高性能混凝土-课件

高性能混凝土PPT第1章概述第二章高性能混凝土原料国家大剧院，钢筋混凝土结构，C1002大家好

水泥混凝土的组成材料：水泥Cement水Water细集料Fineaggregate粗集料Coarseaggregate混凝土外加剂Concreteadmixture改善混凝土的性能

3大家好本章主要内容：第一节水泥第二节矿物外加剂第三节集料第四节化学外加剂4大家好第一节水泥一、水泥的类别和品种类别：通用水泥、特性水泥、专用水泥等品种：硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥：熟料+石膏≥80且＜95，混合材＞5且≤20硅酸盐水泥，代号P·O；

粒化高炉矿渣≤5%或石灰石≤5%的Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ熟料+石膏=100%的称I型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ5大家好

矿渣硅酸盐水泥P·S：熟料+石膏≥50且＜80，粒化高炉矿渣＞20且≤50的为A型（P·S·A）；熟料+石膏≥30且＜50，粒化高炉矿渣＞50且≤70为B型（P·S·B）；火山灰质硅酸盐水泥P·P：熟料+石膏≥60且＜80，火山灰质混合材＞20且≤40；粉煤灰硅酸盐水泥P·F：熟料+石膏≥60且＜80，粉煤灰＞20且≤40；复合硅酸盐水泥P·C：熟料+石膏≥50且＜80，混合材总量＞20且≤50。6大家好大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静

二、水泥的物理性能对高性能混凝土的影响1.密度和容重水泥的密度：物料在没有孔隙状态下单位体积的质量。容重(自然密度)：物料在自然状态下（包括孔隙）单位体积的质量。影响因素：熟料矿物组成熟料的煅烧程度混合材的种类与掺加量8大家好

2.细度

水泥细度与水泥性能紧密相关，影响水泥的凝结硬化时间、强度、需水性、干缩性、水化热等。水泥颗粒细，凝结快，早期强度高，泌水性小；但过细也不利，如需水量增加，干缩大，水化放热集中，电耗增大。在高性能混凝土中，水泥过细，容易导致混凝土早期开裂，还会影响外加剂的作用效果。水泥细度表示方法：筛余、比表面积、颗粒级配。9大家好

3.需水性混凝土中水的作用：①与水泥矿物水化，使混凝土凝结硬化，产生强度于；②使混凝土具有一定的可塑性和流动性③水泥水化所需的不以外的游离水会在硬化浆体中留下空隙，降低混凝土的强度和耐久性。10大家好

水泥标准稠度用水量：按规定的方法搅拌，使水泥净浆达到规定可塑状态时的需水量拌和水/水泥质量。影响水泥净浆需水性的因素：熟料矿物组成水泥粉磨细度混合材的种类与掺加量11大家好

4.凝结时间初凝时间+终凝时间维卡仪(初凝+终凝针)影响凝结时间的因素：熟料的矿物组成：如C3A含量石膏掺量碱含量熟料煅烧情况游离氧化钙含量12大家好维卡仪13大家好

5.水泥体积安定性水泥硬化后产生不均匀的体积变化。安定性不良可能产生的后果：使水泥制品或混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故。原因：熟料中所含的游离氧化钙过多；熟料中所含的方镁石含量；水泥中掺入的石膏过多。14大家好

6.强度等级例如：P.O水泥可分为：42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R其它类型的可分为：32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5，52.5R15大家好

7.影响水化热的因素：熟料矿物组成*：影响最大水泥细度混合材掺量和质量水灰比养护温度16大家好

8.水泥收缩：分为四种：自身收缩和化学收缩水化时绝对体积减少（约7%-9%）引起——影响因素主要是矿物组成。干缩水泥浆体中水分蒸发而引起。冷缩由于温度下降所引起，又称温度收缩。17大家好

碳化收缩在一定相对湿度条件下，空气中的CO2会使水泥硬化浆体中的水化产物，如Ca(OH)2、水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙分解，并释放出水分，从而引起收缩。影响因素：养护制度环境湿度不均匀的收缩将在制品中产生内应力，甚至发生裂缝，影响质量和耐久性。18大家好

9.耐磨性：质量损失率。影响水泥耐磨性的因素：水泥品种混合材种类和掺量水泥强度越高，则耐磨性越好。19大家好

10.抗硫酸盐侵蚀性硫酸盐侵蚀：指水化硅酸盐水泥浆体中的矿物与来自环境的硫酸盐离子之间的物理—化学作用引起的混凝土破坏。地下水的硫酸盐主要源于含CaSO4、Na2SO4、K2SO4和MgSO4的土壤。硫酸盐侵蚀程度与以下因素有关：①侵蚀溶液中的硫酸盐含量；②其他的阴阳离子种类及含量。eg：如SO4盐浓度超过1500mg/L，发生SO4盐侵蚀的可能性就大；在氢、镁、氨、氯、硝酸根和碳酸根离子共存的条件下，SO4盐的侵蚀将更严重。20大家好

