危加陽項目5水泥混凝土

項目五.混凝土(concrete)5.1.概述

一.砼定義水泥、水和骨料按適當(dāng)比例配合拌制成混合料經(jīng)硬化而成的人造石材。目前混凝土的用量約為120億噸，是世界上用量最大的人工建筑材料，隨著混凝土性能的不斷提高，其用量及應(yīng)用范圍還會增加?；炷翉V泛應(yīng)用于建筑、橋梁、道路等土木工程領(lǐng)域。水泥混凝土的定義混凝土一般是指由膠凝材料（膠結(jié)料），粗、細(xì)骨料（或稱集料），水及其它材料，按適當(dāng)比例配制并硬化而成的具有所需的形狀、強度和耐久性的人造石材。以水泥為膠凝材料的，即為水泥混凝土。5.1.1水泥混凝土的分類

1.根據(jù)所用膠凝材料的不同分為水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、樹脂混凝土、瀝青混凝土等。土木工程中用量最大的為水泥混凝土。2．按表觀密度分類（1）普通混凝土：其表觀密度為2000~2800kg/m3,是用普通的天然砂石為骨料配制而成，為建筑工程中常用的混凝土。（2）輕混凝土：其表觀密度小于1950kg/m3,采用各種輕集料配制成輕集料結(jié)構(gòu)混凝土，主要用作輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料和隔熱保溫材料。（3）重混凝土：其表觀密度大于2800kg/m3，為了屏蔽各種射線的輻射采用各種高密度集料配制的混凝土。3.按用途分類可分為結(jié)構(gòu)混凝土、裝飾混凝土、防水混凝土、道路混凝土、防輻射混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土、大體積混凝土、膨脹混凝土等。4．按強度等級分類（1）低強度混凝土：抗壓強度小于30MPa；（2）中強度混凝土：抗壓強度30~60MPa；（3）高強度混凝土：抗壓強度大于60MPa；（4）超高強混凝土：抗壓強度大于100MPa。

5．按生產(chǎn)和施工方法分類可分為泵送混凝土、噴射混凝土、碾壓混凝土、真空脫水混凝土、離心混凝土、壓力灌漿混凝土、預(yù)拌混凝土（商品混凝土）等。

6.按其主要功能或結(jié)構(gòu)特征、施工特點來分類如防水混凝土、耐熱混凝土、高強混凝土、泵送混凝土、流態(tài)混凝土、噴射混凝土、纖維混凝土等5.1.2水泥混凝土的特性（1）組成材料中砂、石等地方材料占80%以上，符合就地取材和經(jīng)濟原則。（2）易于加工成型。新拌混凝土有良好的可塑性和澆注性，可滿足設(shè)計要求的形狀和尺寸。（3）匹配性好。各組成材料之間有良好匹配性，可組成共同的具有互補性的受力整體。（4）可調(diào)整性強?？筛鶕?jù)使用性能的要求與設(shè)計來配制相應(yīng)的混凝土。（5）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可代替鋼、木結(jié)構(gòu)，而節(jié)省大量的鋼材和木材。（6）耐久性好，維修費少。但混凝土自重大、比強度小、抗拉強度低、變形能力差和易開裂等缺點，也有待研究改進。由于混凝土有上述重要優(yōu)點，所以廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑工程、水利工程、地下工程、公路、鐵路、橋涵及國防軍事各類工程中，

（1）央視大樓（2）三峽大壩（3）杭州灣跨海大橋圖5.1混凝土工程實例圖片砼分類

重砼(0≥2600kg/m3);普通砼(1950kg/m3＜0＜2600kg/m3);輕砼(0≤1950kg/m3)

按表觀密度分按抗壓強度分低強砼(fcu＜30MPa);中強砼(fcu=30-60MPa)高強砼(fcu≥60MPa);超高強砼(fcu≥100MPa)按膠凝材料分水泥砼(水泥);石膏砼(石膏);瀝青砼(瀝青)砼特性混凝土在土建工程中能夠得到廣泛的應(yīng)用，是由于它具有優(yōu)越的技術(shù)性能及良好的經(jīng)濟效益。

1.優(yōu)點就地取材；造價低；可塑性好；耐久性高；與鋼筋有牢固的粘結(jié)；性能可調(diào)整。

2.缺點自重大；比強度??；抗拉強度低，性脆；導(dǎo)熱系數(shù)大；硬化慢；生產(chǎn)周期長。5.1.3混凝土用水泥1.水泥品種的選擇2.水泥強度等級的選擇選擇水泥品種

1

水位變化區(qū)外部混凝土、溢流面和經(jīng)常受水流沖刷部位的混凝土及有抗凍要求的混凝土，宜選用中熱硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，也可選用普通硅酸鹽水泥。

2

內(nèi)部混凝土、水下混凝土和基礎(chǔ)混凝土，宜選用中熱硅酸鹽水泥，也可選用低熱礦渣硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和低熱微膨脹水泥。

3

環(huán)境水對混凝土有硫酸鹽侵蝕性時，應(yīng)選擇抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。

水泥

水泥品種的選擇應(yīng)當(dāng)根據(jù)混凝土工程性質(zhì)與特點，工程的環(huán)境條件及施工條件，結(jié)合各種水泥特性進行合理的選擇。例：路面搶修工程——硅酸鹽水泥高溫車間路面和抗硫酸鹽——礦渣水泥水庫大壩——火山灰水泥水泥強度等級的選擇32.5水泥一般配C30以下的，如C10、C15、C20、C2542.5一般配比如C30其盡量不要超過水泥標(biāo)號的混凝土等級，因為這樣水泥更加節(jié)省一點，更經(jīng)濟。混凝土的強度等級要根據(jù)你所需的結(jié)構(gòu)選擇。像一般的墊層為C10、C15板一般C15、C20、C25等都可以。梁柱C25、C30甚至C40都有。2、水泥強度等級的選擇應(yīng)當(dāng)與混凝土的設(shè)計強度等級相適應(yīng)。當(dāng)水泥強度等級過高：水泥用量過低，和易性和耐久性差；當(dāng)水泥強度等級過低——水泥用量太多，降低水泥混凝土品質(zhì)，收縮率加大。經(jīng)驗證明，配制C30以下的混凝土，水泥強度等級為混凝土強度等級的1.1～1.8倍，配制Ｃ40以上的混凝土，水泥強度等級為混凝土強度等級的1.0～1.5倍，同時宜摻入高效減水劑。配制普通混凝土?xí)r，選擇水泥強度等級常為混凝土強度等級的(

)倍為宜。

A．1

B．2

C．3

D．1.5～2.0d5.2.砼中各組成材料的結(jié)構(gòu)

砼組成材料

水泥、水、細(xì)骨料和粗骨料，以及適量外加劑和摻合料水泥砼未硬化前(freshconcrete)起潤滑作用

水泥漿

水砼硬化后(concrete)起膠結(jié)作用砼細(xì)骨料起骨架作用、抗風(fēng)化

骨料粗骨料抑制水泥漿收縮、耐磨

普通混凝土的基本組成材料是天然砂、石子、水泥和水，為改善混凝土的某些性能還常加入適量的外加劑或外摻料。在混凝土中，砂、石起骨架作用，因此也稱為骨料。水泥和水形成水泥漿，包裹在砂粒表面并填充砂粒間的空隙而形成水泥砂漿，水泥砂漿又包裹在石子表面并填充石子間的空隙。在混凝土硬化前，水泥漿起潤滑作用，賦予混凝土拌合物一定的流動性，便于施工。硬化后，則將骨料膠結(jié)成一個堅實的整體，并產(chǎn)生一定的力學(xué)強度。

（1）示意圖（2）實物圖圖5.2混凝土結(jié)構(gòu)5.2.3骨料5.2.3骨料5.3混凝土礦物摻合料

明天的混凝土將含有較少的熟料，因此水泥業(yè)將成為水硬性膠凝材料業(yè)，一種向市場提供與水拌和時能硬化的微細(xì)粉末的工業(yè)。這種使礦物組分，而不是細(xì)磨熟料用量增大的做法，將有助于水泥業(yè)向更加符合各國政府提出的可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)邁進。今天的水泥業(yè)沿著這個方向努力已經(jīng)是非常必要了。

Cementsofyesterdayandtoday；ConcreteoftomorrowP.-C.A?tcin一、什么是礦物摻合料活性氧化硅、氧化鋁和其它有效礦物為主要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土綜合性能，且摻量一般不小于5%的具有火山灰活性或潛在水硬性的粉體材料。GB/T18736-2002《高強高性能混凝土用礦物外加劑》明確規(guī)定：用于改善混凝土耐久性能而加入的、磨細(xì)的各種礦物摻合料，又稱礦物外加劑，其主要特征是磨細(xì)礦物材料，細(xì)度比水泥顆粒小，主要用于改善混凝土的耐久性和工作性能。是混凝土的第六組分。常用的礦物摻合料有：粉煤灰、?；郀t礦渣粉、硅灰、沸石粉。5.3.摻合料(additive)1.定義與砼其他組分一起，直接加入的人造或天然的礦物材料以及工業(yè)廢料，摻量一般大于水泥重量5%。2.作用改善砼性能，節(jié)約水泥3.常用種類粉煤灰、硅灰、磨細(xì)礦渣粉磨細(xì)煤矸石等采用外加劑和摻合料是提高混凝土強度、改善性能、節(jié)約水泥和能源的最有效的方法之一。近幾十年來混凝土外加劑和摻合料的發(fā)展很快，國外許多國家外加劑和摻合料的使用率達(dá)到60-80%，有的甚至高達(dá)100%，當(dāng)前外加劑和摻合料已成為混凝土的第五大組分。

