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1、混凝土矿物掺合料混凝土矿物掺合料的现状与发展方向的现状与发展方向北京建筑工程学院北京建筑工程学院 明明天天的的混混凝凝土土将将含含有有较较少少的的熟熟料料，因因此此水水泥泥业业将将成成为为水水硬硬性性胶胶凝凝材材料料业业，一一种种向向市市场场提提供供与与水水拌拌和和时时能能硬硬化化的的微微细细粉粉末末的的工工业业。这这种种使使矿矿物物组组分分，而而不不是是细细磨磨熟熟料料用用量量增增大大的的做做法法，将将有有助助于于水水泥泥业业向向更更加加符符合合各各国国政政府府提提出出的的可可持持续续发发展展的的目目标标迈迈进进。今今天天的的水水泥泥业业沿沿着着这这个个方方向向努努力力已已经是非常必要了。经
2、是非常必要了。Cements of yesterday and today；Concrete of tomorrow P.-C.Atcin 矿物细掺和料矿物细掺和料以活性氧化硅、氧化铝和其它有效矿物为主以活性氧化硅、氧化铝和其它有效矿物为主要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土综合性能，且掺量一般不小于善混凝土综合性能，且掺量一般不小于5%5%的的具有火山灰活性或潜在水硬性的粉体材料具有火山灰活性或潜在水硬性的粉体材料。什么是混凝土矿什么是混凝土矿物细粉掺和料？物细粉掺和料？矿物掺和料是指在混凝土拌合物中，为了节约水泥，改善混凝土性能加入的具有一定
3、细度的天然或者人造的矿物粉体材料，也称为矿物外加剂，是混凝土的第六组分。常用的矿物掺合料有：粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、沸石粉、燃烧煤矸石等。粉煤灰应用最普遍。粉煤灰又称飞灰，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，大部分由直径以计的实心和(或)中空玻璃微珠以及少量的莫来石、石英等结晶物质所组成。化学成分及矿化学成分及矿物组成物组成 化学成分 粉煤灰的化学成分因煤的品种及燃烧条件而异。粉煤灰的化学成分因煤的品种及燃烧条件而异。一般来说，粉煤灰化学成分的变动范围为：一般来说，粉煤灰化学成分的变动范围为：SiOSiO2 2含含量约为量约为40406060；AlAl2 2
4、O O3 3含量为含量为20203030，FeFe2 20 03 3含量为含量为5 51010，CaOCaO含量含量2%2%8%8%，烧失量，烧失量3 38 8，SiOSiO2 2和和AlAl2 2O O3 3是粉煤灰中的主要活性成分是粉煤灰中的主要活性成分，粉，粉煤灰的烧失量主要是煤灰的烧失量主要是未燃尽碳未燃尽碳，其混凝土吸水量大，其混凝土吸水量大，强度低，易风化，抗冻性差，为粉煤灰中的有害成强度低，易风化，抗冻性差，为粉煤灰中的有害成分分粉煤灰在混凝土中的作用粉煤灰在混凝土中的作用 活性行为和胶凝作用。粉煤灰的活性来源于它活性行为和胶凝作用。粉煤灰的活性来源于它所含的玻璃体，他与水泥水化
5、生成的所含的玻璃体，他与水泥水化生成的Ca(OH)Ca(OH)2 2发生发生二次水化反应，生成二次水化反应，生成C-S-HC-S-H和和C-A-HC-A-H、水化硫铝酸、水化硫铝酸钙，强化了混凝土界面过渡区，同时提高混凝土钙，强化了混凝土界面过渡区，同时提高混凝土的后期强度。的后期强度。充填行为和致密作用。粉煤灰是高温煅烧的产充填行为和致密作用。粉煤灰是高温煅烧的产物，其颗粒本身很小，且强度很高。粉煤灰颗粒物，其颗粒本身很小，且强度很高。粉煤灰颗粒分布于水泥浆体中水泥颗粒之间时，提高混凝土分布于水泥浆体中水泥颗粒之间时，提高混凝土胶凝体系的密实性。胶凝体系的密实性。需水行为和减水作用。由于粉煤
6、灰的的颗粒大多是球形的玻璃珠，优质粉煤灰由于其“滚珠轴承”的作用，可以改善混凝土拌和物的和易性,减少混凝土单位体积用水量，硬化后水泥浆体干缩小，提高混凝土的抗裂性。降低混凝土早期温升，抑制开裂。大掺量粉煤灰混凝土特别适合大体积混凝土。二次水化和较低的水泥熟料量使最终混凝土中的Ca(OH)2大为减少，可以有效提高混凝土抵抗化学侵蚀的能力。当掺加量足够大时，可以明显抑制混凝土碱骨料病害。降低氯离子渗透能力，提高混凝土的护筋性。以上作用在水胶比低于0.42时，较突出。粉煤灰质量粉煤灰质量等级等级 低钙粉煤灰的密度一般为1.82.6g/cm3，松散容重为6001000kg/m3，GB159691用于水