影响混凝土抗硫酸盐侵蚀性的因素：混凝土的密实性水泥石空隙率大，抗渗能力差，易受侵蚀破坏。水泥的矿物组成CaO高，抗侵蚀能力差混合材的种类和掺量掺加FA、SG、Pozzolan可提高水泥的抗侵蚀能力。21大家好

三、高性能混凝土用水泥的选择选择依据：足够的强度良好的流变性与高效减水剂有好的适应性多使用425号以上（尤其是525号）硅酸盐水泥、P.O或中热水泥。综合考虑水泥的各项性能和水泥的成本，选择流变性好、早期反应性能低的水泥。22大家好第二节矿物外加剂一、概述在混凝土中加入矿物外加剂的目的：减少水泥用量；改善混凝土的工作性；降低水化热；增进后期强度；改善混凝土的内部结构，提高抗渗性和抗腐蚀能力；抑制碱一集料反应。

23大家好

矿物外加剂的定义：用于改善混凝土耐久性能而加入的、磨细的各种矿物掺合料称作矿物外加剂。矿物外加剂主要特征：是磨细矿物材料，细度比水泥颗粒小。矿物外加剂的主要种类：磨细矿渣；硅灰；粉煤灰；天然沸石；煅烧煤矸石、磨细石灰石等。24大家好

二、磨细矿渣（一）磨细矿渣的来源矿渣是在炼铁炉中浮于铁水表面的熔渣，排出时用水急冷，得到水淬矿渣，生产矿渣水泥和磨细矿渣用的都是这种粒状渣。磨细矿渣是将这种粒状高炉水淬渣干燥，再采用专门的粉磨工艺磨至规定细度，在混凝土配制时掺入的一种矿物外加剂。

25大家好

矿渣的粉磨：单纯的磨细；在粉磨时可以掺入适量的石膏（石膏掺量以掺量以SO3为控制指标，应小于4％）；由于矿渣较为难磨，为提高粉磨效率，在矿渣粉磨时还允许掺入不大于矿渣质量1％的助磨剂；注意：石膏的性能应符合GB/T5483—2008《石膏和硬石膏》的规定；助磨剂应符合JC/T667《水泥粉磨用工艺外加剂》的要求。26大家好

（二）磨细矿渣的化学成分和物理性质1．化学成分矿渣的主要化学组成为CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等。用质量系数K来评价粒化高炉矿渣的活性：

质量系数值越大，矿渣的活性越高。用于生产高性能混凝土用的矿物外加剂的矿渣质量系数K应该大于1.2。粒化高炉矿渣的活性，还与成料条件（淬冷前熔融矿渣的温度、淬冷方法以及淬冷速度等）有关。27大家好

矿渣粉中常见的有害成分：Cl-：如对钢筋有锈蚀作用；碱含量：影响混凝土碱一集料反应；MgO、SO3：影响混凝土体积稳定性。

28大家好

2.矿物组成XRD图谱表明，水淬矿渣中含有：玻璃体：量较大；钙镁铝黄长石；硅酸一钙或硅酸二钙结晶态组分。因此水淬矿渣具有微弱的自身水硬性？。3.细度磨细矿渣细度对混凝土性能影响很大，矿渣微粉的颗粒群形态，诸如颗粒级配、粒径分布、颗粒形貌等特征参数与水泥基材料的流动性、密实性及力学性能也都有密切关系29大家好

比表面积平均粒径300m2/kg21.2μm400m2/kg14.5μm800m2/kg2.5μm

粒径大于45μm的矿渣颗粒很难参与水化反应。用于HPC的磨细矿渣的细度一般要求BET达到400m2/kg以上，以较充分地发挥其活性，减小泌水性。BET为600～l000m2/kg的磨细矿渣用于配制HSC时的最佳掺量为30～50％。30大家好

矿渣细度对混凝土性能的影响：缺陷

1、矿渣越细活性越高，掺入混凝土后，早期产生的水化热越大，越不利于降低混凝土的温升；

2、SG的BET超过400m2/kg，用于很低水胶比的混凝土时，混凝土早期的自收缩随SG掺量的增加而增大；

3、矿渣粉磨得越细，掺量越大，则低水胶比的HPC拌和物越黏稠；

4、粉磨矿渣要消耗能源，成本较高。31大家好

4．磨细矿渣需水量比和胶砂活性指数测定—HPC

磨细矿渣需水量比和胶砂活性指数是其在HPC中应用时的重要质量指标。需水量比：受检砂浆的流动度达到基准砂浆相同的流动度时，两者用水量之比。活性指数：用50％矿渣替代水泥制作的试验胶砂试件，抗压强度与纯水泥制作的基准胶砂试件抗压强度之比。实验表明：随着磨细矿渣BET的增大，需水量比有下降的趋势，抗压强度比在不同龄期均有明显增大的趋势。——磨细是提高矿渣活性的一有效措施。32大家好

