1、混凝土矿物掺合料 明天的混凝土将含有较少的熟料，因此明天的混凝土将含有较少的熟料，因此水泥业将成为水硬性胶凝材料业，一种向市水泥业将成为水硬性胶凝材料业，一种向市场提供与水拌和时能硬化的微细粉末的工业。场提供与水拌和时能硬化的微细粉末的工业。这种使矿物组分，而不是细磨熟料用量增大这种使矿物组分，而不是细磨熟料用量增大的做法，将有助于水泥业向更加符合各国政的做法，将有助于水泥业向更加符合各国政府提出的可持续发展的目标迈进。今天的水府提出的可持续发展的目标迈进。今天的水泥业沿着这个方向努力已经是非常必要了。泥业沿着这个方向努力已经是非常必要了。Cements of yesterday and to
2、day；Concrete of tomorrow P.-C.Atcin一、什么是矿物掺合料 活性氧化硅、氧化铝和其它有效矿物为主要成分，活性氧化硅、氧化铝和其它有效矿物为主要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土综合性在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土综合性能，且掺量一般不小于能，且掺量一般不小于5%的具有火山灰活性或潜的具有火山灰活性或潜在水硬性的粉体材料在水硬性的粉体材料。GB/T18736-2019高强高性能混凝土用矿物外加剂明确规定：用于改善混凝土耐久性能而加入的、磨细的各种矿物掺合料，又称矿物外加剂，其主要特征是磨细矿物材料，细度比水泥颗粒小，主要用于改善混凝土的耐久性和工
3、作性能。是混凝土的第六组分。常用的矿物掺合料有：粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、沸石粉。矿渣：矿渣：冶炼生铁的副产品，冶炼生铁的副产品，以硅酸盐和铝硅酸盐为主以硅酸盐和铝硅酸盐为主 粉煤灰：粉煤灰：热电厂煤粉热电厂煤粉燃烧后的产物，以硅燃烧后的产物，以硅酸盐和铝硅酸盐为主酸盐和铝硅酸盐为主二、矿物掺和料在混凝土中的作二、矿物掺和料在混凝土中的作用效应用效应 火山灰效应 形态效应 微集料效应 界面效应1、火山灰效应、火山灰效应 掺和料中的SiO2、Al2O3等潜在活性物质与碱性物质或石膏反应生成水硬性物质。水泥的水化反应产生Ca(OH)2 C2S+mHCSH+(2-x)CH C3S+nHCSH+(
4、3-x)CH 掺合料发生水化反应的条件：碱性物质或硫酸盐+水+潜在活性物质 粉煤灰的活性7d以后才能逐渐表现来，反应率28d为1.5%5.5%,90d为813%,180d为1519%之间。2、形态效应、形态效应 由外观形貌、表面性质、颗粒级配等产生的效应。FA中的球形颗粒含量较高时，可增大混凝土的流动性。矿中尖角状颗粒含量很多，易导致混凝土泌水。3、微集料效应、微集料效应 掺和料中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充毛细孔，改善混凝土孔结构和增大密实度的效应。混凝土中掺入适量的矿物掺合料混合均匀之后，粉体的颗粒级配更为合理，密实度提高。提高混凝土的抗渗性与抗Cl-1的侵蚀能力。4、界面效应、界面
5、效应 掺和料与水泥熟料水化产生的Ca(OH)2发生火山灰反应，减少了混凝土中Ca(OH)2的含量，从而改善界面过渡区的结构，使浆体界面的粘接力增强。一定程度上改善混凝土的力学性能与耐久性。裂缝扩展的裂缝扩展的路径和方向路径和方向骨料骨料水泥石水泥石骨料骨料周围周围的过的过渡区渡区 薄弱的过渡区薄弱的过渡区骨料骨料过渡区过渡区水泥石本体水泥石本体C-S-HCH钙矾石钙矾石骨料骨料氢氧化钙氢氧化钙三、掺合料在混凝土中的作用1 1、掺合料可代替部分水泥，成本低廉，经济效益、掺合料可代替部分水泥，成本低廉，经济效益显著。显著。2 2、增大混凝土的后期强度。矿物细掺料中含有活、增大混凝土的后期强度。矿物
6、细掺料中含有活性的性的SiOSiO2 2和和AlAl2 2O O3 3，与水泥中的石膏及水泥水化生，与水泥中的石膏及水泥水化生成的成的Ca(OH)Ca(OH)2 2反应，生成生成反应，生成生成C-S-HC-S-H和和C-A-HC-A-H、水化、水化硫铝酸钙。提高了混凝土的后期强度。但是值得硫铝酸钙。提高了混凝土的后期强度。但是值得提出的是除硅灰外的矿物细掺料，混凝土的早期提出的是除硅灰外的矿物细掺料，混凝土的早期强度随着掺量的增加而降低。强度随着掺量的增加而降低。3 3、改善新拌混凝土的工作性。混凝土提高流、改善新拌混凝土的工作性。混凝土提高流动性后，很容易使混凝土产生离析和泌水，动性后，很容
