chap2高性能溷凝土的原材料課件

高性能混凝土第二章高性能混凝土的原材料高性能混凝土由于要滿足多元組分優(yōu)化配制、可泵性、高強(qiáng)度、良好的耐久性等多方面的技術(shù)要求，故在原材料選擇上要比普通混凝土嚴(yán)格、復(fù)雜得多。

高性能混凝土是指采用常規(guī)材料和生產(chǎn)工藝，能保證混凝土結(jié)構(gòu)所要求的各項(xiàng)力學(xué)性能，并具有高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的混凝土。

(1)原材料組成較復(fù)雜

普通混凝土：水泥、水、砂、石——四元組分高性能混凝土：水泥、礦物摻合料、外加劑、水、砂、石

——多元組分磨細(xì)礦渣粉煤灰硅灰磨細(xì)鋼渣等減水劑緩凝劑保塑劑膨脹劑等1.水泥Cement

水泥生產(chǎn)的主要原材料粘土質(zhì)原料：提供Al質(zhì)、Si質(zhì)和部分Fe質(zhì)組分，主要有如粘土、頁巖、淤泥、污泥等。SiO2/(Al2O3+Fe2O3)約為2.5~3.5Al2O3/Fe2O3約為1.5~3.0石灰質(zhì)原料：提供Ca質(zhì)組分，主要有如石灰石、電石渣等校正原料：當(dāng)上述兩種原材料按任何配比均達(dá)不到所要求的組成時(shí)，用其他原材料如Fe粉等進(jìn)行校正。調(diào)凝材料：主要是石膏1.水泥Cement

水泥的生產(chǎn)過程簡單地說，水泥的生產(chǎn)過程可以概括為“兩磨一燒”，即生料的粉磨、熟料的燒成、熟料的粉磨。1.水泥Cement

水泥品種水泥品種眾多，常用的有硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥（礦渣摻量20%~70%）、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥（粉煤灰摻量20%~40%），其差別在于混合材料品種和摻量大小。另外，還有硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、磷酸鹽水泥等等，與硅酸鹽水泥的差別在于熟料礦物的不同。可用于配制具有特殊性能的混凝土。特種硅酸鹽水泥還包括道路硅酸鹽水泥、快硬硅酸鹽水泥、白色硅酸鹽水泥、低熱微膨脹硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥、油井水泥等，可用于配制具有特殊性能的混凝土。1.水泥cement

水泥的強(qiáng)度性能與混凝土的強(qiáng)度性能混凝土強(qiáng)度在很大程度上取決于水泥強(qiáng)度及其性能。在我國，配制高強(qiáng)混凝土宜選用42.5或更高強(qiáng)度等級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。（1）混凝土強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度等級的關(guān)系水泥早期強(qiáng)度主要來源于C3S礦物的水化，C3A礦物對水泥早期強(qiáng)度也略有貢獻(xiàn)，而C2S礦物對水泥的后期強(qiáng)度有貢獻(xiàn)，C4AF礦物對水泥強(qiáng)度性能貢獻(xiàn)較小。相應(yīng)地，使用的水泥礦物組成對混凝土的強(qiáng)度大小及其發(fā)展趨勢有影響。（2）混凝土強(qiáng)度與水泥礦物組成的關(guān)系1.水泥cement

水泥的強(qiáng)度性能與混凝土的強(qiáng)度性能通常而言，在總膠凝材料用量相同的情況下水泥用量越高強(qiáng)度越高，但這也并非絕對的事實(shí)，混凝土的強(qiáng)度影響因素眾多，有時(shí)靠單純增加水泥用量來提高混凝土強(qiáng)度甚至?xí)m得其反。（4）混凝土強(qiáng)度與水泥用量的關(guān)系高細(xì)度水泥早期強(qiáng)度增長很快，但后期強(qiáng)度很少增加，而且水化熱大，所以細(xì)度應(yīng)合適。（3）混凝土強(qiáng)度與水泥細(xì)度的關(guān)系此外，水泥的強(qiáng)度性能與其煅燒制度等也有關(guān)系。1.水泥cement

水泥與高效減水劑的相容性問題的提出：在高性能混凝土當(dāng)中，普通使用高效減水劑，而水泥與高效減水劑之間存在相容性的問題，即：在水膠比很低的情況下，并不是每一種符合國家標(biāo)準(zhǔn)的水泥在使用一定的高效減水劑時(shí)都有同樣的流變性能；同樣，也并不是每一種符合國家標(biāo)準(zhǔn)的超塑化劑對每一種水泥流變性能的影響都一樣。