（三）磨细矿渣的贮存、包装和运输注意防潮。活性（四）磨细矿渣掺入对混凝土综合性能影响1、改善混凝土的工作性：在水泥水化初期，胶凝材料系统中的矿渣微粉分布并包裹在水泥颗粒的表面，能起到延缓和减少水泥初期水化产物相互搭接的隔离作用。33大家好

2、显著地改善并提高混凝土的强度和耐久性能：磨细矿渣在碱激发、硫酸盐激发或复合激发下具有反应活性，与水泥水化所产生的Ca(OH)2发生二次水化反应，生成低钙型的水化硅酸钙凝胶，在水泥水化过程中激发、诱增水泥的水化程度，加速水泥水化的反应进程，还能改善混凝土的界面结构。3．磨细矿渣对胶凝材料系统需水量影响使用磨细矿渣可降低系统的标准稠度用水量。34大家好

4．磨细矿渣对胶凝材料系统水化热的影响加缓凝组分可大大延缓胶凝材料系统的水化放热过程。磨细矿渣的加入，延缓了胶凝材料的水化速度，使混凝土的凝结时间延长了，这一性质变化对高温季节混凝土的输送和施工有利，但在冬季施工时要注意防冻，掺加适量的早强剂、防冻剂可以得到要求的性能指标35大家好

5．磨细矿渣对水泥胶砂性能的影响①流动性：在相同用水量的条件下，掺不同比表面积及不同比例的磨细矿渣，可不同程度地改善胶砂的流动性；②强度：掺入400m2/kg的磨细矿渣，其早期强度随掺量增加有所下降，且低于基准砂浆，但至60d时，胶砂强度与基准砂浆相似；掺入800m2/kg的磨细矿渣，各种不同掺量的胶砂强度均高于基准砂浆，后期强度也高于基准砂浆。36大家好

6．磨细矿渣对混凝土抗硫酸盐性能的影响硫酸盐侵蚀的机理：与形成的新的钙矾石（三硫型水化硫铝酸钙）有关。其机理为：钙矾石是硫酸盐离子与高C3A硅酸盐水泥浆体中的水化产物之间发生化学反应的产物。C3A·C·H18+2CH+2+12H→C6A3H32（C3A·3C·H32）C3AH19+2CH+3+11H→C6A3H3237大家好

用磨细矿渣替代部分硅酸盐水泥，可改善混凝土的抗硫酸盐性的原因：

①随着磨细矿渣的加入，混凝土拌和物中的C3A含量降低，矿渣的取代率越大，C3A含量降低得越多；②由于形成水化硅酸钙，可溶性CH减少，这样减少了形成硫酸钙的条件；③抗硫酸盐腐蚀在很大程度上取决于混凝土的渗透性，而且硅酸钙水化物在微孔中形成时，一般有碱及钙的氢氧化物，降低了混凝土渗透性，从而防止了侵蚀性硫酸盐浸入38大家好

7．磨细矿渣抑制碱一集料反应在混凝土中掺入矿渣后，矿渣对抑制混凝土中的碱一集料反应是有利的。原因：①这些矿物外加剂的掺入降低了单位混凝土中碱含量；②由于磨细矿渣填充作用，更进一步提高了混凝土的致密性及不渗水性，在磨细矿渣混凝土中，由于渗透性降低。碱离子的活动能力大大下降，这是阻止碱一集料反应发生的重要因素。抑制效果与磨细矿渣取代硅酸盐水泥数量和矿渣的细度有关。39大家好

8．磨细矿渣对混凝土泌水的影响现象：①磨细矿渣加入混凝土后，混凝土的凝结时间会延长。②平滑、致密、吸附性较水泥粒子差的磨细矿渣可能会使混凝土的泌水增大。泌水性还与取代水泥的磨细矿渣的细度有关。若磨细矿渣的BET大于水泥，则泌水就会减少。磨细矿渣的BET越大，减少泌水的效果越加明显。反之，则泌水率增大。40大家好

三、粉煤灰（一）粉煤灰来源粉煤灰也叫飞灰(flyash)，是由燃煤电厂烟囱收集的灰尘。粉煤灰可作为粉煤灰水泥的混合材、混凝土中降低成本和水化热功能的掺合料。粉煤灰作为矿物外加剂代替部分水泥配制HSC。41大家好

粉煤灰分类：

按照煤种分为F类(由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰)和C类(由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，CaO含量>10％)。把拌制混凝土和砂浆用的粉煤灰按其品质分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等级，具体要求见表2-16(p24)42大家好

（二）粉煤灰的化学成分和物理性质粉煤灰的成分和性能变化较大，而且与许多因素有关。例如煤的品种和质量、煤粉细度、燃点、氧化条件、预处理及燃烧前的脱硫、粉煤灰的收集和存储方法等1.化学成分我国大部分火力发电厂排放和生产的粉煤灰其成分为：SiO240～50％,A12O320～35％,Fe2O35～l0％,CaO20～5％，烧失量3～8％。43大家好