7、易使混凝土产生离析和泌水，掺入矿物细掺料后，混凝土具有很好的粘掺入矿物细掺料后，混凝土具有很好的粘聚性。像粉煤灰等需水量小的掺合料还可聚性。像粉煤灰等需水量小的掺合料还可以降低混凝土的水胶比，提高混凝土的耐以降低混凝土的水胶比，提高混凝土的耐久性久性。4 4、降低混凝土温升。水泥水化产生热量，而混凝土、降低混凝土温升。水泥水化产生热量，而混凝土又是热的不良导体，在大体积混凝土施工中，混凝又是热的不良导体，在大体积混凝土施工中，混凝土内部温度可达到土内部温度可达到5070，比外部温度高，产生，比外部温度高，产生温度应力，混凝土内部体积膨胀，而外部混凝土随温度应力，混凝土内部体积膨胀，而外部混凝土
8、随着气温降低而收缩。内部膨胀和外部收缩使得混凝着气温降低而收缩。内部膨胀和外部收缩使得混凝土中产生很大的拉应力，导致混凝土产生裂缝。掺土中产生很大的拉应力，导致混凝土产生裂缝。掺合料的加入，减少了水泥的用量，就进一步降低了合料的加入，减少了水泥的用量，就进一步降低了水泥的水化热，降低混凝土温升。水泥的水化热，降低混凝土温升。5 5、抑制碱、抑制碱骨料反应。试验证明，矿物掺合骨料反应。试验证明，矿物掺合料掺量较大时，可以有效地抑制碱料掺量较大时，可以有效地抑制碱骨料反骨料反应。内掺应。内掺3030的低钙粉煤灰能有效地抑制碱的低钙粉煤灰能有效地抑制碱硅反应的有害膨胀，利用矿渣抑制碱骨料反硅反应的有
9、害膨胀，利用矿渣抑制碱骨料反应，其掺量宜超过应，其掺量宜超过4040。6 6、提高混凝土的耐久性。混凝土的耐久性与、提高混凝土的耐久性。混凝土的耐久性与水泥水化产生的水泥水化产生的Ca(OH)Ca(OH)2 2密切相关，矿物细掺密切相关，矿物细掺料和料和Ca(OH)Ca(OH)2 2发生化学反应，降低了混凝土中发生化学反应，降低了混凝土中的的Ca(OH)Ca(OH)2 2含量；同时减少混凝土中大的毛细含量；同时减少混凝土中大的毛细孔，优化混凝土孔结构，降低混凝土最可几孔，优化混凝土孔结构，降低混凝土最可几孔径，使混凝土结构更加致密，提高了混凝孔径，使混凝土结构更加致密，提高了混凝土的抗冻性、抗
10、渗性、抗硫酸盐侵蚀等耐久土的抗冻性、抗渗性、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能。性能。7、不同矿物细掺料复合使用的不同矿物细掺料复合使用的“超叠效应超叠效应”。不同矿物细掺料在混凝土中的作用有各自的不同矿物细掺料在混凝土中的作用有各自的特点，例如矿渣火山灰活性较高，有利于提特点，例如矿渣火山灰活性较高，有利于提高混凝土强度，但自干燥收缩大；掺优质粉高混凝土强度，但自干燥收缩大；掺优质粉煤灰的混凝土需水量小，且自干燥收缩和干煤灰的混凝土需水量小，且自干燥收缩和干燥收缩都很小，在低水胶比下可保证较好的燥收缩都很小，在低水胶比下可保证较好的抗碳化性能。抗碳化性能。四、矿物细粉掺和料的耐久性改善效应四、矿物细粉掺
11、和料的耐久性改善效应 由于和游离石灰及高碱性水化硅酸钙产由于和游离石灰及高碱性水化硅酸钙产生二次水化，生成强度更高、稳定性更优、生二次水化，生成强度更高、稳定性更优、数量更多的低碱性水化硅酸钙，改善了水化数量更多的低碱性水化硅酸钙，改善了水化胶凝物质的组成，并减少或消除了游离石灰，胶凝物质的组成，并减少或消除了游离石灰，对提高混凝土耐久性作用极大。对提高混凝土耐久性作用极大。1 1、抗硫酸盐侵蚀性能显著提高，因为在水、抗硫酸盐侵蚀性能显著提高，因为在水泥石中缺乏或不存在游离石灰时形成具有膨泥石中缺乏或不存在游离石灰时形成具有膨胀作用的钙矾石反应不能进行；胀作用的钙矾石反应不能进行；2 2、在有
12、碱集料反应产生的条件下由于矿物细粉掺、在有碱集料反应产生的条件下由于矿物细粉掺合料的掺加在混凝土水化产物中形成大量低碱合料的掺加在混凝土水化产物中形成大量低碱水化硅酸钙，水化硅酸钙，它们能吸收和固定大量的钠、钾它们能吸收和固定大量的钠、钾离子从而使混凝土中的有效碱含量大大减少，离子从而使混凝土中的有效碱含量大大减少，极大地减少了碱集料反应的危害性。极大地减少了碱集料反应的危害性。3 3、矿物细粉掺合料的掺加它们填充集料和水泥颗、矿物细粉掺合料的掺加它们填充集料和水泥颗粒的孔隙，使混凝土结构和界面更为致密，阻粒的孔隙，使混凝土结构和界面更为致密，阻断了可能形成的渗透通路，使混凝土抗渗性大断了可能