2.集料Aggregate

集料（又稱骨料）是混凝土的主要組成材料之一，占混凝土體積比例70%~80%左右。集料在混凝土中既有技術(shù)上的作用，又有經(jīng)濟(jì)上的意義。在技術(shù)上，集料的存在使混凝土比單純的水泥漿具有更高的體積穩(wěn)定性和更好的耐久性；在經(jīng)濟(jì)上它比水泥便宜很多，作為廉價(jià)的填充材料，使得混凝土這種建筑材料成本低廉。2.集料Aggregate

按混凝土集料粒徑，可以將其分為粗集料和細(xì)集料。通常把0.15~4.75mm粒徑的集料稱為細(xì)集料。把4.75mm以上粒徑的集料稱為細(xì)集料。根據(jù)集料的密度，可分為普通集料，重質(zhì)集料和輕集料。不同的集料，應(yīng)用于要求不同的混凝土，如重質(zhì)集料一般用于防輻射混凝土的配制，而輕集料則有利于減輕混凝土的自重和隔聲等作用。按集料的來源和加工方式不同可分為天然集料和人工集料兩大類；而按集料的材質(zhì)不同，又可分為石灰?guī)r集料、花崗巖集料、砂巖集料、石英巖集料等。集料的分類2.集料Aggregate細(xì)集料分類

細(xì)骨料一般為天然巖石長期風(fēng)化等自然條件下形成的天然砂。根據(jù)產(chǎn)源的不同，天然砂可分為河砂、海砂及山砂。也有天然巖石經(jīng)人工加工得到的機(jī)制砂，其定義為由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖石的顆粒。而混合砂指由機(jī)制砂和天然砂混合制成的砂。2.集料Aggregate細(xì)集料的級配

砂的級配通常用篩分法確定。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，篩孔尺寸有0.075mm\0.15mm\0.3mm\0.6mm\1.18mm\2.36mm\4.75mm\9.50mm這幾個(gè)級別。2.集料Aggregate細(xì)集料的級配規(guī)定篩孔尺寸級配區(qū)I區(qū)II區(qū)III區(qū)累計(jì)篩余（%）9.50mm0004.75mm10~010~010~02.36mm35~525~015~01.18mm65~3550~1025~0600μm85~7170~4140~16300μm95~8092~7085~55150μm100~90100~90100~902.集料Aggregate細(xì)集料粗細(xì)程度表示方法

2、細(xì)度模數(shù)法式中Ａi——累計(jì)篩余百分率，即該號(hào)篩與大于該號(hào)篩的各篩分計(jì)篩余百分率之和。2.集料Aggregate石子各粒級的公稱上限粒徑稱為這種石子的最大粒徑。石子的最大粒徑增大，則相同質(zhì)量石子的總表面積減小，混凝土中包裹石子所需水泥漿體積減少，即混凝土用水量和水泥用量都可減少。配制普通強(qiáng)度等級混凝土?xí)r，在一定的范圍內(nèi)，石子最大粒徑增大，可因用水量的減少提高混凝土的強(qiáng)度。然而石子最大粒徑過大時(shí)，則由于骨料與水泥砂漿粘結(jié)面積下降等原因造成混凝土的強(qiáng)度下降。

對于C50~C60混凝土，粗集料最大粒徑宜不大于25mm，對C60以上的混凝土宜小于20mm。

2.集料Aggregate同時(shí)，最大粒徑的選用，要受結(jié)構(gòu)上諸因素和施工條件等方面的限制。另外：1、粗集料粒徑不得大于結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4，不得大于鋼筋間最小凈距的3/4。2、對混凝土實(shí)心板，集料的最大粒徑不宜超過板厚的1/2，且不能超過50mm。粗集料5-25mm最佳級配圖粗集料5-40mm最佳級配圖2.集料Aggregate集料的強(qiáng)度及堅(jiān)固性

集料在混凝土當(dāng)中起到骨架的作用，通常情況下，集料的強(qiáng)度都應(yīng)高于混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。當(dāng)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級較高時(shí)，集料強(qiáng)度在很大程度上決定了混凝土的強(qiáng)度，但當(dāng)集料強(qiáng)度足夠高時(shí)，混凝土強(qiáng)度幾乎不受集料強(qiáng)度的影響。我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》（JGJ53-92）規(guī)定混凝土強(qiáng)度等級為C60及以上時(shí)應(yīng)進(jìn)行巖石抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)，其他情況下如有懷疑或認(rèn)為有必要時(shí)也可進(jìn)行巖石的抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)。巖石的抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度等級之比不應(yīng)小于1.5，且火成巖強(qiáng)度不宜低于80MPa，變質(zhì)巖不宜低于60MPa，水成巖不宜低于30MPa。

2.集料Aggregate集料的強(qiáng)度及堅(jiān)固性集料的強(qiáng)度難以直接進(jìn)行測量，一般通過壓碎值指標(biāo)和母巖強(qiáng)度來間接地進(jìn)行評價(jià)。

