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1、混凝土掺合料在混凝土拌合物制备时，为了节约水泥、改善混凝土性 能、调节混凝土强度等级，而加入的天然的或者人造的矿物 材料，统称为混凝土掺合料。用于混凝土中的掺合料可分为活性矿物掺合料和非活 性矿物掺合料两大类。非活性矿物掺合料一般与水泥组分不 起化学作用，或化学作用很小，如磨细石英砂、石灰石、硬 矿渣之类材料。活性矿物掺合料虽然本身不硬化或硬化速度 很慢，但能与水泥水化生成的Ca（OH） 2,生成具有水硬性的胶凝材料。如粒化高炉矿渣、火山灰质材料、粉煤灰、硅 灰等。活性矿物掺合料依其来源可分为天然类、人工类和工业 废料类 （表 425）一、粉煤灰粉煤灰是由燃烧煤粉的锅炉烟气中收集到的细粉末，其
2、 颗粒多呈球形，表面光滑。粉煤灰有高钙粉煤灰和低钙粉煤灰之分，由褐煤燃烧形 成的粉煤灰， 其氧化钙含量较高 （一般 CaO>10） ，呈褐黄色， 称为高钙粉煤灰，它具有一定的水硬性；由烟煤和无烟煤燃 烧形成的粉煤灰，其氧化钙含量很低（一般CaO<1%）呈灰色 或深灰色，称为低钙粉煤灰，一般具有火山灰活性。低钙粉煤灰来源比较广泛，是当前国内外用量最大、使用范围最广的混凝土掺合料。用其做掺合料有两方面的效果：1 节约水泥：一般可节约水泥10%15%，有显著的经济效益。2 改善和提高混凝土的下述技术性能(1) 改善混凝土拌和物的和易性、可泵性和抹面性；(2) 降低了混凝土水化热，是大体积
3、混凝土的主要掺合料；(3) 提高混凝土抗硫酸盐性能；(4) 提高混凝土抗渗性；(5) 抑制碱骨料反应。国家标准用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GBl596 91)将粉煤灰分为三个等级配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗结构混凝土、抗 硫酸盐和抗软水侵蚀混凝土、蒸养混凝土、轻骨料混凝土、 地下工程和水下工程混凝土、压浆和碾压混凝土等，均可掺 用粉煤灰。粉煤灰用于混凝土工程，常根据等级，按粉煤灰混凝 土应用技术规范 (GBJl46 90) 规定：(1) 1级粉煤灰适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力钢筋混凝土；(2) 口级粉煤灰适用于钢筋混凝土和无钢筋混凝土；(3) 川级粉煤灰主要用于无筋混凝土。对强
4、度等级要求等于或大于C 30的无筋粉煤灰混凝土，宜采用I、级粉煤灰；(4) 用于预应力钢筋混凝土、钢筋混凝土及强度等级要 求等于或大于C 30的无筋混凝土的粉煤灰等级，经试验论 证，可采用比上述规定低一级的粉煤灰。粉煤灰在混凝土中取代水泥量 ( 以质量计 ) 应符合表 4 27 的限定。高钙粉煤灰由于其来源不及低钙粉煤灰广泛，有关其品 质指标及应用技术规范尚不很完善，目前，仍在研究制定之 中。二、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，其粒径为0. 11. 0卩m是水泥颗粒粒径的 1/501/100,
5、比表面积为18. 520吊 / g。硅灰有很高的火山灰活性，可配制高强、超高强混凝 土，其掺量一般为水泥用量的5 10，在配制超强混凝土时，掺量可达 20 30。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。硅灰用作混凝土掺合料有以下几方面效果：(1) 提高混凝土强度，配制高强超高强混凝土。普通硅酸盐水泥水化后生成的 Ca(0H)2约占体积的29 %，硅灰能 与该部分Ca(OH) 2反应生成水化硅酸钙， 均匀分布于水泥颗 粒之间，形成密实的结构。掺入水泥质量5%10%的硅灰就可配制出抗压强度达 100MPa以上的超高强混凝土。(2) 改善混