7、泥和混凝土中的粉煤灰规定了粉煤灰成品根据细度、需水量比、烧失量、含水量和三氧化硫含量划分为I、II、III个级别，各项物理性能指标应满足下表的要求。作为活性掺合料的粉煤灰还有火山灰活性指数要求，有关粉煤灰的需水量比和活性指数的定义和测定方法可详见高强高性能混凝土用矿物外加剂（高强高性能混凝土用矿物外加剂（GB/T18736GB/T1873620022002）中）中 附录附录C C的规定。的规定。指指指指标标标标级别级别级别级别I I I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIII细细细细度（度（度（度（0.045mm0.045mm0.045mm0.045mm方孔方孔方孔方孔筛筛筛筛筛筛筛筛余）
8、，余），余），余），不大于不大于不大于不大于121212122525252545454545需水量比，需水量比，需水量比，需水量比，不大于不大于不大于不大于95959595105105105105115115115115烧烧烧烧失量，失量，失量，失量，不大于不大于不大于不大于5 5 5 58 8 8 815151515含水量，含水量，含水量，含水量，不大于不大于不大于不大于1 1 1 11 1 1 1三氧化硫，三氧化硫，三氧化硫，三氧化硫，不大于不大于不大于不大于3 3 3 33 3 3 33 3 3 3粉煤灰物理性质指标和要求 粉煤灰特性及利弊粉煤灰特性及利弊提高抗化学侵蚀性，降低混凝土温升
9、，有利于混凝土耐久性，混凝土强度后期持续增长率高抗收缩开裂性较好改善拌和物施工性，但坍落度太大时，(I级)粉煤灰颗粒易上浮发生泌浆(要控制坍落度尽可能小)P.K.Mehta P.K.Mehta在美国加州大学伯克利分校在美国加州大学伯克利分校BarkerBarker会堂剪力墙和基础加固工程中所用混会堂剪力墙和基础加固工程中所用混凝土，用坍落度筒检测的坍落度只有凝土，用坍落度筒检测的坍落度只有100mm100mm的的混凝土拌和物，其泵送效果竟与坍落度为混凝土拌和物，其泵送效果竟与坍落度为180mm180mm的传统混凝土泵送效果一样。的传统混凝土泵送效果一样。早期强度较低；大掺量时在较低气温下凝结缓
10、慢；对养护要求较高(要降低水胶比),化学活性低，可促进硅酸盐水泥水化，但早期孔隙率大，碳化问题较突出(需采取对策)对水敏感，在无保湿的条件下，因内部黏度增加，阻碍持续泌水而会加剧塑性开裂(需加强保水养护).所以应该采取的技术措施主要是所以应该采取的技术措施主要是所以应该采取的技术措施主要是所以应该采取的技术措施主要是 要控制坍落度尽可能小。因为试验表明大掺量粉要控制坍落度尽可能小。因为试验表明大掺量粉要控制坍落度尽可能小。因为试验表明大掺量粉要控制坍落度尽可能小。因为试验表明大掺量粉煤灰混凝土（煤灰混凝土（煤灰混凝土（煤灰混凝土（HVFAHVFAHVFAHVFA）坍落度为）坍落度为）坍落度为）
11、坍落度为125mm125mm125mm125mm时，可相当于时，可相当于时，可相当于时，可相当于180mm180mm180mm180mm的普通混凝土。但由于用水量很低而不离析的普通混凝土。但由于用水量很低而不离析的普通混凝土。但由于用水量很低而不离析的普通混凝土。但由于用水量很低而不离析或泌水。或泌水。或泌水。或泌水。注意不要过度振捣。注意不要过度振捣。注意不要过度振捣。注意不要过度振捣。要降低水胶比，保证大掺量粉煤灰混凝土强度，要降低水胶比，保证大掺量粉煤灰混凝土强度，要降低水胶比，保证大掺量粉煤灰混凝土强度，要降低水胶比，保证大掺量粉煤灰混凝土强度，尤其是早期强度。尤其是早期强度。尤其是早
