微粉的混凝土，具有较好的抗渗、抗冻性能，这是由于矿渣微粉的掺入使混凝土的用水量减少，且二次水化产物填充混凝土内部孔隙，使混凝土密实度提高所致。掺矿渣微粉的混凝土，初期收缩值较大，但后期收缩值低于基准混凝土，这是因为掺入矿渣微粉的混凝土，自加水拌和后，水化反应较慢，在初期，从混凝土中蒸发的水量比基准混凝土的大，因而收缩值较大，后期水化反应基本趋于稳定，且含矿渣微粉的混凝土密实度较高，因而后期收缩值较低。
另外矿渣微粉的掺入和游离CaO及高碱度水化硅酸钙产生二次反应，改善了水化胶凝物质的组成，减少或消除游离CaO，使混凝土中有效碱含量大大减少，有效地降低了碱集料反应的危害性；矿渣微粉的掺入，有效地减少了水泥用量，降低了混凝土水化热，尤其大体积混凝土因水化热开裂的可能性明显降低，这也可以提高混凝土的耐久性。
由于矿渣微粉混凝土的高抗渗性而且矿渣微粉还具有较强的吸附Cl-（氯离子）的能力，因而能有效地阻止Cl-渗透进入混凝土，使矿渣微粉高性能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。混凝土的抗硫酸盐侵蚀主要取决于混凝土的抗渗性和水泥胶凝材料中CA矿物相含量和碱度，而矿渣微粉高性能混凝土材料中的C A 矿物相与碱度均较低，且又具有高抗渗性。因此，矿渣微粉高性能混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能得到了十分显著地提高。
研究表明，矿渣微粉的掺入会使混凝土的抗碳化能力有所降低，但由于实际环境的影响，当矿渣微粉替代水泥的置换量低于50%时，其抗碳化程度不低于普通混凝土。
同时有资料显示，当复掺同样细度的矿渣和粉煤灰（掺量小于40%）时，可以有效抑制混凝土的碳化。
4矿渣微粉在高性能混凝土中应用
如前所述，矿渣微粉在高性能混凝土中具有不可代替的作用主要表现在：(1)新拌混凝土良好的和易性，泌水性；(2)降低水化析热速度，减少或避免大体积混凝土的温度裂缝，使硬化后的混凝土具有良好的抗硫酸盐、氯离子、抗海水侵蚀性；(3)提高混凝土的密实性，使其具有良好的抗炭化性能；(4)抑制混凝土碱集料反应，提高耐久性；等等。在近年来，活性矿渣微粉的应用研究取得了较高的成就，硅粉、粉煤灰、无水石膏、硅藻土等都得到了大量的应用。在许多发达地区，矿渣微粉已成产业，产品的规格有400，500，600，800等，人们完全可以根据需要直接在混凝土中掺入相应的微粉。据报道，1998年上海一年生产了1200万m3的混凝土(其中预拌混凝土达到1070m3)而宝钢约产出300多万吨水淬高炉渣全部用于水泥和混凝土中，完全达到排用平衡。
现代混凝土技术发展，使长久以来制约矿渣水泥发展的某些因素己成为过去，将矿渣掺合料作为水泥替代品的历史将一去不复返。以前认为：(1)随着矿渣量的增加，混凝土拌和物的泌水性将增加。而泌水性的增加，将恶化集料或钢筋底下与水泥浆体界面的密实性，对耐久性不利。但是最近研究表明：水灰比是影响泌水性的首要因素。平均粒径与硅酸盐相近的矿渣微粉在水灰比大的拌和物中单掺时，混凝土拌和物的泌水性的确会随着矿渣微粉的增加而增大。但是，在水灰比低(小于0.4)的双掺的混凝土拌和物中掺入高效减水剂，仍具有低的泌水率。另外适当提高矿渣微粉的细度也可显著降低混凝土拌和物的泌水率，因此，上述顾虑可以打消；(2)矿渣的掺入降低水泥的等级。传统的矿渣水泥采用矿渣和水泥熟料共同混磨工艺，由于高炉渣比水泥熟料难磨，所以在水泥中矿渣的粒度较粗。除了较细的颗粒活性得到发挥外，较粗颗粒矿渣的活性没有得到发挥，仅起到微集料的作用。
