混凝土礦物外加劑(工藝師講座)0509

張雄博士教授博士生導(dǎo)師E－mail：xiong.Zhang@Tel:65983465同濟(jì)大學(xué)建筑材料研究所BuildingMaterialsinstitute，TongjiUniversity

礦物外加劑應(yīng)用技術(shù)1目錄礦物外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范礦物外加劑混凝土減縮抗裂技術(shù)礦物外加劑混凝土優(yōu)化降本技術(shù)2一、礦物外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范

(一)主要技術(shù)規(guī)范簡介用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣微粉（GB/T18046-2000)用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T1596－2005)高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑（GB/T18736-2002)粒化高爐礦渣微粉在水泥混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程（DG/TJ08-501-1999)高鈣粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程（DBJ08－230－98）礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范（GB/T征求意見稿）3(二)比較不同規(guī)范礦物外加劑技術(shù)要求的差異1.礦渣微粉技術(shù)要求用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣微粉（GB/T18046-2000)高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑（GB/T18736-2002)

標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB/T18046GB/T18736級(jí)別S105S95S75IIIIII活性指數(shù)3d》857055活性指數(shù)7d》9575551008575活性指數(shù)28d》1059575115105100比表面積m2/kg>350750550350流動(dòng)度度比％>859095需水量比％《100

同級(jí)別產(chǎn)品技術(shù)要求GB/T18046低于GB/T187364一、礦物外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范2.粉煤灰技術(shù)要求用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T1596－2005)高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑（GB/T18736-2002)高鈣粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程（DBJ08－230－98）標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB/T1596GB/T18736DBJ08－230

級(jí)別IIIIIIIIIIII活性指數(shù)7d》－8075活性指數(shù)28d》70（混合材）9085比表面積m2/kg>－600400需水量比％《951051159510595100細(xì)度45um篩《122545－－1220安定性（雷氏夾）《5mm5mmF－CaO％《F類1，C類43.02.5GB/T18736不涵蓋高鈣灰.5(三)礦物外加劑應(yīng)用技術(shù)若干問題1.倡導(dǎo)采用硅酸鹽水泥和高標(biāo)號(hào)水泥配制礦物外加劑混凝土。(1)采用硅酸鹽水泥和高標(biāo)號(hào)普通水泥配制礦物外加劑混凝土更具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)性.(2)普通硅酸鹽水泥中混合材有超標(biāo)現(xiàn)象；(3)普通硅酸鹽水泥中混合材多為惰性混合材；6(三)礦物外加劑應(yīng)用技術(shù)若干問題2.安定性不良高鈣粉煤灰如何合理安全使用?(1)壓庫滯后使用；(2)與礦渣微粉復(fù)合使用；(3)按混凝土配合比配制膠凝材料,復(fù)核其安定性；(4)摻入1%~2%硅灰;(5)添加安定性外加劑。7(三)礦物外加劑應(yīng)用技術(shù)若干問題3.礦渣微粉混凝土粘稠性偏高時(shí)如何調(diào)整?(1)選用非萘系系列化學(xué)外加劑；(2)與I級(jí)、II級(jí)粉煤灰復(fù)合使用；(3)適當(dāng)提高混凝土含氣量；(4)選用礦渣微粉專用化學(xué)外加劑。8(三)礦物外加劑應(yīng)用技術(shù)若干問題4.高燒失量粉煤灰對(duì)混凝土性能有何影響?(1)粉煤灰燒失量高,意味其含碳量相對(duì)也比較高,高碳會(huì)吸附和消耗化學(xué)外加劑,導(dǎo)致新拌混凝土和易性變差.使同樣配合比的混凝土其塌落度相差甚大；(2)粉煤灰燒失量高含碳量,對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展有副作用。95.礦渣微粉顆粒群特征對(duì)混凝土流變性的影響.條件R-R公式n相近特征粒徑相近比表面積相近結(jié)果特征粒徑越小，比表面積越大，τ、η越大分布越寬，比表面積越大，τ、η越大分布越寬，特征粒徑越大，τ、η越大總的來說，低摻量（＜20%）時(shí)，τ、η變化不大；隨著摻量的增加，τ、η增加，尤其是高摻量（60%~80%）時(shí)，τ、η明顯增加(三)礦物外加劑應(yīng)用技術(shù)若干問題10(三)礦物外加劑應(yīng)用技術(shù)若干問題6.改善礦渣微粉混凝土早期強(qiáng)度的技術(shù)措施。(1)選用礦渣微粉專用外加劑；(2)選用SO3含量比較高的水泥。11三類高鈣灰，分別按CaO含量分為高高鈣灰、中高鈣灰和低高鈣灰（分別來自北京、上海和江蘇等地），分別記為GG、MG和LG。一類低鈣灰，記為DG化學(xué)成分見下表:高鈣粉煤灰化學(xué)成分試樣LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2O3Na2O3總和GG4.9136.114.38.5626.61.904.751.731.0099.85MG3.1842.620.36.7818.41.912.900.971.8398.87LG2.5652.624.45.858.771.121.240.941.0398.51DG3.8054.828.93.854.810.920.531.150.5799.33（四）高鈣粉煤灰組成與活性的關(guān)系