12、期强度。尤其是早期强度。注意及早、有效的养护以及足够的湿养护时间。注意及早、有效的养护以及足够的湿养护时间。注意及早、有效的养护以及足够的湿养护时间。注意及早、有效的养护以及足够的湿养护时间。初凝前后开始覆盖养护保证不失水。湿养护时间初凝前后开始覆盖养护保证不失水。湿养护时间初凝前后开始覆盖养护保证不失水。湿养护时间初凝前后开始覆盖养护保证不失水。湿养护时间也很重要，最好养护也很重要，最好养护也很重要，最好养护也很重要，最好养护14141414天，至少天，至少天，至少天，至少7 7 7 7天。天。天。天。(2)(2)硅灰硅灰 硅灰又称硅粉或硅烟灰，是从生产硅硅灰又称硅粉或硅烟灰，是从生产硅铁合
13、金或硅钢等所排放的烟气中收集到的颗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，部分粒子凝聚成片或粒是微细的玻璃球体，部分粒子凝聚成片或球状的粒子。其平均粒径为球状的粒子。其平均粒径为0.10.10.20.2，是水泥颗粒粒径的，是水泥颗粒粒径的1/501/501/100,1/100,比表面比表面积高达积高达2.0104m2.0104m2 2/kg/kg。其主要成分是。其主要成分是SiOSiO2 2（占（占9090以上），它的活性要比水泥高以上），它的活性要比水泥高1 13 3倍。以倍。以1010硅灰等量取代
14、水泥，混凝土强度硅灰等量取代水泥，混凝土强度可提高可提高2525以上。以上。硅粉的化硅粉的化学成分学成分 硅粉的火山灰活性指标高达110%，这与其化学成分有关。硅粉的SiO2含量很高，在80%以上，这种SiO2是非晶态、无定形的，易溶于碱溶液中，在早期即可与CH反应，可以提高混凝土的早期强度。生成的水化硅酸钙凝胶钙硅比小，组织结构致密。硅灰可以提高混凝土的早期和后期强度，但自干燥收缩大，且不利于降低混凝土温升。因此，复掺时，可充分发挥他们的各自优点，取长补短。例如，可复掺粉煤灰和硅灰，用硅灰提高混凝土的早期强度，用优质粉煤灰降低混凝土需水量和自干燥收缩，在加之颗粒的填充作用，使混凝土更密实。由
15、于硅灰具有高比表面积，因而其需水量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。硅粉混凝土剂，方可保证混凝土的和易性。硅粉混凝土的特点是特别早强和耐磨，很容易获得早强，的特点是特别早强和耐磨，很容易获得早强，而且耐磨性优良。硅粉使用时掺量较少，一而且耐磨性优良。硅粉使用时掺量较少，一般为胶凝材料总重的般为胶凝材料总重的5 51010，且不高于，且不高于1515，通常与其它矿物掺合料复合使用。在我，通常与其它矿物掺合料复合使用。在我国，因其产量低，目前价格很高，处于价格国，因其产量低，目前价格很高，处于
16、价格考虑，一般混凝土强度低于考虑，一般混凝土强度低于80MPa80MPa时，都不考时，都不考虑掺加硅粉。虑掺加硅粉。(3)(3)粒化高炉矿渣粉粒化高炉矿渣粉 粒化高炉矿渣粉是指将粒化高炉矿渣经干燥、粒化高炉矿渣粉是指将粒化高炉矿渣经干燥、磨细达到相当细度且符合相应活性指数的粉状材料，磨细达到相当细度且符合相应活性指数的粉状材料，细度大于细度大于350m350m2 2/kg/kg，一般为，一般为400-600m400-600m2 2/kg/kg。其活性。其活性比粉煤灰高。比粉煤灰高。1862 1862年，德国的年，德国的E ELangenLangen发现通过发现通过碱性激发碱性激发，能发挥水淬矿
17、渣的，能发挥水淬矿渣的潜在水硬性潜在水硬性。此后，。此后，在欧洲，矿渣作为一种水硬性材料进行了研究与开在欧洲，矿渣作为一种水硬性材料进行了研究与开发，使矿渣与普通水泥一样，成为不可缺少的工程发，使矿渣与普通水泥一样，成为不可缺少的工程材料。材料。粒化高炉矿渣在水淬时形成的大量玻璃体粒化高炉矿渣在水淬时形成的大量玻璃体,具有微弱的自身水硬性。用于高性能混凝土具有微弱的自身水硬性。用于高性能混凝土的矿渣粉磨至比表面积超过的矿渣粉磨至比表面积超过400m400m2 2/kg/kg，以较，以较充分地发挥其活性，减少泌水性。研究表明充分地发挥其活性，减少泌水性。研究表明矿渣磨得越细，其活性越高，掺入混凝