13、形成的渗透通路，使混凝土抗渗性大为提高。为提高。4 4、在低水胶比情况下，掺加矿物细粉掺合料，、在低水胶比情况下，掺加矿物细粉掺合料，混凝土中的可冻水很缺乏，抗冻性大幅度提高，混凝土中的可冻水很缺乏，抗冻性大幅度提高，当然高抗冻性与与低水胶比直接相关，但也与当然高抗冻性与与低水胶比直接相关，但也与掺加矿物细粉掺合料密不可分，例如，水科院掺加矿物细粉掺合料密不可分，例如，水科院李金玉等人研究同为李金玉等人研究同为0.260.26的水胶比，不掺加矿的水胶比，不掺加矿物细粉掺合料的物细粉掺合料的C60C60混凝土其抗冻融循环只达混凝土其抗冻融循环只达到到F250F250，而掺加矿物细粉掺合料的混凝土
14、抗冻，而掺加矿物细粉掺合料的混凝土抗冻融循环可达融循环可达F1000F1000以上。以上。5 5、对于碳化和钢筋锈蚀的担忧。、对于碳化和钢筋锈蚀的担忧。掺加矿物细粉掺合掺加矿物细粉掺合料的可能带来的负面影响是混凝土的碱度降低，料的可能带来的负面影响是混凝土的碱度降低，抗碳化能力减弱，引起保护钢筋的能力减弱抗碳化能力减弱，引起保护钢筋的能力减弱。但但是在低水胶比下，混凝土的碱度下降并不十分急是在低水胶比下，混凝土的碱度下降并不十分急剧。剧。蒲心诚等人对大掺量粉煤灰水泥的碱度研究蒲心诚等人对大掺量粉煤灰水泥的碱度研究表明粉煤灰掺量从表明粉煤灰掺量从0 0提高至提高至70%70%时时pHpH值仅由值
15、仅由12.612.6下下降至降至12.0612.06，说明粉煤灰掺加，说明粉煤灰掺加70%70%时，水泥胶砂的时，水泥胶砂的pHpH值仍然高于值仍然高于1212，高于配筋结构允许的最低碱度，高于配筋结构允许的最低碱度11.511.5。除此之外，掺加矿物细粉掺合料，在低水除此之外，掺加矿物细粉掺合料，在低水胶比时密实性很高，水分甚至氧和二氧化碳都难胶比时密实性很高，水分甚至氧和二氧化碳都难以进入，这同样增大了混凝土的护筋性。以进入，这同样增大了混凝土的护筋性。总之，现代混凝土科学中最突出的两大成总之，现代混凝土科学中最突出的两大成就：其一是高效外加剂的生产和应用；其二是就：其一是高效外加剂的生产
16、和应用；其二是矿物细粉掺合料的的研究、应用与发展。矿物细粉掺合料的的研究、应用与发展。后者后者的重要意义远远超过了以前仅仅为节约水泥的的重要意义远远超过了以前仅仅为节约水泥的经济意义和利用废弃资源的环保意义。它涉及经济意义和利用废弃资源的环保意义。它涉及到全面提高混凝土的各项性能，使混凝土寿命到全面提高混凝土的各项性能，使混凝土寿命提高到提高到50010005001000年成为可能。年成为可能。五、常用矿物掺和料（一）粉煤灰1、化学成分 粉煤灰的化学成分因煤的品种及燃烧条件而异。一粉煤灰的化学成分因煤的品种及燃烧条件而异。一般来说，粉煤灰化学成分的变动范围为：般来说，粉煤灰化学成分的变动范围为
17、：SiOSiO2 2含量含量约为约为40406060；AlAl2 2O O3 3含量为含量为20203030，FeFe2 20 03 3含量为含量为5 51010，CaOCaO含量含量2%2%8%8%，烧失量，烧失量3 38 8，SiOSiO2 2和和AlAl2 2O O3 3是粉煤灰中的主要活性成分是粉煤灰中的主要活性成分，粉，粉煤灰的烧失量主要是煤灰的烧失量主要是未燃尽碳未燃尽碳，其混凝土吸水量大，其混凝土吸水量大，强度低，易风化，抗冻性差，为粉煤灰中的有害成强度低，易风化，抗冻性差，为粉煤灰中的有害成分。分。指标级别IIIIII细度（0.045mm方孔筛筛余），不大于122545需水量比
18、，不大于95105115烧失量，不大于5815含水量，不大于111三氧化硫，不大于3332、粉煤灰质量等级、粉煤灰质量等级低钙粉煤灰的密度一般为1.82.6g/cm3，松散容重为6001000kg/m3，GB/T15962019用于水泥和混凝土中的粉煤灰提出粉煤灰的技术要求。3、粉煤灰对混凝土性能的影响、粉煤灰对混凝土性能的影响（1）对新拌混凝土出机坍落度的影响）对新拌混凝土出机坍落度的影响 FA掺量较低时，新拌混凝土出机坍落度略有增加。FA掺量较高时，新拌混凝土出机坍落度随掺量的增大而下降。（2）对混凝土不同龄期抗压强度的影响）对混凝土不同龄期抗压强度的影响 早期强度均低于基准混凝土 FA掺