砼的摻合料在砼拌合物制備時，為了節(jié)約水泥，改善砼性能，調(diào)節(jié)砼強度等級，而加入的天然或者人造的礦物材料，統(tǒng)稱為砼摻合料。

活性礦物摻合料和非活性礦物摻合料兩類。1粉煤灰粉煤灰是從煤粉爐排出的煙氣中收集到的細(xì)顆粒粉末，其顆粒多呈球形，表面光滑。收集：靜電收塵灰、機械收塵灰再加工：磨細(xì)灰、風(fēng)選灰、原狀灰粉煤灰的質(zhì)量分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級。粉煤灰中實心微珠含量較多，未燃盡碳及不規(guī)則的粗粒含量較少時，粉煤灰較細(xì)，品質(zhì)較好。粉煤灰的細(xì)度越小，能夠參與二次水化反應(yīng)的界面越多，二次水化反應(yīng)越充分，強度越高。粉煤灰物理性質(zhì)需水量比值越小，則混凝土拌制時需水量越少，水灰比降低，使混凝土強度也相應(yīng)越高。多孔玻璃體等非球形顆粒，表面粗糙，粒徑較大，會增大需水量，當(dāng)其含量較多時，使粉煤灰品質(zhì)下降，因此要降低粉煤灰中的多孔玻璃體含量。在粉煤灰中還含有未燃盡的碳粒，未燃盡的碳粒顆粒較粗，會降低粉煤灰的活性，增大需水性，是有害成分。粉煤灰中含碳量可用燒失量評定，I級粉煤灰的燒失量要求不大于5%。（1）CaO含量按氧化鈣含量特征參數(shù)分類，粉煤灰可分為：①低鈣粉煤灰（含量在5%以下）；②中鈣粉煤灰（含量在5～15%）；③高鈣粉煤灰（含量在15%以上）。通常結(jié)合態(tài)的含量越高（中鈣或高鈣粉煤灰），越能提高其自硬性，使其活性大大提高，對提高混凝土的早期強度很有幫助。然而我國電廠排放的粉煤灰90%以上為低鈣粉煤灰，因此提高粉煤灰中含量，開發(fā)高鈣粉煤灰不失為改善粉煤灰資源化特性的一條途徑。粉煤灰化學(xué)成分（2）SO3含量各種粉煤灰的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范均規(guī)定，硫酸鹽的含量應(yīng)加以限制。粉煤灰中硫酸鹽的含量一般以質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)來表示?？紤]到與水泥水化產(chǎn)物水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng)，生成破壞性的鈣礬石（水化硫鋁酸鈣），因此各國粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)中都把視為有害成分，規(guī)定其最大限值為2.5%～5%，我國規(guī)范規(guī)定為3%。（4）含水量粉煤灰中水分的存在會使活性降低，產(chǎn)生一定的粘附力，易于結(jié)團，影響干狀粉煤灰的包裝運輸、儲存和應(yīng)用，我國規(guī)范規(guī)定I級粉煤灰中含水量不超過1%。粉煤灰使用效果粉煤灰具有形態(tài)效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)。形態(tài)效應(yīng)可以減少混凝土的單位用水量，在保證混凝土強度的前提下，減少水泥用量，降低混凝土的絕對溫升和混凝土中溫度裂縫發(fā)生的概率火山灰效應(yīng)可提高混凝土的后期強度；粉煤灰的微集料效應(yīng)所產(chǎn)生的致密熱能，減少硬化混凝土的有害孔比例，有效提高混凝土的密實性；粉煤灰的化學(xué)作用產(chǎn)生的水化產(chǎn)物則起到骨架作用，提高粘結(jié)強度，因而提高混凝土的抗裂性能。粉煤灰的摻用方法：1、等量取代法：粉煤灰代替等質(zhì)量的水泥?？蓽p小水泥用量，降低水化熱，改善和易性，提高抗?jié)B性，早期強度較低，后期強度可與基準(zhǔn)砼相當(dāng)。該方法適用于大體積砼。2、粉煤灰代砂法：保持水泥用量不變，粉煤灰代替砂，可提高和易性，抗?jié)B性和強度。3、超量取代法：粉煤灰的摻量大于所代替的水泥量，其余粉煤灰取代同體積的砂，可節(jié)約水泥和砂的用量，保持石子及用水量，保持砼28天強度及和易性。2硅粉硅粉是從生產(chǎn)硅鐵合金或硅鋼等所排放的煙氣中收集到的顆粒極細(xì)的煙塵，是微細(xì)的玻璃球體，有很高的活性。效果：（1）改善砼拌合物的和易性（2）提高砼強度，配制高強、超高強混凝土（3）改善砼的孔結(jié)構(gòu)，提高砼抗?jié)B性，抗凍性、耐磨性及抗蝕性（4）抑制堿骨料反應(yīng)，防止銹蝕超細(xì)礦渣超細(xì)礦渣是將?；郀t礦渣磨成超細(xì)微粒，代替硅粉來配制高強、超高強砼。超細(xì)礦渣的比表面積大于450m2/kg，可等量代替15%～50%的水泥。使用效果（1）可配制高強混凝土及C100以上的超高強混凝土（2）混凝土干縮率減小，抗凍、抗?jié)B性能提高，提高混凝土耐久性（3）改善混凝土拌合物的和易性，可配制大流動性且不離析的泵送混凝土。沸石粉天然的沸石巖磨細(xì)而成的。沸石巖是一種經(jīng)天然煅燒后的火山灰質(zhì)鋁硅酸鹽礦物。有一定量活性二氧化硅和三氧化鋁，能與水泥水化析出的氫氧化鈣作用，生成凝膠物質(zhì)。沸石粉使用效果（1）提高混凝土強度，配制高強混凝土用525號普通硅酸鹽水泥，以等量取代法摻入10%~15%的沸石粉，再加入適量的高效減水劑，可以配制出抗壓強度為70MPa的高強混凝土。（2）改善混凝土和易性，配制流態(tài)混凝土及泵送混凝土5.4.2混凝土摻合料混凝土摻合料不同于生產(chǎn)水泥時與熟料一起磨細(xì)的混合材料，它是在混凝土(或砂漿)攪拌前或在攪拌過程中，與混凝土(或砂漿)其他組分一樣，直接加入的一種外摻料。用于混凝土的摻合料絕大多數(shù)是具有一定活性的固體工業(yè)廢渣。摻合料不僅可以取代部分水泥、減少混凝土的水泥用量、降低成本，而且可以改善混凝土拌合物和硬化混凝土的各項性能。因此，混凝土中摻用摻合料，其技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境效益是十分顯著的。

1．粉煤灰（1）粉煤灰的種類及技術(shù)要求拌制混凝土和砂漿用的粉煤灰分為F類粉煤灰和C類粉煤灰兩類。F類粉煤灰是由無煙煤或煙煤燃燒收集的，其CaO含量不大于10％或游離CaO含量不大于1％；C類粉煤灰是由褐煤或次煙煤燃燒收集的，其CaO含量大于10％或游離CaO含量大于1％，又稱高鈣粉煤灰。F類和C類粉煤灰又根據(jù)其技術(shù)要求分為Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級三個等級。

(2)粉煤灰效應(yīng)及其對混凝土性質(zhì)的影響①活性效應(yīng)。粉煤從中所含的SiO2和Al2O3具有化學(xué)活性，它們能與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2反應(yīng)，生成類似水泥水化產(chǎn)物中的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，可作為膠凝材料一部分而起增強作用。②顆粒形態(tài)效應(yīng)。煤粉在高溫燃燒過程中形成的粉煤灰顆粒，絕大多數(shù)為玻璃微珠，摻入混凝土中可減小內(nèi)摩阻力，從而減少混凝土的用水量，起減水作用。③微骨料效應(yīng)。粉煤灰中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥漿內(nèi)，填充孔隙和毛細(xì)孔，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)和增大密實度。

(3)混凝土摻用粉煤灰的規(guī)定及方法混凝土工程摻用粉煤灰時，應(yīng)按《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，對于不同的混凝土工程，選用相應(yīng)等級的粉煤灰?；炷林袚接梅勖夯遥话阌幸韵氯N方法：①等量取代法②超量取代法③外加法

2．?；咦o礦渣粉用作混凝土摻合料的粒化高爐礦渣粉．是由?；郀t礦渣經(jīng)干燥、粉磨達(dá)到相當(dāng)細(xì)度的一種粉體。粉磨時也可添加適量酌石膏和助磨劑。?；郀t礦渣粉簡稱礦渣粉，又稱礦渣微粉。