巖石立方強(qiáng)度試驗(yàn)，是用母巖制成5×5×5㎝立方體，或直徑與高度均為5㎝的圓柱體試樣，浸泡水中４８ｈ，待吸水飽和后進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。石子抗壓強(qiáng)度與設(shè)計(jì)要求的混凝土強(qiáng)度等級之比，不應(yīng)低于1.5。

2.集料Aggregate集料的強(qiáng)度及堅(jiān)固性（2）骨料的堅(jiān)固性骨料的堅(jiān)固性是指在氣候、外力和其他物理力學(xué)因素作用（如凍融循環(huán)作用）下骨料抗碎裂的能力。堅(jiān)固性試驗(yàn)是用硫酸鈉溶液法檢驗(yàn)，試樣經(jīng)五次干濕循環(huán)后，其質(zhì)量損失應(yīng)不超過規(guī)范的規(guī)定2.集料Aggregate集料的雜質(zhì)含量為保證混凝土的質(zhì)量，砂中有害雜質(zhì)的含量，應(yīng)符合國家技術(shù)規(guī)范的規(guī)定。如果是海砂，還要考慮氯離子的含量?；炷翉?qiáng)度等級≥C30≤C30含泥量（按質(zhì)量計(jì)），％≤3.0≤5.0含泥塊量（按質(zhì)量計(jì)），％≤1.0≤2.0硫化物及硫酸鹽含量（折算成SO3，按質(zhì)量計(jì)），％）≤1.0云母含量（按質(zhì)量計(jì)），％≤2.0輕物質(zhì)含量（按質(zhì)量計(jì)），％≤1.0

高性能混凝土用的粗細(xì)集料含泥量宜控制在1%以下，達(dá)不到時(shí)應(yīng)采取沖洗或其他措施進(jìn)行處理。2.集料Aggregate集料性質(zhì)對混凝土性質(zhì)的影響混凝土的性質(zhì)相應(yīng)集料的性質(zhì)耐久性抗凍性抗干濕性抗冷熱性耐磨性堿-集料反應(yīng)穩(wěn)定性，孔隙率，孔結(jié)構(gòu)，滲透性，飽和度，抗拉強(qiáng)度，黏土礦物孔結(jié)構(gòu)，彈性模量熱膨脹系數(shù)硬度存在異常的硅質(zhì)成分強(qiáng)度強(qiáng)度，表面狀態(tài)，清潔度，顆粒形狀，最大粒徑收縮和徐變彈性模量，顆粒級配，顆粒形狀，清潔度，最大粒徑，黏土礦物耐磨性硬度熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)，彈性模量熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率比熱容比熱容容重相對密度，顆粒形狀，級配，最大粒徑彈性模量彈性模量，泊松比經(jīng)濟(jì)性顆粒形狀，級配，最大粒徑，需要的加工量，可獲得量三、外加劑外加劑是指在拌和混凝土過程中摻入以改善混凝土性能為目的物質(zhì)，其摻量一般不大于水泥質(zhì)量的5％。在現(xiàn)代混凝土技術(shù)中，外加劑已成為繼水泥、砂、石、水后混凝土的不可或缺的第五組分。按功能分：改變流變性的減水劑、引氣劑、泵送劑調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的緩凝劑、速凝劑、部分早強(qiáng)劑改善耐久性的防水劑、阻銹劑、防凍劑提供特殊性能的引氣劑、膨脹劑、著色劑1、減水劑減水劑是指能保持混凝土的和易性不變，而顯著減少其拌合用水量的外加劑。由于拌合屋中加入減水劑后，如不改變單位用水量，可明顯地改善其和易性，因此減水劑又稱為塑化劑。減水劑多屬于表面活性劑，它的分子結(jié)構(gòu)是由親水基團(tuán)和憎水基團(tuán)組成，當(dāng)兩種物質(zhì)接觸時(shí)（如水—水泥，水—油，水—?dú)猓?，表面活性劑的親水基團(tuán)指向水，憎水基團(tuán)朝向水泥顆粒（油或氣）。減水劑能提高混凝土拌合物和易性及混凝土強(qiáng)度的原因，是由于其表面活性物質(zhì)間的吸附一分散作用、潤滑、濕潤作用所致。（1）減水劑的作用機(jī)理水泥加水拌和后，由于水泥顆粒間分子引力的作用，產(chǎn)生許多絮狀物而形成絮凝結(jié)構(gòu)，使10％～30％的拌合水（游離水）被包裹在其中，從而降低了混凝土拌合物的流動(dòng)性。當(dāng)加入適量減水劑后，減水劑分子定向吸附于水泥顆粒表面，親水基端指向水溶液。由于親水基團(tuán)的電離作用，使水泥顆粒表面帶上電性相同的電荷，產(chǎn)生靜電斥力，致使水泥顆粒相互分散，導(dǎo)致絮凝結(jié)構(gòu)解體，釋放出游離水，從而有效地增大了混凝土拌合物的流動(dòng)性。另外，陰離子表面活性劑類減水劑，其親水基團(tuán)極性很強(qiáng)，易與水分子以氫鍵形式結(jié)合，在水泥顆粒表面形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜，這層水是很好的潤滑劑，有利于水泥顆粒的滑動(dòng)，從而使混凝土流動(dòng)性進(jìn)一步提高。減水劑還能使水泥更好地被水濕潤，也有利于和易性的改善。在保持和易性不變，也不減少水泥用量時(shí)，可減少拌合水用量5～25%或更多。在保持原來配合比不變的情況下，可使拌合物的坍落度大幅度提高。若保持強(qiáng)度及和易性不變，可節(jié)約水泥10～20%。由于拌合水量減少，拌合物的泌水、離析現(xiàn)象得以改善，可提高混凝土的抗凍性、抗?jié)B性。（2）使用減水劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果（3）目前常用的減水劑木質(zhì)素系減水劑