18、土中矿渣磨得越细，其活性越高，掺入混凝土中后，早期产生的水化热越多，越不利于控制后，早期产生的水化热越多，越不利于控制混凝土的温升，而且成本较高；混凝土的温升，而且成本较高；当矿渣的比表面积超过当矿渣的比表面积超过400m400m2 2/kg/kg后，用于很后，用于很低水胶比的混凝土中时，混凝土早期的自低水胶比的混凝土中时，混凝土早期的自收缩随掺量的增加而增大；矿渣粉磨得越收缩随掺量的增加而增大；矿渣粉磨得越细，掺量越大，则低水胶比的高性能混凝细，掺量越大，则低水胶比的高性能混凝土拌和物越黏稠。因此，磨细矿渣的比表土拌和物越黏稠。因此，磨细矿渣的比表面积不宜过细。用于大体积混凝土时，矿面积不宜
19、过细。用于大体积混凝土时，矿渣的比表面积宜不超过渣的比表面积宜不超过420m420m2 2/kg/kg 磨细矿渣的特性及利弊磨细矿渣的特性及利弊具具有有潜潜在在的的水水硬硬性性，单单独独加加水水可可以以缓缓慢慢水水化化硬硬化化，化学活性高，在盐类激发下，可提高活性化学活性高，在盐类激发下，可提高活性能提高抗化学侵蚀性，后期强度增长率高能提高抗化学侵蚀性，后期强度增长率高化学收缩和自收缩较大化学收缩和自收缩较大比粉煤灰抗抗碳化性能较好比粉煤灰抗抗碳化性能较好比比表表面面积积超超过过4000cm4000cm2 2gg时时不不降降低低混混凝凝土土温温升升，且自收缩随掺量且自收缩随掺量(75%)75%
20、)而增大，对开裂敏感而增大，对开裂敏感使用路线：控制细度，加大掺量使用路线：控制细度，加大掺量在使用中不可一概而论在使用中不可一概而论 混凝土里掺入磨细矿渣，混凝土里掺入磨细矿渣，混凝土里掺入磨细矿渣，混凝土里掺入磨细矿渣，如果矿渣磨得偏细，或掺如果矿渣磨得偏细，或掺如果矿渣磨得偏细，或掺如果矿渣磨得偏细，或掺得不多，且环境及混凝土体温度不低，早期也不注得不多，且环境及混凝土体温度不低，早期也不注得不多，且环境及混凝土体温度不低，早期也不注得不多，且环境及混凝土体温度不低，早期也不注意及时的湿养护（给水），这时由于其水化潜热高意及时的湿养护（给水），这时由于其水化潜热高意及时的湿养护（给水），
21、这时由于其水化潜热高意及时的湿养护（给水），这时由于其水化潜热高于水泥，混凝土就会因硬化快、自身收缩较大，而于水泥，混凝土就会因硬化快、自身收缩较大，而于水泥，混凝土就会因硬化快、自身收缩较大，而于水泥，混凝土就会因硬化快、自身收缩较大，而开裂敏感性增大；但是，如果它粉磨细度较小，或开裂敏感性增大；但是，如果它粉磨细度较小，或开裂敏感性增大；但是，如果它粉磨细度较小，或开裂敏感性增大；但是，如果它粉磨细度较小，或掺量很大，或环境及混凝土体温度偏低，或早期注掺量很大，或环境及混凝土体温度偏低，或早期注掺量很大，或环境及混凝土体温度偏低，或早期注掺量很大，或环境及混凝土体温度偏低，或早期注意及时的
22、湿养护，由于它起始水化时间明显延迟意及时的湿养护，由于它起始水化时间明显延迟意及时的湿养护，由于它起始水化时间明显延迟意及时的湿养护，由于它起始水化时间明显延迟（水泥用量少，（水泥用量少，（水泥用量少，（水泥用量少，pHpHpHpH值上升缓慢），自身收缩被湿养值上升缓慢），自身收缩被湿养值上升缓慢），自身收缩被湿养值上升缓慢），自身收缩被湿养护所补偿，混凝土开裂敏感性就可以减小。护所补偿，混凝土开裂敏感性就可以减小。护所补偿，混凝土开裂敏感性就可以减小。护所补偿，混凝土开裂敏感性就可以减小。掺合料在混凝土中的作用掺合料在混凝土中的作用1)1)掺合料可代替部分水泥，成本低廉，经济效益显著。掺合料
23、可代替部分水泥，成本低廉，经济效益显著。2)2)增大混凝土的后期强度。矿物细掺料中含有活性的增大混凝土的后期强度。矿物细掺料中含有活性的SiOSiO2 2和和AlAl2 2O O3 3，与水泥中的石膏及水泥水化生成的，与水泥中的石膏及水泥水化生成的Ca(OH)Ca(OH)2 2反应，生成生成反应，生成生成C CS SH H和和C CA AH H、水化硫、水化硫铝酸钙。提高了混凝土的后期强度。但是值得提出铝酸钙。提高了混凝土的后期强度。但是值得提出的是除硅灰外的矿物细掺料，混凝土的早期强度随的是除硅灰外的矿物细掺料，混凝土的早期强度随着掺量的增加而降低。着掺量的增加而降低。3)改善新拌混凝土的工
