土木工程材料 第五章 水泥混凝土

土木工程材料——第五章水泥混凝土1、概述

2、主要技术性质

3、骨料

4、外加剂

5、混凝土配合比设计

6、混凝土质量控制31混凝土概述一．定义【水泥混凝土】是由胶凝材料（水泥）、水和粗细骨料（集料）及其它材料按适当的比例配合，经一定时间后硬化而成的人造石材。传统混凝土主要组成材料：水泥、骨料（分粗骨料与细骨料）、水。现代混凝土的组成材料：水泥、辅助性胶凝材料（矿物掺合料）、骨料（分粗骨料与细骨料）、水、化学外加剂（减水剂、引气剂、泵送剂等）。按表观密度二.分类＞2600kg/m3

重混凝土2600kg/m3～1950kg/m3

普通混凝土＜1950kg/m3

轻混凝土按胶凝材料水泥混凝土石膏混凝土沥青混凝土树脂混凝土按用途施工方法水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、碾压混凝土、泵送混凝土、自流平混凝土、喷射混凝土、水下混凝土、纤维混凝土、装饰混凝土优点三.优缺点抗压强度高、耐久性好→广泛使用可根据设计制备不同要求的混凝土→各种混凝土拌和物具有可塑性→浇筑成各种形状和钢筋牢固粘结→钢筋混凝土缺点抗拉强度低温、湿度变化影响大→裂缝施工质量影响大四.混凝土的组成及各组成材料的作用水泥水砂（细骨料）石（粗骨料）外加剂掺合料水泥浆砂浆混凝土拌和物混凝土水泥浆砂浆骨料外加剂掺合料流动、填充细骨料空隙、胶结骨料填充粗骨料空隙

骨架、减少体积变形、经济

改善混凝土某些性能、降低水泥用量五.混凝土的基本要求和易性便于施工强度耐久性经济性降低成本满足使用流动性粘聚性保水性2.1混凝土拌和物的和易性

在一定施工条件下，便于施工操作并能获得质量均匀、密实混凝土的性能。定义？2混凝土的主要技术性质和易性良好的混凝土（1）流动性：自重、振捣→流动→均匀密实普通混凝土：坍落度（cm）碾压混凝土：VC值（s）流态混凝土：坍扩度（扩展度）（cm）

（2）粘聚性

粘聚力→不分层离析→整体均匀两种离析形式：稀水泥浆从拌和物中流出粗骨料从拌和物中分离

1）稀水泥浆的离析：模板接缝、间隙、孔洞等处→漏浆→混凝土表面残留砂子→砂纹外观层间粘结表面起灰蜂窝空洞粗骨料与砂浆表观密度的差别：普通骨料→下沉

轻骨料→上浮粗骨料与砂浆流动性的差别：泵送→滞后

溜槽→先行2）粗骨料的离析

毛细管孔隙：渗漏

水隙：界面粘结软弱夹层：新老混凝土粘结

（3）保水性保水能力→不泌水泌水

（4）和易性的测定>1cm塑性混凝土>22cm流态混凝土=0干硬性混凝土1~3cm低流动性混凝土3~8cm流动性混凝土8~22cm大流动性混凝土扩展度（坍扩度）（cm）干硬性混凝土：VB值（s）（5~３0s）碾压混凝土：VC值（s）（5~１0s）坍落度流动性粘聚性保水性坍落度（定量）观察（定性）和易性试验示意图维勃稠度试验坍落度试验现场坍落度试验很低适中大现场扩散度试验（5）影响和易性的因素原则：满足混凝土拌和物流动度要求为度，不宜过大。1）水泥浆用量（W/C一定）水泥浆用量浆体过少浆体少浆体多浆体过多流动性/小大过大粘聚性崩塌好差流浆/离析保水性/好差泌水原则：为使混凝土拌和物成型密实，W/C不宜过小；为使混凝土拌和物粘聚性和保水性好，W/C不宜过大；同时由强度和耐久性要求合理选用。

