矿物掺合料2012

概
分类
述
天然类
按来源分
人工类
工业废 料类
概
分类
胶凝 性的
述
按化 学活 性分 火山 灰活 性的 惰性 的
常用种类
矿渣微粉
概述
粉煤灰
常用 种类
硅灰
天然沸石粉
概述
应用
20世纪 世纪50~60年代 节约水泥 年代: 世纪 年代
80年代 环境保护 年代: 年代
应
80年代 控制混凝土绝热温升 年代:控制混凝土绝热温升 年代 90年代 改善混凝土的 年代: 年代 性能, 性能 高强高性能砼
粉煤灰的颗粒组成 粉煤灰的颗粒组成
珠状颗粒 漂珠：薄壁空心，有的壁上有极小针孔状洞穴粒粗， 漂珠：薄壁空心，有的壁上有极小针孔状洞穴粒粗，能浮 于水面， 较高（ 于水面， SiO2较高（ 55%~61%）壁薄易碎，绝热和绝缘 ）壁薄易碎， 性能好 空心沉珠: 厚壁 壁密实无孔占 壁密实无孔占50%~70%, 不能漂浮 强度很 不能漂浮,强度很 空心沉珠 厚壁,壁密实无孔占 高, 对砼性能贡献重要 复珠: 子母珠, 复珠 子母珠 粗的薄壁微珠黏结了细小的玻璃微珠 密实沉珠: 密实沉珠 含量多 富铁微珠: 颜色深,有磁性 富铁微珠 颜色深 有磁性
不能减弱粉煤灰中炭粒的吸附性，相反，炭粒减小， 不能减弱粉煤灰中炭粒的吸附性，相反，炭粒减小， 吸水性增强 打破了颗粒的球形形状，带有棱角的碎块状增加， 打破了颗粒的球形形状，带有棱角的碎块状增加，润 滑作用失去 比表面积增大， 比表面积增大，需水量增加 虽填充作用是正面的，但需水量并未降低。 虽填充作用是正面的，但需水量并未降低。 但对复球含量高的粉煤灰，粉磨可打破复珠， 但对复球含量高的粉煤灰，粉磨可打破复珠，形成单 复珠 个的微珠，仍保持球形， 个的微珠，仍保持球形，比复珠有更强的润滑作用
经济组分
功能组分
矿物掺合料
作用
形态效应： 轴承滚珠” 形态效应：“轴承滚珠”
微集料效应：细度比水泥粒子小，最密 微集料效应：细度比水泥粒子小， 实填充——强度、抗渗性 强度、 实填充 强度
化学活性效应：氧化硅、 化学活性效应：氧化硅、氧化铝与氢氧 化钙的火山灰活性反应
充分发挥和利用各自的优良特性, 避免或减弱不良影响。 充分发挥和利用各自的优良特性, 避免或减弱不良影响。
需水量比——十分重要的性能指标 需水量比——十分重要的性能指标
Pw(%)＝G2/G1×100 ＝ 式中Pw——需水量比 需水量比(%) 式中 需水量比 G1——水泥胶砂需水量 水泥胶砂需水量(ml) 水泥胶砂需水量 G2——粉煤灰胶砂需水量 粉煤灰胶砂需水量(ml) 粉煤灰胶砂需水量 粉煤灰分级的重要依据: 粉煤灰分级的重要依据 Pw不大于 不大于95% 不大于 Pw不大于 不大于105% 不大于 Pw不大于 不大于115% 不大于 Pw不仅与细度有关 还与颗粒形状有关 细小的球形颗粒减水效 不仅与细度有关,还与颗粒形状有关 不仅与细度有关 还与颗粒形状有关: 果好
火山灰活性指数
火山灰反应 火山灰材料与氢氧化钙作用生成具有胶凝性水化 产物的反应 火山灰活性 表征在常温下火山灰与氢氧化钙之间反应能力的 指标 两方面的含义： 两方面的含义：反应发生的潜力 反应发生的速度
火山灰活性指数
火山灰活性成 分 主要是玻璃微珠和海绵状玻璃体 主要是玻璃微珠和海绵状玻璃体 结晶体如石英、莫来石基本上是惰性的， 结晶体如石英、莫来石基本上是惰性的，炭粒也是 惰性，富铁微珠活性也较低， 惰性，富铁微珠活性也较低，甚至是惰性的 火山灰活性的评定方法 化学试验方法——化学反应性（活性） 化学反应性（活性） 化学试验方法 化学反应性 力学试验方法——强度（粉煤灰化学活性与物理性 强度（ 力学试验方法 强度 能两方面的贡献） 能两方面的贡献）
粉煤灰的四种行为与作用
需水行为与 减水作用 活性行为与 胶凝作用
优质粉煤灰和 劣质粉煤灰有差别
充填行为与 致密作用
火山灰反应
Fra Baidu bibliotek
稳定行为与 益化作用
密度差 粒径差 减水作用
化学稳定行为 物理稳定行为
粉煤灰对混凝土性能的影响
工作性 流动性增加，用水量减少，泌水性改善， 流动性增加，用水量减少，泌水性改善，可泵性提 高，凝结时间延长 强度 早期强度下降低， 早期强度下降低，长龄期强度有相当增长 抗渗性 早期降低， 早期降低，后期得到改善