24、作性。混凝土提高流动性后，很容易使混凝土产生离析和泌水，掺入矿物细掺料后，混凝土具有很好的粘聚性。像粉煤灰等需水量小的掺合料还可以降低混凝土的水胶比，提高混凝土的耐久性。4)4)降低混凝土温升。水泥水化产生热量，而混凝土又降低混凝土温升。水泥水化产生热量，而混凝土又是热的不良导体，在大体积混凝土施工中，混凝土是热的不良导体，在大体积混凝土施工中，混凝土内部温度可达到内部温度可达到50705070，比外部温度高，产生温，比外部温度高，产生温度应力，混凝土内部体积膨胀，而外部混凝土随着度应力，混凝土内部体积膨胀，而外部混凝土随着气温降低而收缩。内部膨胀和外部收缩使得混凝土气温降低而收缩。内部膨胀和
25、外部收缩使得混凝土中产生很大的拉应力，导致混凝土产生裂缝。掺合中产生很大的拉应力，导致混凝土产生裂缝。掺合料的加入，减少了水泥的用量，就进一步降低了水料的加入，减少了水泥的用量，就进一步降低了水泥的水化热，降低混凝土温升。泥的水化热，降低混凝土温升。5)提高混凝土的耐久性。混凝土的耐久性与水泥水化产生的Ca(OH)2密切相关，矿物细掺料和Ca(OH)2发生化学反应，降低了混凝土中的Ca(OH)2含量；同时减少混凝土中大的毛细孔，优化混凝土孔结构，降低混凝土最可几孔径，使混凝土结构更加致密，提高了混凝土的抗冻性、抗渗性、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能。6)抑制碱骨料反应。试验证明，矿物掺合料掺量较大时，
26、可以有效地抑制碱骨料反应。内掺30的低钙粉煤灰能有效地抑制碱硅反应的有害膨胀，利用矿渣抑制碱骨料反应，其掺量宜超过40。7)7)不同矿物细掺料复合使用的“超叠效应”。不同矿物细掺料在混凝土中的作用有各自的特点，例如矿渣火山灰活性较高，有利于提高混凝土强度，但自干燥收缩大；掺优质粉煤灰的混凝土需水量小，且自干燥收缩和干燥收缩都很小，在低水胶比下可保证较好的抗碳化性能。三、矿物细粉掺和料的耐久性改善效应 由于和游离石灰及高碱性水化硅酸钙产生二次水化，生成强度更高、稳定性更优、数量更多的低碱性水化硅酸钙，改善了水化胶凝物质的组成，并减少或消除了游离石灰，对提高混凝土耐久性作用极大。1、抗硫酸盐侵蚀性
27、能显著提高，因为在水泥石中缺乏或不存在游离石灰时形成具有膨胀作用的钙矾石反应不能进行；2 2、在有碱集料反应产生的条件下由于矿物细粉掺、在有碱集料反应产生的条件下由于矿物细粉掺合料的掺加在混凝土水化产物中形成大量低碱水合料的掺加在混凝土水化产物中形成大量低碱水化硅酸钙，化硅酸钙，它们能吸收和固定大量的钠、钾离子它们能吸收和固定大量的钠、钾离子从而使混凝土中的有效碱含量大大减少，极大地从而使混凝土中的有效碱含量大大减少，极大地减少了碱集料反应的危害性。减少了碱集料反应的危害性。3 3、矿物细粉掺合料的掺加它们填充集料和水泥颗、矿物细粉掺合料的掺加它们填充集料和水泥颗粒的孔隙，使混凝土结构和界面更
28、为致密，阻断粒的孔隙，使混凝土结构和界面更为致密，阻断了可能形成的渗透通路，使混凝土抗渗性大为提了可能形成的渗透通路，使混凝土抗渗性大为提高。高。4、在低水胶比情况下，掺加矿物细粉掺合料，混凝土中的可冻水很缺乏，抗冻性大幅度提高，当然高抗冻性与与低水胶比直接相关，但也与掺加矿物细粉掺合料密不可分，例如，水科院李金玉等人研究同为0.26的水胶比，不掺加矿物细粉掺合料的C60混凝土其抗冻融循环只达到F250，而掺加矿物细粉掺合料的混凝土抗冻融循环可达F1000以上。5 5、对于碳化和钢筋锈蚀的担忧。、对于碳化和钢筋锈蚀的担忧。掺加矿物细粉掺合料掺加矿物细粉掺合料的可能带来的负面影响是混凝土的碱度降
29、低，抗碳化的可能带来的负面影响是混凝土的碱度降低，抗碳化能力减弱，引起保护钢筋的能力减弱能力减弱，引起保护钢筋的能力减弱。但是在低水胶但是在低水胶比下，混凝土的碱度下降并不十分急剧。比下，混凝土的碱度下降并不十分急剧。蒲心诚等人蒲心诚等人对大掺量粉煤灰水泥的碱度研究表明粉煤灰掺量从对大掺量粉煤灰水泥的碱度研究表明粉煤灰掺量从0 0提高至提高至70%70%时时PHPH值仅由值仅由12.612.6下降至下降至12.0612.06，说明粉煤灰，说明粉煤灰掺加掺加70%70%时，水泥胶砂的时，水泥胶砂的PHPH值仍然高于值仍然高于1212，高于配筋，高于配筋结构允许的最低碱度结构允许的最低碱度11.5