3．硅灰硅灰又稱凝聚硅灰或硅粉，為電弧爐冶煉硅金屬或硅鐵合金的副產(chǎn)品。在溫度高達(dá)2000℃下．將石英還原成硅時，會產(chǎn)生Si氣體，到低溫區(qū)再氧化成SiO2，最后冷凝成極微細(xì)的球狀顆粒固體。

礦渣：冶煉生鐵的副產(chǎn)品，以硅酸鹽和鋁硅酸鹽為主

粉煤灰：熱電廠煤粉燃燒后的產(chǎn)物，以硅酸鹽和鋁硅酸鹽為主二、礦物摻和料在混凝土中的作用效應(yīng)火山灰效應(yīng)形態(tài)效應(yīng)微集料效應(yīng)界面效應(yīng)1、火山灰效應(yīng)

摻和料中的SiO2、Al2O3等潛在活性物質(zhì)與堿性物質(zhì)或石膏反應(yīng)生成水硬性物質(zhì)。水泥的水化反應(yīng)產(chǎn)生Ca(OH)2C2S+mH→CSH+(2-x)CHC3S+nH→CSH+(3-x)CH摻合料發(fā)生水化反應(yīng)的條件：堿性物質(zhì)或硫酸鹽+水+潛在活性物質(zhì)粉煤灰的活性7d以后才能逐漸表現(xiàn)來，反應(yīng)率28d為1.5%～5.5%,90d為8～13%,180d為15～19%之間。2、形態(tài)效應(yīng)

由外觀形貌、表面性質(zhì)、顆粒級配等產(chǎn)生的效應(yīng)。FA中的球形顆粒含量較高時，可增大混凝土的流動性。礦中尖角狀顆粒含量很多，易導(dǎo)致混凝土泌水。3、微集料效應(yīng)摻和料中的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥漿內(nèi)，填充毛細(xì)孔，改善混凝土孔結(jié)構(gòu)和增大密實度的效應(yīng)。混凝土中摻入適量的礦物摻合料混合均勻之后，粉體的顆粒級配更為合理，密實度提高。提高混凝土的抗?jié)B性與抗Cl-1的侵蝕能力。4、界面效應(yīng)

摻和料與水泥熟料水化產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生火山灰反應(yīng)，減少了混凝土中Ca(OH)2的含量，從而改善界面過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)，使?jié){體—界面的粘接力增強。一定程度上改善混凝土的力學(xué)性能與耐久性。裂縫擴展的路徑和方向骨料水泥石骨料周圍的過渡區(qū)

薄弱的過渡區(qū)骨料過渡區(qū)水泥石本體C-S-HCH鈣礬石骨料氫氧化鈣三、摻合料在混凝土中的作用1、摻合料可代替部分水泥，成本低廉，經(jīng)濟效益顯著。2、增大混凝土的后期強度。礦物細(xì)摻料中含有活性的SiO2和Al2O3，與水泥中的石膏及水泥水化生成的Ca(OH)2反應(yīng)，生成生成C-S-H和C-A-H、水化硫鋁酸鈣。提高了混凝土的后期強度。但是值得提出的是除硅灰外的礦物細(xì)摻料，混凝土的早期強度隨著摻量的增加而降低。3、改善新拌混凝土的工作性?；炷撂岣吡鲃有院?，很容易使混凝土產(chǎn)生離析和泌水，摻入礦物細(xì)摻料后，混凝土具有很好的粘聚性。像粉煤灰等需水量小的摻合料還可以降低混凝土的水膠比，提高混凝土的耐久性。4、降低混凝土溫升。水泥水化產(chǎn)生熱量，而混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，在大體積混凝土施工中，混凝土內(nèi)部溫度可達(dá)到50~70℃，比外部溫度高，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，混凝土內(nèi)部體積膨脹，而外部混凝土隨著氣溫降低而收縮。內(nèi)部膨脹和外部收縮使得混凝土中產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。摻合料的加入，減少了水泥的用量，就進一步降低了水泥的水化熱，降低混凝土溫升。5、抑制堿—骨料反應(yīng)。試驗證明，礦物摻合料摻量較大時，可以有效地抑制堿—骨料反應(yīng)。內(nèi)摻30％的低鈣粉煤灰能有效地抑制堿硅反應(yīng)的有害膨脹，利用礦渣抑制堿骨料反應(yīng)，其摻量宜超過40％。6、提高混凝土的耐久性?；炷恋哪途眯耘c水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2密切相關(guān)，礦物細(xì)摻料和Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低了混凝土中的Ca(OH)2含量；同時減少混凝土中大的毛細(xì)孔，優(yōu)化混凝土孔結(jié)構(gòu)，降低混凝土最可幾孔徑，使混凝土結(jié)構(gòu)更加致密，提高了混凝土的抗凍性、抗?jié)B性、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性能。7、不同礦物細(xì)摻料復(fù)合使用的“超疊效應(yīng)”。不同礦物細(xì)摻料在混凝土中的作用有各自的特點，例如礦渣火山灰活性較高，有利于提高混凝土強度，但自干燥收縮大；摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰的混凝土需水量小，且自干燥收縮和干燥收縮都很小，在低水膠比下可保證較好的抗碳化性能。四、礦物細(xì)粉摻和料的耐久性改善效應(yīng)

由于和游離石灰及高堿性水化硅酸鈣產(chǎn)生二次水化，生成強度更高、穩(wěn)定性更優(yōu)、數(shù)量更多的低堿性水化硅酸鈣，改善了水化膠凝物質(zhì)的組成，并減少或消除了游離石灰，對提高混凝土耐久性作用極大。

1、抗硫酸鹽侵蝕性能顯著提高，因為在水泥石中缺乏或不存在游離石灰時形成具有膨脹作用的鈣礬石反應(yīng)不能進行；

2、在有堿集料反應(yīng)產(chǎn)生的條件下由于礦物細(xì)粉摻合料的摻加在混凝土水化產(chǎn)物中形成大量低堿水化硅酸鈣，它們能吸收和固定大量的鈉、鉀離子從而使混凝土中的有效堿含量大大減少，極大地減少了堿集料反應(yīng)的危害性。3、礦物細(xì)粉摻合料的摻加它們填充集料和水泥顆粒的孔隙，使混凝土結(jié)構(gòu)和界面更為致密，阻斷了可能形成的滲透通路，使混凝土抗?jié)B性大為提高。4、在低水膠比情況下，摻加礦物細(xì)粉摻合料，混凝土中的可凍水很缺乏，抗凍性大幅度提高，當(dāng)然高抗凍性與與低水膠比直接相關(guān)，但也與摻加礦物細(xì)粉摻合料密不可分，例如，水科院李金玉等人研究同為0.26的水膠比，不摻加礦物細(xì)粉摻合料的C60混凝土其抗凍融循環(huán)只達(dá)到F250，而摻加礦物細(xì)粉摻合料的混凝土抗凍融循環(huán)可達(dá)F1000以上。5、對于碳化和鋼筋銹蝕的擔(dān)憂。摻加礦物細(xì)粉摻合料的可能帶來的負(fù)面影響是混凝土的堿度降低，抗碳化能力減弱，引起保護鋼筋的能力減弱。但是在低水膠比下，混凝土的堿度下降并不十分急劇。蒲心誠等人對大摻量粉煤灰水泥的堿度研究表明粉煤灰摻量從0提高至70%時pH值僅由12.6下降至12.06，說明粉煤灰摻加70%時，水泥膠砂的pH值仍然高于12，高于配筋結(jié)構(gòu)允許的最低堿度11.5。除此之外，摻加礦物細(xì)粉摻合料，在低水膠比時密實性很高，水分甚至氧和二氧化碳都難以進入，這同樣增大了混凝土的護筋性。

總之，現(xiàn)代混凝土科學(xué)中最突出的兩大成就：其一是高效外加劑的生產(chǎn)和應(yīng)用；其二是礦物細(xì)粉摻合料的的研究、應(yīng)用與發(fā)展。后者的重要意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了以前僅僅為節(jié)約水泥的經(jīng)濟意義和利用廢棄資源的環(huán)保意義。它涉及到全面提高混凝土的各項性能，使混凝土壽命提高到500—1000年成為可能。五、常用礦物摻和料（一）粉煤灰1、化學(xué)成分粉煤灰的化學(xué)成分因煤的品種及燃燒條件而異。一般來說，粉煤灰化學(xué)成分的變動范圍為：SiO2含量約為40％～60％；Al2O3含量為20％～30％，F(xiàn)e203含量為5％～10％，CaO含量2%～8%，燒失量3％～8％，SiO2和Al2O3是粉煤灰中的主要活性成分，粉煤灰的燒失量主要是未燃盡碳，其混凝土吸水量大，強度低，易風(fēng)化，抗凍性差，為粉煤灰中的有害成分。指標(biāo)級別IIIIII細(xì)度（0.045mm方孔篩篩余），％不大于122545需水量比，％不大于95105115燒失量，％不大于5815含水量，％不大于111三氧化硫，％不大于3332、粉煤灰質(zhì)量等級低鈣粉煤灰的密度一般為1.8～2.6g/cm3，松散容重為600～1000kg/m3，GB/T1596－2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》提出粉煤灰的技術(shù)要求。3、粉煤灰對混凝土性能的影響