19、量合适，28d强度略高于基准混凝土 FA掺量过大，各龄期的强度均低于基准混凝土（3）对浆体凝结时间的影响）对浆体凝结时间的影响 FA掺量越大，浆体的凝结时间越长 FA掺量超过30%，浆体的凝结时间涨幅增大。（4）对混凝土塑性收缩的影）对混凝土塑性收缩的影响响 FA混凝土的塑性收缩低于不掺FA混凝土 高钙灰更有利于降低混凝土的塑性收缩（5）对混凝土抗碳化性能的影响）对混凝土抗碳化性能的影响加入掺合料消耗掉混凝土中的部分Ca(OH)2，使混凝土的总体碱度降低，继而加速碳化进程粉煤灰掺量30%之内对混凝土的碳化性能影响幅度较低混凝土碳化后失去对钢筋的保护作用，对钢筋混凝土结构的耐久性不利（6）对混凝
20、土抗冻融性能的影响）对混凝土抗冻融性能的影响在经历相同的冻融循环次数后，FA混凝土的相对动弹模量低于基准混凝土，说明掺加FA后不利于混凝土的抗冻融性能4、粉煤灰使用时存在问题和对策改善拌和物施工性，但坍落度太大时，改善拌和物施工性，但坍落度太大时，(I(I级级)粉煤灰颗粒易上浮发生泌浆；粉煤灰颗粒易上浮发生泌浆；早期强度较低；大掺量时在较低气温下凝早期强度较低；大掺量时在较低气温下凝结缓慢；结缓慢；早期孔隙率大，碳化问题较突出早期孔隙率大，碳化问题较突出(需采取对需采取对策策)；对水敏感，在无保湿的条件下，因内部黏对水敏感，在无保湿的条件下，因内部黏度增加，阻碍持续泌水而会加剧塑性开裂。度增加
21、，阻碍持续泌水而会加剧塑性开裂。所以应该采取的技术措施主要是 要控制坍落度尽可能小。因为试验表明大掺量粉煤灰混凝土坍落度为125mm时，可相当于180mm的普通混凝土。但由于用水量很低而不离析或泌水。注意不要过度振捣，防止粉煤灰上浮。要降低水胶比，保证大掺量粉煤灰混凝土强度，尤其是早期强度。注意及早、有效的养护以及足够的湿养护时间。初凝前后开始覆盖养护保证不失水。湿养护时间也很重要，最好养护14天，至少7天。总之：采用较低水胶比，及早地覆盖养护，充足的湿养护时间（7d）是粉煤灰在混凝土中应用的关键技术。（二）粒化高炉矿渣粉（矿粉）矿渣是在炼铁炉中浮于铁水表面的熔渣，排出时矿渣是在炼铁炉中浮于铁
22、水表面的熔渣，排出时用水急冷，得到粒化高炉矿渣。将粒化高炉矿渣用水急冷，得到粒化高炉矿渣。将粒化高炉矿渣经干燥、磨细达到相当细度且符合相应活性指数经干燥、磨细达到相当细度且符合相应活性指数的粉状材料，细度大于的粉状材料，细度大于350m350m2 2/kg/kg，其活性比粉煤，其活性比粉煤灰高。灰高。GB/T18046-2019GB/T18046-2019用于水泥与混凝土中的用于水泥与混凝土中的粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣指标级别S105S95S75表面积，m2/kg500400300活性指数，7d 28d 95 105 75 95 55 75流动度比，95 粒化高炉矿渣在水淬时形成的大量玻璃体,
23、具有微弱的自身水硬性。用于高性能混凝土的矿渣粉磨至比表面积超过400m2/kg，以较充分地发挥其活性，减少泌水性。当矿渣的比表面积超过400m2/kg后，用于很低水胶比的混凝土中时，混凝土早期的自收缩随掺量的增加而增大；矿渣粉磨得越细，掺量越大，则低水胶比的高性能混凝土拌和物越黏稠。用于大体积混凝土时，矿渣的比表面积宜不超过420m2/kg。超过420m2/kg的宜用于水胶比不很低的非大体积混凝土；矿渣颗粒多为棱形，会使混凝土拌合物需水量随着细度提高而增加，成分也提高。综合技术经济效益不好。矿粉对新拌混凝土出机坍落度的影响矿粉对新拌混凝土出机坍落度的影响 矿粉掺量较低时，新拌混凝土出机坍落度增
24、加。矿粉掺量较高时，新拌混凝土出机坍落度随掺量的增大变化不大。矿粉对混凝土抗压强度的影响矿粉对混凝土抗压强度的影响KF的活性比FA大，仅从强度的角度考虑可实现更大掺量。早期强度高，掺量较低时强度高于基准混凝土。后期强度的增长低于同等掺量的粉煤灰混凝土矿粉对浆体凝结时间的影响矿粉对浆体凝结时间的影响矿粉掺量越大，浆体的凝结时间越长浆体的凝结时间的延长与KF的掺量基本呈线性增长关系。矿粉对混凝土塑性收缩的影响矿粉对混凝土塑性收缩的影响掺量在25%以内，混凝土的塑性收缩略有增大，但增大幅度很小掺量超过25%，混凝土的塑性增长幅度很大，易导致裂缝的产生粉煤灰与矿粉对混凝土塑性收缩的影响对比粉煤灰与矿粉