30、11.5。除此之外，掺加矿物细粉除此之外，掺加矿物细粉掺合料，在低水胶比时密实性很高，水分甚至氧和二掺合料，在低水胶比时密实性很高，水分甚至氧和二氧化碳都难以进入，这同样增大了混凝土的护筋性。氧化碳都难以进入，这同样增大了混凝土的护筋性。总之，现代混凝土科学中最突出的两大成就：其一是高效外加剂的生产和应用；其二是矿物细粉掺合料的的研究、应用与发展。后者的重要意义远远超过了以前仅仅为节约水泥的经济意义和利用废弃资源的环保意义。它涉及到全面提高混凝土的各项性能，使混凝土寿命提高到5001000年成为可能。绿色混凝土是低碳混凝土技绿色混凝土是低碳混凝土技术必然的发展途径术必然的发展途径高性能混凝土高
31、性能混凝土是随着混凝土技术的不断进步与发展，在高效减水剂和大掺量矿物掺合料为物质基础上以低水胶比、低水泥用量、低单位体积用水量为主要技术特征的现代混凝土，是当今混凝土的发展方向。近十年高性能混凝土技术得到广泛和成功的实践。要发展和应用高性能混凝土，就必须有高要发展和应用高性能混凝土，就必须有高质量的原材料供应。质量的原材料供应。我国目前在水泥、骨料和混凝土矿物掺和我国目前在水泥、骨料和混凝土矿物掺和料等原材料供应方面不同程度地存在着品料等原材料供应方面不同程度地存在着品质问题。质问题。唐明述院士指出：原材料的优选优配对于唐明述院士指出：原材料的优选优配对于高性能混凝土的推广应用十分重要。高性能
32、混凝土的推广应用十分重要。存在的问题存在的问题 由于水泥和某些矿物掺合料实际上不适合做这种微细填料，原因是超高细度的水泥和高活性矿物掺合料会引起水化反应加剧、凝结硬化过快、混凝土温升提高、显著增大混凝土收缩而引起开裂等一系列问题；因此，高性能混凝土需要具有低反应活性高性能混凝土需要具有低反应活性的易于加工的超细填料！的易于加工的超细填料！关于矿物细粉掺和料关于矿物细粉掺和料粉煤灰粉煤灰 由于符合高性能混凝土的上述要求，所由于符合高性能混凝土的上述要求，所以以成为现代高性能混凝土中最重要的矿物掺合成为现代高性能混凝土中最重要的矿物掺合料，在混凝土中加入粉煤灰可以改善混凝土和料，在混凝土中加入粉煤
33、灰可以改善混凝土和易性、耐久性和后期强度等诸多性能易性、耐久性和后期强度等诸多性能。尤其是尤其是优质粉煤灰，以上特征更为显著。优质粉煤灰，以上特征更为显著。粉煤灰成为应用最广泛的矿物掺合料粉煤灰成为应用最广泛的矿物掺合料优质粉煤灰供应不足优质粉煤灰供应不足但是但是 我国现在可用于混凝土的优质粉煤灰产量不足，可直接利用的干粉比例不大，能供应优质粉煤灰的电厂少。许多地区苦于没有高品质粉煤灰，能够供应的粉煤灰普遍颗粒粗，含碳量高，需水量大。因此因此 有必要寻找一种新型矿物掺合料来对粉煤灰进行必要补充。关于超细石灰石粉关于超细石灰石粉 超细石灰石粉是以生产石灰石碎石和机制砂时产生的细砂和石屑为原料，通
34、过进一步粉磨制成的粒径不大于10m10m 的细粉，在混凝土中具有良好的减水和填充效应。大量研究大量研究(如石灰石粉对水泥水化的种种物理化学作用，如石灰石粉对水泥水化的种种物理化学作用，CaCOCaCO3 3与水泥水化产物反应生产的新生水化相等与水泥水化产物反应生产的新生水化相等)表明石灰表明石灰石不完全是一种惰性混合材料。后期可以石不完全是一种惰性混合材料。后期可以生成生成三碳水化铝三碳水化铝酸钙和单碳水化铝酸钙。酸钙和单碳水化铝酸钙。本课题使用的超细石灰石粉的中值粒径在本课题使用的超细石灰石粉的中值粒径在2 24 4微米之间，微米之间，比表面积为比表面积为750 m750 m2 2/kg/k
35、g。超细石灰石粉的研究与应用超细石灰石粉的研究与应用国外国外对超细石灰石粉的研究、开发和利用比较早对超细石灰石粉的研究、开发和利用比较早对超细石灰石粉的研究、开发和利用比较早对超细石灰石粉的研究、开发和利用比较早,德国开发生产了石灰石粉掺量从德国开发生产了石灰石粉掺量从德国开发生产了石灰石粉掺量从德国开发生产了石灰石粉掺量从6%6%6%6%20%20%20%20%的石灰石硅的石灰石硅的石灰石硅的石灰石硅酸盐水泥。在日本酸盐水泥。在日本酸盐水泥。在日本酸盐水泥。在日本,从从从从20 20 20 20 世纪末开始世纪末开始世纪末开始世纪末开始,超细石灰石超细石灰石超细石灰石超细石灰石粉已广泛应用于