主要有木質(zhì)素磺酸鈣（木鈣）、木質(zhì)素磺酸鈉（木鈉）和木質(zhì)素磺酸鎂（木鎂），其中以木鈣使用最多，簡稱Ｍ劑，它屬于陰離子表面活性劑。Ｍ劑是以生產(chǎn)紙漿或纖維漿的亞硫酸木漿廢液為原料，采用石灰乳中和，經(jīng)生物發(fā)酵除糖、蒸發(fā)濃縮、噴霧干燥而制成，為棕黃色粉狀物。Ｍ劑因原料豐富，價(jià)格低廉，并具有較好的塑化效果，故目前應(yīng)用較多。Ｍ劑為普通減水劑，其適宜摻量為0.2～0.3％，減水率10％左右；有緩凝作用，一般緩凝1～3ｈ。萘系減水劑

萘系減水劑為高效減水劑，它是以工業(yè)萘或由煤焦油中分熘出的含萘及萘的同系物熘分為原料，經(jīng)磺化、水解、縮合、中和、過濾、干燥而制成，為棕色粉末，主要成分為β一萘磺酸鹽甲醛縮合物，屬陰離子表面活性劑。這類減水劑品種很多，目前我國生產(chǎn)的主要有ＮＦ、ＦＤＮ、ＵＮＦ、MF、ＳＮ—２、ＡＦ等。萘系減水劑適宜摻量為0.5％～1.0％，其減水率較大，為10％～25%，增強(qiáng)效果顯著，緩凝性很小，大多為非引氣型。適用于日最低氣溫０℃以上的所有混凝土工程，尤其適用于配制高強(qiáng)、早強(qiáng)、流態(tài)等混凝土。樹脂類減水劑

此類減水劑為水溶性樹脂，主要為磺化三聚氰胺甲醛樹脂減水劑，簡稱密胺樹脂減水劑。它是由三聚氰胺、甲醛、亞硫酸鈉按適當(dāng)比例、在一定條件下經(jīng)磺化、縮聚而成，為陰離子表面活性劑。我國產(chǎn)品有ＳＭ樹脂減水劑，為非引氣型早強(qiáng)高效減水劑，其各項(xiàng)功能與效果均比萘系減水劑還好。ＳＭ適宜摻量為0．5％～２.０％，減水率達(dá)２０％～２７％。對混凝土早強(qiáng)與增強(qiáng)效果顯著，能使混凝土1d強(qiáng)度提高一倍以上，７ｄ強(qiáng)度即可達(dá)空白混凝土２８d的強(qiáng)度，長期強(qiáng)度亦明顯提高，并可提高混凝土的抗?jié)B、抗凍性能及彈性模量。糖蜜類減水劑