6、凝土的孔结构，提高混凝土抗渗性、抗冻性 及抗腐蚀性。掺入硅灰的混凝土，其总孔隙率虽变化不大，但其毛细孔会相应变小，大于 01卩m的大孔几乎不存在。因 而掺入硅灰的混凝土抗渗性明显提高，抗冻标号及抗硫酸盐 腐蚀性也相应提高。(3) 抑制碱骨料反应。三、沸石粉 沸石粉是天然的沸石岩磨细而成的。沸石岩是一种经天 然煅烧后的火山灰质铝硅酸盐矿物。会有一定量活性二氧化 硅和三氧化铝，能与水泥水化析出的氢氧化钙作用，生成胶 凝物质。沸石粉具有很大的内表面积和开放性结构，其细度 为0. 08mm筛筛余5%,平均粒径为 5. C6. 5卩m颜色 为白色。沸石岩系有 30 多个品种，用作混凝土掺合料的主要为 斜
7、发灰沸石和丝光沸石。沸石粉的适宜掺量依所需达到的目的而定，配制高强混凝土时的掺量为10 %15%，以高标号水泥配制低强度等 级混凝土时掺量可达 40%50%，置换水泥 30%40%; 配制普通混凝土时掺量为10% 27%，可置换水泥 10%20%。沸石粉用作混凝土掺合料主要有以下几方面效果：(1) 提高混凝土强度，配制高强混凝土。 用普通硅酸盐水泥， 以等量取代法掺入 10% 15%的沸石粉，再加入适量的高效减水剂，可以配制出抗压强度为 70MPa的高强混凝土，即使用号矿渣硅酸盐水泥， 掺入10% 15%的沸石粉也能配制出抗压强度超过 50MPa 的高强混凝 土。(2) 改善混凝土和易性，配制
8、流态混凝土及泵送混凝土。 沸石粉与其他矿物掺合料一样，也具有改善混凝土和易性及可泵性的功能。例如：以 90kg 沸石粉取代等量水泥配 制坍落度 1620cm 的泵送混凝土，未发现离析现象及管路 堵塞现象，同时还节约了 20%的水泥。四、火山灰质掺合料1 煅烧煤矸石 煤矸石是煤矿开采或洗煤过程中所排除的夹杂物。我国 煤矿排出的煤矸石约占原煤产量的10% 20%，数量较大。所谓煤矸石实际上并非单一的岩石而是含碳物和岩石( 砾岩、砂岩、页岩和粘土 ) 的混合物，是一种碳质岩，其灰分超过40%，发热量在 4. 19X 8. 37X 103J/kg左右。煤矸 石的成分，随着煤层地质年代的不同而波动，其主
9、要成分为SiO2和AI2O,其次是 Fe2 Os及少量 CaO MgO等。将煤矸石经过高温煅烧，使所含粘土矿物脱水分解，并 除去炭分，烧掉有害杂质，就可使其具有较好的活性，是一 种可以很好利用的火山灰质掺合料。2 .浮石、火山渣 浮石、火山渣都是火山喷出的轻质多孔岩石，具有发达 的气孔结构。两者以表观密度大小区分，密度小于1gcms者为浮石，大于1g/cms的为火山渣。从外观颜色区分，白 色至灰白色者为浮石；灰褐色至红褐色者为火山灰。浮石、火山渣的主要化学成分为FezOs和Al 2Q,并且多呈玻璃体结构状态。在碱性激发条件下可获得水硬性，是 理想的混凝土掺合料。浮石、火山渣作为混凝土掺合料需磨
10、 细，其品质要求可参照国家标准用于水泥中的火山灰质混 合材料(GB2847 81)的规定执行。其主要品质要求如下：(1) 烧失量：人工火山灰掺合料的烧失量不得超过 10%。(2) 三氧化硫含量：不得超过 3%。(3) 火山灰试验：必须合格。(4) 水泥胶砂 28d 抗压强度比：不得低于 62%。五、超细微粒矿物质掺合料硅灰是理想的超细微粒矿质混合材，但其资源有限，因此多采用超细粉磨的高炉矿渣、粉煤灰或沸石粉等作为超 细微粒混合材，配制高强、超高强混凝土。在国外不少水泥 厂在生产水泥的旧时。还配套生产系列的特殊混合材，以满 足配制不同性能要求的高性能混凝土的需求。超细微粒混合 材的比表面积一般
11、>5000卅/kg,可等量替代水泥15 %50。超细微粒混合材的材料组成不同，其作用效果有所不 同，一般具有以下几方面效果：(1) 显著改善混凝土的力学性能，可配制出C100以上的超高强混凝土；(2) 显著改善混凝土的耐久性，所配制的混凝土收缩大 大减小，抗冻、抗渗性能提高。(3) 改善混凝土的流变性，可配制出大流动性且不离析 的泵送混凝土。一般超细微粒混合材的生产成本低于水泥，使用这种混 合材有显著的经济效益。根据日本、美国等国家的经验，使 用超细微粒混合材配制高强、超高强混凝土是行之有效的、 比较经济实用的技术途径，是当今国际卜混凝土技术发展的 趋势之一。随着建筑技术的发展，超细微粒混合材将成为高 性能混凝土不可缺少的第六组分。