2.矿物组成含有大量球状玻璃珠(中空或实心的)，以及莫来石、石英和少量矿物结晶相(方解石、钙长石、β-C2S、赤铁矿和磁铁矿等)。3．粉煤灰的物理性质和品质要求(1)颜色粉煤灰颜色呈浅灰色或黑色，直接反映粉煤灰的含碳量和细度。对于表观和色调有要求的混凝土，应选浅色和匀质的粉煤灰。影响粉煤灰的颜色因素：燃烧条件、粉煤灰的组成（特别是含碳量）、细度、含水量等变化。44大家好

(2)密度和容重密度指标是评定粉煤灰生产稳定性（生产质量+均匀性）的一个重要指标。如果密度发生变化，则表明质量可能发生了变化。另外，还可借此判断粉煤灰的均匀性。低钙粉煤灰的密度为1.9～2.4，容重的变化范围为600～1000kg/m3；高钙粉煤灰容重约为800-1200kg/m3。

美国标准规定粉煤灰密度的波动范围应在5％以内。45大家好

(3)细度原状灰的细度与电厂制煤系统和收尘装置有关。粉煤灰细度范围：颗粒中的玻璃微珠粒径为0.5～l00μm，大部分在45μm以下。平均粒径为10～30μm；海绵状颗粒粒径(含碳粒)范围为10～300μm，大部分在45μm以下。Ⅰ级灰和磨细粉煤灰中海绵状颗粒较少。粉煤灰的细度的评定：GBl8736规定以45μm(用气流筛测定)筛余百分数和透气法测BET。

粉煤灰的细度对其需水量比有明显的影响46大家好

(4)需水量比需水量比：是指按现行规范，采用水泥砂浆的跳桌流动度试验来测定需水量比，即在跳桌流动度相等（130~140mm范围）的条件下，粉煤灰水泥砂浆需水量与不掺粉煤灰的水泥砂浆需水量之比(对比磨细矿渣)粉煤灰具有需水量比较低的优点。在混凝土中掺加粉煤灰，除非含碳量较高，一般不会增加混凝土的用水量。

47大家好

跳桌流动度水泥胶砂流动度仪--平均扩散直径--该水量的水泥胶砂流动度。48大家好

(5)活性指数粉煤灰中各组分的活性：有活性的：硅酸盐或铝硅酸盐玻璃体的微细颗粒、微珠和海绵状玻璃体；活性不明显的：结晶体，如石英等；富铁微珠活性较低甚至惰性；惰性成分：莫来石等；碳粒则不是火山灰物质。一般说，玻璃体与结晶体比值越高，粉煤灰的活性也越好。

49大家好

粉煤灰的需水量比指标与混凝土用水量之间有如下关系：①需水量比指标在105％以上，粉煤灰混凝土的用水量与基准混凝土用水量相同；②需水量比在95％以下，则能比较容易地确保减少原来混凝土的用水量；因此，需水量比在100％左右，掺加粉煤灰就可能在一定条件下取得减水效果；如果粉煤灰需水量比超过105％，那么在粉煤灰混凝土配合比设计中就不得不增加水量。

我国GBl8736规定用在HPC中的Ⅰ级灰需水量不大于95％，Ⅱ级灰不大于l05％。50大家好

高性能混凝土对粉煤灰活性的要求(GB/Tl8736)：

粉煤灰

生产HPC时，选用Ⅰ级粉煤灰有利于降低混凝土的水胶比，提高化学外加剂的作用效果，提高混凝土的强度等级。51大家好

(6)含水量粉煤灰中水分的存在会使活性降低，产生一定的黏附力，易于结团。影响干状粉煤灰的运输、贮存和应用，GBl8736标准规定粉煤灰含水量最大值为1％。

(7)干缩美国标准将干缩性作为非强制性的粉煤灰品质指标。要求28d龄期试件干缩增加率不大于0.03％。我国GB／T18736标准对粉煤灰的干缩值未做具体要求。

52大家好

4．粉煤灰的化学性质和品质要求粉煤灰的活性主要决定于玻璃体的含量，以及无定形氧化铝和氧化硅的含量。

在生产HPC时应注意选择粉煤灰，特别是注意以下成分对混凝土性能的影响：(1)SiO2、Al2O3和Fe2O3含量SiO2和A12O3是粉煤灰中的主要活性成分。53大家好

各国标准规定：美国：ASTMC618要求低钙粉煤灰中(SiO2+A12O3+Fe2O3)≥70％；日本：JISA6201要求SiO2≥45％；前苏联：标准FOCT6269要求SiO2≥40％。前苏联的6Л·ДOHИЛOB认为A12O3含量为20～30％，属高活性的粉煤灰；A12O3<20％的为低活性粉煤灰。54大家好

前苏联的Г.H.KHHГHHa提出用指数K表示粉煤灰的活性，根据K值把粉煤灰分成四大类。如表2-22所示。我国：由于我国多数电厂粉煤灰的(SiO2+A12O3)均在60％以上，(SiO2+A12O3+Fe2O3)的含量都大于70％。故GBl8736对粉煤灰(SiO2+A12O3+Fe2O3)的含量未做规定，而是通过活性指数试验来直接确定粉煤灰的活性。55大家好