糖蜜類減水劑為普通減水劑，它是以制糖工業(yè)的糖渣、廢蜜為原料，采用石灰中和而成，為棕色粉狀物或糊狀物，其中含糖較多，屬非離子表面活性劑。國內(nèi)產(chǎn)品粉狀有TF、ST、3FG等，糊狀有糖蜜。糖蜜減水劑適宜摻量為0.2％～0.3％，減水率10％左右，屬緩凝減水劑。4.外加劑chemicaladmixture（1）減水劑選擇的一般原則a、選用的減水劑減水增強(qiáng)效果好，坍落度損失小，不應(yīng)使混凝土拌合物產(chǎn)生泌水、離析現(xiàn)象，要具有良好的和易性及可泵性；b、要按工程特點(diǎn)來選:大體積混凝土、高強(qiáng)度等級砼c、要按施工時(shí)的環(huán)境溫度來選：夏季、冬季d、要考慮到材料來源及價(jià)格。（2）強(qiáng)度要求如混凝土強(qiáng)度等級≤C50，則一般可選用普通減水劑或引氣減水劑（引氣性大的高效減水劑有MF，建1和AF等）；如混凝土強(qiáng)度等級≥C50，則一般應(yīng)選用非引氣性的高效減水劑，如國產(chǎn)的FDN，NF，UNF，SN-2及SM等型號(hào)的高效減水劑；如有早強(qiáng)要求，則宜摻入早強(qiáng)劑或早強(qiáng)減水劑．（3）其他要求a、普通減水劑，不宜單獨(dú)用于蒸養(yǎng)混凝土；b、引氣劑及引氣減水劑，不宜用于預(yù)應(yīng)力混凝土、蒸養(yǎng)混凝土；c、緩凝劑及緩凝減水劑，不宜用于日最低氣溫5C以下的混凝土，不宜單獨(dú)用于水泥用量低、水灰比大的貧混凝土，且不宜單獨(dú)用于早強(qiáng)混凝土、蒸養(yǎng)混凝土；d、氯鹽、含氯鹽外加劑不得用于易引起鋼筋銹蝕的混凝土工程；e、氯鹽、含氯鹽外加劑宜與阻銹劑復(fù)合使用；f、若外摻硅灰，則必須用高效減水劑；SEM圖像不摻減水劑，高w/c水化物距離寬低強(qiáng)20,000用萘系減水劑水化物距離窄高強(qiáng)20,000SEM圖像用X404取得更低w/c水化物距離更短特高強(qiáng)20,000SEM圖像3.外加劑Admixture

3.1.4減水劑的摻加方法先摻法后摻法分次摻加法3.外加劑Admixture

3.1.5使用減水劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果在保持和易性不變，也不減少水泥用量時(shí)，可減少拌合水用量5～25%或更多。在保持原來配合比不變的情況下，可使拌合物的坍落度大幅度提高。若保持強(qiáng)度及和易性不變，可節(jié)約水泥10～20%。由于拌合水量減少，拌合物的泌水、離析現(xiàn)象得以改善，可提高混凝土的抗凍性、抗?jié)B性。在合適摻量及摻加方法下?。。?！3.外加劑Admixture

全球外加劑銷售額：約80億歐元外加劑品牌眾多，品質(zhì)不一。3.1.6減水劑的品牌和市場3.外加劑Admixture

3.2調(diào)凝劑緩凝劑促凝劑速凝劑什么是凝結(jié)？為什么要調(diào)凝？調(diào)凝劑有哪些類別？3.外加劑Admixture

3.2.1緩凝劑緩凝劑類別類別品種摻量（占水泥量％）木質(zhì)素磺酸鹽木質(zhì)素磺酸鹽0.3～0.5羥基羧酸檸檬酸0.03～0.10酒石酸0.03～0.10葡萄糖酸0.03～0.10糖類及碳水化合物蜜糖0.10～0.30淀粉0.10～0.30無機(jī)鹽鋅鹽、硼酸鹽、磷酸鹽0.10～0.23.外加劑Admixture

3.2.1緩凝劑緩凝劑作用機(jī)理

緩凝劑的作用機(jī)理解釋主要有：吸附理論、生成絡(luò)鹽理論、沉淀理論和控制氫氧化鈣結(jié)晶生長理論。3.外加劑Admixture

3.3速凝劑可溶性無機(jī)鹽類可溶性有機(jī)化合物其他固體物質(zhì)

3.3.1速凝劑的種類4.拌合水Water有可能用于攪拌混凝土的水：（1）自來水；（2）地表水（河水、湖水）；（3）地下水；（4）伏流水；（5）工業(yè)用水；（6）回收水；（7）海水。根據(jù)研究結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)，除含有酸類、糖類、洗滌劑以外，即使使用污水，混凝土的強(qiáng)度也未必有顯著的影響。一般以強(qiáng)度比是否達(dá)到85%作為評判有害無害的界限。

5.礦物摻合料MineralAdmixture

在高性能混凝土當(dāng)中，礦物摻合料幾乎已經(jīng)成為不可或缺的組分，在混凝土中合理地使用摻合料不僅對于提高混凝土的工作性能、耐久性能、強(qiáng)度性能、體積變形性能、經(jīng)濟(jì)性等幾乎都能取得令人滿意的技術(shù)效果。5.礦物摻合料Mineraladmixture5.1粉煤灰Flyash

粉煤灰作為一種摻合料應(yīng)用于混凝土已有五六十年的歷史了。美國加州理工學(xué)院的R.E.Davis于1933年開始發(fā)表關(guān)于粉煤灰用于混凝土中的研究報(bào)告。但在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用只是在70年代以后才有了較大的發(fā)展。隨著混凝土科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，粉煤灰混凝土技術(shù)也越來越成熟。（1）粉煤灰品質(zhì)由于不同熱電廠的煤源、燃燒熱歷史、收塵方式等不同，粉煤灰的品質(zhì)存在很大的差異，對混凝土的性能將會(huì)產(chǎn)生不同的影響。因此，在選用粉煤灰時(shí)必須考慮其品質(zhì)好壞。在我國，根據(jù)粉煤灰的細(xì)度、燒失量、需水量、三氧化硫和含水率等幾項(xiàng)指標(biāo)，將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級。

