人类在使用混凝土的同时,又遇到混凝土耐久性问题。如:用于机场、桥梁、公路和港口码头等工程的混凝土,顺筋开裂,剥落加剧,结构破坏。我国1981年调查了18座使用7~25年的港口混凝土码头,宁夏矿渣微粉觉得由于耐久性被破坏的占80%以上的美国约有25万座桥被破坏,今后每年有3万座桥被破坏,每年约有6000万吨的废弃混凝土。混凝土耐久性破坏,要花费大量的财力用于维修和重建。
一、矿渣微粉
提高混凝土强度,防止混凝土及其制品表面泛白
矿渣微粉中的活性SiO2在水化过程中与水泥水化释放的CA(OH)2生成C-S-H,从而促进水化过程不断进行。由于胶凝产物中CA(OH)2和碱含量减少,可防止混凝土及其制品表面泛白。提高混凝土抗淡水侵蚀能力。
提高混凝土密实性和抗渗性
微粉矿渣在混凝土中起到微填充作用,微粉矿渣中的活性Al2O3和水泥中的CA(OH)2、SO3形成钙矾石,具有一定的微膨胀效应,能够补偿混凝土的化学收缩,从而提高混凝土的密实性和抗渗性。
抑制和改善混凝土微裂缝隙
混凝土中掺入矿渣微粉能够减缓胶凝材料的初期水化速率。同时可降低混凝土中胶凝材料总的水化放热量,所以掺入矿渣微粉能够抑制和改善混凝土微裂缝隙。
吸碱能力强,抑制碱-骨料反应
由于矿渣微粉的活性需要被碱激发,因此具有良好的吸碱能力。吸收水泥中的k、Na等碱金属,抑制混凝土的碱-材料反应
对于硫铝酸盐水泥为主的GRC制品,可以进一步降低碱度,提高玻璃纤维制品的耐久性。
提高钢筋混凝土的护筋性
宁夏矿渣微粉具有较强的吸附氯离子作用,因此能有效阻止氯离子扩散进入钢筋混凝土内部,提高钢筋混凝土抗氯离子能力,保护钢筋不被腐蚀。
提高混凝土耐久性
矿渣微粉能在混凝土中形成致密的结构,明显提高新拌混凝土的透水性,避免连通孔隙的形成,使混凝土中的孔隙直径变小,提高混凝土的抗渗性和抗冻融性。同样,由于水泥石结构致密,外界的Cl-、SO42-和CO2难以侵入混凝土内部。所以矿渣微粉可以预防钢筋锈蚀,具有优良的抗硫酸盐侵蚀和抗碳化性能。
二、宁夏矿渣微粉在高性能混凝土中应用举例
矿渣硅酸盐水泥早在1880年就被西欧采用。目前,西欧矿渣硅酸盐水泥的消费量占水泥总消费量的1/5。荷兰65%~70%矿渣硅酸盐水泥占水泥总量的60%。欧洲许多国家规定,硅酸盐水泥用于海工钢筋混凝土结构时,必须掺入大量颗粒状高炉矿渣(占水泥用量的70%)。使用结果表明大掺量矿渣混凝土的Cl-有效扩散系数只有普通硅酸盐水泥混凝土的1/10~1/5,采用大掺量矿渣硅酸盐水泥,钢筋开始腐蚀时间将大大推迟,例如,如果混凝土保护层厚度都是8cm,用硅酸盐水泥制备的混凝土两年钢筋就开始锈胀;普通硅酸盐水泥制备的混凝土是15年;大掺量矿渣硅酸盐水泥混凝土是240年。
东卡尔德抵御荷兰三角洲地区北海风暴潮的巨型潮汐闸门,沙特-巴林高速公路上横跨中东海湾的五座桥梁,以及这段时间建成的960米长的悉尼港海底隧道,都是高性能混凝土,掺入大量矿渣粉(65%),目前使用情况良好。
澳大利亚曾使用三元水泥(硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉煤灰用量分别为120、120和100kg/m3)水胶比0.6的混凝土建造海港码头岸壁、煤传输带支承板、硝酸盐仓库底板等10余座钢筋混凝土结构,使用10~28年调查表明:混凝土结构完整良好。原规定混凝土强度21MPa,实则达到50MPa。平均碳化深度仅5或14mm,离表面15mm处混凝土氯化物含量多也只有混凝土质量的0.2%。但是可与此作鲜明对照的是采用低热硅酸盐水泥建造的混凝土工程在该码头使用两年后,由于氯化物渗入较多(多处已达到混凝土质量的0.5%),而且较深,钢筋锈蚀严重,将混凝土顺筋胀裂剥落。
日本Muroran海港,一道混凝土防浪堤有60年历史,所用水泥掺有大量矿渣和粉煤灰,熟料仅占胶凝材料的15%~30%,至今混凝土的碳化深度和氯离子渗透深度均可忽略不记,其中钢筋也未受到锈蚀。
我国有专业的人作过试验,以南京钢铁厂的比表面积与水泥相近的350m2/kg的较粗矿渣微粉配制含矿渣70%的矿渣硅酸盐水泥(水泥用量仅129kg/m3),以单掺或同时掺高效减水剂(FDN),水胶比分别为0.42或0.38配制的高性能混凝土,另外以山东济宁电厂粉煤灰超量代替10%水泥,同时掺FDN,水胶比0.32也配制一种高性能混凝土(水泥用量为380kg/m3),与水灰比0.45的纯硅酸盐水泥(熟料相同)的混凝土(水泥用量为430kg/m3)对比,在海南岛八所港浪溅出区暴露3.5年,实践表明大掺量矿渣微粉的单掺和双掺高性能混凝土Cl-扩散分别为0.5×10-12m2/S和0.4×10-12m2/S。粉煤灰双掺高性能混凝土则为1.35×10-12m2/S,而纯硅酸盐混凝土则为16×10-12m2/S,是大掺量矿渣双掺高性能混凝土的40倍。实际上Cl-很难扩散到深度为2cm的混凝土内,这与英国Taywood工程公司新发表的欧洲BRITE计划在英国南部海港浪溅区六年暴露试验结果保持一致,证实了双掺具有叠加正效应。
目前,融通建材在商品混凝土和水泥配制中使用的宁夏矿渣微粉,已超过80万吨,产值达1.6亿元,我们相信,随着社会的进步和发展,矿渣微粉必将在建筑业中发挥愈来愈突出的作用。