混凝土矿物外加剂

两种或两种以上矿物原料掺入水泥基材料中， 优势互补，可以进一步提高综合性能。
如粉煤灰-硅灰、矿粉-硅灰、粉煤灰-矿粉-硅灰复合等。
偏高岭土
混凝土矿物外加剂
定义：混凝土矿物外加剂是指以氧化硅、 氧化铝和其他有效矿物为主要成分，在混凝土 中可以代替部分水泥、改善混凝土综合性能， 且掺量一般不小于5%的具有火山灰性或潜在水硬性的粉
体材料。 常用材料有：粉煤灰、磨细矿渣、硅灰、磨细沸石粉、
偏高岭土、硅藻土、烧页岩、沸腾炉渣等。
水泥基体材料是一种典型的多孔材料， 其性能与孔结构有着密切的关系。一般随着 孔隙率的降低，强度提高，耐久性、抗渗性
细度：1~50μm，比表面积300~600m2/kg
与煤粉细度及收尘装置有关，可通过粉磨提高细度。
主要化学成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，约占85%左 右，构成CaO—Al2O3—SiO2矿物体系。
作用机理：
1.火山灰效应：二次水化 2.微骨料效应：均匀分散于孔隙和凝胶体中，
填充毛细管及孔隙裂缝，改善了孔结构，提高 了水泥石的密实度；未参与水化的颗粒分散在凝胶体中 起到骨料的作用，优化凝胶结构，改善与粗细骨料之 间的粘结力和混凝土的微观结构，从而改善混凝土的 宏观综合性能。 3.形态效应：粉煤灰含大量球状玻璃微珠，起到润滑作用， 减小混凝土内摩擦力，改善混凝土和易性。
Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。
二、矿粉的作用机理
1.凝胶效应：二次水化，生成具有胶凝性能 的水化铝酸钙、水化硅酸钙、水化硫铝酸钙 凝胶，改善水泥浆与骨料的界面性能，改善界面粘结强
度，提高混凝土抗折强度。 2.微骨料效应：与粉煤灰相似
三、矿粉对混凝土性能的影响
1.对混凝土和易性的影响
当使用减水剂时，矿粉混凝土流动性、粘聚性 优于不惨矿粉的混凝土，同时能减少混凝土的塌落度损失。
粒径小于1 μm,平均0.1μm，比表面积约为 15000~20000m2/kg，表观密度很低，堆积密度约为 200~300kg/m3。
1、作用机理：填充效应、强度效应、界面效应 2、对新拌混凝土性能影响：粘聚性提高， 塌落度有所降低。 3、对硬化混凝土性能的影响：提高强度、耐久性能。
（五）复合矿物超细粉
（三）结构优化作用:改善混凝土中水泥石与 粗集料之间的界面结构和改善混凝土中 水泥石的孔结构。
界面区域水灰比局部升高，一些水化产物晶体相
Ca(OH)2和钙矾石等富集。由于这些晶体尺寸都较大， Ca(OH)2晶体在区域内还存在取向性，导致孔隙率较大和结 构疏松。
由于超细矿物质粉消耗了大量Ca(OH)2，同时生成大量无定形 C-S-H凝胶，有效地改善了水泥石与粗集料之间的界面结构；孔径
混凝土中，粗集料粒径为5~40mm，细集料粒径在 0.16~4.75mm之间，水泥粒径一般大于300m2/kg，相当于几 十μm，超细粉是指粒度< 10μm的粉体，比表面积相当于 600m2/kg。
超细矿物质粉的掺入主要起填充效应、 强度效应以及结构优化作用。
（一）填充效应（微骨料效应） 超细粉填充在水泥粒子间的空隙，提高体系的密实
二、质量指标
根据细度、烧失量（含碳量）、需水量比、 三氧化硫含量分为：Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级三个等级。 注意以下几个指标： 细度（用比表面积表示）、需水量、活性指数
三、粉煤灰对混凝土性能的影响
1、对新拌混凝土性能的影响 Ⅰ级灰可以提高混凝土拌合物的流动性，
Ⅱ级灰在掺量30%以内时，使流动性提高，Ⅲ级灰 使混凝土拌合物流动性降低。
也得到改善。 良好的颗粒级配能保证材料具有较致密的结构，同
时还能保持良好的工作性能。
粗集料
泌水形成 的孔隙
细集料 水泥浆 孔隙
一、矿物外加剂的增强作用机理 研究集料的粒形、粒度、级配、
粒间空隙、表面积、细度模数、粒子干扰、 集料组合等，都是为了获得最大密度、最低空隙、 最少用水量、实现最佳工作性等密集效果。