HPC的FA應(yīng)符合GBJ146《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，且宜選用Ⅰ級粉煤灰；若采用Ⅱ級粉煤灰應(yīng)先通過試驗(yàn)，證明能達(dá)到所要求的性能指標(biāo)后方可采用。

（3）粉煤灰的摻量

在混凝土生產(chǎn)中，應(yīng)用粉煤灰可采用外摻法、等量取代法和超量取代法等三種方法。從實(shí)踐來看，這三種方法中以超量取代法效果最佳。

我國JGJ28-86對粉煤灰的超量系數(shù)K作出如下規(guī)定：采用Ⅰ級灰時(shí)，Ｋ=1.0~1.4；采用Ⅱ級灰時(shí)，K=1.2~1.7；采用Ⅲ級灰時(shí)，K=1.5~2.0，并規(guī)定強(qiáng)度等級高的混凝土取上限，強(qiáng)度等級低的混凝土取下限。在高性能混凝土配比設(shè)計(jì)規(guī)程征求稿中規(guī)定粉煤灰取代水泥的最大用量宜≤30%。

（3）粉煤灰的活性及其激發(fā)

a.化學(xué)激發(fā)方法b.機(jī)械力激發(fā)方法5.礦物摻合料Mineraladmixture5.2礦渣粉Slag礦渣是冶煉生鐵時(shí)由鐵礦石中的硅鋁組分與造渣礦物石灰和氧化鎂等熔融、冷卻后得到的副產(chǎn)品。（1）磨細(xì)礦渣粉的活性及其影響因素3d28d礦渣活性影響因素：化學(xué)組成細(xì)度熱歷史（2）磨細(xì)礦渣粉的活性評價(jià)方法堿度：b=(CaO+MgO+Al2O3)/SiO2：堿度越大，活性越大；XRD分析：

XRD測定礦渣的結(jié)晶比率并計(jì)算礦渣玻璃化率：玻璃化率=（1－結(jié)晶比率）×100%，玻璃化率越大，活性越大；比表面積：用勃氏法或激光粒度儀測定，比表面積越大，活性越大；活性指數(shù)：我國分為S105、S95、S75三個(gè)級別（3）磨細(xì)礦渣粉對混凝土性能的影響對新拌工作性能的影響對強(qiáng)度性能的影響對體積變形性能的影響對耐久性能的影響5.礦物摻合料Mineraladmixture5.3硅灰Silicafume

硅灰是指用高純度石英冶煉金屬硅和硅鐵合金的工廠從煙塵中收集的超細(xì)粉末，是在電弧爐中用焦炭或木片將石英還原為單質(zhì)硅，其SiO2蒸汽在低溫區(qū)氧化成SiO2并凝聚成的無定形的球狀玻璃顆粒。

（1）硅灰的活性硅灰的一個(gè)顯著特點(diǎn)：細(xì)！比表面積通常在20000m2/kg

以上。硅灰的另一個(gè)顯著特點(diǎn)：活性高！在混凝土中對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率超過水泥。（2）硅灰對混凝土性能的影響對新拌工作性能的影響對強(qiáng)度性能的影響對體積變形性能的影響對耐久性能的影響

有關(guān)硅粉在混凝土中最優(yōu)摻量的報(bào)導(dǎo)不盡一致。Tachibana認(rèn)為，對于100MPa及以上的混凝土硅粉最優(yōu)摻量為10%；上海建材研究所的經(jīng)驗(yàn)是配制80MPa以下混凝土的硅粉用量不要超過10%；Yogendran的研究結(jié)果為C60~C80的硅粉混凝土，摻量15%時(shí)最好。在我國，由于硅灰產(chǎn)量較低，因而價(jià)格很高；出于經(jīng)濟(jì)的考慮，當(dāng)配制低于C80強(qiáng)度等級的混凝土?xí)r，一般不考慮摻用硅粉。3.6膨脹劑①膨脹化學(xué)反應(yīng)

在以鈣礬石為主要膨脹源的組成中，含鋁相物質(zhì)主要有以下幾種：鋁酸鹽水泥熟料、硫鋁酸鈣熟料、煅燒明礬石和天然明礬石。其反應(yīng)式為：

3CA+3CaSO4+38H2O→C3A·3CaSO4·32H2O+2(Al2O3·3H2O)（1）3CA2+3CaSO4+47H2O→C3A·3CaSO4·32H2O+5(Al2O3·3H2O)（2）

C4A3+2(3CaSO4·2H2O)+35H2O→C3A·3CaSO4·32H2O+2Al(OH)3（3）

K2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3+13Ca(OH)2+5CaSO4+78H2O→3AFt+2KOH（4）按照反應(yīng)方程式可以計(jì)算出各種含鋁相原材料中活性Al2O3與石膏完全反應(yīng)生成鈣礬石（AFt）的理論摩爾比：