相对密度和容重
相对密度——0.4-4 相对密度 与颗粒组成有关——密实、空心、多孔 密实、 与颗粒组成有关 密实 空心、 三氧化二铁含量的影响
细度和比表面积 粉煤灰的细度
粒径范围： 粒径范围： 0.5～300µm ～ 玻璃微珠： 大部分在45微米以下 微米以下， 玻璃微珠： 0.5～100µm ，大部分在 微米以下，平均粒 ～ 径10～30µm ～ 漂珠：大于45 漂珠：大于 µm 海绵状颗粒： 10～300µm ，大部分在45微米以上 海绵状颗粒： ～ 大部分在 微米以上 细度对混凝土性能的影响 影响粉煤灰的活性——火山灰反应能力 火山灰反应能力 影响粉煤灰的活性 影响需水性——强度、抗渗性、抗冻性；塑性收缩、干 强度、 影响需水性 强度 抗渗性、抗冻性；塑性收缩、 燥收缩、 燥收缩、徐变
粉煤灰的矿物组成
矿物组成 结晶矿物 矿物组成
铝硅酸盐矿物：莫来石， 石英 铝硅酸盐矿物：莫来石，α-石英 硫酸盐矿物：磁铁矿， 硫酸盐矿物：磁铁矿，赤铁矿
玻璃体： 以硅、 玻璃体： 70%~85%以硅、铝氧化物 以硅
炭粒： 炭粒：少量
对粉煤灰性质的影响： 对粉煤灰性质的影响：活 性 低钙粉煤灰——玻璃体成分、结构、性质，正常温度是惰性，玻 玻璃体成分、 低钙粉煤灰 玻璃体成分 结构、性质，正常温度是惰性， 璃体含量越高， 璃体含量越高，活性越高 高钙粉煤灰——富钙玻璃体，活性较高，有一定自硬性，结晶 富钙玻璃体，活性较高，有一定自硬性， 高钙粉煤灰 富钙玻璃体 矿物的作用
粉煤灰对混凝土性能的影响
耐久性 烧失量——抗冻性与抗碳化能力 抗冻性与抗碳化能力 烧失量 水化热 水化速度减慢， 水化速度减慢，水化热减少 干缩及弹性模量 干缩减少；弹性模量早期下降， 干缩减少；弹性模量早期下降，后期 逐步提高
高炉矿渣微粉
定义 在高炉炼铁过程 中排出的非金属矿 物熔渣， 物熔渣，通过粉磨 所得到的一种粉状 物料 分类 气淬矿渣 水淬矿渣 碱性矿渣——CaO、 碱性矿渣 、 Al2O3含量高于二氧化硅， 含量高于二氧化硅， 活性高 酸性矿渣——二氧化硅 酸性矿渣 二氧化硅 含量较高， 含量较高，活性低
安定性与干缩性能
影响安定性的成分—耐久性 影响安定性的成分 耐久性
MgO 高钙粉煤灰中的f-CaO 高钙粉煤灰中的
干缩性能—开裂 干缩性能 开裂
来自水泥石的干缩 不同粉煤灰、不同掺量对水泥石的干缩影响不同， 不同粉煤灰、不同掺量对水泥石的干缩影响不同， 一般地，在相同水胶比下，当掺量小时， 一般地，在相同水胶比下，当掺量小时，干缩增大 当掺量大时， 当掺量大时，干缩减小
粉煤灰的颗粒组成 粉煤灰的颗粒组成
碎屑
小于30微米 小于 微米
黏聚颗粒
黏聚体,易碾散 黏聚体 易碾散
粉煤灰的物理性质
外观和颜色 相对密度、密度和容重 细度和比表面积 需水量比 火山灰活性指数 安定性和干缩性能 均匀性
外观和颜色
颜色与粉煤灰组成、细度、含水量、 颜色与粉煤灰组成、细度、含水量、燃烧条件等因素 有关 含炭量——从乳白色到黑色 从乳白色到黑色 含炭量 机械粉磨作用对粉煤灰颜色的影响 原状粉煤灰——较浅 较浅 原状粉煤灰 磨细粉煤灰——较黑 较黑 磨细粉煤灰
粉煤灰的颗粒组成 粉煤灰的颗粒组成
渣状颗粒
海绵状玻璃渣粒: 海绵状玻璃渣粒 燃烧温度不够高 炭粒: 形状不规则的多孔体, 结构疏松,易碎 易碎,吸水性高 炭粒: 形状不规则的多孔体, 结构疏松,易碎,吸水性高
钝角颗粒
未熔融或部分熔融的颗粒, 大部分是石英颗粒,数量不多 未熔融或部分熔融的颗粒 大部分是石英颗粒 数量不多
粉煤灰
分类 GB/T1596-2005《 GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土的粉 煤灰》 煤灰》 依技术要求不同分三个等级 Ⅰ级： Ⅱ级： Ⅲ级：
粉煤灰的化学组成