国外在很早就开始了矿渣水泥的研究，技术较成熟。西欧早在1880年就开始采用矿渣硅酸盐水泥(比普通硅酸盐水泥还早)，德国关于矿渣硅酸盐水泥混凝土的研究资料比普通硅酸盐水泥混凝土的还要多。现在，西欧矿渣硅酸盐水泥用量占水泥总用量的1/5，而在荷兰，矿渣掺量为65%-70%的矿渣硅酸盐水泥占水泥销售总量的60%，几乎每种混凝土结构都采用矿渣硅酸盐水泥。因为，这样可以少用能耗大、成本高、污染环境的水泥熟料，从而节约能源、增产水泥、降低工程成本、有利于环保，而且更重要的是可以显著提高工程质量，特别是耐久性。
因此，许多欧洲国家规定硅酸盐水泥用于海工钢筋结构混凝土时，一定要用大掺量(占水泥用量的70%)的矿渣硅酸盐水泥。例如，长期以来与海争地的荷兰，其大量海岸钢筋混凝土结构用的水泥主要是大掺量的矿渣硅酸盐水泥。用大掺量矿渣硅酸盐水泥的混凝土结构取样检测结果表明：其氯离子有效扩散系数只有普通硅酸盐混凝土的1/10-1/15。据此计算，如果混凝土保护层都是8厘米厚，那么普通硅酸盐水泥混凝土钢筋开始锈蚀的时间为15年，大掺量矿渣硅酸盐混凝土则是24年。
5矿渣高性能混凝土在首都国际机场停车楼工程中的应用
首都国际机场扩建工程中停车楼为首都国际机场扩建工程中的第二大主体工程，总建筑面积16.7万m2，为地下4层、地上1层的全预应力框架结构，主体结构完工后，外部不装修，要求拆模后混凝土达到清水效果，是目前亚洲最大的地下停车楼。除底板4.2万m2为C40混凝土外，主体梁、板、墙、柱均为C50、C60 的高性能混凝土，约12万m2，要求混凝土水化热低、收缩小、无裂缝，并具有良好的施工性。
首都国际机场停车楼工程施工中，矿渣高性能混凝土采用北京普通42.5MPa硅酸盐水泥（用量：C50为300 kg/m3，C60为340kg/m3），掺入110~140kg磨细矿渣，55kgUEA-M复合膨胀剂。混凝土的坍落度为200 ~240mm，扩展度大于550 mm，泵送性能良好。在矿渣高性能混凝土生产和施工中采取了一些必要的技术措施，以保证质量：
①搅拌时投料顺序可采用水泥裹砂、石的二次投料法。
②搅拌时间比普通混凝土延长30s以上。
③采用高频振捣器进行分层振捣和合理布点，避免欠振和过振，振动时间一般为10~15s。
④表面宜遮盖养护，保持潮湿，养护时间不少于14 d。
通过以上措施，混凝土28d的强度可达设计强度的110% ~142%，有效地解决了混凝土水化热和收缩裂缝问题，并能降低碱含量以抑制碱骨料反应。已完工的结构，外观质量良好，立面达到清水混凝土要求。普通C60混凝土水泥用量一般为450kg/m3，可掺入110kg优质粉煤灰，而在首都国际机场停车楼中采用 110kg磨细矿渣，水泥用量可降至340kg/m3，获得了显著的经济效益，且有利于环境保护和矿渣的综合利用。
参考文献
[1]蒋家奋.矿渣微粉在水泥混凝土中应用的概述[J].混凝土与水泥制品,2002(3):
[2]慈 军，刘 健.矿渣微粉高性能混凝土的抗侵蚀试验研究[J].混凝土，2010（6）
[3]张彩霞. 矿渣微粉在高性能混凝土中的应用[J].混凝土，2004（11）
關键词：矿渣微粉；高性能；混凝土；工程；应用
中图分类号：TU37 文献标识码： A
矿渣是高炉炼铁得到的以硅铝酸钙为主的熔融物，具有较高的潜在活性。矿渣微粉是矿渣磨细后的产物，等量取代部分水泥掺入混凝土中，可改善混凝土的工作性、延缓凝结时间、提高强度、改善耐久性。混凝土可持续发展的出路就是在现代混凝土科学技术发展的基础上，大量利用优质的工业副产品和废弃物，尽可能减少自然资源和能源的消耗，减少环境污染。因此，矿渣微粉是配制高性能
混凝土的理想材料。
1矿渣微粉对混凝土工作性能的影响
不同掺量的矿渣微粉对混凝土工作性能的影响是不同的。在保持混凝土坍落度基本相同的情况下，混凝土的单方用水量随矿渣微粉掺量的提高而减少，且经时损失趋向减小。这是由于矿渣微粉的微集料填充效应、形貌效应、分散效应等自身物理功效所产生的一种对混凝土的减水增塑作用的缘故。
