我国经济由高速度发展转为高质量发展，工程建设也要与经济建设发展同步，实施可持续环保发展，对工业废渣的再利用是建筑行业永恒的课题，矿粉是粒化高炉矿粉的简称，是优质的混凝土掺合料和水泥混合材，本文开展了不同矿粉掺量的混凝土试验研究，寻找不同掺量矿粉对混凝土性能影响规律，深入了解矿粉的作用，为矿粉在混凝土中的应用提供参考。

1 实验过程

1.1 原材料选取

（1）选取S95矿粉，主要性能指标见表1。

（2）水泥选取P·O42.5水泥，主要性能指标见表2。

（3）粗集料，5~30 mm连续级配的碎石，表观密度2764kg/m3，堆积密度1526kg/m3，含泥量为0.4%。

（4）细集料，河沙，细度模数2.8，表观密度20681kg/m3，堆积密度1500 kg/m3，含泥量为1.8%。

（5）减水剂，鑫统领复配型外加剂，固含量10%，减水率20%。

1.2 混凝土配合比设计

本实验设计的混凝土标号为C40，根据JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》设计并调整后确定水胶比为0.49，单位用水量166 kg/m3，砂率42%。以混凝土配合比为基准，确保水灰比不变，用矿粉代替部分水泥改变胶凝材料配比进行混凝土试配调整，确定四个不同的配比方案与一个基准混凝土配比，见表3。

2 试验及结果分析

2.1 坍落度试验

坍落度实验按照标准GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行，坍落度筒的提离过程应在5~10s内完成，整个操作过程应保证在150s内完成，避免操作不当导致测试误差。坍落度实验结果见表4，图1，2。

可以看出，随着矿粉的掺入，混凝土坍落度逐渐上升，分析由于矿粉的颗粒表面较为光滑，圆球度高，物理性能相对较稳定，使得它能一定程度上减少新拌混凝土物料之间的摩擦，改善混凝土的和易性。但是由于矿粉一般情况下比表面积相对较大，掺入量过高，可能会造成混凝土离散性增大，反而降低混凝土的和易性，因此掺入矿粉时，应注意其比表面积，尽量与水泥颗粒形成良好的颗粒级配，掺入比例不要过大。

2.2 强度影响试验

抗压强度按照标准GB/T 50081《普通混凝土力学性能试验方法》，在混凝土试件达到养护龄期7d、28d和60d时进行抗压强度测试，测试结果见表5，图3。

从表5和图3可知，随着矿粉掺入量的提升，混凝土的早期强度（7d）下降，但是后期28 d和60 d强度均呈先上升后下降的趋势，主要是由于矿粉在水化初期并不参与反应，而在水化反应的后期，其与水化生成的Ca(OH)2发生二次水化反应，生成硅酸钙凝胶，其后期强度甚至超过未加入矿粉的基准样品。但是在矿粉掺入过多时（＞20%）水化生成的Ca(OH)2被反应消耗，使得多余的矿粉并不能参与反应，导致强度呈下降的趋势。

2.3 抗碳化性能试验

本实验采用快速碳化法，依据GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行试验，养护完成后，将试件转移至烘箱内，控制温度在60℃，烘干48h后进行碳化试验，试验过程中，控制CO2浓度在（20±3）%，温度控制在（20±2）℃，湿度控制在（70±5）%，试验后，涂抹1%酚酞酒精试剂，待充分反应后，测试其碳化深度，试件一组3个，测试结果取平均值，测试结果见表6，图4。

由表6，图4可见，随着矿粉掺入量的提升，试件的碳化深度逐渐增加，表示其抗碳化能力逐渐降低，主要是由于随着矿粉的加入，其混凝土系统中氢氧化钙的含量逐渐降低，而CO2同时参与反应，使得混凝土整体偏向中性，混凝土碳化深度逐步增大。

2.4 抗冻化性能试验

按照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行抗冻性能试验，试件尺寸100 mm×100 mm×400 mm，每次冻融循环25次后测定试件质量损失和动弹性模量。测试结果见表7，图5，6。

可见，随着矿粉掺入量的增大，试件在经过冻融循环后剩余质量和相对动弹性模量逐渐减少，冻融200 次后，其质量损失从空白的0.68% 升至了40%掺入量下的1.56%，质量损失增长了129%。

2.5 水化热性能

本实验参照DL/T 5150《水工混凝土试验规程》和JTG/T F50—《公路桥涵施工技术规范》分别测试绝热温升值，将拌合料装入容器中，按照混凝土试件的成型与氧化方法进行养护，在容器中埋入一根测温管，密封容器后将容器送入绝热室内，开始测温，每0.5h记录一次试样中心温度，24 h后每1h记录一次，7d后6h记录一次，至28d为止，结果见图7。

由图7可见，随着矿粉掺入量的提升，混凝土的绝热温升呈不断下降的趋势，同时，升温速率也有一定程度降低。分析主要是由于矿粉取代部分的水泥后，降低了C3A和C3S的含量，在水化反应中，特别是初期，极大的降低了水化反应的速度和程度，虽然在后期，矿粉中的活性SiO2和Al2O3会与氢氧化钙发生二次水化反应，但是综合整体考虑，矿粉的掺入，仍然能降低混凝土水化过程中的放热量。

3 结论

（1）随着矿粉的掺入，混凝土的坍落度和扩展度得到有效的改善，但是由于矿粉一般情况下比表面积相对较大，掺入量过高，可能会造成混凝土离散性增大，反而降低混凝土的和易性，因此掺入矿粉时，应注意其比表面积，尽量与水泥颗粒形成良好的颗粒级配，同时掺入比例不要过大。

（2）一定量矿粉的掺入，对混凝土的抗压强度有一定程度的改善作用，虽然混凝土的早期强度下降，但是后期强度得到增强，其28d和60d抗压强度在20% 掺入量时达到大，分别增长了2.3MPa和2.5MPa。

（3）矿粉的掺入，对混凝土的抗碳化性和抗冻性均有一定程度的破坏，随着矿粉的掺入，混凝土的抗碳化能力和抗冻性能逐步下降。如需在此条件下改善混凝土的耐久性，可以适当减少混凝土的水胶比。

（4）矿粉掺入后，对混凝土的水化热有一定程度的降低效果，掺入40%矿粉的条件下，高温峰值下降了7.3℃。