混凝土礦物摻合料的現狀與發展方向北京建筑工程學院混凝土礦物摻合料的現狀與發展方向北京建筑工程學院

明天的混凝土將含有較少的熟料，因此水泥業將成為水硬性膠凝材料業，一種向市場提供與水拌和時能硬化的微細粉末的工業。這種使礦物組分，而不是細磨熟料用量增大的做法，將有助于水泥業向更加符合各國政府提出的可持續發展的目標邁進。今天的水泥業沿著這個方向努力已經是非常必要了。

Cementsofyesterdayandtoday；ConcreteoftomorrowP.-C.A?tcin

礦物細摻和料明天的混凝土將含有較少的熟料，因此水泥業將成以活性氧化硅、氧化鋁和其它有效礦物為主要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土綜合性能，且摻量一般不小于5%的具有火山灰活性或潛在水硬性的粉體材料。

什么是混凝土礦物細粉摻和料？以活性氧化硅、氧化鋁和其它有效礦物為主要成分，在混凝土中可以

礦物摻和料是指在混凝土拌合物中，為了節約水泥，改善混凝土性能加入的具有一定細度的天然或者人造的礦物粉體材料，也稱為礦物外加劑，是混凝土的第六組分。常用的礦物摻合料有：粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、硅灰、沸石粉、燃燒煤矸石等。粉煤灰應用最普遍。⑴粉煤灰又稱飛灰，是由燃燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細粉末，其顆粒多呈球形，表面光滑，大部分由直徑以μｍ計的實心和(或)中空玻璃微珠以及少量的莫來石、石英等結晶物質所組成。礦物摻和料是指在混凝土拌合物中，為了節約水泥化學成分及礦物組成

化學成分

粉煤灰的化學成分因煤的品種及燃燒條件而異。一般來說，粉煤灰化學成分的變動范圍為：SiO2含量約為40％～60％；Al2O3含量為20％～30％，Fe203含量為5％～10％，CaO含量2%～8%，燒失量3％～8％，SiO2和Al2O3是粉煤灰中的主要活性成分，粉煤灰的燒失量主要是未燃盡碳，其混凝土吸水量大，強度低，易風化，抗凍性差，為粉煤灰中的有害成分化學成分及礦物組成化學成分粉煤灰的化學成分因煤的品種及粉煤灰在混凝土中的作用①活性行為和膠凝作用。粉煤灰的活性來源于它所含的玻璃體，他與水泥水化生成的Ca(OH)2發生二次水化反應，生成C-S-H和C-A-H、水化硫鋁酸鈣，強化了混凝土界面過渡區，同時提高混凝土的后期強度。②充填行為和致密作用。粉煤灰是高溫煅燒的產物，其顆粒本身很小，且強度很高。粉煤灰顆粒分布于水泥漿體中水泥顆粒之間時，提高混凝土膠凝體系的密實性。粉煤灰在混凝土中的作用③需水行為和減水作用。由于粉煤灰的的顆粒大多是球形的玻璃珠，優質粉煤灰由于其“滾珠軸承”的作用，可以改善混凝土拌和物的和易性,減少混凝土單位體積用水量，硬化后水泥漿體干縮小，提高混凝土的抗裂性。③需水行為和減水作用。由于粉煤灰的的顆粒大多是球形的玻璃珠④降低混凝土早期溫升，抑制開裂。大摻量粉煤灰混凝土特別適合大體積混凝土。⑤二次水化和較低的水泥熟料量使最終混凝土中的Ca(OH)2大為減少，可以有效提高混凝土抵抗化學侵蝕的能力。⑥當摻加量足夠大時，可以明顯抑制混凝土堿骨料病害。⑦降低氯離子滲透能力，提高混凝土的護筋性。以上作用在水膠比低于0.42時，較突出。④降低混凝土早期溫升，抑制開裂。大摻量粉煤灰混凝土特別適合大粉煤灰質量等級

低鈣粉煤灰的密度一般為1.8～2.6g/cm3，松散容重為600～1000kg/m3，GB1596－91《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規定了粉煤灰成品根據細度、需水量比、燒失量、含水量和三氧化硫含量劃分為I、II、III個級別，各項物理性能指標應滿足下表的要求。作為活性摻合料的粉煤灰還有火山灰活性指數要求，有關粉煤灰的需水量比和活性指數的定義和測定方法可詳見粉煤灰質量等級低鈣粉煤灰的密度一般為1.8～2.6g/《高強高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/T18736－2002）中附錄C的規定。指標級別IIIIII細度（0.045mm方孔篩篩余），％不大于122545需水量比，％不大于95105115燒失量，％不大于5815含水量，％不大于11－三氧化硫，％不大于333粉煤灰物理性質指標和要求

《高強高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/T18736－200粉煤灰特性及利弊提高抗化學侵蝕性，降低混凝土溫升，有利于混凝土耐久性，混凝土強度后期持續增長率高抗收縮開裂性較好改善拌和物施工性，但坍落度太大時，(I級)粉煤灰顆粒易上浮發生泌漿(要控制坍落度盡可能小)粉煤灰特性及利弊提高抗化學侵蝕性，降低混凝土溫升，有利于混凝P.K.Mehta在美國加州大學伯克利分校Barker會堂剪力墻和基礎加固工程中所用混凝土，用坍落度筒檢測的坍落度只有100mm的混凝土拌和物，其泵送效果竟與坍落度為180mm的傳統混凝土泵送效果一樣。P.K.Mehta在美國加州大學伯克利分校早期強度較低；大摻量時在較低氣溫下凝結緩慢；對養護要求較高(要降低水膠比),化學活性低，可促進硅酸鹽水泥水化，但早期孔隙率大，碳化問題較突出(需采取對策)對水敏感，在無保濕的條件下，因內部黏度增加，阻礙持續泌水而會加劇塑性開裂(需加強保水養護).早期強度較低；大摻量時在較低氣溫下凝結緩慢；對養護要求較高(所以應該采取的技術措施主要是①要控制坍落度盡可能小。因為試驗表明大摻量粉煤灰混凝土（HVFA）坍落度為125mm時，可相當于180mm的普通混凝土。但由于用水量很低而不離析或泌水。②注意不要過度振搗。③要降低水膠比，保證大摻量粉煤灰混凝土強度，尤其是早期強度。④注意及早、有效的養護以及足夠的濕養護時間。初凝前后開始覆蓋養護保證不失水。濕養護時間也很重要，最好養護14天，至少7天。所以應該采取的技術措施主要是(2)硅灰硅灰又稱硅粉或硅煙灰，是從生產硅鐵合金或硅鋼等所排放的煙氣中收集到的顆粒極細的煙塵，色呈淺灰到深灰。硅灰的顆粒是微細的玻璃球體，部分粒子凝聚成片或球狀的粒子。其平均粒徑為0.1μｍ～0.2μｍ，是水泥顆粒粒徑的1/50～1/100,比表面積高達2.0×104m2/kg。其主要成分是SiO2（占90％以上），它的活性要比水泥高1～3倍。以10％硅灰等量取代水泥，混凝土強度可提高25％以上。(2)硅灰硅粉的化學成分

硅粉的火山灰活性指標高達110%，這與其化學成分有關。硅粉的SiO2含量很高，在80%以上，這種SiO2是非晶態、無定形的，易溶于堿溶液中，在早期即可與CH反應，可以提高混凝土的早期強度。生成的水化硅酸鈣凝膠鈣硅比小，組織結構致密。硅粉的化學成分硅粉的火山灰活性指標高達110%，這硅灰可以提高混凝土的早期和后期強度，但自干燥收縮大，且不利于降低混凝土溫升。因此，復摻時，可充分發揮他們的各自優點，取長補短。例如，可復摻粉煤灰和硅灰，用硅灰提高混凝土的早期強度，用優質粉煤灰降低混凝土需水量和自干燥收縮，在加之顆粒的填充作用，使混凝土更密實。

