0引言

矿渣粉（粒化高炉矿渣微粉）作为工业固废资源化利用的重要产物，其在混凝土中的应用已成为推动绿色建材发展及降低碳排放的关键技术路径。矿渣粉通过微集料填充效应、火山灰反应及水化热调控机制，可显著改善混凝土的力学性能、耐久性及工作性。研究表明，矿渣粉掺量与混凝土性能呈非线性关系：当掺量≤30%时，早期强度随掺量增加而下降，但后期强度（28d、60d）可提升14%～38%；而掺量超过50%时，泌水率提高15%～25%，离析风险增加，同时抗压强度不再增加。这一矛盾特性源于矿渣粉颗粒比表面积效应与火山灰反应速率的动态平衡，过量掺入会导致浆体黏度异常及界面过渡区缺陷增多。当前工程实践中，矿渣粉掺量优化仍缺乏系统性方法，尤其在复合掺料体系（如矿渣粉+粉煤灰）的协同效应及经济性方面存在不足。本文探讨了矿渣粉掺量与混凝土性能的定量关系，旨在为掺量优化提供理论依据及技术参考，进而推动混凝土材料的可持续发展。

1矿渣粉的组成成分及性能

1.1矿渣粉的组成成分

粒化高炉矿渣粉（简称“矿渣粉”），是以矿渣为主要原料、掺加少量天然石膏磨制成一定细度的粉体，主要由矿渣、天然石膏、助磨剂组成。矿渣粉主要化学成分由CaO、Al2O3、SiO2、MgO构成，这4种氧化物占其总量的90%以上，一般情况下，CaO、Al2O3、MgO含量越高，对矿渣粉的活性越有利，而SiO2含量较高时，则会降低矿渣粉的活性。

1.2矿渣粉的性能

1.2.1矿渣粉的胶凝作用

矿渣粉的胶凝作用体现在矿渣粉中存在一定数量的水泥熟料矿物，这些矿物可以直接与水发生水化反应，生成水化产物，凝结硬化形成强度。

1.2.2矿渣粉的活性效应

矿渣粉的活性效应体现在水泥基系统中矿渣粉中的Al2O3、SiO2与Ca（OH）2反应生成强度较高、稳定性较好的C-S-H和C-A-H凝胶，由于Ca（OH）2被大量吸收，从而促进了C2S和C3S的水化程度，这对提高混凝土的强度有着积极作用。

2试验方案

2.1原材料

2.1.1水泥

采用红狮P·O42.5水泥，检测结果为：45μm筛筛余11.1%，安定性沸煮法合格，初凝时间210min，终凝时间290min，3d抗折强度5.1MPa，抗压强度26.4MPa，28d抗折强度8.5MPa，抗压强度48.9MPa，符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2023）要求。

2.1.2粉煤灰

采用厦门华夏国际电力发展有限公司的F类Ⅱ级粉煤灰，检测结果为：细度18.8%，需水量比98%，强度活性指数77%，烧失量1.47%，符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2017）标准中F类Ⅱ级粉煤灰技术要求。

2.1.3矿渣粉

2.1.4外加剂

2.1.5粗集料

采用5～25mm连续粒级的碎石，检测结果为：含泥量0.6%，泥块含量0.2%，压碎值指标7.7%，针片状8%，符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006）标准中用于混凝土强度等级C30～C55的技术要求。

2.1.6细集料

采用机制砂，检测结果为：细度模数2.8，中砂Ⅱ区，泥块含量0.1%，亚甲蓝MB值0.70，石粉含量5.1%，人工砂总压碎值指标12.7%，符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006）标准中用于混凝土强度等级C30～C55的技术指标要求。

2.1.7水

采用饮用水，满足《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）要求。

2.2不同矿渣粉掺量的混凝土配合比设计

依据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011），设计出5组C40混凝土配合比（矿渣粉的掺入量依次为0、10%、20%、30%、40%）（如表1所示），并在实验室对其进行试配。

2.3试验方法

依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080-2016），检测拌合物的坍落度，观察拌合物的和易性。成型尺寸为150mm×150mm×150mm的试件，在湿度＞95%、温度（20±2）℃的标准养护室中分别养护7d和28d后进行抗压强度试验。

3试验结果及分析

根据表1配合比设计参数进行试配，试验结果如表2所示。

3.1不同掺入量的矿渣粉对混凝土拌合物性能的影响

不掺矿渣粉时，混凝土拌合物的性能一般，容易泌水，随着矿渣粉掺入量的增加，拌合物的性能得以改善，但是当矿渣粉的掺入量为40%时，虽然拌合物的坍落度也较好，流动性也满足要求，但是出现了泌水现象，粘聚性与C、D组相比表现较差（如图1所示）。