25、对混凝土塑性收缩的影响对比 矿粉的特性及利弊具有潜在的水硬性，单独加水可以缓慢水化硬化，具有潜在的水硬性，单独加水可以缓慢水化硬化，化学活性高，在盐类激发下，可提高活性化学活性高，在盐类激发下，可提高活性能提高抗化学侵蚀性，后期强度增长率高能提高抗化学侵蚀性，后期强度增长率高化学收缩和自收缩较大化学收缩和自收缩较大比粉煤灰抗抗碳化性能较好比粉煤灰抗抗碳化性能较好比表面积超过比表面积超过400m400m2 2kgkg时不降低混凝土温升，且时不降低混凝土温升，且自收缩随掺量自收缩随掺量(75%)75%)而增大，对开裂敏感而增大，对开裂敏感使用路线：控制细度，加大掺量使用路线：控制细度，加大掺量在使
26、用中不可一概而论 混凝土里掺入磨细矿渣，如果矿渣磨得偏细，或掺得不多，且环境及混凝土温度不低，早期也不注意及时的湿养护（给水），这时由于其水化潜热高于水泥，混凝土就会因硬化快、自身收缩较大，而开裂敏感性增大；但是，如果它粉磨细度较小，或掺量很大，或环境及混凝土温度偏低，或早期注意及时的湿养护，由于它起始水化时间明显延迟（水泥用量少，pH值上升缓慢），自身收缩被湿养护所补偿，混凝土开裂敏感性就可以减小。矿粉在商品混凝土在应用时注意的问题 严格控制矿粉的细度：不宜太细。不宜太粗，会使混凝土粘聚性下降，出现离析和泌水，粘结时间延长，早期强度下降。注意矿粉掺量：单掺时以3040%为宜，大体积混凝土可增
27、至50%以上（降低水化热）；复掺时，总取代量控制在50%，粉煤灰20%以内，矿粉30%以内。复掺时，针对不同等级粉煤灰，选择合适的复合比例：与级粉煤灰复合，粉煤灰控制在15%，矿粉控制在30%。与级粉煤灰复掺，最佳组合，粉煤灰控制在20%，矿粉控制在40%以内。注意矿粉（或矿粉和粉煤灰复掺）混凝土的养护：对养护条件要求苛刻，需要加强养护，充分发挥掺合料的作用。注意调整混凝土的凝结时间：矿粉对混凝土凝结时间与不掺矿粉混凝土相比，具有一定的缓凝效果。初凝、终凝时间比基准混凝土推迟12h。冬季施工时，控制矿粉掺量和使用早强型减水剂。注意调整混凝土用水量：与高效减水剂复合使用时，具有辅助减水功能，所以
28、在保证混凝土初始坍落度相同情况下，可以减水用水量。（三）硅灰 硅灰又称硅粉或硅烟灰，是从生产硅铁合金或硅钢等所排放的烟气中收集到的颗粒极细的烟尘，色呈浅灰到深灰。硅灰的颗粒是微细的玻璃球体，部分粒子凝聚成片或球状的粒子。其平均粒径为0.10.2，是水泥颗粒粒径的1/501/100，比表面积高达2.0104m2/kg。其主要成分是SiO2（占90以上），它的活性要比水泥高13倍。以10硅灰等量取代水泥，混凝土强度可提高25以上。1、硅灰的化学成分、硅灰的化学成分 硅粉的火山灰活性指标高达110%，这与其化学成分有关。硅粉的SiO2含量很高，在80%以上，这种SiO2是非晶态、无定形的，易溶于碱溶
29、液中，在早期即可与CH反应，可以提高混凝土的早期强度。生成的水化硅酸钙凝胶钙硅比小，组织结构致密。2 2、硅灰的特性、硅灰的特性 硅灰可以提高混凝土的早期和后期强度，硅灰可以提高混凝土的早期和后期强度，但自干燥收缩大，且不利于降低混凝土温但自干燥收缩大，且不利于降低混凝土温升。因此，复掺时，可充分发挥他们的各升。因此，复掺时，可充分发挥他们的各自优点，取长补短。例如，可复掺粉煤灰自优点，取长补短。例如，可复掺粉煤灰和硅灰，用硅灰提高混凝土的早期强度，和硅灰，用硅灰提高混凝土的早期强度，用优质粉煤灰降低混凝土需水量和自干燥用优质粉煤灰降低混凝土需水量和自干燥收缩，在加之颗粒的填充作用，使混凝土收
30、缩，在加之颗粒的填充作用，使混凝土更密实。更密实。由于硅灰具有高比表面积，因而其需水量很大，将其作为混凝土掺合料，须配以减水剂，方可保证混凝土的和易性。硅粉混凝土的特点是特别早强和耐磨，很容易获得早强，而且耐磨性优良。硅粉使用时掺量较少，一般为胶凝材料总重的510，且不高于15，通常与其它矿物掺合料复合使用。在我国，因其产量低，目前价格很高，处于价格考虑，一般混凝土强度低于80MPa时，都不考虑掺加硅粉。存在问题1、掺矿物掺合料混凝土的早期开裂问题 收缩时开裂的主要原因。降温收缩、干缩、自收缩等。大量的细掺合料与高性能减水剂使用，加剧混凝土的塑性收缩，开裂。必须对掺入大比例掺合料的混凝土加强早