硅灰可以提高混凝土的早期和后期強度，但自干燥收縮大

由于硅灰具有高比表面積，因而其需水量很大，將其作為混凝土摻合料，須配以減水劑，方可保證混凝土的和易性。硅粉混凝土的特點是特別早強和耐磨，很容易獲得早強，而且耐磨性優良。硅粉使用時摻量較少，一般為膠凝材料總重的5％～10％，且不高于15％，通常與其它礦物摻合料復合使用。在我國，因其產量低，目前價格很高，處于價格考慮，一般混凝土強度低于80MPa時，都不考慮摻加硅粉。由于硅灰具有高比表面積，因而其需水量很(3)粒化高爐礦渣粉

粒化高爐礦渣粉是指將粒化高爐礦渣經干燥、磨細達到相當細度且符合相應活性指數的粉狀材料，細度大于350m2/kg，一般為400-600m2/kg。其活性比粉煤灰高。1862年，德國的E．Langen發現通過堿性激發，能發揮水淬礦渣的潛在水硬性。此后，在歐洲，礦渣作為一種水硬性材料進行了研究與開發，使礦渣與普通水泥一樣，成為不可缺少的工程材料。(3)粒化高爐礦渣粉

粒化高爐礦渣在水淬時形成的大量玻璃體,具有微弱的自身水硬性。用于高性能混凝土的礦渣粉磨至比表面積超過400m2/kg，以較充分地發揮其活性，減少泌水性。研究表明礦渣磨得越細，其活性越高，摻入混凝土中后，早期產生的水化熱越多，越不利于控制混凝土的溫升，而且成本較高；粒化高爐礦渣在水淬時形成的大量玻璃體,具有微弱的自身水硬性當礦渣的比表面積超過400m2/kg后，用于很低水膠比的混凝土中時，混凝土早期的自收縮隨摻量的增加而增大；礦渣粉磨得越細，摻量越大，則低水膠比的高性能混凝土拌和物越黏稠。因此，磨細礦渣的比表面積不宜過細。用于大體積混凝土時，礦渣的比表面積宜不超過420m2/kg

當礦渣的比表面積超過400m2/kg后，用于很低水膠比的混凝磨細礦渣的特性及利弊具有潛在的水硬性，單獨加水可以緩慢水化硬化，化學活性高，在鹽類激發下，可提高活性能提高抗化學侵蝕性，后期強度增長率高化學收縮和自收縮較大比粉煤灰抗抗碳化性能較好比表面積超過4000cm2∕g時不降低混凝土溫升，且自收縮隨摻量(＜75%)而增大，對開裂敏感使用路線：控制細度，加大摻量磨細礦渣的特性及利弊具有潛在的水硬性，單獨加水可以緩慢水化硬在使用中不可一概而論

混凝土里摻入磨細礦渣，如果礦渣磨得偏細，或摻得不多，且環境及混凝土體溫度不低，早期也不注意及時的濕養護（給水），這時由于其水化潛熱高于水泥，混凝土就會因硬化快、自身收縮較大，而開裂敏感性增大；但是，如果它粉磨細度較小，或摻量很大，或環境及混凝土體溫度偏低，或早期注意及時的濕養護，由于它起始水化時間明顯延遲（水泥用量少，pH值上升緩慢），自身收縮被濕養護所補償，混凝土開裂敏感性就可以減小。在使用中不可一概而論混凝土里摻入磨細礦渣，如果礦渣磨得偏細摻合料在混凝土中的作用1)摻合料可代替部分水泥，成本低廉，經濟效益顯著。2)增大混凝土的后期強度。礦物細摻料中含有活性的SiO2和Al2O3，與水泥中的石膏及水泥水化生成的Ca(OH)2反應，生成生成C－S－H和C－A－H、水化硫鋁酸鈣。提高了混凝土的后期強度。但是值得提出的是除硅灰外的礦物細摻料，混凝土的早期強度隨著摻量的增加而降低。摻合料在混凝土中的作用1)摻合料可代替部分水泥，成本低廉，3)改善新拌混凝土的工作性。混凝土提高流動性后，很容易使混凝土產生離析和泌水，摻入礦物細摻料后，混凝土具有很好的粘聚性。像粉煤灰等需水量小的摻合料還可以降低混凝土的水膠比，提高混凝土的耐久性。3)改善新拌混凝土的工作性。混凝土提高流動性后，很容易使混4)降低混凝土溫升。水泥水化產生熱量，而混凝土又是熱的不良導體，在大體積混凝土施工中，混凝土內部溫度可達到50—70℃，比外部溫度高，產生溫度應力，混凝土內部體積膨脹，而外部混凝土隨著氣溫降低而收縮。內部膨脹和外部收縮使得混凝土中產生很大的拉應力，導致混凝土產生裂縫。摻合料的加入，減少了水泥的用量，就進一步降低了水泥的水化熱，降低混凝土溫升。4)降低混凝土溫升。水泥水化產生熱量，而混凝土又是熱的不良5)提高混凝土的耐久性。混凝土的耐久性與水泥水化產生的Ca(OH)2密切相關，礦物細摻料和Ca(OH)2發生化學反應，降低了混凝土中的Ca(OH)2含量；同時減少混凝土中大的毛細孔，優化混凝土孔結構，降低混凝土最可幾孔徑，使混凝土結構更加致密，提高了混凝土的抗凍性、抗滲性、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性能。5)提高混凝土的耐久性。混凝土的耐久性與水泥水化產生的Ca6)抑制堿—骨料反應。試驗證明，礦物摻合料摻量較大時，可以有效地抑制堿—骨料反應。內摻30％的低鈣粉煤灰能有效地抑制堿硅反應的有害膨脹，利用礦渣抑制堿骨料反應，其摻量宜超過40％。6)抑制堿—骨料反應。試驗證明，礦物摻合料摻量較大時，可以7)不同礦物細摻料復合使用的“超疊效應”。不同礦物細摻料在混凝土中的作用有各自的特點，例如礦渣火山灰活性較高，有利于提高混凝土強度，但自干燥收縮大；摻優質粉煤灰的混凝土需水量小，且自干燥收縮和干燥收縮都很小，在低水膠比下可保證較好的抗碳化性能。7)不同礦物細摻料復合使用的“超疊效應”。不同礦物細摻料在三、礦物細粉摻和料的耐久性改善效應

由于和游離石灰及高堿性水化硅酸鈣產生二次水化，生成強度更高、穩定性更優、數量更多的低堿性水化硅酸鈣，改善了水化膠凝物質的組成，并減少或消除了游離石灰，對提高混凝土耐久性作用極大。

1、抗硫酸鹽侵蝕性能顯著提高，因為在水泥石中缺乏或不存在游離石灰時形成具有膨脹作用的鈣礬石反應不能進行；

三、礦物細粉摻和料的耐久性改善效應由于和游離石2、在有堿集料反應產生的條件下由于礦物細粉摻合料的摻加在混凝土水化產物中形成大量低堿水化硅酸鈣，它們能吸收和固定大量的鈉、鉀離子從而使混凝土中的有效堿含量大大減少，極大地減少了堿集料反應的危害性。3、礦物細粉摻合料的摻加它們填充集料和水泥顆粒的孔隙，使混凝土結構和界面更為致密，阻斷了可能形成的滲透通路，使混凝土抗滲性大為提高。2、在有堿集料反應產生的條件下由于礦物細粉摻合料的摻加在混凝4、在低水膠比情況下，摻加礦物細粉摻合料，混凝土中的可凍水很缺乏，抗凍性大幅度提高，當然高抗凍性與與低水膠比直接相關，但也與摻加礦物細粉摻合料密不可分，例如，水科院李金玉等人研究同為0.26的水膠比，不摻加礦物細粉摻合料的C60混凝土其抗凍融循環只達到F250，而摻加礦物細粉摻合料的混凝土抗凍融循環可達F1000以上。4、在低水膠比情況下，摻加礦物細粉摻合料，混凝土中的可凍水很5、對于碳化和鋼筋銹蝕的擔憂。摻加礦物細粉摻合料的可能帶來的負面影響是混凝土的堿度降低，抗碳化能力減弱，引起保護鋼筋的能力減弱。但是在低水膠比下，混凝土的堿度下降并不十分急劇。蒲心誠等人對大摻量粉煤灰水泥的堿度研究表明粉煤灰摻量從0提高至70%時PH值僅由12.6下降至12.06，說明粉煤灰摻加70%時，水泥膠砂的PH值仍然高于12，高于配筋結構允許的最低堿度11.5。除此之外，摻加礦物細粉摻合料，在低水膠比時密實性很高，水分甚至氧和二氧化碳都難以進入，這同樣增大了混凝土的護筋性。5、對于碳化和鋼筋銹蝕的擔憂。摻加礦物細粉摻合料的可能帶來的