这是由于矿渣粉的微集料效应导致的，矿渣粉的比表面积比水泥大，也就是说矿渣粉的粉状颗粒比水泥小，在混凝土中掺入适量的矿渣粉，使矿渣粉与水泥达到合理级配，相互间的填充更加充分。由于矿渣粉的加入，置换出水泥颗粒间的水，在相同的单位用水量条件下，增加了拌合物的流动性，表现为混凝土的坍落度变大，而用于胶结和润滑的拌和用水也趋于饱和，从而减小了泌水的可能性，另一方面由于矿渣粉具有较大的比表面积，增加了包裹性，使得拌合物的粘聚性变好了，矿渣粉在等量取代水泥后，拌合物的性能得到了改善。但是随着矿渣粉的不断加入，其用于填充水泥颗粒间空隙的平衡作用处于失衡状态，在相互填充后还有富余，由于矿渣粉不具有很好的保水性能，在相同的单位用水量条件下，拌合物的总需水量下降，导致拌合用水无法充分利用，使拌合物出现泌水现象，拌和物的性能也随之变差。由此得出矿渣粉的掺入量在10%～30%，混凝土拌合物的和易性更能满足要求。

3.2不同掺入量的矿渣粉对混凝土强度的影响

5组配合比的7d混凝土抗压强度变化不大，说明矿渣粉对混凝土早期强度的影响不是特别大，但是随着时间的推移，当不掺矿渣粉时，混凝土的28d强度较低，随着矿渣粉的掺入量增加，混凝土28d强度有所提高，当矿渣粉的掺入量为40%时，混凝土的28d强度明显低于矿渣粉掺入量为10%、20%、30%的混凝土配合比（如图2所示）。

这是由于矿渣粉的加入改善了与胶凝材料之间的级配，提高了浆体的密实度，另外，矿渣粉与Ca（OH）2反应生成C-S-H凝胶，填充于毛细孔内，使混凝土结构更加的密实。由于Ca（OH）2被大量吸收，使水泥的水化更充分，生成更多的C-S-H凝胶，另外Ca（OH）2被吸收，使混凝土界面区的Ca（OH）2晶体减少，改善了胶凝材料与集料之间的粘结强度，从而提高了混凝土的强度。但是随着矿渣粉的持续增加，矿渣粉掺入过大，使得拌合物中的水泥用量大幅度降低，而矿渣粉的2次反应需要水泥熟料水化放出的Ca（OH）2作为一个激发条件，当水泥用量过低时，激发作用就降低，随之混凝土的强度也降低。由此得出矿渣粉的掺入量在10%～30%之间，对混凝土强度的增加最有利。

4矿渣粉在混凝土中应用的注意事项

4.1严格控制矿渣粉的质量

矿渣粉的质量会直接影响混凝土的质量，质量好的矿渣粉会改善混凝土的性能。如矿渣粉的比表面积一般控制在350～450m2/kg，矿渣粉的比表面积过小，会使混凝土的粘度降低，对骨料的包裹性降低，混凝土容易出现离析、泌水现象，这对混凝土的质量控制不利。所以在拌制混凝土的过程中，应该加强对矿渣粉的质量控制，性能达不到规范要求的矿渣粉严禁用在混凝土中。

4.2加强混凝土的养护

掺入矿渣粉后，对混凝土的初期养护要求更高。在混凝土中加入矿渣粉会使混凝土的凝结时间延长，所以应适当延长混凝土的养护时间。《混凝土结构工程施工规范》（GB50666-2011）中规定采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土，养护时间不应少于7d，采用缓凝型外加剂、大掺量矿物掺合料配制的混凝土，养护时间不应少于14d。

4.3严格控制矿渣粉的掺量

《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）规定：在混凝土中只有一种矿渣粉作为掺合料，当水胶比≤0.40时，硅酸盐水泥的矿渣粉最大掺量≤65%，普通硅酸盐水泥的矿渣粉最大掺量≤55%；当水胶比＞0.40时，硅酸盐水泥的矿渣粉最大掺量≤55%，普通硅酸盐水泥的矿渣粉最大掺量≤45%，矿物掺合料在混凝土中的掺量应通过试验确定。合适的矿渣粉掺量能提高混凝土的性能。

5结语

综上所述，掺入过量的矿渣粉会对混凝土产生负面的影响，如混凝土拌合物出现泌水、离析现象，混凝土的强度降低等。本次试验表明，矿渣粉的掺量在10%～30%之间，能大大改善混凝土的力学性能和拌合物性能，同时矿渣粉的质量控制、合理的养护条件也是保证混凝土质量的关键因素。（来源：《建材发展导向》2025.11）