1.高鈣粉煤灰化學(xué)組成與活性12

1.高鈣粉煤灰化學(xué)組成與活性

13

粉煤灰的玻璃體主要來源于高溫條件下煤粉中兩類礦物之間的反應(yīng)，即鋁硅質(zhì)粘土或頁巖礦物與產(chǎn)生陽離子改性劑的礦物如碳酸鹽或硫酸鹽之間的反應(yīng)。如下式：xCaCO3+y(Al2O3·2SiO2·2H2O)

x(CaO·Al2O3)·(2y+x){SiO2}+{(y-x)/3}{

鋁硅玻璃體3Al2O3·2SiO2}+xCO2+2yH2O

莫來石

活性CaO、MgO）愈多，生成的玻璃體就愈多。2.高鈣粉煤灰礦物組成與活性

142.高鈣粉煤灰礦物組成與活性15

基本結(jié)論1）粉煤灰中SiO2＋Al2O3＋Fe2O3含量與粉煤灰水泥3天、28天抗壓強(qiáng)度成負(fù)關(guān)聯(lián)，表明這一子因子對(duì)粉煤灰水泥強(qiáng)度的提高是不利的。2）粉煤灰中CaO+MgO（扣除游離CaO與CaSO4中的鈣）、SO3、K2O+Na2O含量與粉煤灰水泥3天、28天抗壓強(qiáng)度成正關(guān)聯(lián)，表明這些子因子對(duì)粉煤灰水泥強(qiáng)度的提高是有利的。3）化學(xué)分析與X-衍射分析表明：灰樣中CaO含量（扣除游離CaO與CaSO4中的鈣）高的玻璃體含量也較高，這是高鈣灰具有較高活性的一個(gè)重要原因。（四）高鈣粉煤灰組成與活性的關(guān)系16二、礦物外加劑混凝土減縮抗裂技術(shù)礦物外加劑混凝土收縮類型與機(jī)理

礦物外加劑混凝土材料組成及其配合比與收縮變形的關(guān)系礦物外加劑混凝土配合比減縮抗裂技術(shù)

17（一）礦物外加劑混凝土收縮類型與機(jī)理干燥收縮、自收縮塑性收縮、化學(xué)減縮、碳化收縮和冷收縮1。干燥收縮機(jī)理18毛細(xì)管張力：相對(duì)濕度達(dá)到45~50%，消失。劈張力的減?。罕砻嫖剿兓瘜?dǎo)致。水化物表面能增大：相對(duì)濕度高于50%變化很小。層間水喪失：相對(duì)濕度小于11%?！畬?dǎo)致的凝膠體間劈張力的減小和毛細(xì)管張力是干燥收縮的主要原因192、自收縮機(jī)理