2）

水泥浆的稀稠W/C（水泥用量一定）W/C过小小大过大流动性无/过小小大过大粘聚性不易密实好差离析保水性好好差泌水原则：通过试验选最优砂率。

3）

砂率S/（S+G）（W/C、浆量一定）

4）

其它因素水泥品种、骨料性质、外加剂、时间、温度、掺合料等。砂率过小适中大过大流动性无/小大小过小粘聚性离析好好差保水性流失好好好混凝土施工质量关系到人民的生命和财产安全，决不可掉以轻心！

（1）

混凝土抗压强度以28d混凝土抗压强度确定其等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60…

强度等级

标准尺寸：其它尺寸：

标准养护：

15×15×15cm

10×10×10cm

20×20×20cm

20±2℃、>95%、28d

×0.95×1.052.2混凝土强度

（2）

影响混凝土抗压强度的因素破坏形式

水泥石本身骨料本身骨料与水泥石的分界

水泥石强度：水泥强度等级fce、W/C、水泥水化程度等骨料强度：骨料特性（强度、形态等）界面粘结强度：

界面过渡区特点、骨料表面特征等混凝土断裂过程（普通混凝土）Load/stressDeflection/strain混凝土在荷载作用下微裂纹发展与断裂过程Micro-crackingdevelopmentandfractureinconcreteunderloading初始应力阶段裂纹萌生阶段裂纹扩展阶段裂纹贯穿-材料破坏阶段立方体试件的破坏破坏断面图试件尺寸大小对强度值的影响——“环箍效应”

水泥强度等级

(fce)

fc=Afce（C/W-B）施工工艺

水灰比定则:

养护条件（温度、湿度、龄期）

二次振捣净浆（低W/C）裹石法人工多孔骨料骨料预干法混凝土的抗拉强度约为抗压强度的1/10

水灰比(W/C)骨料种类与级配(A、B)影响因素

碎石：A=0.46,B=0.07卵石:A=0.48,B=0.33fce=fcem•γc

适用条件：

W/C=0.4～0.8

拌合物充分振捣密实水灰比/水胶比（W/C或W/B）的影响——水灰比/水胶比与混凝土强度呈反比关系养护条件与龄期的影响——养护条件：温度与湿度越高，混凝土强度越高；——养护龄期：混凝土强度随着养护龄期的延长逐步增大界面过渡区性能的影响——矿物掺合料：活性矿物掺合料可降低界面CH量，提高界面粘结能力；——骨料形态：卵石、碎石的区别；表面清洁度等。提高混凝土强度的措施采用高强度等级的水泥采用低水灰（胶）比的混凝土采用质量合格，级配良好的碎石，合理的砂率施工采用振捣器（机）掺外加剂和掺合料采用合理的养护条件2.3混凝土的变形与抗裂性变形

干缩变形自生体积变形温度变形短期荷载作用下的变形长期荷载作用下的变形非荷载作用下的变形有荷载作用下的变形

（1）非荷载作用下的变形

1）化学减缩；

2）干湿变形；

3）

温度变形环境温度组成材料的热膨胀系数及其差别内、外温差混凝土的体积大小

影响因素：水泥用量、细度及品种水灰比骨料质量、种类、级配、吸水率施工质量养护温度导致的膨胀裂缝（2）荷载作用下的变形

1）短期荷载作用下的变形

2）长期荷载作用下的变形——徐变徐变：混凝土在长期荷载作用下，除产生瞬间的弹性变形和塑性变形外，还会产生随时间而增长的非弹性变形，这种在长期荷载作用下，随时间的延长而不断发展增加的变形，称为徐变。2.4混凝土的耐久性抗渗性抗冻性抗磨蚀性、抗气蚀性抗侵蚀性碱骨料反应碳化

抗渗等级:W2、W4、W6、W8、W10

抗冻等级:F50、F100、F150、F200

3

混凝土的骨料3.1细骨料（砂）粒径范围：0.16mm～5.0mm

石粉（＜0.16mm）

过少：粘聚性差过多：用水量大适合用量：6%

～12%山砂：表面粗、棱角多、杂质多河砂：表面光、棱角少、杂质少、产源广海砂：表面光、棱角少、杂质少、含盐表面粗、棱角多、杂质少、成本高（越来越多）天然人工

粗骨料细骨料云母：薄片状，表面光滑，与水泥粘结不牢硫酸盐、硫化物、有机物：侵蚀作用粘土、淤泥：阻碍水泥与骨料的粘结，干缩↑，耐久性↓活性骨料：碱骨料反应海砂含盐：钢筋锈蚀