總之，現代混凝土科學中最突出的兩大成就：其一是高效外加劑的生產和應用；其二是礦物細粉摻合料的的研究、應用與發展。后者的重要意義遠遠超過了以前僅僅為節約水泥的經濟意義和利用廢棄資源的環保意義。它涉及到全面提高混凝土的各項性能，使混凝土壽命提高到500—1000年成為可能。總之，現代混凝土科學中最突出的兩大成就：其一是高綠色混凝土是低碳混凝土技術必然的發展途徑高性能混凝土是隨著混凝土技術的不斷進步與發展，在高效減水劑和大摻量礦物摻合料為物質基礎上以低水膠比、低水泥用量、低單位體積用水量為主要技術特征的現代混凝土，是當今混凝土的發展方向。近十年高性能混凝土技術得到廣泛和成功的實踐。綠色混凝土是低碳混凝土技術必然的發展途徑高性能混凝土是隨著混

要發展和應用高性能混凝土，就必須有高質量的原材料供應。我國目前在水泥、骨料和混凝土礦物摻和料等原材料供應方面不同程度地存在著品質問題。唐明述院士指出：原材料的優選優配對于高性能混凝土的推廣應用十分重要。存在的問題

要發展和應用高性能混凝土，就必須有高質量的原材料供應由于水泥和某些礦物摻合料實際上不適合做這種微細填料，原因是超高細度的水泥和高活性礦物摻合料會引起水化反應加劇、凝結硬化過快、混凝土溫升提高、顯著增大混凝土收縮而引起開裂等一系列問題；因此，高性能混凝土需要具有低反應活性的易于加工的超細填料！關于礦物細粉摻和料由于水泥和某些礦物摻合料實際上不適合做這種微細填料，原因是超粉煤灰

由于符合高性能混凝土的上述要求，所以成為現代高性能混凝土中最重要的礦物摻合料，在混凝土中加入粉煤灰可以改善混凝土和易性、耐久性和后期強度等諸多性能。尤其是優質粉煤灰，以上特征更為顯著。粉煤灰成為應用最廣泛的礦物摻合料粉煤灰由于符合高性能混凝土的上述要求，所以成為現代高性能混優質粉煤灰供應不足但是我國現在可用于混凝土的優質粉煤灰產量不足，可直接利用的干粉比例不大，能供應優質粉煤灰的電廠少。許多地區苦于沒有高品質粉煤灰，能夠供應的粉煤灰普遍顆粒粗，含碳量高，需水量大。因此有必要尋找一種新型礦物摻合料來對粉煤灰進行必要補充。優質粉煤灰供應不足但是我國現在可用于混凝土的優質粉煤灰產量關于超細石灰石粉超細石灰石粉是以生產石灰石碎石和機制砂時產生的細砂和石屑為原料，通過進一步粉磨制成的粒徑不大于10μm

的細粉，在混凝土中具有良好的減水和填充效應。大量研究(如石灰石粉對水泥水化的種種物理化學作用，CaCO3與水泥水化產物反應生產的新生水化相等)表明石灰石不完全是一種惰性混合材料。后期可以生成三碳水化鋁酸鈣和單碳水化鋁酸鈣。

本課題使用的超細石灰石粉的中值粒徑在2～4微米之間，比表面積為750m2/kg。關于超細石灰石粉超細石灰石粉是以生產石灰石碎石和機制砂時產超細石灰石粉的研究與應用國外對超細石灰石粉的研究、開發和利用比較早,德國開發生產了石灰石粉摻量從6%～20%的石灰石硅酸鹽水泥。在日本,從20世紀末開始,超細石灰石粉已廣泛應用于配制高流動性混凝土和高性能噴射混凝土。美國ACI212.1R-81《AdmixturesforConcreteandGuideforUseofAdmixturesinConcrete》中指出，石灰石粉可以作為混凝土的礦物摻合料

超細石灰石粉的研究與應用國外對超細石灰石粉的研究、開發和利用MixC*FA*GL**TotalBinderAggregate(MaxSize18mm)kg/m2Water(kg/m3)Admixture(%bytotalbinder)W/CWC+FAWC+FA+GL(kg/m3)VMASuper-plasticizerA152—38153317881530.0381.141.011.010.29B1535131952317921540.0391.301.010.760.30C15110125450617771520.0401.661.010.610.30D15115119249417781520.0412.041.010.510.31*C=PortlandCement;FA=FlyAsh;GL=GroundLimestone;TotalBinder=C+FA+GLMarioCollepardi關于自密實混凝土的研究中使用石灰石粉MixC*FA*GL**TotalAggregate(Ma在國外石灰石粉用于大型工程的實例

跨度為960+1990+960m的三跨度組成的世界跨度最大的日本明石海峽吊橋的橋墩、纜索錨固結構體的高流動性混凝土，塊體混凝土的配比中每m3混凝土中水泥的用量為260kg，石灰石粉的摻量為150kg，用水量為145kg。在國外石灰石粉用于大型工程的實例跨度為960+1990+9在國外石灰石粉用于大型工程的實例法國的西瓦克斯核電站Ⅱ號反應堆C50高性能混凝土的配合比中使用了CPJ5細摻料水泥，含有9%的石灰石粉。而每m3混凝土中水泥用量為266kg，石灰石粉摻量為114kg，硅灰摻量為40kg，水膠比為0.38，坍落度為18-23㎝，28天抗壓強度為67MPa，絕熱溫升為30℃，其它指標均符合要求。在國外石灰石粉用于大型工程的實例法國的西瓦克斯核電站Ⅱ號反應我們的研究石灰石超細粉對中低強度等級混凝土性能的影響石灰石超細粉對高強度等級混凝土性能的影響我們的研究石灰石超細粉對中低強度等級混凝土性能的影響石灰石超細粉對中低強度等級混凝土性能的影響石灰石超細粉對中低強度等級混凝土性能的影響超細石灰石粉混凝土的工作性工作性是混凝土的重要技術指標，是本課題主要研究了：超細石灰石粉對混凝土坍落度的影響和在達到相同坍落度時（200mm）混凝土單位體積用水量的影響超細石灰石粉對膠砂流動度和膠砂流動度損失的影響超細石灰石粉混凝土的工作性工作性是混凝土的重要技術指標，是本相同單位用水量時混凝土配合比及坍落度的變化編號C（kg/m3）FA（kg/m3）LS（kg/m3）W/BA（kg/m3）Sp（%）SL（mm）X122018000.357.24320X2220120600.357.24385X3220100800.357.243190X4220801000.357.243180表1相同水膠比混凝土與坍落度試驗數據

