超细矿粉掺合料产品性能研究范文

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《粉煤灰杂志》2016年第5期

摘要：

选用S95矿粉和超细矿粉（S115-5、S115-10、S115-15）进行了性能对比分析。研究了两类矿粉的活性指数和流动度比，并通过激光粒度分析仪、扫描电子显微镜研究了两类矿粉的颗粒分布和颗粒形貌。结果表明：超细矿粉早期强度高于S95矿粉，流动度比低于S95矿粉；超细矿粉早期强度随D97粒径的减小而增大，后期强度则相反；超细矿粉呈现比表面积的依次增大，粒径分布依次偏向低粒径方向。

关键词：

S95矿粉；超细矿粉；活性指数；流动度比；颗粒分布；微观结构

0前言

超细矿粉掺合料是指以矿渣微粉为主要原材料，通过一定程度的深加工和复配，形成的细度更细（比表面积达到500m2/kg以上）的新型掺合料，属于矿渣微粉的一种高端衍生品。其具有高细度、高活性的特点，是制备高性能绿色混凝土的理想材料[1-2]。超细矿粉掺合料具有较高的比表面积和火山灰活性，大量研究表明[3-6]，在混凝土中掺加一定数量的超细矿粉掺合料，可显著改善混凝土的一系列性能：①改善新拌混凝土和易性；②显著提高强度；③提高抗碱集料反应能力；④提高密实度和抗渗性；⑤提高混凝土的抗化学侵蚀性、抗空蚀性、抗冲击性、耐久性等。本文通过对S95矿粉与超细矿粉掺合料的颗粒分布、颗粒形貌、活性指数及流动度比进行全面的测试、比对与分析，以期为进一步探索超细矿粉掺合料的应用提供一定的参考和指导。

1原材料与试验方法

1.1原材料

（1）水泥：海豹P.O42.5水泥，R3=25.3MPa，R7=37.1MPa，R28=51.7MPa。

（2）矿粉：上海宝田新型建材有限公司S95矿粉和超细矿粉，其中超细矿粉分别选用5μm、10μm、15μm筛余≥97%的超细矿粉。

（3）砂：厦门艾思欧标准砂。

（4）水：实验室自来水。

1.2试验方法

1.2.1粒度分布

采用激光粒度分析的方法，利用LS230库尔特激光粒度分析仪，使用酒精作为分散介质进行颗粒分布分析。

1.2.2外观形貌分析

利用JSM-6490LV扫描电子显微镜，考察其外观形貌。

1.2.3性能试验

按照GB/T18046《用于水泥和混凝土中的高炉粒化矿渣》进行活性指数和流动度比的测试。

2结果与讨论

2.1粒径分析

采用LS230激光粒度分析仪测定了S95粒化高炉矿渣粉、三种超细矿粉掺合料S115-5、S115-10、S115-15粒度分布，其分析结果见表1、表2，粒径分布见图1～图4。从图1~图4中可以看出，S95矿粉对应的颗粒分布比较分散，1μm以下的颗粒较少。颗粒>20μm的颗粒占15.7%。颗粒主要分布在1～60μm，占总量的85%以上，其中3~30μm区间（胶凝材料的主要活性组分）的颗粒占69%。S115-15、S115-10粒径分布主要集中在15μm以下，其中1~10μm（活性粉体水化最快）以下的颗粒分别占60.1%，57.9%；1μm以下的颗粒分别占26.2%，36.6%。S115-5粒径分布主要集中在10μm以下，其中1~10μm区间的颗粒占56.6%；1μm以下的颗粒占40.6%。

2.2外观形貌分析

图5分别为S95、S115-15，S115-10，S115-5的扫描电镜分析图，考察其外观形貌。图5a）是高炉矿渣整体形貌，可见颗粒大小较为均匀，颗粒呈多面体形状。图5b）是高炉矿渣原粉的颗粒形貌，可见矿渣颗粒内含大量的熔融急冷造成的孔洞。这些孔洞正是矿渣的活化源，是矿渣用为混凝土掺合料发挥火山灰活性的活性来源。图5c）~图5e）为不同粒径大小的超细矿渣粉颗粒形貌，可知，S115-15颗粒已经明显看出破碎，超细粉磨，使粉体颗粒之间互相撞击,磨细的颗粒形状不规则程度加大，出现板状或棒状颗粒，粘附在大的颗粒表面上。S115-10大颗粒明显减少，且颗粒大小表现出一定的均一程度。S115-5几乎不存在明显的大颗粒，小颗粒在大颗粒的粘附更加明显，部分小颗粒还出现团聚现象。

2.3性能试验

依据GB/T18046―2008《用于水泥和混凝土的高炉粒化矿渣》进行超细矿粉掺合料活性指数试验和流动度比试验，并与S95作比较，见表3。由表3可知：

（1）超细矿粉掺合料早期（3d）强度较高，活性指数均>95%，远远大于S95矿粉活性指数（75%）。超细矿粉掺合料28d活性均达到S115水平。

（2）超细矿粉掺合料随着D97粒径的减小，早期强度增大，但后期强度的增长不及粒径较大的超细矿粉掺合料。如S115-5的超细矿渣粉3d活性达到131%，28d活性为118%，而S115-15的超细矿渣粉3d活性仅为95%，但其28d活性达到124%。

（3）超细矿粉掺合料的流动度比均<S95矿粉，且达不到GB/T18046―2008规定的流动度>95%的要求。原因可能是超细矿粉掺合料粒径小，比表面积大，需求包覆其表面的用水量较大，导致超细矿粉掺合料颗粒间的层间水减少，流动度比趋小。

3结论

（1）超细矿粉掺合料S115-15、S115-10、S115-5比表面积、粒径分布呈规律变化：比表面积依次增大，粒径分布依次偏向低粒径方向。

（2）超细矿粉掺合料S115-15、S115-10、S115-5早期强度活性高：3d抗压强度可达95%以上，而一般的S95矿粉3d强度活性仅为70%左右。

（3）超细矿粉掺合料S115-15、S115-10、S115-5流动度比均低于S95矿粉，不符合GB/T18046《用于水泥和混凝土的高炉粒化矿渣》的规定要求。

（4）超细矿粉掺合料S115-15、S115-10、S115-5早期强度活性随粒径的减小而增大，但后期强度的增长，细粒径超细矿粉掺合料不及粗粒径超细矿粉掺合料。

参考文献：

[1]石利国，黄建华.大力发展绿色混凝土[J].广东建材，2009(7):48-58.

[2]姚燕，王玲，田培.高性能混凝土[M].北京:化学工业出版社,2006.

[3]张民宝.超细矿粉在混凝土中的应用[J].山西建筑，2008(19):168-170.

[4]张亚梅，余保英.掺超细矿粉水泥基材料早龄期水化产物及孔结构特性[J].东南大学学报（自然科学版），2011(4):815-819.

[5]杜辉，刘星伟，李秋义，等.超细矿粉对高性能混凝土强度的影响[J].青岛理工大学学报，2009(4):162-165.

[6]姜洪洋，洪雷.超细矿粉对混凝土界面的增强作用[J].新型建筑材料，2001(1):39-41.

作者:管玉萍 单卫良 单位:同济大学材料科学与工程学院 上海宝钢新型建材科技有限公司