（1）有害杂质过粗：粘聚性差，离析，泌水，空隙率大、耗费水泥过细：粘聚性好，不易离析、泌水，用水量大、表面积大、

耗费水泥（2）粗细程度FM=3.7~3.1粗砂3.0~2.3中砂2.2~1.6细砂1.5~0.7特细砂水工常用2.7细度模数细度模数试验过程将500g干砂由粗到细分别过筛，称量各筛上的遗留砂样，计算各筛上的“分计筛余百分率”(Graderetainedpercentage)及“累计筛余百分率”(Accumulatedretainedpercentage)；计算细度模数(finenessmodulus,i.e.FM)。细度模数计算过程筛孔直径/mm筛余百分率累计筛余百分率/%质量/g百分率/%5m1a1=m1/mA1=a12.5m2a2=m2/mA2=a1+a21.25m3a3=m3/mA3=a1+a2+a30.63m4a4=m4/mA4=a1+a2+a3+a40.315m5a5=m5/mA5=a1+a2+a3+a4+a50.16m6a6=m6/mA6=a1+a2+a3+a4+a5+a6颗粒级配区划分示例

某干砂500g的筛分结果如下表所列，试计算该砂的细度模数并评定其级配。

(3)

颗粒级配空隙率：大———————————————

小表面积：小———————————————

大良好级配空隙率总表面积较多粗颗粒适中中颗粒较少细颗粒均较小水泥↓密实度↑强度↑判断方法：各筛累计筛余百分率应落在同一区间3.2粗骨料（石）天然(卵石)人工

(碎石)

表面光、棱角少、表面积小、空隙率小、与水泥粘结差表面粗、棱角多、表面积大、空隙率大、与水泥粘结好粒径：＞5.0mm

(1)

有害杂质与细骨料相同

(2)

强度岩石强度：5×5×5cm立方体

Φ5×5cm圆柱体请观察图中三种石子的形状有何差别，分析其对拌制混凝土性能会有哪些影响？讨论：(3)

最大粒径Dmax规律：Dmax↑

空隙率↓表面积↓

水泥↓发热量↓收缩↓密实度↑Dmax＞150mm

后，水泥用量不再明显减少，且搅拌机不易搅拌

条件允许，在150mm

内，尽可能选用较大粒径的的骨料

≤2/3～3/4

钢筋净距≤1/4

构件最小边长≤1/2

素混凝土板厚≤80mm 0.8m3搅拌机

≤150mm

更大搅拌机

Dmax

(4)

级配

5mm～20mm20mm～40mm40mm～80mm80mm～150mm四个级别

骨料级配确定方法：

振实表观密度试验

表观密度大

（空隙率小）

和易性试验

确定级配

小石中石大石特大石3.3拌和用水PH值要求＞4

海水：宜素混凝土，不宜钢筋混凝土

饮用水拌合水要求混凝土配合比：

混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。4混凝土的配合比设计混凝土配合比设计：

将各材料合理地配合，使所得到的混凝土满足和易性、强度、耐久性等性能，并经济。配合比表示方法体积表示法：1m3混凝土中各材料占的体积质量表示法：1m3混凝土中各材料占的质量质量比表示法：各材料质量比混凝土配合比三参数W/C：水与水泥W：水泥浆与骨料S/S+G：砂与石子（1）确定W/C原则：在满足强度及耐久性要求的前提下，尽可能选用较大W/C值→

取小值方法：强度：f配=fc=Afce（C/W-B）试验→建立fc—W/C曲线耐久性：参考表5-4、5-5（P77-78）试验→建立耐久性—W/C曲线注意：W/C一旦确定，不能任意改变，增减用水量时，保持 W/C不变。节约水泥，低热等确定配制强度：f配≥