相同單位用水量時混凝土配合比及坍落度的變化編號C（kg/m3相同坍落度時混凝土單位體積用水量變化表2相近坍落度不同水膠比混凝土用水量試驗數據編號C（kg/m3）FA（kg/m3）LS（kg/m3）W（kg/m3）A（kg/m3）Sp（%）SL（mm）X522018001605.2543230X6220120601555.2543200X7220100801455.2543215X8220801001425.2543215相同坍落度時混凝土單位體積用水量變化表2相近坍落度不同水半小時膠砂流動度損失編號初始流動度半小時流動度流動度損失LS016011050LS1525518867LS2026520065LS2528021367從上表可知，摻有超細石灰石粉的砂漿初始流動度明顯高于基準組，但半小時流動度損失略高于基準組。通過凈漿黏度試驗發現，摻有20%超細石灰石粉的凈漿黏度，僅為不摻的三分之二注：表中單位均為毫米半小時膠砂流動度損失編號初始流動度半小時流動度流動度損失LS超細石灰石粉混凝土力學性能超細石灰石粉混凝土力學性能超細石灰石粉混凝土相同用水量下混凝土抗壓強度編號LS(%)3d7d28d56dX1018.729.740.747.3X21518.925.237.742.1X32018.527.138.345.7X42519.128.638.244.3注：1、表中除LS外單位均為MPa2、單位體積用水量為140kg/m3超細石灰石粉混凝土相同用水量下混凝土抗壓強度編號LS(%)3超細石灰石粉混凝土相同坍落度不同用水量下抗壓強度注：表中除水外強度數據單位均為MPa編號WLS3d7d28d56dX51600%16.720.629.038.6X615515%18.422.532.040.5X714520%20.524.935.042.3X814225%21.526.935.443.7超細石灰石粉混凝土相同坍落度不同用水量下抗壓強度注：表中除水超細石灰石粉混凝土力早期開裂性能相同坍落度不同水膠比下平板開裂試驗結果編號LS（%）W/B裂縫數量（條）最大裂縫長度(cm)裂縫總長度(cm)X500.40221387.5X8250.3533.58.5注：統計面積為3600cm2；X5混凝土不摻加超細石灰石粉，X8混凝土摻加超細石灰石粉100Kg/m3。超細石灰石粉混凝土力早期開裂性能相同坍落度不同水膠比下平板開超細石灰石粉混凝土力早期開裂性能從試驗結果可知，摻入超細石灰石粉可顯著提高混凝土早期開裂性能超細石灰石粉混凝土力早期開裂性能從試驗結果可知，摻入超細石灰超細石灰石粉混凝土耐久性研究耐久性是影響混凝土使用壽命的重要性能，良好的耐久性可以保證混凝土在設計壽命內正常工作，保障建筑物的使用安全，本課題主要研究了混凝土的抗碳化性能、氯離子滲透性和孔結構分析。超細石灰石粉混凝土耐久性研究耐久性是影響混凝土超細石灰石粉混凝土抗碳化性能編號LS%W/B碳化深度mmX500.48.63X6150.3865.42X7200.3634.93X8250.3553.6在相同坍落度條件下，混凝土碳化深度隨超細石灰石粉摻量的不斷增加而降低超細石灰石粉混凝土抗碳化性能編號LSW/B碳化深度X500.超細石灰石粉混凝土氯離子滲透性能從試驗結果可以看出相同水膠比下超細石灰石粉對混凝土氯離子滲透性能無明顯影響，而在不同水膠比下，混凝土氯離子滲透性在超細石灰石粉摻量為20%達到最小值，并在之后有所上升超細石灰石粉混凝土氯離子滲透性能從試驗結果可以看出相同水膠比超細石灰石粉混凝土孔結構對比分析總進汞量0.0909mL/g總孔面積18.344m2/g平均孔徑18.9nm松散密度1.8509g/mL表觀密度2.2251g/mL孔隙率16.8194%總進汞量0.0612mL/g總孔面積13.13m2/g平均孔徑18.7nm松散密度1.8737g/mL表觀密度2.1164g/mL孔隙率11.4713%從上表可知，超細石灰石粉可以顯著降低混凝土孔隙率超細石灰石粉混凝土孔結構對比分析總進汞量0.0909超細石灰石粉對高強度等級混凝土性能的影響超細石灰石粉對高強度等級混凝土性能的影響基準混凝土配合比組別水泥粉煤灰硅灰水砂石子豆石外加劑13851652015469566733417.8調整后的基準配合比（單位：kg/m3）

注：公稱粒徑5～20mm碎石，連續級配；含泥量屬于Ⅲ類粗骨料，偏高，壓碎指標屬于Ⅱ類，針片狀含量Ⅱ類。砂子為中砂。粉煤灰為Ⅱ級灰。基準混凝土配合比組別水泥粉煤灰硅灰水砂石子豆石外加摻加超細石灰石粉混凝土配和比組別水泥粉煤灰硅灰石粉水砂石子豆石外加劑2385105206015469566733417.6338585208015469566733417.14385652010015469566733416.8水膠比為0.29的對比組配合比（單位：kg/m3）組別水泥粉煤灰硅灰石粉水砂石子豆石外加劑538516520014869266433226.163851052060148692664332無效738585208014869266433225.48385652010014869266433222.5水膠比為0.27的對比組配合比（單位：kg/m3）摻加超細石灰石粉混凝土配和比組別水泥粉煤灰硅灰石粉水砂摻加超細石灰石粉的混凝土的配制方案——對混凝土黏度的影響倒坍落度的影響摻加超細石灰石粉外加劑用量的影響摻加超細石灰石粉的混凝土的倒坍落度摻加超細外加劑用量的超細石灰石粉摻量(kg/m3)外加劑用量（kg/m3）水膠比為0.29時，不同摻量的超細石灰石粉的混凝土外加劑用量摻加超細石灰石粉高強混凝土達到相同坍落度時對外加劑用量的影響從左圖可以看出，隨著超細石灰石粉的摻量增加，外加劑的用量逐漸減低，在超細石灰石粉摻量為100kg/m3時，外加劑的用量減少了1kg/m3。

超細石灰石粉摻量(kg/m3)外加劑用量（kg/m3）水膠比摻加超細石灰石粉高強混凝土達到相同坍落度時對外加劑用量的影響外加劑用量（kg/m3）超細石灰石粉摻量(kg/m3)水膠比為0.27時，不同摻量的超細石灰石粉的混凝土外加劑用量從上圖可以看出，隨著超細石灰石粉的摻量增加，外加劑的用量逐漸減低，在超細石灰石粉摻量為100kg/m3時，外加劑的用量減少了3.5kg/m3。摻加超細石灰石粉高強混凝土達到相同坍落度時對外加劑用量的影響摻加超細石灰石粉高強混凝土對倒坍落度值的影響倒坍落度值（s）超細石灰石粉摻量(kg/m3)水膠比為0.29時，不同摻量的超細石灰石粉的混凝土倒坍落度值從左圖可以看出，超細石灰石粉的摻加，倒坍落度值從初始的24s降低到10s左右；1h倒坍落度從30s，也降低到10幾秒，降幅都達到10s,明顯降低了高強混凝土的黏度。摻加超細石灰石粉高強混凝土對倒坍落度值的影響倒坍落度值（s）摻加超細石灰石粉高強混凝土對倒坍落度值的影響倒坍落度值（s）超細石灰石粉摻量(kg/m3)水膠比為0.27時，不同摻量的超細石灰石粉的混凝土倒坍落度值從左圖可以看出，超細石灰石粉的摻加，倒坍落度值從初始的25s降低到15s以下；1h后倒坍落度,摻加超細石灰石粉的混凝土，倒坍落度值依然相對較小。摻加超細石灰石粉高強混凝土對倒坍落度值的影響倒坍落度值（s）超細石灰石粉對高強高性能混凝土力學性能影響（MPa）超細石灰石粉摻量(kg/m3)水膠比為0.29時，混凝土各齡期強度，摻加超細石灰石粉對混凝土3d、7d、28d、77d的各齡期強度沒有影響，混凝土各齡期的強度相當。水膠比為0.29時，不同摻量的超細石灰石粉拌制混凝土的不同齡期強度度強超細石灰石粉對高強高性能混凝土力學性能影響（MPa）超細石灰超細石灰石粉對高強高性能混凝土力學性能影響（MPa）超細石灰石粉摻量(kg/m3)水膠比為0.27時，混凝土各齡期強度，摻加超細石灰石粉對混凝土3d、7d、28d、68d的各齡期強度沒有影響，混凝土各齡期的強度相當。水膠比為0.27時，不同摻量的超細石灰石粉拌制混凝土的不同齡期強度度強超細石灰石粉對高強高性能混凝土力學性能影響（MPa）超細石灰超細石灰石粉對高強高性能混凝土力學性能影響（MPa）超細石灰石粉摻量(kg/m3)從圖表可以明顯地看出，在不同水膠比情況下，更換石子后，28天強度明顯提高，此試驗強度證明了高強混凝土在早期（28天前）強度提高幅度小的原因有骨料強度因素。度強超細石灰石粉對高強高性能混凝土力學性能影響（MPa）超細石灰抗碳化性能研究

抗氯離子滲透性能研究

抗凍性能研究

抗硫酸鹽侵蝕性能研究

超細石灰石粉對高強

混凝土耐久性的影響抗碳化性能研究抗氯離子滲透性能研究抗凍性能研究抗超細石灰石粉對高強

混凝土耐久性的影響

——抗碳化性能研究水膠比為0.29時，超細石灰石粉摻量分別為0，60kg/m3，80kg/m3，100kg/m3（順序從左到右）混凝土的碳化深度。水膠比為0.27時，超細石灰石粉摻量分別為0，80kg/m3，100kg/m3（順序從左到右）混凝土的碳化深度。摻加超細石灰石粉的混凝土，在不同水膠比下，碳化深度均為0。超細石灰石粉對高強