(2)CaO含量高钙粉煤灰：火力发电厂采用褐煤、次烟煤作为燃料而排放的一种氧化钙成分较高的粉煤灰。高钙粉煤灰的特点：成分好：除二氧化硅和氧化铝（水硬性晶体矿物）外，一般还含有10％以上氧化钙（有潜在活性）；粒径小：高钙粉煤灰比普通低钙粉煤灰粒径更小，用作水泥混合材或混凝土掺合料具有减水效果好、早期强度发展快的特点。56大家好

良好的活性：

高钙粉煤灰具有水硬性，其活性介于矿渣和低钙粉煤灰之间。颜色：通常高钙粉煤灰的颜色偏黄，低钙粉煤灰的颜色偏灰。安定性问题：由于高钙粉煤灰中含有一些游离氧化钙，如果使用不当，可能会造成体积安定性不良的后果，生产水泥制品时出现产品变形，开裂、溃散，给建筑带来严重的安全隐患。57大家好

高钙粉煤灰的应用：●安定性合格

《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596—2005）标准中规定C类粉煤灰(即CaO>10％的粉煤灰)必须按照GB/Tl76和GB/Tl344规定的方法进行水泥沸煮安定性试验(高钙粉煤灰的掺量为30％等量取代水泥)和游离氧化钙含量测试。安定性试验合格，并且其中游离氧化钙含量小于4.0％。高钙粉煤灰可用于水泥和混凝土中。游离氧化钙与煤的结构、组成及燃烧工艺有关，可从改进燃煤工艺、燃烧设备来降低高钙灰中游离氧化钙的含量。58大家好

北京市地方性标准DBJ/T01-64-2002《混凝土矿物掺合料应用技术规程》规定：●高钙粉煤灰不宜用于复合掺合料；●不得用于掺膨胀剂或防水剂的混凝土中；●高钙粉煤灰用于结构混凝土时，根据所用水泥品种的不同，其掺量不应超过以下限制：在矿渣硅酸盐水泥中<10％，在普硅水泥中<15％，在硅酸盐水泥中<20％。59大家好

(3)烧失量粉煤灰的烧失量主要是含碳量，即粉煤灰中的未燃尽煤粒。粉煤灰中未燃尽的碳可按烧失量指标来估量。含碳量越高，其吸水越大，活性指数越低。粉煤灰烧失量对混凝土的影响：粉煤灰烧失量过高会严重影响对混凝土中含气量的控制；在HPC中含碳量还会影响外加剂作用效果60大家好

HPC对粉煤灰烧失量的要求：烧失量含量越少越好。美国：ASTM标准要求≤10％，美国垦务局标准要求≤5％；日本：也要求≤5％；前苏联：要求≤10％；我国：GB/T18736规定Ⅰ级粉煤灰的含碳量应小于5％，Ⅱ级粉煤灰的含碳量小于8％。由于燃煤技术的进步，我国绝大多数粉煤灰的烧失量能够满足≤5％的要求。61大家好

(4)SO3含量SO3过高，可能生成破坏性的钙矾石。我国规范把粉煤灰中的SO3视为有害成分而限制，GB18736中规定该值应≤3％。(5)有效碱(Na2O、K2O)含量碱的作用：Na2O和K2O能加速水泥的水化反应；激发粉煤灰化学活性；促进粉煤灰与Ca(OH)2的二次反应。增加单位体积混凝土中的碱含量(R2O·eq=Na2O+0.658K2O)。62大家好

应用中主要控制总碱量。这主要是考虑到单方混凝土总碱含量是由水泥、矿物外加剂、化学外加剂等各组分碱含量之和确定的，可以通过多种途径来控制混凝土的总碱含量。在其他组分碱含量得到控制的条件下，可以使用碱含量稍高的粉煤灰，而仍然把总碱量控制在要求的范围内。所以，GB/Tl8736中没有对粉煤灰的有效碱含量直接提出指标要求。同时GB/Tl8736中规定：对于各种矿物外加剂均应按GB/T176的测试方法测定其总碱量。63大家好

（三）粉煤灰对HPC性能的影响在混凝土中掺入粉煤灰，可得到大幅度改善混凝土的长期耐久性能。粉煤灰的作用机理：消耗水泥水化时生成氢氧化钙片状结晶；水化缓慢，后期才生成少量C-S-H凝胶，填充于水泥水化生成物的间隙，使其更加密实对于HPC用的优质和磨细粉煤灰，还存在着形态效应、填充效应和微集料效应等。64大家好

1．粉煤灰对新拌混凝土工作性的影响(1)对混凝土和易性的影响和易性：是指混凝土是否易于施工操作和均匀密实的性能，是一个很综合的性能，其中包含流动性、粘聚性和保水性。影响和易性主要有用水量、水灰比、砂率以及包括水泥品种、骨料条件、时间和温度、外加剂等几个方面。掺用粉煤灰可改善混凝土浆体的和易性65大家好