（1）對新拌混凝土出機坍落度的影響

FA摻量較低時，新拌混凝土出機坍落度略有增加。FA摻量較高時，新拌混凝土出機坍落度隨摻量的增大而下降。3、粉煤灰對混凝土性能的影響

（1）對新拌混凝土出機坍落度的影響

FA摻量較低時，新拌混凝土出機坍落度略有增加。FA摻量較高時，新拌混凝土出機坍落度隨摻量的增大而下降。（2）對混凝土不同齡期抗壓強度的影響早期強度均低于基準(zhǔn)混凝土FA摻量合適，28d強度略高于基準(zhǔn)混凝土FA摻量過大，各齡期的強度均低于基準(zhǔn)混凝土（3）對漿體凝結(jié)時間的影響FA摻量越大，漿體的凝結(jié)時間越長FA摻量超過30%，漿體的凝結(jié)時間漲幅增大。（4）對混凝土塑性收縮的影響FA混凝土的塑性收縮低于不摻FA混凝土高鈣灰更有利于降低混凝土的塑性收縮（5）對混凝土抗碳化性能的影響加入摻合料消耗掉混凝土中的部分Ca(OH)2，使混凝土的總體堿度降低，繼而加速碳化進程粉煤灰摻量30%之內(nèi)對混凝土的碳化性能影響幅度較低混凝土碳化后失去對鋼筋的保護作用，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性不利（6）對混凝土抗凍融性能的影響在經(jīng)歷相同的凍融循環(huán)次數(shù)后，F(xiàn)A混凝土的相對動彈模量低于基準(zhǔn)混凝土，說明摻加FA后不利于混凝土的抗凍融性能4、粉煤灰使用時存在問題和對策改善拌和物施工性，但坍落度太大時，(I級)粉煤灰顆粒易上浮發(fā)生泌漿；早期強度較低；大摻量時在較低氣溫下凝結(jié)緩慢；早期孔隙率大，碳化問題較突出(需采取對策)；對水敏感，在無保濕的條件下，因內(nèi)部黏度增加，阻礙持續(xù)泌水而會加劇塑性開裂。所以應(yīng)該采取的技術(shù)措施主要是①要控制坍落度盡可能小。因為試驗表明大摻量粉煤灰混凝土坍落度為125mm時，可相當(dāng)于180mm的普通混凝土。但由于用水量很低而不離析或泌水。②注意不要過度振搗，防止粉煤灰上浮。③要降低水膠比，保證大摻量粉煤灰混凝土強度，尤其是早期強度。④注意及早、有效的養(yǎng)護以及足夠的濕養(yǎng)護時間。初凝前后開始覆蓋養(yǎng)護保證不失水。濕養(yǎng)護時間也很重要，最好養(yǎng)護14天，至少7天。總之：采用較低水膠比，及早地覆蓋養(yǎng)護，充足的濕養(yǎng)護時間（>7d）是粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。（二）?；郀t礦渣粉（礦粉）礦渣是在煉鐵爐中浮于鐵水表面的熔渣，排出時用水急冷，得到粒化高爐礦渣。將?；郀t礦渣經(jīng)干燥、磨細(xì)達(dá)到相當(dāng)細(xì)度且符合相應(yīng)活性指數(shù)的粉狀材料，細(xì)度大于350m2/kg，其活性比粉煤灰高。GB/T18046-2008《用于水泥與混凝土中的?；郀t礦渣》指標(biāo)級別S105S95S75表面積，m2/kg≥500≥400≥300活性指數(shù)，7d28d≥95≥105≥75≥95≥55≥75流動度比，％≥95粒化高爐礦渣在水淬時形成的大量玻璃體,具有微弱的自身水硬性。用于高性能混凝土的礦渣粉磨至比表面積超過400m2/kg，以較充分地發(fā)揮其活性，減少泌水性。當(dāng)?shù)V渣的比表面積超過400m2/kg后，用于很低水膠比的混凝土中時，混凝土早期的自收縮隨摻量的增加而增大；礦渣粉磨得越細(xì)，摻量越大，則低水膠比的高性能混凝土拌和物越黏稠。用于大體積混凝土?xí)r，礦渣的比表面積宜不超過420m2/kg。超過420m2/kg的宜用于水膠比不很低的非大體積混凝土；礦渣顆粒多為棱形，會使混凝土拌合物需水量隨著細(xì)度提高而增加，成分也提高。綜合技術(shù)經(jīng)濟效益不好。礦粉對新拌混凝土出機坍落度的影響

礦粉摻量較低時，新拌混凝土出機坍落度增加。礦粉摻量較高時，新拌混凝土出機坍落度隨摻量的增大變化不大。礦粉對混凝土抗壓強度的影響KF的活性比FA大，僅從強度的角度考慮可實現(xiàn)更大摻量。早期強度高，摻量較低時強度高于基準(zhǔn)混凝土。后期強度的增長低于同等摻量的粉煤灰混凝土礦粉對漿體凝結(jié)時間的影響礦粉摻量越大，漿體的凝結(jié)時間越長漿體的凝結(jié)時間的延長與KF的摻量基本呈線性增長關(guān)系。礦粉對混凝土塑性收縮的影響摻量在25%以內(nèi)，混凝土的塑性收縮略有增大，但增大幅度很小摻量超過25%，混凝土的塑性增長幅度很大，易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生粉煤灰與礦粉對混凝土塑性收縮的影響對比

礦粉的特性及利弊具有潛在的水硬性，單獨加水可以緩慢水化硬化，化學(xué)活性高，在鹽類激發(fā)下，可提高活性能提高抗化學(xué)侵蝕性，后期強度增長率高化學(xué)收縮和自收縮較大比粉煤灰抗抗碳化性能較好比表面積超過400m2∕kg時不降低混凝土溫升，且自收縮隨摻量(＜75%)而增大，對開裂敏感使用路線：控制細(xì)度，加大摻量在使用中不可一概而論

混凝土里摻入磨細(xì)礦渣，如果礦渣磨得偏細(xì)，或摻得不多，且環(huán)境及混凝土溫度不低，早期也不注意及時的濕養(yǎng)護（給水），這時由于其水化潛熱高于水泥，混凝土就會因硬化快、自身收縮較大，而開裂敏感性增大；但是，如果它粉磨細(xì)度較小，或摻量很大，或環(huán)境及混凝土溫度偏低，或早期注意及時的濕養(yǎng)護，由于它起始水化時間明顯延遲（水泥用量少，pH值上升緩慢），自身收縮被濕養(yǎng)護所補償，混凝土開裂敏感性就可以減小。礦粉在商品混凝土在應(yīng)用時注意的問題嚴(yán)格控制礦粉的細(xì)度：不宜太細(xì)。不宜太粗，會使混凝土粘聚性下降，出現(xiàn)離析和泌水，粘結(jié)時間延長，早期強度下降。注意礦粉摻量：單摻時以30～40%為宜，大體積混凝土可增至50%以上（降低水化熱）；復(fù)摻時，總?cè)〈靠刂圃?0%，粉煤灰20%以內(nèi)，礦粉30%以內(nèi)。復(fù)摻時，針對不同等級粉煤灰，選擇合適的復(fù)合比例：與Ⅱ級粉煤灰復(fù)合，粉煤灰控制在15%，礦粉控制在30%。與Ⅰ級粉煤灰復(fù)摻，最佳組合，粉煤灰控制在20%，礦粉控制在40%以內(nèi)。注意礦粉（或礦粉和粉煤灰復(fù)摻）混凝土的養(yǎng)護：對養(yǎng)護條件要求苛刻，需要加強養(yǎng)護，充分發(fā)揮摻合料的作用。注意調(diào)整混凝土的凝結(jié)時間：礦粉對混凝土凝結(jié)時間與不摻礦粉混凝土相比，具有一定的緩凝效果。初凝、終凝時間比基準(zhǔn)混凝土推遲1～2h。冬季施工時，控制礦粉摻量和使用早強型減水劑。注意調(diào)整混凝土用水量：與高效減水劑復(fù)合使用時，具有輔助減水功能，所以在保證混凝土初始坍落度相同情況下，可以減水用水量。

（三）硅灰硅灰又稱硅粉或硅煙灰，是從生產(chǎn)硅鐵合金或硅鋼等所排放的煙氣中收集到的顆粒極細(xì)的煙塵，色呈淺灰到深灰。硅灰的顆粒是微細(xì)的玻璃球體，部分粒子凝聚成片或球狀的粒子。其平均粒徑為0.1μｍ～0.2μｍ，是水泥顆粒粒徑的1/50～1/100，比表面積高達(dá)2.0×104m2/kg。其主要成分是SiO2（占90％以上），它的活性要比水泥高1～3倍。以10％硅灰等量取代水泥，混凝土強度可提高25％以上。1、硅灰的化學(xué)成分