31、强养护，初凝后立即覆盖，并注意二次抹面。2、矿物掺合料混凝土在较大水胶比时的碳化问题 大掺量会使混凝土早期强度明显下降。粉煤灰在混凝土中，14d以前基本上不参与水化，使水灰比增大，造成早强孔隙率大。一再加快的施工速度使混凝土普遍得不到充分养护，早强孔隙率较大。所以粉煤灰混凝土实际的碳化深度较大。GB/T50476-2019混凝土结构耐久性设计规范规定，在一般干湿交替的环境，在水胶比较大时，控制粉煤灰的掺量。水胶比在0.50时，粉煤灰掺量在20%以内；水胶比在0.40时，粉煤灰掺量在30%以内。对于掺粉煤灰的混凝土，尽管前提是必须降低水胶比，但实际工程中混凝土湿养护龄期一般不会超过7d，大掺量粉
32、煤灰混凝土因为孔隙率较大而碳化深度较大。为控制碳化，必须增加湿养护。3、实验室试验与工程现场间的关系和差异 混凝土的开裂在很大程度上取决于试件尺寸、养护经过和环境条件。实验室模拟现场存在困难（试件小，构件大；试件变形只有，构件变形受约束；试件制作与养护条件固定，构件工作环境多变；试验条件认为设置，现场情况随即变化）六、六、超细粉在混凝土中的功能超细粉在混凝土中的功能和机理和机理填充效应流化效应增强效应耐久性效应（1 1）超细粉的填充效应）超细粉的填充效应图图2 2 粒子组合与空隙率的变化粒子组合与空隙率的变化（2 2）超细粉的流化效应）超细粉的流化效应水胶比水胶比29%，外掺萘系高效减水剂，外
33、掺萘系高效减水剂NF0.9%，测定净浆流动性，测定净浆流动性水泥：超细粉水泥：超细粉超细粉品种超细粉品种100100：0 09595：5 59090：10108080：20207070：3030100%100%超细粉超细粉*不掺不掺NFNF掺掺NFNFNZNZ（7000cm7000cm2 2/g/g）/255255242242不流不流动动不流动不流动 不流动不流动不流不流动动BFSBFS（6820cm6820cm2 2/g/g）/2602602652652702702802808080285285PSPS（6800cm6800cm2 2/g/g）/26526527027027527528528
34、58585280280NZ-SFNZ-SF/250250260260170170不流动不流动NZ-BFSNZ-BFS（7000cm7000cm2 2/g/g）/265265258258246246215215水泥水泥（2800cm2800cm2 2/g/g）240240/图图3 3 高效减水剂固定掺量（高效减水剂固定掺量（0.9%0.9%）超细粉掺量对浆）超细粉掺量对浆体流动性的影响体流动性的影响不同减水剂掺量下的净浆流动度不同减水剂掺量下的净浆流动度 NO.NO.胶结材料的组成胶结材料的组成（%）高效减水剂掺量（高效减水剂掺量（%）0.40.40.50.50.60.60.70.70.80.8
35、1 1水泥水泥1001001291291381381551551901902352352 2水泥水泥8080，矿渣，矿渣20201251251361361851852302302652653 3水泥水泥8080，磷渣，磷渣20201321321701702152152502502702704 4水泥水泥8080，沸石，沸石2020/130130195195237237图图4 4 双重的双电层作用水泥易于分散双重的双电层作用水泥易于分散 图图5 5 胶凝材料的分散状态胶凝材料的分散状态（3 3）超细粉的强度效应）超细粉的强度效应NO.NO.W/BW/B单方混凝土材料用量（单方混凝土材料用量（Kg
36、/mKg/m3 3）水泥水泥水水超细粉超细粉砂砂碎石碎石高效减水剂高效减水剂1 10.420.42400400168168/800800100010008 82 20.420.4234034016816860MK60MK800800100010008.88.83 30.420.4234034016816860SF60SF800800100010001010NO.NO.混凝土拌合物性能混凝土拌合物性能抗压强度（抗压强度（MPaMPa）3d3d7d7d28d28d1 1坍落度坍落度19cm19cm，泌水，板结，泌水，板结20.120.1（100%100%）35.335.3（100%100%）37.