机理：增大了浆体的体积：用FA取代等质量的水泥，FA的体积要比水泥约大30％，因此增大了浆体与集料的比例。大量的浆体填充了集料间的空隙，包裹并润滑了集料颗粒，从而使拌和物具有更好的黏聚性和可塑性。FA可以减少浆体——集料界面的摩擦，从而改善新鲜混凝土的和易性。对防止新拌混凝土的泌水有利：FA的掺入可以补偿细集料中的细屑，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，同时粉煤灰需水量较低66大家好

(2)对胶凝材料流动度的影响可用流动度比表征粉煤灰对流动度的影响，该值能比较直观地反映掺粉煤灰后对胶砂流动性的改善效果，又可提高测试效率，简化试验方法。流动度比：在固定W/C下，粉煤灰水泥砂浆与未掺粉煤灰的水泥砂浆的流动度之比清华大学采用测定胶砂流动度比的试验方法对此进行了系统研究，试验结果如表2-25所示(p31)。

67大家好

试验结果表明：FA可改善水泥胶砂的流动性，但水泥不同、FA不同，效果有差异；FA越细，对胶砂流动性越有利，流动性比越大；在没有外加剂的条件下，FA过细，并不能充分发挥FA球形颗粒的粒形效应，所以流动性指标没有显示出更大变化。这是由于FA本身的BET增加过多，分散效果不佳导致。68大家好

HPC通常使用高效减水剂将水胶比降低后可获得较高的强度和较好的流动性。结果表明：随着水胶比的降低，不掺FA的水泥胶砂需借助于较多的高效减水剂，才能达到理想流动性，而掺入细度、粒形较好的FA能明显改善胶砂的流动性，使减水剂的用量大大减少。在低水灰比、掺高效减水剂的条件下。FA流动性的改善效果随着FA细度的增高而提高。因此，从改善HPC工作性能的角度看，掺入的FA越细，混凝土的流动性越好。69大家好

(3)对混凝土凝结时间的影响现象：掺粉煤灰一般会使混凝土的凝结时间延长。粉煤灰导致的缓凝受其掺量、细度、化学成分等的影响。措施：为保证水泥初凝后的水化能够正常进行，应在初凝后立即进行洒水保湿养护由于影响凝结时间的因素较多，因此，应该通过试验预测凝结时间，以确定试件开始浸水养护的时间。70大家好

图2-2粉煤灰掺量对高强水泥砂浆凝结时问的影响71大家好

2．掺粉煤灰对混凝土力学性能的影响（1）不同水胶比条件下粉煤灰对胶砂强度的影响普通混凝土中：掺一定量FA可使混凝土的强度增长。原因：FA的火山灰效应——FA中玻璃态活性氧化硅、氧化铝与水泥水化产生的Ca(OH)2作用生成碱度较小的二次水化硅酸钙、水化铝酸钙。

72大家好

HPC中（水胶比很低）：在未掺高效减水剂、水胶比为0.44的条件下，掺入30％的FA代替等量的硅酸盐水泥，水泥胶砂的28d强度明显下降，28d抗压强度比值只有0.72～0.74。而加入高效减水剂后，即在低水胶比条件下掺入30％的FA替代水泥，胶砂强度下降很少。因此在低水胶比条件下，可以掺入较大量FA替代水泥，而胶砂强度下降很少。73大家好

（2）养护制度对大掺量粉煤灰高强胶砂性能的影响胶砂的抗压强度、抗折强度随养护时间的延长呈增长趋势。

图2-5养护温度对大掺量粉煤灰胶砂抗折强度的影响养护温度对掺粉煤灰胶砂的强度影响很大。74大家好

(3)粉煤灰掺量对胶砂强度的影响现象：采用标准条件养护时，随粉煤灰掺量的增加，胶砂的抗压强度和抗折强度均呈下降趋势，尤其是抗折强度下降比较明显。措施：高温养护：早期高温养护可以消除掺入粉煤灰带来的强度下降的问题。保证搅拌的均匀性：物料的均匀程度对混凝土强度有较大影响。粉煤灰是一种极细的粉料，遇水后易黏结成团，掺粉煤灰的混凝土应注意保证搅拌的均匀性。由于物料水胶比较小，宜用强制式混凝土搅拌机。75大家好

3．掺粉煤灰对混凝土水化热的影响在混凝土中掺入粉煤灰可以降低水化热。原因：减少了水泥的用量。水化放热的多少和速度取决于掺入FA的比例。由于采用水泥新标准后，使早强矿物硅酸三钙含量提高，粉磨细度加大，这些因素的叠加，导致混凝土早期硬化过程中温度升高明显加剧。