硅粉的火山灰活性指標(biāo)高達(dá)110%，這與其化學(xué)成分有關(guān)。硅粉的SiO2含量很高，在80%以上，這種SiO2是非晶態(tài)、無定形的，易溶于堿溶液中，在早期即可與CH反應(yīng)，可以提高混凝土的早期強度。生成的水化硅酸鈣凝膠鈣硅比小，組織結(jié)構(gòu)致密。2、硅灰的特性硅灰可以提高混凝土的早期和后期強度，但自干燥收縮大，且不利于降低混凝土溫升。因此，復(fù)摻時，可充分發(fā)揮他們的各自優(yōu)點，取長補短。例如，可復(fù)摻粉煤灰和硅灰，用硅灰提高混凝土的早期強度，用優(yōu)質(zhì)粉煤灰降低混凝土需水量和自干燥收縮，在加之顆粒的填充作用，使混凝土更密實。

由于硅灰具有高比表面積，因而其需水量很大，將其作為混凝土摻合料，須配以減水劑，方可保證混凝土的和易性。硅粉混凝土的特點是特別早強和耐磨，很容易獲得早強，而且耐磨性優(yōu)良。硅粉使用時摻量較少，一般為膠凝材料總重的5％～10％，且不高于15％，通常與其它礦物摻合料復(fù)合使用。在我國，因其產(chǎn)量低，目前價格很高，處于價格考慮，一般混凝土強度低于80MPa時，都不考慮摻加硅粉。存在問題1、摻礦物摻合料混凝土的早期開裂問題收縮時開裂的主要原因。降溫收縮、干縮、自收縮等。大量的細(xì)摻合料與高性能減水劑使用，加劇混凝土的塑性收縮，開裂。必須對摻入大比例摻合料的混凝土加強早強養(yǎng)護，初凝后立即覆蓋，并注意二次抹面。2、礦物摻合料混凝土在較大水膠比時的碳化問題大摻量會使混凝土早期強度明顯下降。粉煤灰在混凝土中，14d以前基本上不參與水化，使水灰比增大，造成早強孔隙率大。一再加快的施工速度使混凝土普遍得不到充分養(yǎng)護，早強孔隙率較大。所以粉煤灰混凝土實際的碳化深度較大。GB/T50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，在一般干濕交替的環(huán)境，在水膠比較大時，控制粉煤灰的摻量。水膠比在0.50時，粉煤灰摻量在20%以內(nèi)；水膠比在0.40時，粉煤灰摻量在30%以內(nèi)。對于摻粉煤灰的混凝土，盡管前提是必須降低水膠比，但實際工程中混凝土濕養(yǎng)護齡期一般不會超過7d，大摻量粉煤灰混凝土因為孔隙率較大而碳化深度較大。為控制碳化，必須增加濕養(yǎng)護。3、實驗室試驗與工程現(xiàn)場間的關(guān)系和差異混凝土的開裂在很大程度上取決于試件尺寸、養(yǎng)護經(jīng)過和環(huán)境條件。實驗室模擬現(xiàn)場存在困難（試件小，構(gòu)件大；試件變形只有，構(gòu)件變形受約束；試件制作與養(yǎng)護條件固定，構(gòu)件工作環(huán)境多變；試驗條件認(rèn)為設(shè)置，現(xiàn)場情況隨即變化）六、超細(xì)粉在混凝土中的功能和機理填充效應(yīng)流化效應(yīng)增強效應(yīng)耐久性效應(yīng)（1）超細(xì)粉的填充效應(yīng)圖2粒子組合與空隙率的變化

3、粉煤灰對混凝土性能的影響

（1）對新拌混凝土出機坍落度的影響

FA摻量較低時，新拌混凝土出機坍落度略有增加。FA摻量較高時，新拌混凝土出機坍落度隨摻量的增大而下降。（2）對混凝土不同齡期抗壓強度的影響早期強度均低于基準(zhǔn)混凝土FA摻量合適，28d強度略高于基準(zhǔn)混凝土FA摻量過大，各齡期的強度均低于基準(zhǔn)混凝土（3）對漿體凝結(jié)時間的影響FA摻量越大，漿體的凝結(jié)時間越長FA摻量超過30%，漿體的凝結(jié)時間漲幅增大。（4）對混凝土塑性收縮的影響FA混凝土的塑性收縮低于不摻FA混凝土高鈣灰更有利于降低混凝土的塑性收縮（5）對混凝土抗碳化性能的影響加入摻合料消耗掉混凝土中的部分Ca(OH)2，使混凝土的總體堿度降低，繼而加速碳化進程粉煤灰摻量30%之內(nèi)對混凝土的碳化性能影響幅度較低混凝土碳化后失去對鋼筋的保護作用，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性不利（6）對混凝土抗凍融性能的影響在經(jīng)歷相同的凍融循環(huán)次數(shù)后，F(xiàn)A混凝土的相對動彈模量低于基準(zhǔn)混凝土，說明摻加FA后不利于混凝土的抗凍融性能4、粉煤灰使用時存在問題和對策改善拌和物施工性，但坍落度太大時，(I級)粉煤灰顆粒易上浮發(fā)生泌漿；早期強度較低；大摻量時在較低氣溫下凝結(jié)緩慢；早期孔隙率大，碳化問題較突出(需采取對策)；對水敏感，在無保濕的條件下，因內(nèi)部黏度增加，阻礙持續(xù)泌水而會加劇塑性開裂。所以應(yīng)該采取的技術(shù)措施主要是①要控制坍落度盡可能小。因為試驗表明大摻量粉煤灰混凝土坍落度為125mm時，可相當(dāng)于180mm的普通混凝土。但由于用水量很低而不離析或泌水。②注意不要過度振搗，防止粉煤灰上浮。③要降低水膠比，保證大摻量粉煤灰混凝土強度，尤其是早期強度。④注意及早、有效的養(yǎng)護以及足夠的濕養(yǎng)護時間。初凝前后開始覆蓋養(yǎng)護保證不失水。濕養(yǎng)護時間也很重要，最好養(yǎng)護14天，至少7天?？傊翰捎幂^低水膠比，及早地覆蓋養(yǎng)護，充足的濕養(yǎng)護時間（>7d）是粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。（二）?；郀t礦渣粉（礦粉）礦渣是在煉鐵爐中浮于鐵水表面的熔渣，排出時用水急冷，得到粒化高爐礦渣。將?；郀t礦渣經(jīng)干燥、磨細(xì)達(dá)到相當(dāng)細(xì)度且符合相應(yīng)活性指數(shù)的粉狀材料，細(xì)度大于350m2/kg，其活性比粉煤灰高。GB/T18046-2008《用于水泥與混凝土中的?；郀t礦渣》指標(biāo)級別S105S95S75表面積，m2/kg≥500≥400≥300活性指數(shù)，7d28d≥95≥105≥75≥95≥55≥75流動度比，％≥95?；郀t礦渣在水淬時形成的大量玻璃體,具有微弱的自身水硬性。用于高性能混凝土的礦渣粉磨至比表面積超過400m2/kg，以較充分地發(fā)揮其活性，減少泌水性。當(dāng)?shù)V渣的比表面積超過400m2/kg后，用于很低水膠比的混凝土中時，混凝土早期的自收縮隨摻量的增加而增大；礦渣粉磨得越細(xì)，摻量越大，則低水膠比的高性能混凝土拌和物越黏稠。用于大體積混凝土?xí)r，礦渣的比表面積宜不超過420m2/kg。超過420m2/kg的宜用于水膠比不很低的非大體積混凝土；礦渣顆粒多為棱形，會使混凝土拌合物需水量隨著細(xì)度提高而增加，成分也提高。綜合技術(shù)經(jīng)濟效益不好。礦粉對新拌混凝土出機坍落度的影響

礦粉摻量較低時，新拌混凝土出機坍落度增加。礦粉摻量較高時，新拌混凝土出機坍落度隨摻量的增大變化不大。礦粉對混凝土抗壓強度的影響KF的活性比FA大，僅從強度的角度考慮可實現(xiàn)更大摻量。早期強度高，摻量較低時強度高于基準(zhǔn)混凝土。后期強度的增長低于同等摻量的粉煤灰混凝土礦粉對漿體凝結(jié)時間的影響礦粉摻量越大，漿體的凝結(jié)時間越長漿體的凝結(jié)時間的延長與KF的摻量基本呈線性增長關(guān)系。礦粉對混凝土塑性收縮的影響摻量在25%以內(nèi)，混凝土的塑性收縮略有增大，但增大幅度很小摻量超過25%，混凝土的塑性增長幅度很大，易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生粉煤灰與礦粉對混凝土塑性收縮的影響對比

礦粉的特性及利弊具有潛在的水硬性，單獨加水可以緩慢水化硬化，化學(xué)活性高，在鹽類激發(fā)下，可提高活性能提高抗化學(xué)侵蝕性，后期強度增長率高化學(xué)收縮和自收縮較大比粉煤灰抗抗碳化性能較好比表面積超過400m2∕kg時不降低混凝土溫升，且自收縮隨摻量(＜75%)而增大，對開裂敏感使用路線：控制細(xì)度，加大摻量在使用中不可一概而論