混凝土耐久性的影響水膠比為0.29時，超超細石灰石粉對高強

混凝土耐久性的影響

——抗氯離子滲透性能研究配合比M-EM-FM-GM-H氯離子擴散系數值×10-9(cm2/S)1.5523.6442.3842.789水膠比為0.29的混凝土擴散系數水膠比為0.27的混凝土擴散系數配合比M-IM-KM-L氯離子擴散系數值×10-9(cm2/S)2.3162.3351.982本試驗兩種不同水膠比的七組配合比的混凝土的抗氯離子滲透能力都很強，氯離子擴散的系數值均在（1.0～5.0）×10-9(cm2/S)之內。要比普通混凝土低出一個數量級。超細石灰石粉對高強

混凝土耐久性的影響配合比M-EM-FM-超細石灰石粉對高強

混凝土耐久性的影響

——抗凍性能研究抗凍前抗凍250次后以上圖片為，水膠比為0.27的混凝土配合比，試塊到目前250次凍融循環后依然基本完好。超細石灰石粉對高強

混凝土耐久性的影響抗凍前抗凍250次后以超細石灰石粉對高強高性能

混凝土耐久性的影響

——抗硫酸鹽侵蝕性能研究水膠比為0.27時，在5%濃度的MgSO4溶液中浸泡60天的混凝土試塊水膠比為0.29時，在5%濃度的MgSO4溶液中浸泡60天的混凝土試塊本試驗兩種不同水膠比的七組配合比的混凝土試塊，在5%濃度的MgSO4溶液中浸泡60天，試塊目前沒有出現起皮、開裂現象。超細石灰石粉對高強高性能

混凝土耐久性的影響水膠比為0.27超細石灰石粉對高強混凝土孔結構的影響類型超細石灰石粉摻量0kg/m3超細石灰石粉摻量80kg/m3總進汞量總孔面積平均孔徑(4V/A)松散密度0.52psia表觀密度)孔隙率0.0650mL/g20.071m2/g13.0nm1.9308g/mL2.2081g/mL12.5574%0.0391mL/g8.235m2/g19.0nm1.9222g/mL2.0782g/mL7.5071%水膠比為0.27時，超細石灰石粉摻量為0、80kg/m3時實驗數據。對于本配比的高強混凝土，當摻加超細石灰石粉后，孔結構得到了明顯的改善，總進汞量由基準的0.0650mL/g降到0.0391mL/g；總孔面積由20.071m2/g降到8.235m2/g；最終使高強混凝土的空隙率由12.5574%降低7.5071%。

超細石灰石粉的摻加使高強混凝土更密實！超細石灰石粉對高強混凝土孔結構的影響類型超細石灰石粉摻量0『1』超細石灰石粉具有優異的減水增塑效果，可明顯改善混凝土工作性能對于中低強度等級混凝土，達到同樣坍落度時單位體積用水量明顯減少。對于高強混凝土而言，具有重要意義的是超細石灰石粉的加入使高強混凝土的黏度有顯著降低。綜合結論『1』超細石灰石粉具有優異的減水增塑效果，可明顯改善混凝土工『2』超細石灰石粉對混凝土強度影響不大對于中低等級混凝土，而在相同坍落度的條件下，可通過降低水膠比，使混凝土抗壓強度高于單摻粉煤灰的對比組混凝土。

對于高等級混凝土，加超細石灰石粉對混凝土3d、7d、28d、68d的各齡期強度沒有影響，混凝土各齡期的強度相當。綜合結論『2』超細石灰石粉對混凝土強度影響不大綜合結論『3』摻入超細石灰石粉可以明顯減少混凝土的早期裂縫，提高混凝土抵抗早期開裂性能。『4』超細石灰石粉可以明顯降低混凝土孔隙率，提高混凝土密實性。氯離子擴散系數和孔結構試驗證實了這一點。綜合結論『3』摻入超細石灰石粉可以明顯減少混凝土的早期裂縫，提高混凝超細石灰石粉對混凝土強度的影響機理

石灰石粉在復合膠凝材料中的作用主要是填充效應、活性效應和加速效應。石灰石粉的填充效應使基體更為致密；這一點值得我們關注，清華大學覃維祖教授指出：對于混凝土的強度而言填充性是第一位的，因為首先我們要把孔隙填滿。

相關分析超細石灰石粉對混凝土強度的影響機理相關分析相關分析超細石灰石粉對混凝土工作性的影響

致密且細小的碳酸鈣顆粒表面在具有突出的減水能力的同時，可以顯著地降低流體的黏度，從根本上說,這是由超細石灰石粉的化學成分與表面性質決定的,在此處具有決定意義的表面性質是表面能，CaCO3的表面能很低，僅為230×10-7J/cm2，這有利于顆粒的分散和填充，可能是超細石灰石粉具有減水和降低黏性作用的原因之一。相關分析超細石灰石粉對混凝土工作性的影響關于硫酸鹽侵蝕有國內外研究認為，石灰石粉混凝土在寒冷氣候下（5-15℃）受硫酸鹽侵蝕，生成硅灰石膏（Thaumasite）而破壞。當構件處于含硫酸鹽的腐蝕環境（或者混凝土中含有反應剩余的石膏），有水的存在、溫度低于15℃的條件，會生成沒有膠凝性的thaumasite硅灰石膏（CaCO3?CaSiO3?CaSO4?15H2O），使混凝土軟化。

關于這個問題，我們下一步將作為重點研究。初步的試驗結論是低水膠比時沒有出現破壞現象。同時，我們應該注意到在我國容易誘發硅灰石膏生成的自然環境除西部鹽湖地區外并不多見。關于硫酸鹽侵蝕有國內外研究認為，石灰石粉混凝土在寒冷氣候下（石灰石粉是膠凝材料還是微集料?

初期石灰石粉在混凝土中被關注和研究，許多是作為骨料中的微細顆粒，筆者的試驗結果表明當砂子中的石粉含量在13%以內時，對機制砂混凝土拌合物和易性和強度是正面影響。而石灰石粉如果作為混凝土礦物細粉摻和料加入混凝土，細度更細，摻量更大，我們試驗和提倡使用的石灰石粉的顆粒粒徑大多在2~8微米之間，明顯細于水泥。石灰石粉是膠凝材料還是微集料?初期石灰石粉在混凝土中被關注石灰石粉是膠凝材料還是微集料?實際上石灰石粉填充水泥顆粒空隙，從長齡期看參與水泥水化，和水化產物共同構成凝膠結構，所以從廣義上考慮把石灰石粉作為膠凝材料應該更合適，由于石灰石粉的早期活性指標低于粉煤灰而把它排除在膠凝材料之外的做法不可取。石灰石粉是膠凝材料還是微集料?實際上石灰石粉填充水泥顆粒空隙三點建議

混凝土礦物細粉摻和料相關標準應該把石灰石超細粉作為一個品種，在燒失量指標上做出合理規定。對于硫酸鹽環境，或溫度較低有水的環境建議慎重使用。混凝土礦物細粉摻和料相關標準的活性指標不必要求太高。三點建議混凝土礦物細粉摻和料相關標準應該把石灰石超細粉作敬請各位專家指正！敬請各位專家指正！混凝土礦物摻合料的現狀與發展方向北京建筑工程學院混凝土礦物摻合料的現狀與發展方向北京建筑工程學院

明天的混凝土將含有較少的熟料，因此水泥業將成為水硬性膠凝材料業，一種向市場提供與水拌和時能硬化的微細粉末的工業。這種使礦物組分，而不是細磨熟料用量增大的做法，將有助于水泥業向更加符合各國政府提出的可持續發展的目標邁進。今天的水泥業沿著這個方向努力已經是非常必要了。

Cementsofyesterdayandtoday；ConcreteoftomorrowP.-C.A?tcin

礦物細摻和料明天的混凝土將含有較少的熟料，因此水泥業將成以活性氧化硅、氧化鋁和其它有效礦物為主要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土綜合性能，且摻量一般不小于5%的具有火山灰活性或潛在水硬性的粉體材料。

