[科普中国]-高炉水泥

简介

矿渣又称粒化高炉渣，是由高炉炼铁熔融的矿渣急冷时，来不及结晶而大部分形成的玻璃态物质，其主要组分为氧化钙、氧化硅和氧化铝，它具有较高的潜在活性，在激化剂的作用下，与水化合可生成具有水硬性的胶凝材料。

另外，由于矿渣粉的需水量比水泥小，掺入矿渣粉可降低混凝土的水胶比，减少混凝土泌水量，增加流动性，提高和易性、可泵性，因此保持良好的工作性。由于可等量取代30-70%的水泥，减少了水泥水化时的放热，水化总热量就会减少，从而降低混凝土的温升，避免因混凝土的温升过快而引起的混凝土开裂1。

机理掺矿渣粉的水泥水化反应主要是熟料矿物的水化反应、矿渣粉与氢氧化钙和硫酸钙的化学反应。水泥熟料水化后析出的氢氧化钙，作为矿渣粉的碱性激发剂与矿渣粉中的活性成分相互作用，生成纤维状的水化硅酸钙和钙矾石等水化产物，而且水化硅酸钙的凝胶结构具有比硅酸盐水泥更为致密的特征，矿渣粉颗粒在硬化早期大部分像“晶核”一样参与结构形成的过程，钙矾石则在矿渣粉颗粒的四周围绕表面生成，从而获得最佳强度。相关研究表明：磨细矿渣粉作为水泥基材料的活性混合材，具有填充效应、火山灰效应和微集料效应，适量掺加能改善水泥浆体与集料界面的粘结强度，形成自身的紧密体系。但是，当混凝土或砂浆中加入较大掺量的磨细矿渣粉时，磨细矿渣粉对强度的贡献起到主导性作用，而少量的水泥则在对强度贡献的同时主要起激发剂作用，促使磨细矿渣粉进行水化和二次水化反应。

强度影响水泥最终是要作为混凝土的原材料之一用到混凝土工程中去。而影响混凝土强度的三要素是水泥本身的强度、水泥与集料的粘结强度、集料性能(级配组成、自身强度、形貌特征等)。其中影响最大的是水泥砂浆与粗细骨料的粘结强度大小。

当水淬高炉矿渣经粉磨至比表面积超过每立方500立方米时，由于其玻璃体结构被破坏，从而使其潜在的活性被激发出来。在此情况下矿渣粉对混凝土强度的提高主要取决于火山灰效应和微集料效应。

火山灰效应

矿渣粉活性的激发改变了它与粗细骨料的粘结强度。混凝土中掺人磨细矿渣粉后，在混凝土内部的碱性环境中，矿渣细粉吸收水泥中水化时形成的氢氧化钙，且能促进水泥进一步水化生成更多有利的凝胶，使接口区的氢氧化钙晶粒变小，改善了混凝土的微观结构，使水泥浆体的空隙率明显下降，强化了集料接口的粘结力，从而使混凝土的强度大大提高。

微集料效应

形成细观自紧密结构(即通过二次水化使结构密实度提高)。磨细矿渣的平均粒径比水泥小得多，它的加入填充了水泥颗粒间的间隙，改变了水泥的颗粒级配，使混凝土形成细观层次的自密实体系从而提高强度。当矿渣粉细度很小时，不但矿渣粉的潜在活性不能得到充分发挥，而且由于矿渣的掺人，相对减少了参与水化的水泥量，从而使水化产物更少，混凝土强度更低。

作用(1)水泥中掺入矿渣粉后，可有效降低水泥的水化热，并且随着矿渣粉掺量的增加，水化热下降幅度增大，这样可有效防止大体积混凝土因水化热较高产生应力集中而导致混凝土开裂。

(2)可降低因碱一集料(砂石等)反应而引起的混凝土体积膨胀开裂，从而降低对低碱水泥的生产要求。

(3)因矿渣粉的掺入能降低混凝土的空隙率，从而增强了氯离子的抗渗透能力，形成对钢筋的防腐保护层，比较适宜于海防工程。

(4)矿渣粉的掺入可降低水泥中铝酸三钙及可溶解氢氧化钙的含量，因而降低了由于硫酸盐侵蚀引起的混凝土体积膨胀。

(5)可抑制混凝土中高价铬等重金属的溶出。

(6)可减轻水泥及混凝土的颜色，矿渣掺量越多，水泥和混凝土的颜色越浅，故可作为价格昂贵的白水泥的替代品。