37、437.4（100%100%）2 2坍落度坍落度16cm16cm，稍泌水，无板结，稍泌水，无板结28.528.5（142%142%）47.747.7（135%135%）61.161.1（163%163%）3 3坍落度坍落度5cm5cm，无泌水，板结，无泌水，板结26.426.4（131%131%）42.342.3（120%120%）52.452.4（140%140%）（4 4）超细粉的耐久性效应）超细粉的耐久性效应 含含MKMK（偏高岭土超细粉偏高岭土超细粉)15%)15%的混凝土的混凝土56d56d导电量，导电量，比基准混凝土明显下降，约为基准混凝土导电量一比基准混凝土明显下降，约为基准混凝
38、土导电量一半左右。说明掺入超细粉混凝土耐久性提高半左右。说明掺入超细粉混凝土耐久性提高。W/BW/B（%）代号代号ASTMC1202 6hASTMC1202 6h总导电量（库伦）总导电量（库伦）28d28d56d56d3030纯水泥纯水泥1751175112841284MKMK（15%15%）8748747177174040纯水泥纯水泥2660266021932193MKMK（15%15%）15001500123412345050纯水泥纯水泥3296329627002700MKMK（15%15%）1950195014501450 以往在高性能混凝土研究中忽略了材料颗粒以往在高性能混凝土研究中忽
39、略了材料颗粒级配、粒度分布的问题，级配、粒度分布的问题，特别是粉体材料的特别是粉体材料的粒度分布未引起足够的重视粒度分布未引起足够的重视。这样配制的混这样配制的混凝土中除了部分水泥和矿物掺合料参与水化凝土中除了部分水泥和矿物掺合料参与水化反应形成水化产物外，实际上大量的水泥和反应形成水化产物外，实际上大量的水泥和掺合料在混凝土中起到的只是填料作用，而掺合料在混凝土中起到的只是填料作用，而且由于其颗粒粒度分布不合理，其填充效率且由于其颗粒粒度分布不合理，其填充效率低下，所形成的混凝土内部结构空隙率较大。低下，所形成的混凝土内部结构空隙率较大。研究表明，研究表明，高性能混凝土需要微细填料！高性能混
40、凝土需要微细填料！由于水泥和某些矿物掺合料实际上不适由于水泥和某些矿物掺合料实际上不适合做这种微细填料，合做这种微细填料，首先它们不适合磨到首先它们不适合磨到超细，原因是超高细度的水泥和矿物掺合超细，原因是超高细度的水泥和矿物掺合料会引起水化反应加剧、凝结硬化过快、料会引起水化反应加剧、凝结硬化过快、混凝土温升提高、显著增大混凝土收缩而混凝土温升提高、显著增大混凝土收缩而引起开裂等一系列问题；引起开裂等一系列问题；其次这些材料难其次这些材料难以粉磨到超细。以粉磨到超细。因此，因此，高性能混凝土需要高性能混凝土需要具有低反应活性的易于加工的超细填料！具有低反应活性的易于加工的超细填料！七、关于超
41、细石灰石粉七、关于超细石灰石粉 超细石灰石粉是以生产石灰石碎石和机制砂时产生的细砂和石屑为原料，通过进一步粉磨制成的粒径不大于10m 的细粉，在混凝土中具有良好的减水和填充效应。超细石灰石粉的研究与应用超细石灰石粉的研究与应用MixC*FA*GL*TotalBinderAggregate(Max Size 18 mm)kg/m2Water(kg/m3)Admixture(%by total binder)W/CWC+FAWC+FA+GL(kg/m3)VMASuper-plasticizerA1523815331788153 0.0381.141.01 1.010.29B153513195231
42、792154 0.0391.301.01 0.760.30C151 101 2545061777152 0.0401.661.01 0.610.30D151 151 1924941778152 0.0412.041.01 0.510.31*C=Portland Cement;FA=Fly Ash;GL=Ground Limestone;Total Binder=C+FA+GLMario Collepardi关于自密实混凝关于自密实混凝土的研究中使用石灰石粉土的研究中使用石灰石粉在国外石灰石粉用于大型工程的实例 跨度为960+1990+960m的三跨度组成的世界跨度最大的日本明石海峡吊桥的桥墩、
43、缆索锚固结构体的高流动性混凝土，块体混凝土的配比中每m3混凝土中水泥的用量为260kg，石灰石粉的掺量为150kg，用水量为145kg。在国外石灰石粉用于大型工程的实例 法国的西瓦克斯核电站号反应堆C50高性能混凝土的配合比中使用了CPJ5细掺料水泥，含有9%的石灰石粉。而每m3混凝土中水泥用量为266kg，石灰石粉掺量为114kg，硅灰掺量为40kg，水胶比为0.38，坍落度为18-23，28天抗压强度为67MPa，绝热温升为30，其它指标均符合要求。石灰石超细粉对中低强度等级混石灰石超细粉对中低强度等级混凝土性能的影响凝土性能的影响相同单位用水量时混凝土坍落度的变化超细石灰石粉混凝土的工作
