矿渣骨料对水泥基材料变形性能的影响文献综述

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

矿渣骨料对水泥基材料变形性能的影响

文献综述

1引言

高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的副产品，是冶金行业中生产数量较多的一种废渣。用重矿渣骨料代替天然骨料作为水泥基材料的集料是冶金渣综合利用的有效途径之一。水泥基材料的变形性能是影响其耐久性的重要因素之一。重矿渣骨料是否可以代替天然骨料，必须要研究重矿渣对水泥基材料变形性能的影响。本课题拟从研究重矿渣骨料吸水、释水性能出发，研究重矿渣对水泥基材料变形性能的影响。为重矿渣在混凝土中的高效利用提供理论依据。

2研究背景

近年来，许多国家建筑工业中各种类型的混凝土骨料消耗量远远超过适应该国建筑行业发展速度的骨料生产，出现严重的供不应求现象。天然骨料的过度开采和人工骨料的生产加工造成了严重的环境污染。随着绿色工业的兴起，源自工业废渣的骨料不仅丰富了混凝土骨料的来源，而且能有效降低环境污染，是十分理想的绿色原材料。

3高炉重矿渣性能指标

3.1化学成分

在高炉炼铁的过程中，铁矿石在焦炭的作用下，还原为单质铁，与此同时，其中的硅、铝等元素与融料中的石灰结合成高温熔融状态下的炉渣聚集在熔融金属的表面，并缓慢从炉中流出。这些炉渣在自然条件下缓慢冷却，就会凝固成灰褐色晶石状物质，即所说的空冷炉渣。该物质是一种极好的路基材料和混凝土骨料。高炉矿渣可作为骨料生产高强混凝土。高炉重矿渣的化学成分随着铁矿石的来源不同而不同。表1是国内几个钢铁行业产出的高炉矿渣化学成分[1]。

表1国内几个主要钢铁行业产出的高炉矿渣化学成分组成（%）

3.2重矿渣结构稳定性

重矿渣的结构稳定性是否合格是其能否作混凝土集料的关键，其衡量指标有：硅酸盐分解、石灰分解和铁、锰分解是否产生硅酸盐分解，主要取决于矿渣中C2S的含量和矿渣冷却速度，CaO含量较高时生成大量的C2S，当矿渣冷却时产生晶型转变，特别当冷却至525℃时，βC2S转化为γC2S，体积增大约10%，而导致矿渣开裂、甚至粉化，当CaO含量低于45％时，硅酸盐分解的可能性大大降低。事实上，重矿渣的硅酸盐分解现象是在冷却过程中开始，并在其后几天甚至几小时内就基本结束。根据以上测得的样品化学成分可知，其CaO含量为30～38%之间，且生成的C2S含量很少，因此未发现硅酸盐分解现象。由此可以判定，重矿渣集料其结构稳定性良好[2][3]。

4重矿渣骨料吸水和逝水性能对水泥基材料的影响

4.1矿渣的孔隙率

矿渣比普通碎石的孔隙率大。容重越小的矿渣孔隙率越大，其表面越粗糙，颗粒间的摩擦阻力就越大，对混凝土拌合物流动性的影响也就越大。为了使矿渣混凝土便于施工，消除摩擦阻力的不利影响，配制时应加大混凝土的砂率，其砂率应比同条件的普通碎石混凝土的砂率增大3%～4%，如生产大坍落度混凝土，则砂率可增大5%～6%。

4.2矿渣的吸水性

矿渣的吸水量随矿渣浸水时间的延长而增加直至吸水饱和。当配制矿渣混凝土时，矿渣要从混凝土拌合物中吸去较多的水份，因而降低混凝土拌和物的和易性。因此在配合比设计中，应附加矿渣的吸水量。一般为矿渣重量的3%～5%左右。此外，随着矿渣代砂率的增大，同水灰比条件下矿渣代砂水泥砂浆流动性逐渐降低，或者同流动度条件下矿渣代砂水泥砂浆需水性逐渐增大．这主要是由于矿渣颗粒结构疏松。其吸水性大于砂子，同时矿渣的颗粒级配也要比砂子差。因而随着矿渣代砂率的不断增大，水泥砂浆的有效水灰比及流动性逐渐降低，为了保证相同的流动性，则水泥砂浆需水量将不断增加[4]。

4.3掺用矿渣后混凝土逝水的现象

我们知道，矿渣自身的需水量较少，掺入混凝土均具有减水的作用。掺用矿渣后混凝土离析泌水一般出现在以下的情况[5,6]：(a)水泥比表面积偏小（细度偏粗）的同时，矿渣细度也偏粗，尤其是两者的颗粒分布都偏窄；(b)矿渣用量过大，尤其是水泥偏粗时矿渣用量过大；（c）外加剂用量超过饱和点。这时，可以采用下列的方法解决：（A）选择合适的矿渣用量；（B）使用比矿渣更细的另一种掺和料，例如较优质粉煤灰，组成复合掺和料；（C）严格控制外加剂用量;（D）改换比表面积较大的，颗粒分布较宽的水泥。