随着矿渣掺量的增加，混凝土的坍落度增大，坍落度经时损失减小；随着矿渣细度的增加，混凝土坍落度先缓慢增加，后缓慢降低，在矿渣比表面积为某一特定数值时有最高点。
2矿渣微粉对混凝土抗压强度的影响
矿渣微粉取代少量的水泥时，混凝土早期强度略有提高，其主要原因是矿渣微粉的微填充效应和形貌效应在起作用。当取代量增大时，矿渣微粉的微填充效应和形貌效应不足以补偿因水泥大量减少而对混凝土早期强度的损害，故混凝土早期强度呈下降趋势，但28d强度均有所提高，掺量为30%时最高。混凝土后期强度的提高是由于矿渣微粉与Ca(OH)2发生二次反应，减少Ca(OH)2晶体在集料-水泥石界面的富集，降低Ca(OH)2晶粒尺寸，提高界面的致密性，从而有效地改善了集料-水泥石界面结构所致。
3矿渣微粉对混凝土耐久性的影响
掺入矿渣微粉的混凝土，具有较好的抗渗、抗冻性能，这是由于矿渣微粉的掺入使混凝土的用水量减少，且二次水化产物填充混凝土内部孔隙，使混凝土密实度提高所致。掺矿渣微粉的混凝土，初期收缩值较大，但后期收缩值低于基准混凝土，这是因为掺入矿渣微粉的混凝土，自加水拌和后，水化反应较慢，在初期，从混凝土中蒸发的水量比基准混凝土的大，因而收缩值较大，后期水化反应基本趋于稳定，且含矿渣微粉的混凝土密实度较高，因而后期收缩值较低。
另外矿渣微粉的掺入和游离CaO及高碱度水化硅酸钙产生二次反应，改善了水化胶凝物质的组成，减少或消除游离CaO，使混凝土中有效碱含量大大减少，有效地降低了碱集料反应的危害性；矿渣微粉的掺入，有效地减少了水泥用量，降低了混凝土水化热，尤其大体积混凝土因水化热开裂的可能性明显降低，这也可以提高混凝土的耐久性。
由于矿渣微粉混凝土的高抗渗性而且矿渣微粉还具有较强的吸附Cl-（氯离子）的能力，因而能有效地阻止Cl-渗透进入混凝土，使矿渣微粉高性能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。混凝土的抗硫酸盐侵蚀主要取决于混凝土的抗渗性和水泥胶凝材料中CA矿物相含量和碱度，而矿渣微粉高性能混凝土材料中的C A 矿物相与碱度均较低，且又具有高抗渗性。因此，矿渣微粉高性能混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能得到了十分显著地提高。
研究表明，矿渣微粉的掺入会使混凝土的抗碳化能力有所降低，但由于实际环境的影响，当矿渣微粉替代水泥的置换量低于50%时，其抗碳化程度不低于普通混凝土。
同时有资料显示，当复掺同样细度的矿渣和粉煤灰（掺量小于40%）时，可以有效抑制混凝土的碳化。
4矿渣微粉在高性能混凝土中应用
如前所述，矿渣微粉在高性能混凝土中具有不可代替的作用主要表现在：(1)新拌混凝土良好的和易性，泌水性；(2)降低水化析热速度，减少或避免大体积混凝土的温度裂缝，使硬化后的混凝土具有良好的抗硫酸盐、氯离子、抗海水侵蚀性；(3)提高混凝土的密实性，使其具有良好的抗炭化性能；(4)抑制混凝土碱集料反应，提高耐久性；等等。在近年来，活性矿渣微粉的应用研究取得了较高的成就，硅粉、粉煤灰、无水石膏、硅藻土等都得到了大量的应用。在许多发达地区，矿渣微粉已成产业，产品的规格有400，500，600，800等，人们完全可以根据需要直接在混凝土中掺入相应的微粉。据报道，1998年上海一年生产了1200万m3的混凝土(其中预拌混凝土达到1070m3)而宝钢约产出300多万吨水淬高炉渣全部用于水泥和混凝土中，完全达到排用平衡。