44、性半小时胶砂流动度损失编号初始流动度半小时流动度流动度损失LS016011050LS1525518867LS2026520065LS2528021367从上表可知，掺有超细石灰石粉的砂浆初始流动度明显高于基准组，但半小时流动度损失略高于基准组。通过净浆黏度试验发现，掺有20%超细石灰石粉的净浆黏度，仅为不掺的三分之二注：表中单位均为毫米相同坍落度时混凝土单位体积用水量超细石灰石粉混凝土相同用水量下混凝土抗压强度编号LS(%)3d7d28d56dX1018.729.740.747.3X21518.925.237.742.1X32018.527.138.345.7X42519.128.638.24
45、4.3注：1、表中除LS外单位均为MPa 2、单位体积用水量为140kg/m3超细石灰石粉混凝土相同坍落度不同用水量下抗压强度注：表中除水外强度数据单位均为MPa编号WLS3d7d28d56dX51600%16.720.629.038.6X615515%18.422.532.040.5X714520%20.524.935.042.3X814225%21.526.935.4 43.7超细石灰石粉混凝土力早期开裂性能相同坍落度不同水胶比下平板开裂试验结果编号LS（%）W/B裂缝数量（条）最大裂缝长度(cm)裂缝总长度(cm)X500.40221387.5X8250.3533.58.5注：统计面积为
46、3600cm2；X5混凝土不掺加超细石灰石粉，X8混凝土掺加超细石灰石粉100 Kg/m3。超细石灰石粉混凝土力早期开裂性能从试验结果可知，掺入超细石灰石粉可显著提高混凝土早期开裂性能超细石灰石粉混凝土抗碳化性能编号LS%W/B碳化深度mmX500.48.63X6150.3865.42X7200.3634.93X8250.3553.6配合比M-EM-FM-GM-H氯离子扩散系数值10-9(cm2/S)1.5523.6442.3842.789配合比M-I M-K M-L氯离子扩散系数值10-9(cm2/S)2.316 2.335 1.982类型 超细石灰石粉掺量0kg/m3超细石灰石粉掺量80k
47、g/m3总进汞量总孔面积平均孔径(4V/A)松散密度 0.52 psia表观密度)孔隙率0.0650 mL/g20.071 m2/g13.0nm1.9308g/mL2.2081g/mL12.5574%0.0391 mL/g8.235 m2/g19.0nm1.9222g/mL2.0782g/mL7.5071%石灰石粉是胶凝材料还是微集料?实际上石灰石粉填充水泥颗粒空隙，从长龄期看参与水泥水化，和水化产物共同构成凝胶结构，所以从广义上考虑把石灰石粉作为胶凝材料应该更合适，由于石灰石粉的早期活性指标低于粉煤灰而把它排除在胶凝材料之外的做法不可取。第二部分工程实例工程实例工程实例1-1-大坝混凝土大坝
48、混凝土原材料质量要求与混凝土配合比原材料质量要求与混凝土配合比 525 硅酸盐大坝水泥 级粉煤灰 ZB-1高效减水剂，掺入30%FA和0.012%引气剂时减水率达24.3%引气剂:AEA202 骨料：正长岩机械破碎制成,粗骨料分4.819,1938,3876,76152 mm 共4级;细骨料分0.074 1.2,1.24.8 mm 共2 级大坝混凝土的抗压、抗折强度大坝混凝土的抗压、抗折强度粉煤灰掺量粉煤灰掺量30%的大坝混凝土，的大坝混凝土，28d之后抗压强度增长幅度之后抗压强度增长幅度可达可达22.6-47.2%，抗折强度增长幅度可达，抗折强度增长幅度可达29.8-47.7%。原材料质量控
49、制严格 骨料的颗粒级配对单位混凝土中胶凝材料的用量具有非常大的影响 粉煤灰混凝土的强度在28d之后仍会有较大幅度的增长 并不是胶凝材料用量越高，混凝土的性能越好 注意工程特性应用实例应用实例-C30-C30泵送混凝土泵送混凝土原材料质量要求原材料质量要求 PO42.5水泥，抗压富余系数水泥，抗压富余系数1.13，使用温度低于使用温度低于65；细度模数细度模数2.52.8的河砂，泥的河砂，泥0.8%,泥块泥块 0.4%；最大粒径最大粒径31.5mm连续级配花岗岩石子，粒径分布尽可能靠连续级配花岗岩石子，粒径分布尽可能靠近中值偏粗，近中值偏粗，510mm颗粒含量颗粒含量32MPa，28d抗压60M
50、Pa，使用温度低于40。细度模数2.63.1的黄砂，泥含量0.8%,泥块含量0.4%510mm 与1025mm 两个级配范围复配比例为35:65，针片状含量低于8，含泥量小于0.5，泥块含量小于0.3%。I级粉煤灰，烧失量2.0%，需水量比95%，28d活性指数0.80。活性指数为S95级磨细矿渣，比表面积350-500m2/kg，烧失量2.0%。聚羧酸高效减水剂，掺量为0.8%时减水率不小于20%，在混凝土中不会引入过多大气泡。矿物掺合料总取代率对混凝土抗压强度的影响矿物掺合料总取代率对混凝土抗压强度的影响 矿物掺合料总取代量分别为27%、30%、35%、40%，SL:FA=1:1.5 随着