1.改善混凝土的和易性 2.降低混凝土水化温升 3.提高早期强度或增进后期强度 4.改善内部结构，提高抗腐蚀能力 5.提高混凝土的抗裂性能 6.提高混凝土的耐久性
2.1 粉煤灰
粉煤灰是指煤粉炉燃烧煤粉时， 从烟道气体中收集到的细颗粒粉末。
扫描电镜图
一、粉煤灰的技术性能和作用机理
沉珠
漂珠
形态：实心、空心玻璃微珠
掺粉煤灰混凝土更容易振捣密实，可泵性大大提高。 原状灰有可能增大混凝土的泌水性，磨细粉煤灰通常 能减少混凝土的泌水。
2.对混凝土强度的影响 优质的Ⅰ级灰掺量小于10%时，
早期强度不降低，后期强度高于基准混凝土。 掺量超过一定值后，早期强度略有降低， 但后期强度仍可超过基准混凝土。
Ⅱ级灰的影响与Ⅰ级灰相似，但早期强度更低。一 般采取超量取代法。
碱度降低，有效抑制碱骨料反应，总体而言提高了混凝土 的耐久性。
4.对水化热的影响
在一定程度上降低水化热和混凝土水化升温，推迟温峰出现时间。
5.对收缩和抗裂性的影响
能降低混凝土早期收缩、自收缩、总干燥收缩，提高混凝土抗 裂性。
（三）硅灰
硅灰是铁合金厂在冶炼合金或金属硅时， 从烟道中收集的一种飞灰，是炉中的SiO气体 遇到空气迅速氧化成 SiO2，冷凝成颗粒再经过滤器 收集而得。主要是由极细的无定形球形颗粒，主要活性成分 为SiO2பைடு நூலகம்占90%以上。
程度。
从图中可以看出，超细粉与水泥的比例为30:70效果较 好。
（二）强度效应（火山灰效应）
由于超细矿粉取代部分水泥，相应减少了 水泥熟料矿物的含量，水化产物Ca(OH)2的含量也减少了， 同时，矿粉中的活性成分SiO2 和部分Al2O3与Ca(OH)2发生二次水化反应：
xCa(OH)2+Al2O3+mH2O→xCaO·Al2O3·nH2O xCa(OH)2+SiO2+mH2O→xCaO·SiO2·nH2O 生成大量C-S-H无定形凝胶，填充了水泥基体中的孔隙，提高水泥 基材料的密实度，从而提高其强度。 强度发展特点：早期较低，后期强度发展迅速。
Ⅲ级灰一般只用于低强度等级的混凝土结构，很少 用于高强度等级的混凝土结构，尤其是预应力结构。
3.对耐久性的影响
掺粉煤灰混凝土抗冻性、抗渗性、 抗硫酸盐腐蚀性能、对钢筋保护作用都有所提高。
粉煤灰能抑制混凝土的自收缩、早期收缩 和总干燥收缩。
粉煤灰能降低水化热和混凝土水化温升，提高混凝 土抗裂性。
三峡大坝混凝土中大量应用了优质粉煤灰
含有大量活性SiO2、Al2O3， CaO含量极少，他们既无独立的水硬性，也无 潜在水硬性，但在水泥水化析出的Ca(OH)2的作用下，产生二次水化反应（火山 灰反应），生成具有胶凝性能的水化硅酸钙和水化铝酸钙。如粉煤灰、偏高岭土、 硅灰、硅藻土、沸石、天然火山灰等。
矿物外加剂在混凝土中的主要功能：
≥1000Å的大孔减少，<1000Å的小孔含量增加，改善了水泥石的孔 结构。
二、超细矿物粉的种类与作用
按化学反应性质可分为三类：
1）具有潜在水硬性的矿物掺合料 含有大量CaO（35~48%），同时含有活性SiO2、Al2O3，
本身无独立的水硬性，但在CaO 、CaSO4的激发下可以产生缓慢的水化反应，在 Na2O或K2O等碱金属氧化物的激发下，可以发生强烈的水化作用，形成强度高的 坚硬水化产物。如粒化高炉矿渣、粒化电炉矿渣等。 2）具有火山灰反应能力的矿物掺合料
2.2 粒化高炉矿渣
磨细矿渣
一、矿粉的技术性能和质量指标
矿粉的主要化学成分： SiO2、Al2O3、 CaO、MgO，其中SiO2、Al2O3、CaO约占 矿粉总量的90%。 矿物结构：大部分为玻璃体，少量晶体。 细度：粒径大于45 μm的矿粉很难参与水化，因此要求用
于高强高性能混凝土的矿粉比表面积大于400m2/kg。 质量指标：按化学性能、比表面积、活性指数等，分为
2.对混凝土强度的影响
优质S105级、Ⅰ级矿粉来说，掺量在10～20%之间，早期强度 不降低、后期强度有所提高。掺量超过后早期强度略有降低，但后 期强度高于基准混凝土。Ⅲ级矿粉混凝土早期强度略有下降。
蒸压养护有利于矿粉混凝土强度的发展。
3.对耐久性的影响
密实度提高，提高了混凝土的抗渗性能，从而 提高混凝土的抗碳化、抗冻性和抗腐蚀能力。