f设+1.645σ（2）确定W原则：以混凝土拌和物达到要求的流动度为前提，尽

量取小值→方法：由表5-12（P102）初估→试验验证注意：流动度调整中保持W/C不变节约水泥，低热等（3）确定S/S+G原则：最优砂率→在保证混凝土拌和物具有良好的粘聚性并达到要求的流动度时，水泥用量最少的砂率。方法：参考表5-13（P102）试验→建立C—S/S+G曲线（4）计算配合比中各材料的用量假定表观密度法：γc→表5-14（P104）C+W+S+G=γcW/C(已知)W(已知)S/S+G(已知)绝对体积法：α→表5-14（P104）（5）试拌调整检验混凝土拌和物的和易性：坍落度、粘聚性、保水性→调整调整原则：粘聚性及保水性不良调整砂率坍落度过小坍落度过大增加用水量增加骨料用量W/C不变S/S+G不变取10～25L混凝土的用料量检验：C拌、W拌、S拌、G拌调整后实际用量:C’、W’、S’、G’、γ’c

重新计算1m3混凝土各材料用量W=KW’C=γ’cC’=KC’C’+W’+S’+G’S=KS’G=KG’（6）确定实验室配合比强度试验→满足设计要求耐久性试验→满足设计要求经济合理→超过指标不过多需水性定则：在骨料级配良好的条件下，当骨料最大粒径一定时，混凝土拌和物的坍落度（流动度）取决于单位体积混凝土的用水量，而与水泥用量（一定范围内）的变化无关。例如：取系列点W/C（小）←W/C（已定）→W/C（大）

0.450.50

0.55（7）确定施工配料单考虑含水率的影响：C。=CS。=S（1+a%）G。=G（1+b%）W。=W-S×a

%-G×b

%1、某实验室试拌混凝土，经调整后各材料用量为：42.5矿渣水泥4.5kg，水2.7kg，砂9.9kg，碎石18.9kg，测得表观密度为2.38kg/L，试求：（1）每1m3混凝土各材料用量；（2）当施工现场砂的含水率为3.5%，石子的含水率为1.0%时，求施工配合比；（3）如果把实验室配合比直接用于现场施工，则现场混凝土的实际配合比将如何变化？强度变化多少？配合比演练2、混凝土的配合比为1：2.13：4.31，W/C=0.58，在试拌调整时，增加了10%的水泥浆用量，试求：（1）该混凝土的基准配合比；（2）以基准配合比配制混凝土，水泥用量为320kg/m3，求1m3混凝土中其它材料的用量。配合比演练某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为C30，施工要求混凝土坍落度为30mm～50mm，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准差σ＝5MPa。所用原材料情况如下：水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为ρc=3.10g/cm3，水泥强度等级标准值的富余系数为1.08；砂：中砂，级配合格，砂子表观密度ρs=2.60g/cm3；石：5mm～40mm碎石，二级配，级配合格，石子表观密度ρg=2.65g/cm3；试设计混凝土配合比(强度保证率按95%计算)。配合比设计作业我国南方某工程引水隧洞钢筋混凝土衬砌厚度50cm,作用水头20m,钢筋最小净距8cm,混凝土钢筋率不超过1%,不考虑引水流速影响.设计要求混凝土90d龄期抗压强度为35MPa,强度保证率90%,强度标准差σ=4MPa,混凝土采用振动器振捣施工.所用原材料情况如下：水泥：32.5矿渣硅酸盐水泥，ρc=3.10g/cm3，水泥强度等级标准值的富余系数为1.10；人工砂：级配合格，细度模数3.0,ρs=2.65g/cm3；人工碎石：5mm～40mm碎石，二级配，级配合格，ρg=2.65g/cm3；不掺外加剂和掺合料.试设计混凝土配合比,并计算12升混凝土各材料用量配合比设计作业配合比设计作业某房屋为钢筋混凝土框架工程，混凝土不受风雪等作用，为室内正常环境，使用年限50年，设计混凝土强度等级为C25，施工要求坍落度为30～50mm,试设计该混凝土配合比。其中，①水泥：P.O.42.5，水泥强度等级富余系数γC取为1.13，密度ρC=3.10g/cm3②粗骨料：石灰岩碎石，Dm=40mm,取5～40mm连续级配，实测视密度ρG=2.70g/cm3，松散堆积表观密度γG=1550kg/m3③细骨料：河砂，细度模数为2.7，级配合格，实测视密度ρG=2.65g/cm3，松散堆积表观密度γG=1520kg/m3配合比设计作业某工程混凝土的实验室配合比为：水泥420kg/m3，细骨料644kg/m3，粗骨料1007kg/m3，水180kg/m3。施工现场骨料含水，细骨料含水率为4.5%，粗骨料含水率为1.2%。试求该工程混凝土的施工配合比。一．配合比设计的四项基本要求1、满足结构设计要求的混凝土强度等级。2、满足施工时要求的混凝土拌合物的和易性。3、满足环境和使用条件要求的混凝土耐久性。4、在满足以上要求的前提下，通过各种方法以降低混凝土成本，符合经济性原则。混凝土配合比设计总结