什么是混凝土礦物細粉摻和料？以活性氧化硅、氧化鋁和其它有效礦物為主要成分，在混凝土中可以

礦物摻和料是指在混凝土拌合物中，為了節約水泥，改善混凝土性能加入的具有一定細度的天然或者人造的礦物粉體材料，也稱為礦物外加劑，是混凝土的第六組分。常用的礦物摻合料有：粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、硅灰、沸石粉、燃燒煤矸石等。粉煤灰應用最普遍。⑴粉煤灰又稱飛灰，是由燃燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細粉末，其顆粒多呈球形，表面光滑，大部分由直徑以μｍ計的實心和(或)中空玻璃微珠以及少量的莫來石、石英等結晶物質所組成。礦物摻和料是指在混凝土拌合物中，為了節約水泥化學成分及礦物組成

化學成分

粉煤灰的化學成分因煤的品種及燃燒條件而異。一般來說，粉煤灰化學成分的變動范圍為：SiO2含量約為40％～60％；Al2O3含量為20％～30％，Fe203含量為5％～10％，CaO含量2%～8%，燒失量3％～8％，SiO2和Al2O3是粉煤灰中的主要活性成分，粉煤灰的燒失量主要是未燃盡碳，其混凝土吸水量大，強度低，易風化，抗凍性差，為粉煤灰中的有害成分化學成分及礦物組成化學成分粉煤灰的化學成分因煤的品種及粉煤灰在混凝土中的作用①活性行為和膠凝作用。粉煤灰的活性來源于它所含的玻璃體，他與水泥水化生成的Ca(OH)2發生二次水化反應，生成C-S-H和C-A-H、水化硫鋁酸鈣，強化了混凝土界面過渡區，同時提高混凝土的后期強度。②充填行為和致密作用。粉煤灰是高溫煅燒的產物，其顆粒本身很小，且強度很高。粉煤灰顆粒分布于水泥漿體中水泥顆粒之間時，提高混凝土膠凝體系的密實性。粉煤灰在混凝土中的作用③需水行為和減水作用。由于粉煤灰的的顆粒大多是球形的玻璃珠，優質粉煤灰由于其“滾珠軸承”的作用，可以改善混凝土拌和物的和易性,減少混凝土單位體積用水量，硬化后水泥漿體干縮小，提高混凝土的抗裂性。③需水行為和減水作用。由于粉煤灰的的顆粒大多是球形的玻璃珠④降低混凝土早期溫升，抑制開裂。大摻量粉煤灰混凝土特別適合大體積混凝土。⑤二次水化和較低的水泥熟料量使最終混凝土中的Ca(OH)2大為減少，可以有效提高混凝土抵抗化學侵蝕的能力。⑥當摻加量足夠大時，可以明顯抑制混凝土堿骨料病害。⑦降低氯離子滲透能力，提高混凝土的護筋性。以上作用在水膠比低于0.42時，較突出。④降低混凝土早期溫升，抑制開裂。大摻量粉煤灰混凝土特別適合大粉煤灰質量等級

低鈣粉煤灰的密度一般為1.8～2.6g/cm3，松散容重為600～1000kg/m3，GB1596－91《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規定了粉煤灰成品根據細度、需水量比、燒失量、含水量和三氧化硫含量劃分為I、II、III個級別，各項物理性能指標應滿足下表的要求。作為活性摻合料的粉煤灰還有火山灰活性指數要求，有關粉煤灰的需水量比和活性指數的定義和測定方法可詳見粉煤灰質量等級低鈣粉煤灰的密度一般為1.8～2.6g/《高強高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/T18736－2002）中附錄C的規定。指標級別IIIIII細度（0.045mm方孔篩篩余），％不大于122545需水量比，％不大于95105115燒失量，％不大于5815含水量，％不大于11－三氧化硫，％不大于333粉煤灰物理性質指標和要求

《高強高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/T18736－200粉煤灰特性及利弊提高抗化學侵蝕性，降低混凝土溫升，有利于混凝土耐久性，混凝土強度后期持續增長率高抗收縮開裂性較好改善拌和物施工性，但坍落度太大時，(I級)粉煤灰顆粒易上浮發生泌漿(要控制坍落度盡可能小)粉煤灰特性及利弊提高抗化學侵蝕性，降低混凝土溫升，有利于混凝P.K.Mehta在美國加州大學伯克利分校Barker會堂剪力墻和基礎加固工程中所用混凝土，用坍落度筒檢測的坍落度只有100mm的混凝土拌和物，其泵送效果竟與坍落度為180mm的傳統混凝土泵送效果一樣。P.K.Mehta在美國加州大學伯克利分校早期強度較低；大摻量時在較低氣溫下凝結緩慢；對養護要求較高(要降低水膠比),化學活性低，可促進硅酸鹽水泥水化，但早期孔隙率大，碳化問題較突出(需采取對策)對水敏感，在無保濕的條件下，因內部黏度增加，阻礙持續泌水而會加劇塑性開裂(需加強保水養護).早期強度較低；大摻量時在較低氣溫下凝結緩慢；對養護要求較高(所以應該采取的技術措施主要是①要控制坍落度盡可能小。因為試驗表明大摻量粉煤灰混凝土（HVFA）坍落度為125mm時，可相當于180mm的普通混凝土。但由于用水量很低而不離析或泌水。②注意不要過度振搗。③要降低水膠比，保證大摻量粉煤灰混凝土強度，尤其是早期強度。④注意及早、有效的養護以及足夠的濕養護時間。初凝前后開始覆蓋養護保證不失水。濕養護時間也很重要，最好養護14天，至少7天。所以應該采取的技術措施主要是(2)硅灰硅灰又稱硅粉或硅煙灰，是從生產硅鐵合金或硅鋼等所排放的煙氣中收集到的顆粒極細的煙塵，色呈淺灰到深灰。硅灰的顆粒是微細的玻璃球體，部分粒子凝聚成片或球狀的粒子。其平均粒徑為0.1μｍ～0.2μｍ，是水泥顆粒粒徑的1/50～1/100,比表面積高達2.0×104m2/kg。其主要成分是SiO2（占90％以上），它的活性要比水泥高1～3倍。以10％硅灰等量取代水泥，混凝土強度可提高25％以上。(2)硅灰硅粉的化學成分

硅粉的火山灰活性指標高達110%，這與其化學成分有關。硅粉的SiO2含量很高，在80%以上，這種SiO2是非晶態、無定形的，易溶于堿溶液中，在早期即可與CH反應，可以提高混凝土的早期強度。生成的水化硅酸鈣凝膠鈣硅比小，組織結構致密。硅粉的化學成分硅粉的火山灰活性指標高達110%，這硅灰可以提高混凝土的早期和后期強度，但自干燥收縮大，且不利于降低混凝土溫升。因此，復摻時，可充分發揮他們的各自優點，取長補短。例如，可復摻粉煤灰和硅灰，用硅灰提高混凝土的早期強度，用優質粉煤灰降低混凝土需水量和自干燥收縮，在加之顆粒的填充作用，使混凝土更密實。

硅灰可以提高混凝土的早期和后期強度，但自干燥收縮大

由于硅灰具有高比表面積，因而其需水量很大，將其作為混凝土摻合料，須配以減水劑，方可保證混凝土的和易性。硅粉混凝土的特點是特別早強和耐磨，很容易獲得早強，而且耐磨性優良。硅粉使用時摻量較少，一般為膠凝材料總重的5％～10％，且不高于15％，通常與其它礦物摻合料復合使用。在我國，因其產量低，目前價格很高，處于價格考慮，一般混凝土強度低于80MPa時，都不考慮摻加硅粉。由于硅灰具有高比表面積，因而其需水量很(3)粒化高爐礦渣粉

粒化高爐礦渣粉是指將粒化高爐礦渣經干燥、磨細達到相當細度且符合相應活性指數的粉狀材料，細度大于350m2/kg，一般為400-600m2/kg。其活性比粉煤灰高。1862年，德國的E．Langen發現通過堿性激發，能發揮水淬礦渣的潛在水硬性。此后，在歐洲，礦渣作為一種水硬性材料進行了研究與開發，使礦渣與普通水泥一樣，成為不可缺少的工程材料。(3)粒化高爐礦渣粉