4.4.1主要检测仪器：（1）天平或浸水天平：可悬挂吊篮测定骨料的水中质量，称量应满足试样数量称量要求，感量不大于最大称量的0.05%；（2）吊篮：耐锈蚀材料制成，直径和高度为150mm左右，四周及底部用1-2mm的筛网编制或具有密集的孔眼；（3）溢流水槽：在称量水中质量是能保持水面高度一定；（4）烘箱：能控温在（1055）℃；（5）毛巾：纯棉制，洁净，也可用纯棉的汗衫布代替；（6）温度计；（7）标准筛；（8）盛水容器；（9）混凝土收缩膨胀仪等。4.4.2骨料吸水性和释水性能的测量方法

取一定质量的矿渣骨料，放入水中进行一定时间的浸泡，并用塑料薄膜进行密封，放入养护室中进行养护，测量各龄期混凝土膨胀率，根据混凝土膨胀率来判定骨料吸水、释水性能。

4.5干燥收缩开裂测试方法

准备一个试模,试模内环直径为250mm,外环直径为300mm,高150mm。将不同配比的混凝土用振动筛筛去粗集料,将剩余砂浆浇入模内通过振动密实成型,拆模后送入温度为(202)℃,相对湿度大于90%的标准养护室,养护7d的龄期后,再放入湿度约为50%,温度为室温的干燥条件下进行养护,从养护初始开始,每隔0.5d定时观测裂缝出现的初始时间tcr,开裂后的试件测试其裂缝的宽度,测试时沿高度均匀选取10个点,用25倍的带刻度显微镜测试裂缝的宽度再取其平均值作为Wd,tcr和Wd可以用来表征不同配比混凝土其相对抵抗收缩开裂能力的高低。不同龄期混凝土的体积变化如图1[8,9]。

图1不同龄期混凝土的体积变化

4.6矿物掺和料对混凝土收缩的影响

掺矿渣的混凝土其干缩值均低于基准混凝土,在掺量30%~50%范围内干缩值随掺量的增大而增大。但当掺量超过50%后,干缩值却有减小的趋势。这是由于矿渣的细度大于水泥颗粒,起到颗粒级配的作用且水化速度较快,填充水泥石中的孔隙,阻止毛细孔水分的过多蒸发,从而降低了混凝土的干缩。当掺量进一步增大,由于矿渣比表面积较大,使得系统表层水的数量增大,引起干燥收缩的增大。矿物掺和料对混凝土收缩的影响如图2[10,11]。

图2矿物掺和料对混凝土收缩的影响

4.7重矿渣骨料吸水和逝水性能对水泥基材料的影响

单位质量混凝土的吸水量在某种程度上反映着其内部与外界联通的空隙的数量，既反映混凝土的抗渗性能。其他条件相同时，吸水率越高，抗渗能力越差。吸水率还取决与试件的养护程度和置于水中的时间。在保持养护时间、养护条件和置于水中的时间相同的条件下，实验发现高炉矿渣粗骨料混凝土吸水率比普通骨料的混凝土要好[12]。

在相同W/B的条件下，高炉矿渣粗骨料混凝土的刚度也比基准混凝土要高。究其原因是高炉矿渣骨料的主要成分矿渣（BS)能与混凝土界面过度区的氢氧化钙结晶反应，形成铝酸钙水化物和硅酸钙水化物，从而消耗韧性差的结晶体，生成韧性好的凝胶体，同时矿渣还能减少混凝土拌合物的泌水。故采用高炉矿渣粗骨料配制高强混凝土能改善高强混凝土脆性高的缺点[13,14]。5高炉矿渣混凝土的发展利用

随着我国钢铁工业的发展，高炉矿渣排量日益增多，历年来已经堆积矿渣近15107t，占地约1000km。为了处理这些废渣，国家每年花费巨额资金修筑排渣场和铁路线，浪费大量人力物力财力。由于高炉矿渣属于硅酸盐质材料，又是在1400℃～1600℃高温下形成的熔融体，因而便于加工成多种建筑材料。经急冷加工成膨胀矿渣珠，制作成混凝土骨料。矿渣混凝土的使用在我国已有50多年历史，解放后在许多重大建筑工程中都采用了矿渣混凝土，实际效果良好。重矿渣在我国主要用于处理软弱地基，由于重矿渣的块体强度一般都超过50Mpa，相当或超过一般质量的天然岩石，因此组成矿渣垫层的颗粒强度完全能够满足地基的要求。一些大型设备基础的混凝土，如高炉基础、轧钢机基础、桩基础等，都可用矿渣做骨料。随着科技的发展，技术越来越成熟，高炉矿渣的应用将越来越广泛[15]。

6结论

以高炉矿渣粗骨料取代天然粗骨料配制的高强混凝土密度比普通混凝土高出

10％左右。不同W／B的高炉矿渣粗骨料混凝土28d抗压强度比普通混凝土高出

26％～62％。而且这种混凝土具有更高的抗渗性和更高的劈拉强度、弹性模量(

刚度)。高炉矿渣粗骨料混凝土比普通骨料混凝土具有更好的韧性。简言之，高炉矿渣粗骨料混凝土具有许多优良的性能，对混凝土的高强高性能化有着较大的贡献。此外，高炉重矿渣替代天然砂、石做骨料配制混凝土，不仅可以变废为宝，节约天然资源，保护环境，还能降低工程造价，符合节能减排、低碳经济政策，具有良好的经济效益和社会效益。

参考文献

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