二．混凝土配合比设计的资料准备（一）原材料的资料1．水泥：品种、强度、密度、表观密度等2．骨料：品种、细度、最大粒径、级配、密度、表观密度3．水：水质4．外加剂：品种、性能（二）工程资料1．混凝土设计强度2．工程所处环境对混凝土耐久性的要求3．构件截面尺寸，钢筋配置情况4．施工方法及管理水平

三．混凝土配合比设计的依据（一）混凝土配合比设计的三大基本参数——W/C、单位体积用水量、砂率1.在满足混凝土强度和耐久性基础上确定——W/C2.在满足混凝土施工要求的和易性基础上，据骨料的种类和规格确定—单位体用水量3.砂在骨料中的数量即砂率——以填充石子空隙后略有富余而定（二）配合比设计的算料的两大基准1.配合比设计时以1m3混凝土拌合物中各材料重量计2.骨料状态(工民建以干燥状态为基准，水工以饱和面干状态为基准)

配合比设计的方法和步骤（一）确定计算配合比1、确定配制强度：f配≥

f设+1.645σ2、求W/C：

复核最大W/C（查表）3、确定单位用水量W：（查表）据①坍落度要求，②粗骨料的种类、规格4、确定水泥用量C：C=W/(W/C)

复核最小水泥用量（查表）5、选取SP（或β）

据①W/C，②粗骨料的种类、规格6、求砂S、石G的用量

重量法：体积法：1、试配：①粗骨料最大粒径≤31.5mm取15L②粗骨料最大粒径≤40mm取25L2、调整流动性：①SL太大，保持SP不变，增加砂石用量②SL太小，保持W/C不变，增加水泥浆量3、调整粘聚性和保水性粘聚性和保水性不良，可适当增加砂率（二）确定基准配合比（实验Ⅰ）调和易性1、W/C各增、减0.05，28d后测得三个强度值2、作，强度——W/C图，求得配制强度对应的W/C值3、初步确定配合比：

W

——采用基准的配比中的用水量

S——采用基准的配比中的用砂量

G

——采用基准的配比中的用石量

C

——W与配制强度对应的新W/C的积4、表观密度的校正①计算表观密度

理=W+S+G

+C

②实测表观密度

实③校正系数δ=

实/

理④调整各材料用量：

Csh=

C•δ,Wsh=

W•δ,Ssh=

S•δ,Gsh=

G•δ,（三）确定实验室配合比调强度砂含水率a%，石含水率为b%施工工配合比：（四）确定施工配合比（计算）

插值法：已知:a1对应b1a2对应b2ai为a1a2中间某值求:ai对应b1b2中间某值辅助性胶凝材料，Supplementarycementitiousmaterials(SCMs)

SCMs——矿物基材料，具有火山灰活性或/和潜在水化特性。又叫“矿物掺合料”

Pozzolan(ASTMdefinition)（火山灰特性）

Asiliceousoralumino-siliceousmaterialthat,inafinelydividedformandinthepresenceofmoisture,chemicallyreactswithcalciumhydroxidereleasedbythehydrationofPortlandcementtoformcompoundspossessingcementingproperties.5辅助性胶凝材料（矿物掺合料）Pozzolans–来源

早期的罗马水泥使用火山灰（活性的无定型SiO2）在意大利Pozzuoli小镇附近，采用火山灰和石灰职称早期的罗马水泥。“pozzolan”这一词用来表示硅质或硅铝质材料在水存在的条件下与石灰反应生成C-S-H或C-S-A-H。Pozzolans–玻璃态/无定型结构

ForSiO2andAl2O3tobereactive,pozzolansneedtobeineitherglassy(e.g.flyash)oramorphous(e.g.metakaolin)formsPozzolans的种类