粒化高爐礦渣在水淬時形成的大量玻璃體,具有微弱的自身水硬性。用于高性能混凝土的礦渣粉磨至比表面積超過400m2/kg，以較充分地發揮其活性，減少泌水性。研究表明礦渣磨得越細，其活性越高，摻入混凝土中后，早期產生的水化熱越多，越不利于控制混凝土的溫升，而且成本較高；粒化高爐礦渣在水淬時形成的大量玻璃體,具有微弱的自身水硬性當礦渣的比表面積超過400m2/kg后，用于很低水膠比的混凝土中時，混凝土早期的自收縮隨摻量的增加而增大；礦渣粉磨得越細，摻量越大，則低水膠比的高性能混凝土拌和物越黏稠。因此，磨細礦渣的比表面積不宜過細。用于大體積混凝土時，礦渣的比表面積宜不超過420m2/kg

當礦渣的比表面積超過400m2/kg后，用于很低水膠比的混凝磨細礦渣的特性及利弊具有潛在的水硬性，單獨加水可以緩慢水化硬化，化學活性高，在鹽類激發下，可提高活性能提高抗化學侵蝕性，后期強度增長率高化學收縮和自收縮較大比粉煤灰抗抗碳化性能較好比表面積超過4000cm2∕g時不降低混凝土溫升，且自收縮隨摻量(＜75%)而增大，對開裂敏感使用路線：控制細度，加大摻量磨細礦渣的特性及利弊具有潛在的水硬性，單獨加水可以緩慢水化硬在使用中不可一概而論

混凝土里摻入磨細礦渣，如果礦渣磨得偏細，或摻得不多，且環境及混凝土體溫度不低，早期也不注意及時的濕養護（給水），這時由于其水化潛熱高于水泥，混凝土就會因硬化快、自身收縮較大，而開裂敏感性增大；但是，如果它粉磨細度較小，或摻量很大，或環境及混凝土體溫度偏低，或早期注意及時的濕養護，由于它起始水化時間明顯延遲（水泥用量少，pH值上升緩慢），自身收縮被濕養護所補償，混凝土開裂敏感性就可以減小。在使用中不可一概而論混凝土里摻入磨細礦渣，如果礦渣磨得偏細摻合料在混凝土中的作用1)摻合料可代替部分水泥，成本低廉，經濟效益顯著。2)增大混凝土的后期強度。礦物細摻料中含有活性的SiO2和Al2O3，與水泥中的石膏及水泥水化生成的Ca(OH)2反應，生成生成C－S－H和C－A－H、水化硫鋁酸鈣。提高了混凝土的后期強度。但是值得提出的是除硅灰外的礦物細摻料，混凝土的早期強度隨著摻量的增加而降低。摻合料在混凝土中的作用1)摻合料可代替部分水泥，成本低廉，3)改善新拌混凝土的工作性。混凝土提高流動性后，很容易使混凝土產生離析和泌水，摻入礦物細摻料后，混凝土具有很好的粘聚性。像粉煤灰等需水量小的摻合料還可以降低混凝土的水膠比，提高混凝土的耐久性。3)改善新拌混凝土的工作性。混凝土提高流動性后，很容易使混4)降低混凝土溫升。水泥水化產生熱量，而混凝土又是熱的不良導體，在大體積混凝土施工中，混凝土內部溫度可達到50—70℃，比外部溫度高，產生溫度應力，混凝土內部體積膨脹，而外部混凝土隨著氣溫降低而收縮。內部膨脹和外部收縮使得混凝土中產生很大的拉應力，導致混凝土產生裂縫。摻合料的加入，減少了水泥的用量，就進一步降低了水泥的水化熱，降低混凝土溫升。4)降低混凝土溫升。水泥水化產生熱量，而混凝土又是熱的不良5)提高混凝土的耐久性。混凝土的耐久性與水泥水化產生的Ca(OH)2密切相關，礦物細摻料和Ca(OH)2發生化學反應，降低了混凝土中的Ca(OH)2含量；同時減少混凝土中大的毛細孔，優化混凝土孔結構，降低混凝土最可幾孔徑，使混凝土結構更加致密，提高了混凝土的抗凍性、抗滲性、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性能。5)提高混凝土的耐久性。混凝土的耐久性與水泥水化產生的Ca6)抑制堿—骨料反應。試驗證明，礦物摻合料摻量較大時，可以有效地抑制堿—骨料反應。內摻30％的低鈣粉煤灰能有效地抑制堿硅反應的有害膨脹，利用礦渣抑制堿骨料反應，其摻量宜超過40％。6)抑制堿—骨料反應。試驗證明，礦物摻合料摻量較大時，可以7)不同礦物細摻料復合使用的“超疊效應”。不同礦物細摻料在混凝土中的作用有各自的特點，例如礦渣火山灰活性較高，有利于提高混凝土強度，但自干燥收縮大；摻優質粉煤灰的混凝土需水量小，且自干燥收縮和干燥收縮都很小，在低水膠比下可保證較好的抗碳化性能。7)不同礦物細摻料復合使用的“超疊效應”。不同礦物細摻料在三、礦物細粉摻和料的耐久性改善效應

由于和游離石灰及高堿性水化硅酸鈣產生二次水化，生成強度更高、穩定性更優、數量更多的低堿性水化硅酸鈣，改善了水化膠凝物質的組成，并減少或消除了游離石灰，對提高混凝土耐久性作用極大。

1、抗硫酸鹽侵蝕性能顯著提高，因為在水泥石中缺乏或不存在游離石灰時形成具有膨脹作用的鈣礬石反應不能進行；

三、礦物細粉摻和料的耐久性改善效應由于和游離石2、在有堿集料反應產生的條件下由于礦物細粉摻合料的摻加在混凝土水化產物中形成大量低堿水化硅酸鈣，它們能吸收和固定大量的鈉、鉀離子從而使混凝土中的有效堿含量大大減少，極大地減少了堿集料反應的危害性。3、礦物細粉摻合料的摻加它們填充集料和水泥顆粒的孔隙，使混凝土結構和界面更為致密，阻斷了可能形成的滲透通路，使混凝土抗滲性大為提高。2、在有堿集料反應產生的條件下由于礦物細粉摻合料的摻加在混凝4、在低水膠比情況下，摻加礦物細粉摻合料，混凝土中的可凍水很缺乏，抗凍性大幅度提高，當然高抗凍性與與低水膠比直接相關，但也與摻加礦物細粉摻合料密不可分，例如，水科院李金玉等人研究同為0.26的水膠比，不摻加礦物細粉摻合料的C60混凝土其抗凍融循環只達到F250，而摻加礦物細粉摻合料的混凝土抗凍融循環可達F1000以上。4、在低水膠比情況下，摻加礦物細粉摻合料，混凝土中的可凍水很5、對于碳化和鋼筋銹蝕的擔憂。摻加礦物細粉摻合料的可能帶來的負面影響是混凝土的堿度降低，抗碳化能力減弱，引起保護鋼筋的能力減弱。但是在低水膠比下，混凝土的堿度下降并不十分急劇。蒲心誠等人對大摻量粉煤灰水泥的堿度研究表明粉煤灰摻量從0提高至70%時PH值僅由12.6下降至12.06，說明粉煤灰摻加70%時，水泥膠砂的PH值仍然高于12，高于配筋結構允許的最低堿度11.5。除此之外，摻加礦物細粉摻合料，在低水膠比時密實性很高，水分甚至氧和二氧化碳都難以進入，這同樣增大了混凝土的護筋性。5、對于碳化和鋼筋銹蝕的擔憂。摻加礦物細粉摻合料的可能帶來的

總之，現代混凝土科學中最突出的兩大成就：其一是高效外加劑的生產和應用；其二是礦物細粉摻合料的的研究、應用與發展。后者的重要意義遠遠超過了以前僅僅為節約水泥的經濟意義和利用廢棄資源的環保意義。它涉及到全面提高混凝土的各項性能，使混凝土壽命提高到500—1000年成為可能。總之，現代混凝土科學中最突出的兩大成就：其一是高綠色混凝土是低碳混凝土技術必然的發展途徑高性能混凝土是隨著混凝土技術的不斷進步與發展，在高效減水劑和大摻量礦物摻合料為物質基礎上以低水膠比、低水泥用量、低單位體積用水量為主要技術特征的現代混凝土，是當今混凝土的發展方向。近十年高性能混凝土技術得到廣泛和成功的實踐。綠色混凝土是低碳混凝土技術必然的發展途徑高性能混凝土是隨著混