混凝土里摻入磨細(xì)礦渣，如果礦渣磨得偏細(xì)，或摻得不多，且環(huán)境及混凝土溫度不低，早期也不注意及時的濕養(yǎng)護（給水），這時由于其水化潛熱高于水泥，混凝土就會因硬化快、自身收縮較大，而開裂敏感性增大；但是，如果它粉磨細(xì)度較小，或摻量很大，或環(huán)境及混凝土溫度偏低，或早期注意及時的濕養(yǎng)護，由于它起始水化時間明顯延遲（水泥用量少，pH值上升緩慢），自身收縮被濕養(yǎng)護所補償，混凝土開裂敏感性就可以減小。礦粉在商品混凝土在應(yīng)用時注意的問題嚴(yán)格控制礦粉的細(xì)度：不宜太細(xì)。不宜太粗，會使混凝土粘聚性下降，出現(xiàn)離析和泌水，粘結(jié)時間延長，早期強度下降。注意礦粉摻量：單摻時以30～40%為宜，大體積混凝土可增至50%以上（降低水化熱）；復(fù)摻時，總?cè)〈靠刂圃?0%，粉煤灰20%以內(nèi)，礦粉30%以內(nèi)。復(fù)摻時，針對不同等級粉煤灰，選擇合適的復(fù)合比例：與Ⅱ級粉煤灰復(fù)合，粉煤灰控制在15%，礦粉控制在30%。與Ⅰ級粉煤灰復(fù)摻，最佳組合，粉煤灰控制在20%，礦粉控制在40%以內(nèi)。注意礦粉（或礦粉和粉煤灰復(fù)摻）混凝土的養(yǎng)護：對養(yǎng)護條件要求苛刻，需要加強養(yǎng)護，充分發(fā)揮摻合料的作用。注意調(diào)整混凝土的凝結(jié)時間：礦粉對混凝土凝結(jié)時間與不摻礦粉混凝土相比，具有一定的緩凝效果。初凝、終凝時間比基準(zhǔn)混凝土推遲1～2h。冬季施工時，控制礦粉摻量和使用早強型減水劑。注意調(diào)整混凝土用水量：與高效減水劑復(fù)合使用時，具有輔助減水功能，所以在保證混凝土初始坍落度相同情況下，可以減水用水量。

（三）硅灰硅灰又稱硅粉或硅煙灰，是從生產(chǎn)硅鐵合金或硅鋼等所排放的煙氣中收集到的顆粒極細(xì)的煙塵，色呈淺灰到深灰。硅灰的顆粒是微細(xì)的玻璃球體，部分粒子凝聚成片或球狀的粒子。其平均粒徑為0.1μｍ～0.2μｍ，是水泥顆粒粒徑的1/50～1/100，比表面積高達(dá)2.0×104m2/kg。其主要成分是SiO2（占90％以上），它的活性要比水泥高1～3倍。以10％硅灰等量取代水泥，混凝土強度可提高25％以上。1、硅灰的化學(xué)成分

硅粉的火山灰活性指標(biāo)高達(dá)110%，這與其化學(xué)成分有關(guān)。硅粉的SiO2含量很高，在80%以上，這種SiO2是非晶態(tài)、無定形的，易溶于堿溶液中，在早期即可與CH反應(yīng)，可以提高混凝土的早期強度。生成的水化硅酸鈣凝膠鈣硅比小，組織結(jié)構(gòu)致密。2、硅灰的特性硅灰可以提高混凝土的早期和后期強度，但自干燥收縮大，且不利于降低混凝土溫升。因此，復(fù)摻時，可充分發(fā)揮他們的各自優(yōu)點，取長補短。例如，可復(fù)摻粉煤灰和硅灰，用硅灰提高混凝土的早期強度，用優(yōu)質(zhì)粉煤灰降低混凝土需水量和自干燥收縮，在加之顆粒的填充作用，使混凝土更密實。

由于硅灰具有高比表面積，因而其需水量很大，將其作為混凝土摻合料，須配以減水劑，方可保證混凝土的和易性。硅粉混凝土的特點是特別早強和耐磨，很容易獲得早強，而且耐磨性優(yōu)良。硅粉使用時摻量較少，一般為膠凝材料總重的5％～10％，且不高于15％，通常與其它礦物摻合料復(fù)合使用。在我國，因其產(chǎn)量低，目前價格很高，處于價格考慮，一般混凝土強度低于80MPa時，都不考慮摻加硅粉。存在問題1、摻礦物摻合料混凝土的早期開裂問題收縮時開裂的主要原因。降溫收縮、干縮、自收縮等。大量的細(xì)摻合料與高性能減水劑使用，加劇混凝土的塑性收縮，開裂。必須對摻入大比例摻合料的混凝土加強早強養(yǎng)護，初凝后立即覆蓋，并注意二次抹面。2、礦物摻合料混凝土在較大水膠比時的碳化問題大摻量會使混凝土早期強度明顯下降。粉煤灰在混凝土中，14d以前基本上不參與水化，使水灰比增大，造成早強孔隙率大。一再加快的施工速度使混凝土普遍得不到充分養(yǎng)護，早強孔隙率較大。所以粉煤灰混凝土實際的碳化深度較大。GB/T50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，在一般干濕交替的環(huán)境，在水膠比較大時，控制粉煤灰的摻量。水膠比在0.50時，粉煤灰摻量在20%以內(nèi)；水膠比在0.40時，粉煤灰摻量在30%以內(nèi)。對于摻粉煤灰的混凝土，盡管前提是必須降低水膠比，但實際工程中混凝土濕養(yǎng)護齡期一般不會超過7d，大摻量粉煤灰混凝土因為孔隙率較大而碳化深度較大。為控制碳化，必須增加濕養(yǎng)護。3、實驗室試驗與工程現(xiàn)場間的關(guān)系和差異混凝土的開裂在很大程度上取決于試件尺寸、養(yǎng)護經(jīng)過和環(huán)境條件。實驗室模擬現(xiàn)場存在困難（試件小，構(gòu)件大；試件變形只有，構(gòu)件變形受約束；試件制作與養(yǎng)護條件固定，構(gòu)件工作環(huán)境多變；試驗條件認(rèn)為設(shè)置，現(xiàn)場情況隨即變化）六、超細(xì)粉在混凝土中的功能和機理填充效應(yīng)流化效應(yīng)增強效應(yīng)耐久性效應(yīng)（1）超細(xì)粉的填充效應(yīng)圖2粒子組合與空隙率的變化

（2）超細(xì)粉的流化效應(yīng)

水膠比29%，外摻萘系高效減水劑NF0.9%，測定凈漿流動性水泥：超細(xì)粉超細(xì)粉品種100：095：590：1080：2070：30100%超細(xì)粉*不摻NF摻NFNZ（7000cm2/g）/255242不流動不流動不流動不流動BFS（6820cm2/g）/26026527028080285PS（6800cm2/g）/26527027528585280NZ-SF/250260170不流動NZ-BFS（7000cm2/g）/265258246215水泥（2800cm2/g）240////圖3高效減水劑固定摻量（0.9%）超細(xì)粉摻量對漿體流動性的影響不同減水劑摻量下的凈漿流動度

NO.膠結(jié)材料的組成（%）高效減水劑摻量（%）0.40.50.60.70.81水泥1001291381551902352水泥80，礦渣201251361852302653水泥80，磷渣201321702152502704水泥80，沸石20//130195237圖4雙重的雙電層作用水泥易于分散

圖5膠凝材料的分散狀態(tài)（3）超細(xì)粉的強度效應(yīng)NO.W/B單方混凝土材料用量（Kg/m3）水泥水超細(xì)粉砂碎石高效減水劑10.42400168/8001000820.4234016860MK80010008.830.4234016860SF800100010NO.混凝土拌合物性能抗壓強度（MPa）3d7d28d1坍落度19cm，泌水，板結(jié)20.1（100%）35.3（100%）37.4（100%）2坍落度16cm，稍泌水，無板結(jié)28.5（142%）47.7（135%）61.1（163%）3坍落度5cm，無泌水，板結(jié)26.4（131%）42.3（120%）52.4（140%）（4）超細(xì)粉的耐久性效應(yīng)

含MK（偏高嶺土超細(xì)粉)15%的混凝土56d導(dǎo)電量，比基準(zhǔn)混凝土明顯下降，約為基準(zhǔn)混凝土導(dǎo)電量一半左右。說明摻入超細(xì)粉混凝土耐久性提高。

W/B（%）代號ASTMC12026h總導(dǎo)電量（庫倫）28d56d30純水泥17511284MK（15%）87471740純水泥26602193MK（15%）1500123450純水泥32962700MK（15%）19501450以往在高性能混凝土研究中忽略了材料顆粒級配、粒度分布的問題，特別是粉體材料的粒度分布未引起足夠的重視。這樣配制的混凝土中除了部分水泥和礦物摻合料參與水化反應(yīng)形成水化產(chǎn)物外，實際上大量的水泥和摻合料在混凝土中起到的只是填料作用，而且由于其顆粒粒度分布不合理，其填充效率低下，所形成的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)空隙率較大。研究表明，高性能混凝土需要微細(xì)填料！