化学组成（与粘土相似） 化学组成（与粘土相似） 主要成分： 主要成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、未燃尽的炭粒 、 、 、 、 主要活性物质：活性SiO2(玻璃体 玻璃体SiO2)，活性 主要活性物质：活性 玻璃体 ，活性A12O3 (玻璃 玻璃 游离氧化钙) 体A12O3 ）， f-CaO(游离氧化钙 游离氧化钙 化学组成的要求 粉煤灰的化学组成对其性能有一定性影响， 粉煤灰的化学组成对其性能有一定性影响，有时甚至是关键性 的影响。 的影响。 一是规定能够确保粉煤灰质量的有效成分的最小含量； 一是规定能够确保粉煤灰质量的有效成分的最小含量； 二是限制粉煤灰中有害成分的最大含量。 二是限制粉煤灰中有害成分的最大含量。
粉煤灰
定义 从煤燃烧后的烟气中收捕下来的粉状材料， 从煤燃烧后的烟气中收捕下来的粉状材料， 燃煤电厂（排放大户）排出的主要固体废 燃煤电厂（排放大户） 物。
粉煤灰
分三个阶段形成
比表面积最小的密实球体 比表面积减小的玻璃体 多孔炭粒
粉煤灰
分类 GB/T1596-2005《 GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土的粉 煤灰》 煤灰》 依煤种不同分 F类——无烟煤和烟煤 ——无烟煤和烟煤 C类——褐煤或次烟煤，氧化钙含量 ——褐煤或次烟煤， 褐煤或次烟煤 大于10% 大于10%
矿物掺合料
概
定义
述
以氧化硅和氧化铝为主要成分，在混 氧化硅和氧化铝为主要成分， 为主要成分 水泥、 凝土中可以代替部分 水泥、改善混凝 土性能且掺量大于水泥质量 具有火 大于水泥质量5%具有 具有火 土性能且掺量大于水泥质量 山灰活性的粉体材料 的粉体材料。 山灰活性的粉体材料。 混凝土的第六组分 。
CaO含量 含量
有害成分 惰性碳分：使活性成分减少； 惰性碳分：使活性成分减少； 用水量增加； 用水量增加； 密实度降低； 密实度降低； 使引气剂、减水剂等掺量改变； 使引气剂、减水剂等掺量改变； 外观颜色和均匀性。 外观颜色和均匀性。 限制规定： 限制规定： 5%，8%，15%（烧失量） ， ， （烧失量）
均匀性
多数国家没有规范 我国标准中未规定 美国、 美国、日本等有规定 粉煤灰的性能对混凝土性能有较大的影响
粉煤灰的品质指标
表 粉煤灰的分级及品质指标
拌制混凝土和砂浆用粉煤灰技术要求
项目 细度（45um 方孔筛筛余）， （不大于/ %） 需水量比，不大于/ % F 类粉煤灰 C 类粉煤灰 F 类粉煤灰 C 类粉煤灰 烧矢量，不大于/ % F 类粉煤灰 C 类粉煤灰 含水量，不大于/ % F 类粉煤灰 C 类粉煤灰 三氧化硫，不大于/ % F 类粉煤灰 C 类粉煤灰 游离氧化钙，不大于/ % 安定性 （雷氏夹沸煮后增加距离）， 不大于/ mm F 类粉煤灰 C 类粉煤灰 F 类粉煤灰 5.0 C 类粉煤灰 1.0 4.0 3.0 1.0 5.0 8.0 15.0 95.0 105.0 115.0 技术要求（不大于/ %） Ⅰ级 12.0 Ⅱ级 25.0 Ⅲ级 45.0
细度和比表面积
影响需水性的原因
空隙填充效果 大颗粒中含炭量高 大颗粒中多孔的海绵状颗粒数多 测定方法
测定方法——45微米筛余百分数为细度指标 微米筛余百分数为细度指标 测定方法 筛余百分数（ 微米筛余百分数为细度指标 微米筛余百分数为细度指标） 筛余百分数（45微米筛余百分数为细度指标） 勃氏法 粒径法
粉煤灰的化学组成
SiO2、Al2O3、Fe2O3含 量
SiO2、Al2O3是铝硅酸盐的主要成分，含量多些为好，尤其 是铝硅酸盐的主要成分，含量多些为好，尤其SiO2 的成分应 有保证 Fe2O3成分看法不一 我国三者含量在70%以上，规范中没有作规定。 以上， 我国三者含量在 以上 规范中没有作规定。
水泥活性混合材料用粉煤灰技术要求 项目 技术要求
烧矢量，不大于/ % F 类粉煤灰 C 类粉煤灰 含水量，不大于/ % F 类粉煤灰 C 类粉煤灰 三氧化硫，不大于/ % F 类粉煤灰 C 类粉煤灰 游离氧化钙，不大于/ % 安定性 （雷氏夹沸煮后增加距离）， 不大于/ mm 强度活性指数，不大于/ % F 类粉煤灰 C 类粉煤灰 70.0 C 类粉煤灰 5.0 F 类粉煤灰 C 类粉煤灰 1.0 4.0 3．5 1．0 8．0