36、配制高流动性混凝土和高性能喷射粉已广泛应用于配制高流动性混凝土和高性能喷射粉已广泛应用于配制高流动性混凝土和高性能喷射粉已广泛应用于配制高流动性混凝土和高性能喷射混凝土。混凝土。混凝土。混凝土。美国美国美国美国ACI212.1R-81ACI212.1R-81ACI212.1R-81ACI212.1R-81Admixtures for Concrete Admixtures for Concrete Admixtures for Concrete Admixtures for Concrete and Guide for Use of Admixtures in Concreteand Guid
37、e for Use of Admixtures in Concreteand Guide for Use of Admixtures in Concreteand Guide for Use of Admixtures in Concrete中指出，石灰石粉可以作为混凝土的矿物掺合料中指出，石灰石粉可以作为混凝土的矿物掺合料中指出，石灰石粉可以作为混凝土的矿物掺合料中指出，石灰石粉可以作为混凝土的矿物掺合料 MixMixC*C*FA*FA*GL*GL*Total*TotalBinderBinderAggregate Aggregate(Max Size (Max Size 18 mm18 mm
38、)kg/mkg/m2 2WaterWater(kg/m(kg/m3 3)Admixture(%by Admixture(%by total binder)total binder)W/CW/CWWC+FAC+FAWWC+FA+GLC+FA+GL(kg/m(kg/m3 3)VMAVMASuper-Super-plasticizerplasticizerA A 152152 381381 533533178817881531530.030.038 81.141.141.01.01 11.011.010.290.29B B 153153 5151 319319 5235231792179215415
39、40.030.039 91.301.301.01.01 10.760.760.300.30C C 151151 101101 254254 506506177717771521520.040.040 01.661.661.01.01 10.610.610.300.30D D 151151 151151 192192 494494177817781521520.040.041 12.042.041.01.01 10.510.510.310.31*C=Portland Cement;FA=Fly Ash;GL=Ground*C=Portland Cement;FA=Fly Ash;GL=Groun
40、d Limestone;Total Binder=C+FA+GLLimestone;Total Binder=C+FA+GLMario Collepardi关于自密实混凝关于自密实混凝土的研究中使用石灰石粉土的研究中使用石灰石粉在国外石灰石粉用于大型工程的实例在国外石灰石粉用于大型工程的实例 跨度为跨度为960+1990+960m960+1990+960m的三跨度组成的世界跨度的三跨度组成的世界跨度最大的日本明石海峡吊桥的桥墩、缆索锚固结最大的日本明石海峡吊桥的桥墩、缆索锚固结构体的高流动性混凝土，块体混凝土的配比中构体的高流动性混凝土，块体混凝土的配比中每每m3m3混凝土中水泥的用量为混凝土
41、中水泥的用量为260kg260kg，石灰石粉的，石灰石粉的掺量为掺量为150kg150kg，用水量为，用水量为145kg145kg。在国外石灰石粉用于大型工程的实例在国外石灰石粉用于大型工程的实例法国的西瓦克斯核电站法国的西瓦克斯核电站号反应堆号反应堆C50C50高性能混高性能混凝土的配合比中使用了凝土的配合比中使用了CPJ5CPJ5细掺料水泥，含有细掺料水泥，含有9%9%的石灰石粉。而每的石灰石粉。而每m m3 3混凝土中水泥用量为混凝土中水泥用量为266kg266kg，石灰石粉掺量为，石灰石粉掺量为114kg114kg，硅灰掺量为，硅灰掺量为40kg40kg，水胶比为，水胶比为0.380.