由于水泥和某些礦物摻合料實際上不適合做這種微細(xì)填料，首先它們不適合磨到超細(xì)，原因是超高細(xì)度的水泥和礦物摻合料會引起水化反應(yīng)加劇、凝結(jié)硬化過快、混凝土溫升提高、顯著增大混凝土收縮而引起開裂等一系列問題；其次這些材料難以粉磨到超細(xì)。因此，高性能混凝土需要具有低反應(yīng)活性的易于加工的超細(xì)填料！七、關(guān)于超細(xì)石灰石粉超細(xì)石灰石粉是以生產(chǎn)石灰石碎石和機制砂時產(chǎn)生的細(xì)砂和石屑為原料，通過進一步粉磨制成的粒徑不大于10μm

的細(xì)粉，在混凝土中具有良好的減水和填充效應(yīng)。大量研究（如石灰石粉對水泥水化的種種物理化學(xué)作用，CaCO3與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)生產(chǎn)的新生水化相等）表明石灰石不完全是一種惰性混合材料。后期可以生成三碳水化鋁酸鈣和單碳水化鋁酸鈣。超細(xì)石灰石粉的研究與應(yīng)用國外對超細(xì)石灰石粉的研究、開發(fā)和利用比較早,德國開發(fā)生產(chǎn)了石灰石粉摻量從6%～20%的石灰石硅酸鹽水泥。在日本,從20世紀(jì)末開始,超細(xì)石灰石粉已廣泛應(yīng)用于配制高流動性混凝土和高性能噴射混凝土。美國ACI212.1R-81《AdmixturesforConcreteandGuideforUseofAdmixturesinConcrete》中指出，石灰石粉可以作為混凝土的礦物摻合料。MixC*FA*GL**TotalBinderAggregate(MaxSize18mm)kg/m2Water(kg/m3)Admixture(%bytotalbinder)W/CWC+FAWC+FA+GL(kg/m3)VMASuper-plasticizerA152—38153317881530.0381.141.011.010.29B1535131952317921540.0391.301.010.760.30C15110125450617771520.0401.661.010.610.30D15115119249417781520.0412.041.010.510.31*C=PortlandCement;FA=FlyAsh;GL=GroundLimestone;TotalBinder=C+FA+GLMarioCollepardi關(guān)于自密實混凝土的研究中使用石灰石粉在國外石灰石粉用于大型工程的實例

跨度為960+1990+960m的三跨度組成的世界跨度最大的日本明石海峽吊橋的橋墩、纜索錨固結(jié)構(gòu)體的高流動性混凝土，塊體混凝土的配比中每m3混凝土中水泥的用量為260kg，石灰石粉的摻量為150kg，用水量為145kg

。在國外石灰石粉用于大型工程的實例法國的西瓦克斯核電站Ⅱ號反應(yīng)堆C50高性能混凝土的配合比中使用了CPJ5細(xì)摻料水泥，含有9%的石灰石粉。而每m3混凝土中水泥用量為266kg，石灰石粉摻量為114kg，硅灰摻量為40kg，水膠比為0.38，坍落度為18-23㎝，28天抗壓強度為67MPa，絕熱溫升為30℃，其它指標(biāo)均符合要求。石灰石超細(xì)粉對中低強度等級混凝土性能的影響相同單位用水量時混凝土坍落度的變化超細(xì)石灰石粉混凝土的工作性半小時膠砂流動度損失編號初始流動度半小時流動度流動度損失LS016011050LS1525518867LS2026520065LS2528021367從上表可知，摻有超細(xì)石灰石粉的砂漿初始流動度明顯高于基準(zhǔn)組，但半小時流動度損失略高于基準(zhǔn)組。通過凈漿黏度試驗發(fā)現(xiàn)，摻有20%超細(xì)石灰石粉的凈漿黏度，僅為不摻的三分之二注：表中單位均為毫米相同坍落度時混凝土單位體積用水量摻加超細(xì)石灰石粉高強混凝土達(dá)到相同坍落度時對外加劑用量的影響外加劑用量（kg/m3）超細(xì)石灰石粉摻量(kg/m3)水膠比為0.27時，不同摻量的超細(xì)石灰石粉的混凝土外加劑用量從圖可以看出，隨著超細(xì)石灰石粉的摻量增加，外加劑的用量逐漸減低，在超細(xì)石灰石粉摻量為100kg/m3時，外加劑的用量減少了3.5kg/m3。

超細(xì)石灰石粉混凝土相同用水量下混凝土抗壓強度編號LS(%)3d7d28d56dX1018.729.740.747.3X21518.925.237.742.1X32018.527.138.345.7X42519.128.638.244.3注：1、表中除LS外單位均為MPa2、單位體積用水量為140kg/m3超細(xì)石灰石粉混凝土相同坍落度不同用水量下抗壓強度注：表中除水外強度數(shù)據(jù)單位均為MPa編號WLS3d7d28d56dX51600%16.720.629.038.6X615515%18.422.532.040.5X714520%20.524.935.042.3X814225%21.526.935.443.7超細(xì)石灰石粉混凝土力早期開裂性能相同坍落度不同水膠比下平板開裂試驗結(jié)果編號LS（%）W/B裂縫數(shù)量（條）最大裂縫長度(cm)裂縫總長度(cm)X500.40221387.5X8250.3533.58.5注：統(tǒng)計面積為3600cm2；

X5混凝土不摻加超細(xì)石灰石粉，

X8混凝土摻加超細(xì)石灰石粉100Kg/m3。超細(xì)石灰石粉混凝土力早期開裂性能從試驗結(jié)果可知，摻入超細(xì)石灰石粉可顯著提高混凝土早期開裂性能超細(xì)石灰石粉混凝土抗碳化性能編號LS%W/B碳化深度mmX500.48.63X6150.3865.42X7200.3634.93X8250.3553.6在相同坍落度條件下，混凝土碳化深度隨超細(xì)石灰石粉摻量的不斷增加而降低超細(xì)石灰石粉對高強高性能混凝土力學(xué)性能影響（MPa）超細(xì)石灰石粉摻量(kg/m3)水膠比為0.27時，混凝土各齡期強度，摻加超細(xì)石灰石粉對混凝土3d、7d、28d、68d的各齡期強度沒有影響，混凝土各齡期的強度相當(dāng)。

水膠比為0.27時，不同摻量的超細(xì)石灰石粉拌制混凝土的不同齡期強度度強超細(xì)石灰石粉對高強

混凝土耐久性的影響

——抗碳化性能研究水膠比為0.29時，超細(xì)石灰石粉摻量分別為0，60kg/m3，80kg/m3，100kg/m3（順序從左到右）混凝土的碳化深度。水膠比為0.27時，超細(xì)石灰石粉摻量分別為0，80kg/m3，100kg/m3（順序從左到右）混凝土的碳化深度。摻加超細(xì)石灰石粉的混凝土，在不同水膠比下，碳化深度均為0。超細(xì)石灰石粉對高強

混凝土耐久性的影響

——抗氯離子滲透性能研究配合比M-EM-FM-GM-H氯離子擴散系數(shù)值×10-9(cm2/S)1.5523.6442.3842.789水膠比為0.29的混凝土擴散系數(shù)水膠比為0.27的混凝土擴散系數(shù)配合比M-IM-KM-L氯離子擴散系數(shù)值×10-9(cm2/S)2.3162.3351.982

本試驗兩種不同水膠比的七組配合比的混凝土的抗氯離子滲透能力都很強，氯離子擴散的系數(shù)值均在（1.0～5.0）×10-9(cm2/S)之內(nèi)。要比普通混凝土低出一個數(shù)量級。超細(xì)石灰石粉對高強

混凝土耐久性的影響

——抗凍性能研究抗凍前抗凍250次后以上圖片為，水膠比為0.27的混凝土配合比，試塊到目前250次凍融循環(huán)后依然基本完好。超細(xì)石灰石粉對高強高性能

混凝土耐久性的影響

——抗硫酸鹽侵蝕性能研究水膠比為0.27時，在5%濃度的MgSO4溶液中浸泡60天的混凝土試塊水膠比為0.29時，在5%濃度的MgSO4溶液中浸泡60天的混凝土試塊本試驗兩種不同水膠比的七組配合比的混凝土試塊，在5%濃度的MgSO4溶液中浸泡60天，試塊目前沒有出現(xiàn)起皮、開裂現(xiàn)象。超細(xì)石灰石粉對高強混凝土孔結(jié)構(gòu)的影響類型超細(xì)石灰石粉摻量0kg/m3超細(xì)石灰石粉摻量80kg/m3總進汞量總孔面積平均孔徑(4V/A)松散密度0.52psia表觀密度)孔隙率0.0650mL/g20.071m2/g13.0nm1.9308g/mL2.2081g/mL12.5574%0.0391mL/g8.235m2/g19.0nm1.9222g/mL2.0782g/mL7.5071%