在低水胶比条件下，掺加大量FA混凝土可以明显减低水化温升，而且由于能够很快通过最初的缓慢凝结与硬化期，强度的发展迅速加快。76大家好

4．掺粉煤灰对混凝土耐久性的影响（1）抗冻性质量差的粉煤灰随掺量增加，使混凝土的抗冻融耐久性剧烈降低。但当掺用质量较好的粉煤灰同时适当降低水灰比，则可以收到改善抗冻融耐久性的效果。如果粉煤灰混凝土含气量适宜，使用较好的集料，冻融前混凝土得以充分养护，则抗冻性可与普通混凝土相媲美。FA的细度和烧失量，特别是烧失量对粉煤灰混凝土的抗冻性影响最大，随着FA细度和烧失量的增加，FA混凝土的抗冻性降低77大家好

（2）碳化

在HPC中，如果用FA以较高比例等量取代水泥，可能存在碳化问题，故GBJl46～90规定了FA在混凝土中取代水泥的限量。防止掺粉煤灰混凝土碳化，首要因素是确保粉煤灰混凝土的密实度。只有密实度得到保证，抗碳化能力才能得以提高。78大家好

5．粉煤灰与碱——集料反应现象：粉煤灰对抑制混凝土中的碱一集料反应是有利的。当向混凝土中掺入粉煤灰后，粉煤灰和水泥中的碱反应能够防止这种过度的膨胀。机理：粉煤灰对ASR的抑制作用表现为对混凝土中碱和Ca(OH)2的作用，可概括为：①粉煤灰对碱的物理稀释作用；②粉煤灰酸性颗粒对R+(Na+、K+)和OH-的滞留、吸附作用；79大家好

③粉煤灰与Ca(OH)2的火山灰反应减少甚至消除体系中的Ca(OH)2；④粉煤灰与Ca(OH)2的火山灰反应生成的低Ca／Si比、较高比表面积的C-S-H产物对碱的吸附和滞留；⑤粉煤灰与水泥水化产物的火山灰反应使水泥石结构致密化，从而阻止碱液的迁移，减低R+和OH-在水泥石中的扩散系数等。国内外实践表明，由于粉煤灰对抑制混凝土中的碱一集料反应是有利的，在计算混凝土的总碱量时，粉煤灰带入的有效碱量按照粉煤灰总碱含量的15％计算。

80大家好

6．高掺量粉煤灰混凝土的耐久性掺加适量Ⅰ级FA，可以显著降低混凝土的温升，改善混凝土亚微结构，并有利于后期强度的发展，提高混凝土的耐久性。掺量过高，会有混凝土贫钙问题。考虑到碳化等因素，FA掺量在50％以上时Ca(OH)2就有可能过少甚至不再存在，使体系发生缺钙而造成水化产物不稳定，抵抗溶蚀能力减弱，耐久性受到影响。81大家好

四、硅灰

（一）硅灰的来源硅灰(SilicaFume)是铁合金厂在冶炼硅铁合金或金属硅时，从烟气净化装置中回收的工业烟尘，在袋滤器中收集。北欧各国将硅灰又称为凝聚硅灰(CondensedSilicaFume)，在美国和加拿大称为硅灰(SilicaDust)．也有叫微硅粉的。硅灰混凝土多用于有特殊要求的混凝土工程，如高强度、高抗渗、高耐久性、耐侵蚀性、耐磨性及对钢筋无侵蚀的混凝土中。82大家好

（二）硅灰的化学成分和物理性质1.化学成分优质硅灰中高达98％以上的组分都是无定形二氧化硅，是很好的火山灰材料。硅灰中SiO2含量依所生产的硅合金的类型不同而变化较大。用于混凝土的硅灰，SiO2应大于85％，并且绝大部分呈非晶态。非晶态SiO2愈多，硅灰火山灰活性愈大，在碱性溶液中反应能力愈强。83大家好

2．颜色根据有、无热回收系统装置，收集的硅灰的含碳量及颜色也不一样。带热回收系统回收的硅灰，由于回收系统温度高(700～800℃)，能使硅灰中所含的大部分碳都能燃烧掉，收集的硅灰含碳量很少(一般小于2％)，产品呈白色或灰白。无热回收装置的系统，由于气体温度低(200～300℃)，硅灰中含有一定的未完全燃烧的碳，产品呈暗灰色一般白度40～5084大家好

3．物理性能（1）密度和容重

硅灰的密度约为水泥的2/3，表观密度却只有水泥的1/6左右。（2）颗粒细度与形状硅灰的比表面积可达l5m2/g以上，颗粒形状是球形的，平均粒径约0.1～0.2μm，比水泥颗粒细两个数量级。85大家好

(三)硅灰的贮存、包装和运输硅灰是一种极细的材料，容重又很小(180～230kg/m3)，不易贮存、运输。非凝聚硅灰运费高，不经济；凝聚态硅灰：硅灰常以泥浆或高密度状态(凝聚体)供应。凝聚硅灰不起尘，也没有固结，容易流动，输送方面也经济；浆状硅灰：水与硅灰混合成浆状硅灰，比没有凝聚的硅灰输送价钱低，而且与化学外加剂容易混合，使用方便。86大家好