天然火山灰质材料(ASTMC618ClassN)Producedfromnaturalmineraldeposits(raw)火山灰，Volcanicash硅藻土，DiatomaceousearthMayrequireheattreatmenttoincreasereactivity(calcined)偏高岭土，Metakaolin(煅烧粘土得到)稻壳灰，Ricehullash(烧结)烧结页岩，CalcinedshaleProcessed/manufacturedpozzolans(Industrialby-products)粉煤灰，Flyash(ASTMC168ClassCandClassF)粒化高炉矿渣，GGBFS(GroundGranulatedBlastFurnaceSlag)(ASTMC989)硅粉，Silicafume(ASTMC1240)FlyashGGBFSSilicafumeNaturalpozzolans

VolcanictuffDiatomaceousearthModernpozzolans

Modernpozzolans

SCMs–Pozzolanicvs.hydraulicproperties

Pozzolanic–(lowinCaO)needsadditionalsourceoflime,e.g.Ca(OH)2fromhydrationofPortlandcement,toformcementitoushydrates(C-S-H)whenreactingwithwater(Latent)hydraulic–(highinCaO)doesnotneedadditionalsourceoflimetoformcementitoushydrates(C-S-H)whenreactingwithwater

reactionrateisslow(latent)comparedtohydrationofPortlandcementSCMs–化学组分

ClassFFlyashClassCFlyashGroundSlagSilicafumeCalcinedclayCalcinedshaleMetakaolinSiO2,%52353590585053Al2O3,%2318120.4292043Fe2O3,%11610.4480.5CaO,%521401.6180.1SO3,%0.84.190.40.50.40.1Na2O,%1.05.80.30.50.2—0.05K2O,%2.00.70.42.22—0.4TotalNaeq.alk,%2.26.30.61.91.5—0.3SCMs–Physicalcharacteristics

AllSCMsneedtobeinfinelydividedforms,typically<45µm(passingNo.325sieve)Sphericallyshaped:flyash,silcafume–helpsimprovingrheology(bearingballeffect)Flyash

Flyashisthefinelydividedresidueproducedincoal-firedelectricpowergeneratingplantsasanindustrialby-productofthecombustionofgroundorpowderedcoal.Alsocalled“pulverizedfuelash”,or“PFA”SlowerreactingthanmostSCMsCanbeusedatupto~50%replacementforcementAbout½thecostofcementFlyash–Physicalcharacteristics

Particlesaremainlysolidglassysphereswithsomecenospheres(hollowspheres)orplerospheres(containingsmallerspheres)Particlesize:5–20µmSurfacearea:300–500m2/kgDensity:540–860kg/m3Specificgravity:2.2–2.4Colorrangesfromoff-whitetolightgreyFlyash–Classifications

ClassFFlyashDerivedfromanthraciteorbituminouscoalseasternUSPozzolanicreaction>slowerrateofreactionthanClassCflyashTypicalcomposition

CaO<10% (SiO2+Al2O3+Fe2O3)>=70%ClassCFlyashDerivedfromligniteorsub-bituminouscoalswesternUSPozzolanicandhydraulicreactions>typicallyfasterrateofreactionthanClassFflyashTypicalcomposition

CaO>20%(SiO2+Al2O3+Fe2O3)>=50%Environmentalconcern:Traceamountofheavymetals(mercury)Flyash–Carboncontent

MicroscopicviewofcarbonfromflyashTheConcreteProducer/July2007CarbonFlyashMostoftheparticlesinflyashoccurassolidspheresofglass.Theparticlesizedistribution,morphology,andsurfacecharacteristicsoftheflyashexerciseaconsiderableinfluenceonthewaterrequirementandtheworkabilityoffreshconcrete,andtherateofstrengthdevelopmentinhardenedconcrete.Morethan5%carboninaflyashisconsideredundesirablebecausethecellularparticlesofcarbontendtoincreaseboththewaterrequirementforagivenconsistencyandtheadmixturerequirementforairentrainment.Flyashusedincementandconcrete(GB/T1596-2005)GGBFS-Groundgranulatedblastfurnaceslag