水膠比為0.27時，超細(xì)石灰石粉摻量為0、80kg/m3時實驗數(shù)據(jù)。

對于本配比的高強混凝土，當(dāng)摻加超細(xì)石灰石粉后，孔結(jié)構(gòu)得到了明顯的改善，總進汞量由基準(zhǔn)的0.0650mL/g降到0.0391mL/g；總孔面積由20.071m2/g降到8.235m2/g；最終使高強混凝土的空隙率由12.5574%降低7.5071%。

超細(xì)石灰石粉的摻加使高強混凝土更密實！相關(guān)分析超細(xì)石灰石粉對混凝土強度的影響機理石灰石粉在復(fù)合膠凝材料中的作用主要是填充效應(yīng)、活性效應(yīng)和加速效應(yīng)。石灰石粉的填充效應(yīng)使基體更為致密；這一點值得我們關(guān)注，清華大學(xué)覃維祖教授指出：對于混凝土的強度而言填充性是第一位的，因為首先我們要把孔隙填滿。

相關(guān)分析超細(xì)石灰石粉對混凝土工作性的影響

致密且細(xì)小的碳酸鈣顆粒表面在具有突出的減水能力的同時，可以顯著地降低流體的黏度，從根本上說,這是由超細(xì)石灰石粉的化學(xué)成分與表面性質(zhì)決定的,在此處具有決定意義的表面性質(zhì)是表面能，CaCO3的表面能很低，僅為230×10-7J/cm2，這有利于顆粒的分散和填充，可能是超細(xì)石灰石粉具有減水和降低黏性作用的原因之一。關(guān)于硫酸鹽侵蝕有國內(nèi)外研究認(rèn)為，石灰石粉混凝土在寒冷氣候下（5-15℃）受硫酸鹽侵蝕，生成硅灰石膏（Thaumasite）而破壞。當(dāng)構(gòu)件處于含硫酸鹽的腐蝕環(huán)境（或者混凝土中含有反應(yīng)剩余的石膏），有水的存在、溫度低于15℃的條件，會生成沒有膠凝性的thaumasite硅灰石膏（CaCO3?CaSiO3?CaSO4?15H2O），使混凝土軟化。

初步的試驗結(jié)論是低水膠比時沒有出現(xiàn)破壞現(xiàn)象。同時，我們應(yīng)該注意到在我國容易誘發(fā)硅灰石膏生成的自然環(huán)境除西部鹽湖地區(qū)外并不多見。石灰石粉是膠凝材料還是微集料?實際上石灰石粉填充水泥顆?？障?，從長齡期看參與水泥水化，和水化產(chǎn)物共同構(gòu)成凝膠結(jié)構(gòu)，所以從廣義上考慮把石灰石粉作為膠凝材料應(yīng)該更合適，由于石灰石粉的早期活性指標(biāo)低于粉煤灰而把它排除在膠凝材料之外的做法不可取。第二部分工程實例工程實例1---大壩混凝土原材料質(zhì)量要求與混凝土配合比525硅酸鹽大壩水泥Ⅱ級粉煤灰ZB-1高效減水劑，摻入30%FA和0.012%引氣劑時減水率達(dá)24.3%引氣劑:AEA202骨料：正長巖機械破碎制成,粗骨料分4.8～19,19～38,38～76,76～152mm共4級;細(xì)骨料分0.074～1.2,1.2～4.8mm共2級大壩混凝土的抗壓、抗折強度粉煤灰摻量30%的大壩混凝土，28d之后抗壓強度增長幅度可達(dá)22.6--47.2%，抗折強度增長幅度可達(dá)29.8--47.7%。原材料質(zhì)量控制嚴(yán)格骨料的顆粒級配對單位混凝土中膠凝材料的用量具有非常大的影響粉煤灰混凝土的強度在28d之后仍會有較大幅度的增長并不是膠凝材料用量越高，混凝土的性能越好注意工程特性應(yīng)用實例----C30泵送混凝土原材料質(zhì)量要求PO42.5水泥，抗壓富余系數(shù)>1.13，使用溫度低于65℃；細(xì)度模數(shù)2.5－2.8的河砂，泥≤0.8%,泥塊≤0.4%；最大粒徑31.5mm連續(xù)級配花崗巖石子，粒徑分布盡可能靠近中值偏粗，5~10mm顆粒含量<15%，針片狀含量低于8％，要求清洗；I級低鈣粉煤灰，燒失量≤2.0%；需水量比≤95%；聚羧酸高效減水劑，固含量大于24%；在摻量為1.2%時，初始坍落度為180~200mm，單位用水量不大于145kg/m3?；炷僚浜媳鹊拇_定采用I級FA1:1取代水泥，F(xiàn)A取代率分別為10、20、30、40%，實驗強度如左下圖隨著粉煤灰摻量的增加，抗壓強度呈下降趨勢因強度富余系數(shù)較大，最終確定FA摻量為20—25%（根據(jù)季節(jié)變化適當(dāng)調(diào)整）生產(chǎn)配合比及混凝土的性能28d—90d抗壓強度增長率為14.2%骨料級配合理，可以較大幅度降低混凝土中膠凝材料的用量，并提高混凝土的工作性能、力學(xué)性能與耐久性，通過配合比試驗，找出成粉煤灰對混凝土強度的影響規(guī)律，確定最佳摻量。實際生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)工程要求和材料的具體情況通過實驗確定最佳配合比應(yīng)用實例----C60隧道管片混凝土原材料質(zhì)量要求52.5硅酸鹽水泥，3d抗壓>32MPa，28d抗壓>60MPa，使用溫度低于40℃。細(xì)度模數(shù)2.6—3.1的黃砂，泥含量≤0.8%,泥塊含量≤0.4%5~10mm與10~25mm兩個級配范圍復(fù)配比例為35:65，針片狀含量低于8％，含泥量小于0.5％，泥塊含量小于0.3%。I級粉煤灰，燒失量≤2.0%，需水量比≤95%，28d活性指數(shù)≥0.80?；钚灾笖?shù)為S95級磨細(xì)礦渣，比表面積350--500m2/kg，燒失量≤2.0%。聚羧酸高效減水劑，摻量為0.8%時減水率不小于20%，在混凝土中不會引入過多大氣泡。礦物摻合料總?cè)〈蕦炷量箟簭姸鹊挠绊懙V物摻合料總?cè)〈糠謩e為27%、30%、35%、40%，SL:FA=1:1.5隨著礦物摻合料取代量的增加，不同齡期的混凝土抗壓強度呈下降趨勢總?cè)〈康陀?5%，混凝土28d抗壓強度降低幅度很小生產(chǎn)配合比粉煤灰與礦粉復(fù)合摻加，可以增大摻合料的總摻量，同時有效避免單摻帶來的不利影響。復(fù)合摻加有利于成本控制，有利于提高混凝土的早期強度、體積穩(wěn)定性和耐久性。注意粉煤灰與礦粉的復(fù)摻比例與總摻量。5.4混凝土外加劑與摻合料5.4.1混凝土外加劑1.混凝土外加劑的定義和分類（1）混凝土外加劑的定義混凝土外加劑是指在混凝土拌合前或拌合時摻入的用以改善混凝土性能的物質(zhì)。摻量一般不超過水泥質(zhì)量的5％?；炷镣饧觿┑氖褂檬腔炷良夹g(shù)的重大突破，外加劑已逐漸成為混凝土中必不可少的第五種組分。（2）混凝土外加劑的分類根據(jù)國標(biāo)《混凝土外加劑定義、分類、命名與術(shù)語》(GB/T8075—2005)的規(guī)定，混凝土外加劑按其主要功能分為四類：①改善混凝土拌合物流動性能的外加劑，包括各種減水劑和泵送劑等。②調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間、硬化性能的外加劑，包括緩凝劑、促凝劑和速凝劑等。③改善混凝土耐久性的外加劑。包括引氣劑、防水劑、阻銹劑和礦物外加劑等。④改善混凝土其他性能的外加劑，包括膨脹劑、防凍劑、著色劑等。目前在工程中常用的外加劑主要有減水劑、引氣劑、早強劑、緩凝劑、防凍劑等。5.4.1.減水劑減水劑是在混凝土坍落度基本相同的條件下，能顯著減少混凝土拌和水量的外加劑。（1）減水劑的作用原理常用減水劑均屬表面活性劑，是由親水基團和憎水基團兩個部分組成。當(dāng)水泥加水拌和后，由于水泥顆粒間分子凝聚力的作用，使水泥漿形成絮凝結(jié)構(gòu)，包裹了一定的拌和水（游離水），從而降低了混凝土拌和物的和易性。圖5.17水泥漿的絮凝結(jié)構(gòu)如在水泥漿中加入適量的減水劑，由于減水劑的表面活性作用，致使憎水基團定向吸附于水泥顆粒表面，親水基團指向水溶液，使水泥顆粒表面帶有相同的電荷。在電斥力作用下，使水泥顆?；ハ喾珠_，絮凝結(jié)構(gòu)解體，包裹的游離水被釋放出來，從而有效地增加了混凝土拌和物的流動性。圖5.18減水劑作用示意圖當(dāng)水泥顆粒表面吸附足夠的減水劑后，使水泥顆粒表面形成一層穩(wěn)