制备利于硅灰贮存、包装和运输形态的一般方法：(1)硅粉制粒、造球有的不配任何黏结剂，有的加入少量硅酸钠或碱金属的氢氧化物。制成的球粒一般为6～30mm大小，在200～250℃温度下干燥，或以900℃焙烧，制成的硅灰粒强度很高。日本、前苏联、美国还申请了硅灰制造成球的专利，建立了造球车间。87大家好

(2)水化制浆挪威里列比冶炼厂：在硅灰掺入60％～65％的水，经振动搅拌成浆状，泵送混凝土搅拌站进行利用。瑞典Alros合金公司：利用50／50比例用水将硅粉制成混凝土，进行贮存、运输。美国：酸化处理以后，可使水状悬浮物保持稳定的流动性，而且随时可获得良好再分离性的方法。前苏联车里雅宾斯克电冶联合工厂：用GB92-1-A型混凝土自动搅拌机制成粉浆，使硅灰容重提高到l250～1300kg/m388大家好

(3)硅灰增密挪威埃肯公司：增密后的硅灰堆密度提高3倍以上。凝聚体硅灰经混凝土搅拌机搅拌得以再分散。在实际应用硅灰时，一定要注意大块团聚硅粉颗粒的充分分散。保证加入硅粉的预期效果。89大家好

（四）硅灰对混凝土性能的影响无定形和极细的硅灰对高性能混凝土有益的影响表现在物理和化学两个方面：起超细填充料的作用；在早期水化过程中起晶核作用，并有高的火山灰活性。1．加速胶凝材料系统的水化用硅灰替代等量水泥后，系统3d和7d水化放热大大增加。控制早期水化放热90大家好

2．提高混凝土强度掺入硅灰的胶砂强度（抗压及抗折强度）均高于纯水泥胶砂的强度；当硅灰与高效减水剂复合使用时，可使混凝土的水胶比W/(C+Si)降至0.13～0.18，水泥颗粒之间被硅粉填充密实，混凝土的抗压强度为不掺硅粉的数倍；硅灰混凝土的早期强度好，常用在抢修工程和高层、大跨度、耐磨、抗腐等特殊工程上。但硅灰掺量过高，混凝土后期强度有下降趋势；91大家好

硅灰高强混凝土能提高抗冲磨强度3倍，抗侵蚀强度14倍，在水下工程中使用有突出优势在相同水用量的条件下，单掺硅灰，胶砂流动性下降。3．增加致密度颗粒密堆积，可以减少泌水，减少毛细孔的平均孔径，并减少需水量。硅灰颗粒很细小，可以填塞在水泥颗粒之间的空隙。硅灰的掺量在5％～l0％时，可以获得良好的掺加效果。应采用减水剂保证硅灰和水泥分散。92大家好

4．改善混凝土离析和泌水性能硅灰掺入量即取代率Si/(Si+C)愈多，混凝土材料愈难以离析和泌水。当取代率达l5％时，混凝土坍落即使达15～20cm，也几乎不产生离析和泌水;当取代率达20％～30％时，将该混凝土直接放入自来水中也不易产生离析。由于硅灰对混凝土离析和泌水性能的改善，使掺硅灰混凝土可以用作海港、隧道等水下工程。93大家好

5．提高混凝土的抗渗性、抗化学腐蚀性由于硅灰的掺入提高了混凝土的密实性，大大减少了水泥空隙，所以提高了硅灰混凝土的抗渗性能、抗化学腐蚀性，而且对钢筋的耐腐蚀性也有改善。原因：密实性的提高有效地阻止了酸离子的侵入和腐蚀作用。94大家好

6．硅粉对混凝土抗冻性的影响研究表明，在等量取代的情况下，掺量小于l5％的硅粉混凝土，其抗冻性基本相同，有时还会提高(如掺量5％～l0％时)，但掺量超过20％会明显降低硅粉混凝土的抗冻性。在HPC中，从减少早期塑性收缩和干缩考虑，一般把硅粉掺量控制在胶凝材料总量的l0％以内，这时由于气泡间距系数降低，抗冻性往往有所提高，试验数据见表2—39(p46)。

95大家好

7．硅灰与碱——集料反应当向混凝土中掺入硅灰后，硅灰和水泥中的碱反应，能够防止碱——集料反应产生的过度的膨胀。硅灰对抑制混凝土中的碱——集料反应是有利的。在计算混凝土的总碱量时，硅灰带入的有效碱量按照其总碱含量的50％计算。96大家好

由于硅灰的BET大，掺入硅灰后，混凝土的用水量增大，需改变高效减水剂掺量来调节混凝土的用水量。HPC中硅灰的掺量宜控制在5～l0％，这是因为硅灰会引起早期收缩过大的问题。硅灰的价格较贵，考虑到混凝土的成本．一般在C70级以下的混凝土中未必需要掺入硅灰。97大家好

五、天然沸石粉

（一）天然沸石粉来源1．沸石和沸石岩沸石是一族架状构造的