混凝土掺合料

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4—25）
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〈10％）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）I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)Ⅱ级粉煤灰适用于钢筋混凝土和无钢筋混凝土；
(3）Ⅲ级粉煤灰主要用于无筋混凝土。

对强度等级要求
等于或大于Ｃ30的无筋粉煤灰混凝土，宜采用I、Ⅱ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Ｃ30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O．1～1．0μm，是水泥颗粒粒径的1／50～1／100，比表面积为18．5～20m2／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（OH)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0？1μm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．O~6．5μm。

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52。

5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42.5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16～20cm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4．19×8．37×103J／kg左右.煤矸石的成分，随着煤层地质年代的不同而波动，其主要成分为SiO２和A120，其次是Fe２O３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1g／cm３者为浮石，大于1g／cm３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Fe２O３和Al２O３，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〉5000m２／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.。