要發展和應用高性能混凝土，就必須有高質量的原材料供應。我國目前在水泥、骨料和混凝土礦物摻和料等原材料供應方面不同程度地存在著品質問題。唐明述院士指出：原材料的優選優配對于高性能混凝土的推廣應用十分重要。存在的問題

要發展和應用高性能混凝土，就必須有高質量的原材料供應由于水泥和某些礦物摻合料實際上不適合做這種微細填料，原因是超高細度的水泥和高活性礦物摻合料會引起水化反應加劇、凝結硬化過快、混凝土溫升提高、顯著增大混凝土收縮而引起開裂等一系列問題；因此，高性能混凝土需要具有低反應活性的易于加工的超細填料！關于礦物細粉摻和料由于水泥和某些礦物摻合料實際上不適合做這種微細填料，原因是超粉煤灰

由于符合高性能混凝土的上述要求，所以成為現代高性能混凝土中最重要的礦物摻合料，在混凝土中加入粉煤灰可以改善混凝土和易性、耐久性和后期強度等諸多性能。尤其是優質粉煤灰，以上特征更為顯著。粉煤灰成為應用最廣泛的礦物摻合料粉煤灰由于符合高性能混凝土的上述要求，所以成為現代高性能混優質粉煤灰供應不足但是我國現在可用于混凝土的優質粉煤灰產量不足，可直接利用的干粉比例不大，能供應優質粉煤灰的電廠少。許多地區苦于沒有高品質粉煤灰，能夠供應的粉煤灰普遍顆粒粗，含碳量高，需水量大。因此有必要尋找一種新型礦物摻合料來對粉煤灰進行必要補充。優質粉煤灰供應不足但是我國現在可用于混凝土的優質粉煤灰產量關于超細石灰石粉超細石灰石粉是以生產石灰石碎石和機制砂時產生的細砂和石屑為原料，通過進一步粉磨制成的粒徑不大于10μm

的細粉，在混凝土中具有良好的減水和填充效應。大量研究(如石灰石粉對水泥水化的種種物理化學作用，CaCO3與水泥水化產物反應生產的新生水化相等)表明石灰石不完全是一種惰性混合材料。后期可以生成三碳水化鋁酸鈣和單碳水化鋁酸鈣。

本課題使用的超細石灰石粉的中值粒徑在2～4微米之間，比表面積為750m2/kg。關于超細石灰石粉超細石灰石粉是以生產石灰石碎石和機制砂時產超細石灰石粉的研究與應用國外對超細石灰石粉的研究、開發和利用比較早,德國開發生產了石灰石粉摻量從6%～20%的石灰石硅酸鹽水泥。在日本,從20世紀末開始,超細石灰石粉已廣泛應用于配制高流動性混凝土和高性能噴射混凝土。美國ACI212.1R-81《AdmixturesforConcreteandGuideforUseofAdmixturesinConcrete》中指出，石灰石粉可以作為混凝土的礦物摻合料

超細石灰石粉的研究與應用國外對超細石灰石粉的研究、開發和利用MixC*FA*GL**TotalBinderAggregate(MaxSize18mm)kg/m2Water(kg/m3)Admixture(%bytotalbinder)W/CWC+FAWC+FA+GL(kg/m3)VMASuper-plasticizerA152—38153317881530.0381.141.011.010.29B1535131952317921540.0391.301.010.760.30C15110125450617771520.0401.661.010.610.30D15115119249417781520.0412.041.010.510.31*C=PortlandCement;FA=FlyAsh;GL=GroundLimestone;TotalBinder=C+FA+GLMarioCollepardi關于自密實混凝土的研究中使用石灰石粉MixC*FA*GL**TotalAggregate(Ma在國外石灰石粉用于大型工程的實例

跨度為960+1990+960m的三跨度組成的世界跨度最大的日本明石海峽吊橋的橋墩、纜索錨固結構體的高流動性混凝土，塊體混凝土的配比中每m3混凝土中水泥的用量為260kg，石灰石粉的摻量為150kg，用水量為145kg。在國外石灰石粉用于大型工程的實例跨度為960+1990+9在國外石灰石粉用于大型工程的實例法國的西瓦克斯核電站Ⅱ號反應堆C50高性能混凝土的配合比中使用了CPJ5細摻料水泥，含有9%的石灰石粉。而每m3混凝土中水泥用量為266kg，石灰石粉摻量為114kg，硅灰摻量為40kg，水膠比為0.38，坍落度為18-23㎝，28天抗壓強度為67MPa，絕熱溫升為30℃，其它指標均符合要求。在國外石灰石粉用于大型工程的實例法國的西瓦克斯核電站Ⅱ號反應我們的研究石灰石超細粉對中低強度等級混凝土性能的影響石灰石超細粉對高強度等級混凝土性能的影響我們的研究石灰石超細粉對中低強度等級混凝土性能的影響石灰石超細粉對中低強度等級混凝土性能的影響石灰石超細粉對中低強度等級混凝土性能的影響超細石灰石粉混凝土的工作性工作性是混凝土的重要技術指標，是本課題主要研究了：超細石灰石粉對混凝土坍落度的影響和在達到相同坍落度時（200mm）混凝土單位體積用水量的影響超細石灰石粉對膠砂流動度和膠砂流動度損失的影響超細石灰石粉混凝土的工作性工作性是混凝土的重要技術指標，是本相同單位用水量時混凝土配合比及坍落度的變化編號C（kg/m3）FA（kg/m3）LS（kg/m3）W/BA（kg/m3）Sp（%）SL（mm）X122018000.357.24320X2220120600.357.24385X3220100800.357.243190X4220801000.357.243180表1相同水膠比混凝土與坍落度試驗數據

相同單位用水量時混凝土配合比及坍落度的變化編號C（kg/m3相同坍落度時混凝土單位體積用水量變化表2相近坍落度不同水膠比混凝土用水量試驗數據編號C（kg/m3）FA（kg/m3）LS（kg/m3）W（kg/m3）A（kg/m3）Sp（%）SL（mm）X522018001605.2543230X6220120601555.2543200X7220100801455.2543215X8220801001425.2543215相同坍落度時混凝土單位體積用水量變化表2相近坍落度不同水半小時膠砂流動度損失編號初始流動度半小時流動度流動度損失LS016011050LS1525518867LS2026520065LS2528021367從上表可知，摻有超細石灰石粉的砂漿初始流動度明顯高于基準組，但半小時流動度損失略高于基準組。通過凈漿黏度試驗發現，摻有20%超細石灰石粉的凈漿黏度，僅為不摻的三分之二注：表中單位均為毫米半小時膠砂流動度損失編號初始流動度半小時流動度流動度損失LS超細石灰石粉混凝土力學性能超細石灰石粉混凝土力學性能超細石灰石粉混凝土相同用水量下混凝土抗壓強度編號LS(%)3d7d28d56dX1018.729.740.747.3X21518.925.237.742.1X32018.527.138.345.7X42519.128.638.244.3注：1、表中除LS外單位均為MPa2、單位體積用水量為140kg/m3超細石灰石粉混凝土相同用水量下混凝土抗壓強度編號LS(%)3超細石灰石粉混凝土相同坍落度不同用水量下抗壓強度注：表中除水外強度數據單位均為MPa編號WLS3d7d28d56dX51600%16.720.629.038.6X615515%18.422.532.040.5X714520%20.524.935.042.3X814225%21.526.935.443.7超細石灰石粉混凝土相同坍落度不同用水量下抗壓強度注：表中除水超細石灰石粉混凝土力早期開裂性能相同坍落度不同水膠比下平板開裂試驗結果編號LS（%）W/B裂縫數量（條）最大裂縫長度(cm)裂縫總長度(cm)X500.40221387.5X8250.3533.58.5注：統計面積為3600cm2；X5混凝土不摻加超細石