當(dāng)某二種含鋁相原料復(fù)合后再加石膏配制成膨脹劑時(shí)，其理論[Al2O3]/[SO3]可以根據(jù)各種組分的百分含量計(jì)算而得出。硫鋁酸鹽水泥[Al2O3]:[SO3]=1:0.7高鋁水泥[Al2O3]:[SO3]=1:1生（熟）明礬石[Al2O3]:[SO3]=1:1.7

膨脹反應(yīng)[Al2O3]/[SO3]理論摩爾比[Al2O3]/[SO3]影響膨脹率的規(guī)律

1、當(dāng)[Al2O3]/[SO3]高于理論值時(shí)（即石膏量不足），膨脹量低，膨脹穩(wěn)定期短；

2、隨[Al2O3]/[SO3]降低（即二水石膏的增加），膨脹量增大，早期膨脹量明顯增加，在一定的比例范圍內(nèi)可以獲得最佳的膨脹值和膨脹穩(wěn)定期；

3、當(dāng)摻入的石膏量繼續(xù)增加時(shí)，相應(yīng)的活性Al2O3量減少，大量的SO3剩余下來，在后期AFt還能不斷生成，結(jié)果可能導(dǎo)致水泥石后期體積的不穩(wěn)定性。②組成設(shè)計(jì)

A：對于要求具有較高膨脹能、膨脹穩(wěn)定期短、早期強(qiáng)度發(fā)展快的高強(qiáng)混凝土，可以選用高活性含鋁原材料（CAS水泥或高鋁水泥）和二水石膏在適宜的[Al2O3]/[SO3]比條件下配制成膨脹劑。

B：對于要求膨脹穩(wěn)定期較長，并且后期要有一定膨脹量的混凝土，應(yīng)該選用一般活性的含鋁相原料（天然明礬石，煅燒明礬石等）和二水石膏，并且適當(dāng)降低[Al2O3]/[SO3]，增加石膏的含量，以保證混凝土強(qiáng)度和膨脹協(xié)調(diào)發(fā)展。

基準(zhǔn)1#（含無水硫鋁酸鈣）2#BEA3#（含熟明礬）（UEA）20±3℃水中養(yǎng)護(hù)20±3℃、RH=（60±5）%恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)復(fù)合膨脹劑BEA的研制1）未摻膨脹劑的基準(zhǔn)樣，21d已出現(xiàn)較大的收縮；2）1#早期膨脹能大，但膨脹落差大，在90d齡期已出現(xiàn)收縮；3）3#及摻UEA樣，早期膨脹能較小，且在90d齡期已出現(xiàn)收縮；4）2#摻BEA樣，早期膨脹能大，且膨脹落差小，在90d齡期仍有較大的膨脹率，持續(xù)穩(wěn)定膨脹。通過BEA組分的設(shè)計(jì)，可進(jìn)行膨脹量的精確控制。

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(shí)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(jìn)。今天的水泥業(yè)沿著這個(gè)方向努力已經(jīng)是非常必要了。

Cementsofyesterdayandtoday；ConcreteoftomorrowP.-C.A?tcin

礦物細(xì)摻和料的作用以活性氧化硅、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。

什么是混凝土礦物細(xì)粉摻和料？

礦物摻和料是指在混凝土拌合物中，為了節(jié)約水泥，改善混凝土性能加入的具有一定細(xì)度的天然或者人造的礦物粉體材料，也稱為礦物外加劑，是混凝土的第六組分。常用的礦物摻合料有：粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、硅灰、沸石粉、燃燒煤矸石等。粉煤灰應(yīng)用最普遍。⑴粉煤灰又稱飛灰，是由燃燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細(xì)粉末，其顆粒多呈球形，表面光滑，大部分由直徑以μｍ計(jì)的實(shí)心和(或)中空玻璃微珠以及少量的莫來石、石英等結(jié)晶物質(zhì)所組成。化學(xué)成分及礦物組成

