[摘要] 本文阐述了将复合矿物掺合料ZX掺入混凝土中，可显著改善混凝土的工作性、强度和耐久性。与单一组分的矿渣和粉煤灰相比，其性能更加优良，叠加效应显著，且成本降低，具有良好的市场应用前景。
[关键词] 复合矿物掺合料； 叠加效应； 工作性能； 强度； 耐久性
1 前言
大量研究结果表明，磨细复合矿物掺合料可以改善混凝土的和易性，降低混凝土的绝热温升，提高混凝土的耐久性，尤其对提高混凝土的耐腐蚀效果较好。近年来，大体积混凝土工程和高性能混凝土工程施工常常采用掺加磨细掺合料的技术路线。目前应用较多的矿物掺合料有矿渣、粉煤灰，通常是以单一组分掺入混凝土中应用。相比之下，矿渣微粉来源广，价格适中，替代水泥量大，后期强度较高，但其易磨性较差，用现有水泥厂球磨机生产高比表面积矿渣微粉有一定困难，因而价格较粉煤灰贵，而粉煤灰则早期强度较低。为此，我们研究了多种磨细工业废渣及天然矿物掺合料复合组成的新型矿物掺合料ZX。通过正交试验达到矿渣与多种微粉的最优复合化，充分发挥各组分的超叠加效应和优化的颗粒级配，生产出比表面积稳定、性能优良的复合矿物掺合料。
2 试验用原材料
（1）水泥 河南孟电集团P.O32.5级水泥，其性能见表1。
（7）外加剂 新郑新星外加剂厂生产的脂肪族系FN-S高效减水剂，掺量为1.8%时，减水率为19.2%。
3 试验方法
采用对比的方式，分别进行水泥胶砂强度、混凝土拌和物性能、硬化混凝土强度和耐久性的测定。水泥胶砂强度测定根据GB/T17671-1999进行；混凝土拌和物性能测定根据GB/T50080-2002进行；混凝土抗压强度测定根据GB/T50081-2002进行；混凝土耐久性测定根据JGJ82-85进行。
4 试验结果
4.1 对水泥胶砂强度的影响
将复合矿物掺合料ZX与纯矿渣微粉、粉煤灰进行对比试验，均以30%取代水泥测定水泥胶砂强度，试验结果见表7。
表7结果表明，由于复合矿物掺合料ZX是由多种微粉复合而成，在水化过程中，其产生的火山效应、形貌效应和微集料效应的叠加和互补作用，使得在同一掺量下，复合矿物掺合料ZX的强度优于单一组分的纯矿渣和粉煤灰，后期强度高于纯水泥。
4.2 对混凝土工作性能的影响
表8是复合矿物掺合料ZX、纯矿渣微粉、粉煤灰均以30%取代水泥后，对混凝土工作性能的影响。
表9结果表明加入掺合料的混凝土后期强度均高于基准混凝土，尤其是复合矿物掺合料强度最高。
4.4 对混凝土耐久性的影响
对表8中的4个编号的配合比，分别进行了混凝土的抗渗、抗冻和收缩性能测试，结果见表10。
4.5 对混凝土体积稳定性的影响
采用圆环试验法对表8中的4个编号的配合比分别进行了开裂情况的观察，结果见表11。
5 结果分析
混凝土中的水泥水化时产生相当数量的Ca（OH）2晶体，由于Ca（OH）2具有可溶性，在硬化混凝土中Ca（OH）2的分布是极不均匀的，从骨料与胶结料之间的界面看，界面过度层的一定区域内，Ca（OH）2富集及定向排列，与其它部分的水泥石相比，是一种多孔质的结构，强度很低。复合矿渣微粉经充分细磨，由于机械力活化作用，使其潜在的火山灰活性得以发挥，掺入混凝土中可与Ca（OH）2反应，生成对强度有贡献的水化硅酸钙凝胶（C-S-H）。复合微粉中矿渣富钙，粉煤灰富硅，在成分上有互补性，容易形成大量C-S-H凝胶，形成致密的结构，使混凝土强度和抗渗性大幅度提高，从而使混凝土耐久性大大提高。
复合矿渣微粉经细磨后比表面积达600m2/kg，而水泥比表面积一般为350m2/kg，因此，复合微粉可填充于水泥颗粒之间，使混凝土密实度增加。由于矿渣易磨性较差，若把矿渣粉磨至比表面积为600m2/kg，，所耗费电能是相当大的。而且，按照粉碎理论，粉磨产品粒度分布与物料易磨性有关，其易磨性越好，颗粒分布越离散，均匀性越差。矿渣易磨性较差，具有较小的离散，而复合矿渣微粉复合了易磨性较好的多种物料混合粉磨，不可避免的在粉磨过程中发生选择性粉磨现象，粉磨产物粒度分布较宽，微粒更多，从而有更紧密的堆积和填充，使混凝土有较高的工作性能。
粉煤灰球形度很好，具有良好的滚珠效应。矿渣微粉球形度稍差于粉煤灰，但优于水泥颗粒。复合矿渣微粉替代部分水泥掺入混凝土中，除了其“形貌效应”外，早期与水泥反应十分慢，可减少这部分化学反应水，而且矿物微粉填充于水泥颗粒之间，亦减少了颗粒空隙用水，因而可提高拌合物的流动性。由于矿渣颗粒表面致密、光滑，极不容易吸附水分子，在浆体中容易产生光滑的滑动面，从而改善其流动性。但矿渣粉常引起泌水性增大，而粉煤灰则不易引起泌水，石灰石粉的微细晶粒表面光滑，水分在其表面的附着力小而起到一定的减水作用，对混凝土流动度、强度、抗渗性、抗冻性及收缩性等性能有较好的影响。因而，多种材料复合的矿渣微粉能使混凝土的泌水、离析现象得到明显改善，是性能上的优势互补。
6 结论
复合矿物掺合料ZX是有矿渣、粉煤灰、石灰石等组分复合磨细而成的，具有火山效应、形貌效应和微集料效应的叠加作用，掺入混凝土中可以30%的掺量取代水泥，制成不同强度等级的混凝土。能有效的改善混凝土的工作性，显著提高混凝土的强度和耐久性能。其性能优于单一组分的矿渣和粉煤灰，具有性能叠加和成本降低的双重效果，经济效益和社会效益均十分可观。