混凝土水化過程水分遷移速度落后于膠凝材料水化消耗水分速度，在混凝土內(nèi)部形成局部失水干燥，導(dǎo)致混凝土自收縮。自收縮與干縮的差別：自收縮過程混凝土無質(zhì)量損失，干縮過程伴隨有水分逃逸，混凝土有質(zhì)量損失。礦物外加劑混凝土的自收縮可達(dá)總收縮量的70％以上，混凝土自收縮性能與礦物外加劑種類密切相關(guān)：自收縮從大到小的順序:硅灰>礦渣微粉>磨細(xì)粉煤灰.水膠比越小,混凝土自收縮約大.20（二）材料組成及其配合比與收縮變形的關(guān)系1、混凝土組成材料的影響水泥品種火山灰水泥→粉煤灰水泥→復(fù)合水泥→普通硅酸鹽水泥→硅酸鹽水泥。水泥成分C3A↑，收縮大；石膏↑，收縮小。水泥用量水泥用量↑，收縮大。水灰比W/C↑，收縮大；W/C↓↓，收縮大。（傳統(tǒng)觀點(diǎn)）21外加劑早強(qiáng)劑增大收縮，緩凝劑增大塑性沉降收縮，減水劑增大收縮10%左右。摻合料少量硅粉減小收縮，摻量大自收縮大。礦渣摻量高，增大收縮。粉煤灰摻量大于30%，增大收縮。骨料骨料含量高，收縮小。骨料彈性模量高，收縮小。砂率大，收縮大。1、混凝土組成材料的影響222、組成材料－配合比－混凝土收縮性能

實(shí)驗(yàn)案例

以典型混凝土配比為基準(zhǔn)，通過連續(xù)改變單一影響因素展開一系列配合比，研究各種因素與混凝土收縮的關(guān)系和影響程度。

研究因素

粉煤灰摻量、骨料體積含量、水灰比（水膠比）、單位用水量、砂率、礦粉摻量、骨料含泥量、骨料級(jí)配23（1）粉煤灰對(duì)混凝土收縮的影響實(shí)驗(yàn)案例一：粉煤灰等量替代水泥24試驗(yàn)結(jié)果粉煤灰等量替代水泥通常會(huì)導(dǎo)致混凝土收縮的增大。質(zhì)量替代率小于20%，收縮增幅較大；0~30%左右，混凝土收縮基本不變或略有減??；大于30%，則收縮增幅較小。粉煤灰最佳摻量在20%~30%。25實(shí)驗(yàn)案例二：粉煤灰等體積替代骨料

水泥用量不變，粉煤灰等體積替代骨料，收縮值趨于減小。驗(yàn)證了案例一的結(jié)論。26（2）骨料體積含量對(duì)混凝土收縮的影響實(shí)驗(yàn)案例：砂率不變，膠凝材料漿體組成不變，漿體量替代骨料。27試驗(yàn)結(jié)果

骨料體積含量增大，混凝土收縮變形減小。在66%~70%范圍，骨料體積含量變化對(duì)收縮影響最大。骨料體積含量高于70%，對(duì)減少混凝土收縮變形最為有效。28（3）砂率對(duì)混凝土收縮的影響實(shí)驗(yàn)案例：骨料體積含量不變，改變砂率值。29試驗(yàn)結(jié)果

膠凝材料漿體組成和體積含量保持不變的條件下（骨料體積含量保持不變），混凝土的干燥收縮值并不伴隨砂率的變化產(chǎn)生明顯差異。

其它組成材料不變時(shí)，砂率對(duì)混凝土收縮變形不會(huì)產(chǎn)生大的影響。30（4）水灰比（水膠比）對(duì)混凝土收縮的影響實(shí)驗(yàn)案例一：水泥漿體體積含量不變，改變水灰比。實(shí)驗(yàn)案例二：固定單位用水量，膠凝材料質(zhì)量組成不變，改變水膠比。31試驗(yàn)結(jié)果

水灰比（水膠比）過大或過小都會(huì)增大混凝土的收縮變形。存在使混凝土收縮變形較小的最佳水灰比（水膠比范圍）。常用樓板混凝土收縮變形小的水灰比（水膠比）范圍為0.50~0.60。32（5）單位用水量對(duì)混凝土收縮的影響實(shí)驗(yàn)案例：漿體組成不變，以漿體等體積替代砂，以此改變用水量。各混凝土配比水膠比0.5033試驗(yàn)結(jié)果

通常，單位用水量變化伴隨了骨料體積、水灰比（水膠比）的變化，對(duì)收縮變形產(chǎn)生影響。較佳水膠比范圍內(nèi)，單位用水量的變化對(duì)混凝土收縮變形的影響不大。單位用水量不是控制混凝土收縮變形的關(guān)鍵參量，而水膠比才是控制混凝土收縮變形的主要參量。34（6）礦粉摻量對(duì)混凝土收縮的影響