42、38，坍落度为，坍落度为18-2318-23，2828天天抗压强度为抗压强度为67MPa67MPa，绝热温升为，绝热温升为3030，其它指标，其它指标均符合要求。均符合要求。我们的研究我们的研究石灰石超细粉对中低强度等级混凝土石灰石超细粉对中低强度等级混凝土性能的影响性能的影响石灰石超细粉对高强度等级混凝土性石灰石超细粉对高强度等级混凝土性能的影响能的影响石灰石超细粉对中低强度等级混石灰石超细粉对中低强度等级混凝土性能的影响凝土性能的影响超细石灰石粉混凝土的工作性超细石灰石粉混凝土的工作性工作性是混凝土的重要技术指标，是本课题主要工作性是混凝土的重要技术指标，是本课题主要研究了：研究了：1.超
43、细石灰石粉超细石灰石粉对混凝土坍落度的影响和在达到对混凝土坍落度的影响和在达到相同坍落度时（相同坍落度时（200mm）混凝土单位体积用水）混凝土单位体积用水量的影响量的影响2.超细石灰石粉对胶砂流动度和胶砂流动度损失超细石灰石粉对胶砂流动度和胶砂流动度损失的影响的影响相同单位用水量时混凝土配合比及坍落度的变化相同单位用水量时混凝土配合比及坍落度的变化编编号号C C（kg/mkg/m3 3）FAFA（kg/mkg/m3 3）LSLS（kg/mkg/m3 3）W/BW/BA A（kg/mkg/m3 3）SpSp（%）SLSL（mmmm）X1X12202201801800 00.350.357.27
44、.243432020X2X222022012012060600.350.357.27.243438585X3X322022010010080800.350.357.27.24343190190X4X422022080801001000.350.357.27.24343180180表表表表1 1 1 1 相同水胶比混凝土与坍落度试验数据相同水胶比混凝土与坍落度试验数据相同水胶比混凝土与坍落度试验数据相同水胶比混凝土与坍落度试验数据 相同坍落度时混凝土单位体积用水量变化相同坍落度时混凝土单位体积用水量变化表2 相近坍落度不同水胶比混凝土用水量试验数据编号编号C C（kg/mkg/m3 3）FAFA
45、（kg/mkg/m3 3）LSLS（kg/mkg/m3 3）W W（kg/mkg/m3 3）A A（kg/mkg/m3 3）SpSp（%）SLSL（mmmm）X5X52202201801800 01601605.255.254343230230X6X622022012012060601551555.255.254343200200X7X722022010010080801451455.255.254343215215X8X822022080801001001421425.255.254343215215半小时胶砂流动度损失半小时胶砂流动度损失编号编号编号编号初始流动度初始流动度初始流动度初始流
46、动度半小时流动度半小时流动度半小时流动度半小时流动度流动度损失流动度损失流动度损失流动度损失LS0LS0LS0LS016016016016011011011011050505050LS15LS15LS15LS1525525525525518818818818867676767LS20LS20LS20LS2026526526526520020020020065656565LS25LS25LS25LS2528028028028021321321321367676767从上表可知，掺有超细石灰石粉的砂浆初始流动度明显高于从上表可知，掺有超细石灰石粉的砂浆初始流动度明显高于从上表可知，掺有超细石灰石粉
47、的砂浆初始流动度明显高于从上表可知，掺有超细石灰石粉的砂浆初始流动度明显高于基准组，但半小时流动度损失略高于基准组。基准组，但半小时流动度损失略高于基准组。基准组，但半小时流动度损失略高于基准组。基准组，但半小时流动度损失略高于基准组。通过净浆黏度通过净浆黏度通过净浆黏度通过净浆黏度试验发现，试验发现，试验发现，试验发现，掺有掺有掺有掺有20%20%20%20%超细石灰石粉的净浆黏度，仅为不掺的超细石灰石粉的净浆黏度，仅为不掺的超细石灰石粉的净浆黏度，仅为不掺的超细石灰石粉的净浆黏度，仅为不掺的三分之二三分之二三分之二三分之二注：表中单位均为毫米注：表中单位均为毫米注：表中单位均为毫米注：表中
48、单位均为毫米超细石灰石粉混凝土力学性能超细石灰石粉混凝土力学性能超细石灰石粉混凝土相同用水量下超细石灰石粉混凝土相同用水量下混凝土抗压强度混凝土抗压强度编号编号编号编号LS(%)LS(%)LS(%)LS(%)3d3d3d3d7d7d7d7d28d28d28d28d56d56d56d56dX1X1X1X10 0 0 018.718.718.718.729.729.729.729.740.740.740.740.747.347.347.347.3X2X2X2X21515151518.918.918.918.925.225.225.225.237.737.737.737.742.142.142.14
49、2.1X3X3X3X32020202018.518.518.518.527.127.127.127.138.338.338.338.345.745.745.745.7X4X4X4X42525252519.119.119.119.128.628.628.628.638.238.238.238.244.344.344.344.3注：注：注：注：1 1 1 1、表中除、表中除、表中除、表中除LSLSLSLS外单位均为外单位均为外单位均为外单位均为MPaMPaMPaMPa 2 2 2 2、单位体积用水量为、单位体积用水量为、单位体积用水量为、单位体积用水量为140kg/m140kg/m140kg/m1
50、40kg/m3 3 3 3超细石灰石粉混凝土相同坍落度不同用水量下超细石灰石粉混凝土相同坍落度不同用水量下超细石灰石粉混凝土相同坍落度不同用水量下超细石灰石粉混凝土相同坍落度不同用水量下抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度注：表中除水外强度数据单位均为注：表中除水外强度数据单位均为注：表中除水外强度数据单位均为注：表中除水外强度数据单位均为MPaMPaMPaMPa编号编号编号编号W W W WLSLSLSLS3d3d3d3d7d7d7d7d28d28d28d28d56d56d56d56dX5X5X5X51601601601600%0%0%0%16.716.716.716.720.620.620.6