现代混凝土技术发展，使长久以来制约矿渣水泥发展的某些因素己成为过去，将矿渣掺合料作为水泥替代品的历史将一去不复返。以前认为：(1)随着矿渣量的增加，混凝土拌和物的泌水性将增加。而泌水性的增加，将恶化集料或钢筋底下与水泥浆体界面的密实性，对耐久性不利。但是最近研究表明：水灰比是影响泌水性的首要因素。平均粒径与硅酸盐相近的矿渣微粉在水灰比大的拌和物中单掺时，混凝土拌和物的泌水性的确会随着矿渣微粉的增加而增大。但是，在水灰比低(小于0.4)的双掺的混凝土拌和物中掺入高效减水剂，仍具有低的泌水率。另外适当提高矿渣微粉的细度也可显著降低混凝土拌和物的泌水率，因此，上述顾虑可以打消；(2)矿渣的掺入降低水泥的等级。传统的矿渣水泥采用矿渣和水泥熟料共同混磨工艺，由于高炉渣比水泥熟料难磨，所以在水泥中矿渣的粒度较粗。除了较细的颗粒活性得到发挥外，较粗颗粒矿渣的活性没有得到发挥，仅起到微集料的作用。
国外在很早就开始了矿渣水泥的研究，技术较成熟。西欧早在1880年就开始采用矿渣硅酸盐水泥(比普通硅酸盐水泥还早)，德国关于矿渣硅酸盐水泥混凝土的研究资料比普通硅酸盐水泥混凝土的还要多。现在，西欧矿渣硅酸盐水泥用量占水泥总用量的1/5，而在荷兰，矿渣掺量为65%-70%的矿渣硅酸盐水泥占水泥销售总量的60%，几乎每种混凝土结构都采用矿渣硅酸盐水泥。因为，这样可以少用能耗大、成本高、污染环境的水泥熟料，从而节约能源、增产水泥、降低工程成本、有利于环保，而且更重要的是可以显著提高工程质量，特别是耐久性。
因此，许多欧洲国家规定硅酸盐水泥用于海工钢筋结构混凝土时，一定要用大掺量(占水泥用量的70%)的矿渣硅酸盐水泥。例如，长期以来与海争地的荷兰，其大量海岸钢筋混凝土结构用的水泥主要是大掺量的矿渣硅酸盐水泥。用大掺量矿渣硅酸盐水泥的混凝土结构取样检测结果表明：其氯离子有效扩散系数只有普通硅酸盐混凝土的1/10-1/15。据此计算，如果混凝土保护层都是8厘米厚，那么普通硅酸盐水泥混凝土钢筋开始锈蚀的时间为15年，大掺量矿渣硅酸盐混凝土则是24年。
5矿渣高性能混凝土在首都国际机场停车楼工程中的应用
首都国际机场扩建工程中停车楼为首都国际机场扩建工程中的第二大主体工程，总建筑面积16.7万m2，为地下4层、地上1层的全预应力框架结构，主体结构完工后，外部不装修，要求拆模后混凝土达到清水效果，是目前亚洲最大的地下停车楼。除底板4.2万m2为C40混凝土外，主体梁、板、墙、柱均为C50、C60 的高性能混凝土，约12万m2，要求混凝土水化热低、收缩小、无裂缝，并具有良好的施工性。
首都国际机场停车楼工程施工中，矿渣高性能混凝土采用北京普通42.5MPa硅酸盐水泥（用量：C50为300 kg/m3，C60为340kg/m3），掺入110~140kg磨细矿渣，55kgUEA-M复合膨胀剂。混凝土的坍落度为200 ~240mm，扩展度大于550 mm，泵送性能良好。在矿渣高性能混凝土生产和施工中采取了一些必要的技术措施，以保证质量：
①搅拌时投料顺序可采用水泥裹砂、石的二次投料法。
②搅拌时间比普通混凝土延长30s以上。
③采用高频振捣器进行分层振捣和合理布点，避免欠振和过振，振动时间一般为10~15s。
④表面宜遮盖养护，保持潮湿，养护时间不少于14 d。
通过以上措施，混凝土28d的强度可达设计强度的110% ~142%，有效地解决了混凝土水化热和收缩裂缝问题，并能降低碱含量以抑制碱骨料反应。已完工的结构，外观质量良好，立面达到清水混凝土要求。普通C60混凝土水泥用量一般为450kg/m3，可掺入110kg优质粉煤灰，而在首都国际机场停车楼中采用 110kg磨细矿渣，水泥用量可降至340kg/m3，获得了显著的经济效益，且有利于环境保护和矿渣的综合利用。
参考文献
[1]蒋家奋.矿渣微粉在水泥混凝土中应用的概述[J].混凝土与水泥制品,2002(3):
[2]慈 军，刘 健.矿渣微粉高性能混凝土的抗侵蚀试验研究[J].混凝土，2010（6）
[3]张彩霞. 矿渣微粉在高性能混凝土中的应用[J].混凝土，2004（11）