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(dòng)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(qiáng)度低，易風(fēng)化，抗凍性差，為粉煤灰中的有害成分粉煤灰在混凝土中的作用①活性行為和膠凝作用。粉煤灰的活性來源于它所含的玻璃體，他與水泥水化生成的Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成C-S-H和C-A-H、水化硫鋁酸鈣，強(qiáng)化了混凝土界面過渡區(qū)，同時(shí)提高混凝土的后期強(qiáng)度。②充填行為和致密作用。粉煤灰是高溫煅燒的產(chǎn)物，其顆粒本身很小，且強(qiáng)度很高。粉煤灰顆粒分布于水泥漿體中水泥顆粒之間時(shí)，提高混凝土膠凝體系的密實(shí)性。③需水行為和減水作用。由于粉煤灰的的顆粒大多是球形的玻璃珠，優(yōu)質(zhì)粉煤灰由于其“滾珠軸承”的作用，可以改善混凝土拌和物的和易性,減少混凝土單位體積用水量，硬化后水泥漿體干縮小，提高混凝土的抗裂性。④降低混凝土早期溫升，抑制開裂。大摻量粉煤灰混凝土特別適合大體積混凝土。⑤二次水化和較低的水泥熟料量使最終混凝土中的Ca(OH)2大為減少，可以有效提高混凝土抵抗化學(xué)侵蝕的能力。⑥當(dāng)摻加量足夠大時(shí)，可以明顯抑制混凝土堿骨料病害。⑦降低氯離子滲透能力，提高混凝土的護(hù)筋性。以上作用在水膠比低于0.42時(shí)，較突出。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，GB1596－91《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規(guī)定了粉煤灰成品根據(jù)細(xì)度、需水量比、燒失量、含水量和三氧化硫含量劃分為I、II、III個(gè)級別，各項(xiàng)物理性能指標(biāo)應(yīng)滿足下表的要求。作為活性摻合料的粉煤灰還有火山灰活性指數(shù)要求，有關(guān)粉煤灰的需水量比和活性指數(shù)的定義和測定方法可詳見《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/T18736－2002）中附錄C的規(guī)定。指標(biāo)級別IIIIII細(xì)度（0.045mm方孔篩篩余），％不大于122045需水量比，％不大于95105115燒失量，％不大于5815含水量，％不大于11－三氧化硫，％不大于333粉煤灰物理性質(zhì)指標(biāo)和要求

粉煤灰特性及利弊提高抗裂性和抗化學(xué)侵蝕性，降低混凝土溫升，有利于混凝土耐久性，混凝土強(qiáng)度后期持續(xù)增長率高抗收縮開裂性較好改善拌和物施工性，但坍落度太大時(shí)，(I級)粉煤灰顆粒易上浮發(fā)生泌漿(要控制坍落度盡可能小)早期強(qiáng)度較低；大摻量時(shí)在較低氣溫下凝結(jié)緩慢；對養(yǎng)護(hù)要求較高(要降低水膠比),化學(xué)活性低，可促進(jìn)硅酸鹽水泥水化，但早期孔隙率大，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(huì)加劇塑性開裂(需加強(qiáng)保水養(yǎng)護(hù)).(2)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(qiáng)度可提高25％以上。硅粉的化學(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(qiáng)度。生成的水化硅酸鈣凝膠鈣硅比小，組織結(jié)構(gòu)致密。

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(diǎn)是特別早強(qiáng)和耐磨，很容易獲得早強(qiáng)，而且耐磨性優(yōu)良。硅粉使用時(shí)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(jià)格很高，處于價(jià)格考慮，一般混凝土強(qiáng)度低于80MPa時(shí)，都不考慮摻加硅粉。(3)粒化高爐礦渣粉?；郀t礦渣粉是指將?；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，一般為400-600m2/kg。其活性比粉煤灰高。1862年，德國的E．Langen發(fā)現(xiàn)通過堿性激發(fā)，能發(fā)揮水淬礦渣的潛在水硬性。此后，在歐洲，礦渣作為一種水硬性材料進(jìn)行了研究與開發(fā)，使礦渣與普通水泥一樣，成為不可缺少的工程材料。

?；郀t礦渣在水淬時(shí)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。研究表明礦渣磨得越細(xì)，其活性越高，摻入混凝土中后，早期產(chǎn)生的水化熱越多，越不利于控制混凝土的溫升，而且成本較高；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(shí)，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。因此，磨細(xì)礦渣的比表面積不宜過細(xì)。用于大體積混凝土?xí)r，礦渣的比表面積宜不超過420m2/kg

磨細(xì)礦渣的特性及利弊具有潛在的水硬性，單獨(dú)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(qiáng)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4000cm2∕g時(shí)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)境及混凝土體溫度不低，早期也不注意及時(shí)的濕養(yǎng)護(hù)（給水），這時(shí)由于其水化潛熱高于水泥，混凝土就會(huì)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)境及混凝土體溫度偏低，或早期注意及時(shí)的濕養(yǎng)護(hù)，由于它起始水化時(shí)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(hù)所補(bǔ)償，混凝土開裂敏感性就可以減小。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(jì)效益顯著。2)增大混凝土的后期強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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?dòng)性后，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(jìn)一步降低了水泥的水化熱，降低混凝土溫升。5)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(shí)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。6)抑制堿—骨料反應(yīng)。試驗(yàn)證明，礦物摻合料摻量較大時(shí)，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