Groundgranulatedblastfurnaceslag(GGBFS)istheglassymaterialformedfrommoltenslagproducedinblastfurnacesasanindustrialby-productfromtheproductionofironusedinsteelmakingPossessesgoodlatenthydraulic(cementitious)propertiesAlsoknownasslagcementTypicalcementreplacement20-70%About70-80%thecostofcementGGBFS–Physicalandchemicalcharacteristics

PhysicalGlassyParticlesize<45µmSurfacearea~400–600m2/kgBulkdensity~1050–1375kg/m3Specificgravity~2.9AngularparticleshapeWhiteoroff-whitecolorChemicalCaO(35–45%)SiO2(32–38%)Al2O3(8–16%)MgO(5–15%)GreeningproblemofconcretewithGGBFSAppearsafewdaysafterplacementDuetosulfidesulphurinslagWilllightenordisappearuponoxidationinairSilicafume

Silicafumeistheultrafinenon-crystallinesilicaproducedinelectric-arcfurnaceasanindustrialby-productoftheproductionofsiliconmetalsandferrosiliconalloysAlsoknownascondensedsilicafumeormicrosilicaNOT: fumedsilica,precipitatedsilica,Approximately200,000tons/yrproducedinUSTypicalcementreplacement5–15% (upto25%inultra-performanceconcrete)About4xthecostofcementSilicafume-Production

PhysicalAmorphousVerysmallsphericalparticlesParticlesize~0.1–0.3µmSurfacearea~15,000–25,000m2/kgBulkdensity~130–430kg/m3Specificgravity~2.2Dark(>1.0%C)orlight-gray(<0.5%C)incolorChemicalSiO2(85–98%)SiO2contentdependentonalloyTraceelementsdependingupontypeoffumeSilicafume–Productforms

PrasadRangaraju,ClemsonUniversityAs-producedpowderDensifiedWater-basedslurryCaution:DensifiedsilicafumecancauseASRifnotwelldispersedinconcreteMetakaolin

Metakaolinisahighlyreactiveamorphousalumino-silicateproducedbycalciningkaoliniteclaybetween700to900oC.Theprocessiscalleddehydroxylation.OverheatingorovercalcinedresultsinrecrystallizationandmetakaolinbeginsconvertingtoinertnonreactivematerialsAbout(2–4)xthecostofcementKaoliniteclayMetakaolinMetakaolin–Physicalandchemicalcharacteristics

PhysicalAmorphousParticlesize<2µmSurfacearea10,000–25,000m2/kgBulkdensity2,600kg/m3Specificgravity2.5AngularparticleshapeWhiteincolor(idealforarchitecturalconcrete)ChemicalSiO2(50–55%)Al2O3(40–45%)CaO~0%OtherSCMs

Ricehullash90milliontonsofricehusksproducedworldwideeachyearParticlesize10–20µmHighreactivity(85%Si)RecycledglassCleanedandpulverizedtothefinenessofcementorfinerCompositionprincipallysoda-limeglass(CaO+Na2O+SiO2)PossessespozzolanicreactivityRecycledfiberglass(E-glass)HighinCaO,possesseslatenthydraulicreactivityWhiteincolor,costreplacementformetakaolinWhySCMs-SCMsareeconomicaland

green

SCMscanimprovestrength,workability,anddurabilityofconcreteSCMsaremostlynaturalmaterialsorindustrialby-productsandaregenerallylessexpensivethanPortlandcement.SCMswillreduceenergyconsumptionandCO2emissionswhenusedaspartialreplacementforPortlandcement.SCMsuseindustrialwastewhichmayotherwisebelandfilled.ContractorscanderivebenefitsfromhavingprojectsLEEDcertifiedthroughtheuseofSCMsandothersustainableconstructionpractices.WhySCMs-Benefits

RemovalofCHDensificationImprovedurabilityReducethermalcrackingImproveworkabilityandcohesivenessReducebleedingandsegregationIncreaseultimatestrengthInadditiontoimprovingworkability,manyofthebeneficialeffectsofusingSCMsarerelatedtotheeffecttheyhaveontheporestructureby:Micro-fillereffect

–increasedpackingofcementitiousparticlesIncreasedC-S-H

–replacingporousCHwithC-S-HWalleffect

–densifyingtheITZ(interfacialtransitionzone)atthecement-aggregateinterfacePoreblocking

–whichoccursbecauseof