混凝土外掺料的使用及作用

混凝土外掺料是指混凝土拌合物中掺入量超过水泥质量5%，在配合比设计时，需要考虑体积或质量变化的外加材料。外掺料的掺入，可改善混凝土拌合物及硬化后混凝土的性能，同时节约水泥。

混凝土掺合料包括天然、人造或工业废料矿物粉料，可分活性及非活性两种。非活性矿物掺合料一般不与水泥组分起化学反应，或化学作用很小，例如磨细石英砂、石灰石等。而活性矿物掺合料具有火山灰活性，主要成分为SiO2和Al2O3，这种掺合料本身不具有或具有极低的胶凝特性，但在有水条件下，能与混凝土中的游离Ca（OH）2反应，生成胶凝性水化物，并能在空气或水中硬化，例如粉煤灰、硅灰、磨细高炉矿渣及凝灰岩、硅藻土、沸石粉等天然火山灰质材料。混凝土中经常掺入活性掺合料，以调节和改善混凝土的性质，它能改善混凝土拌合物的和易性和抗离析性，且能提高硬化后混凝土的密实性、抗渗性、耐腐蚀性和强度，因而近10多年来在国内外广泛应用。特别是在商品混凝土、泵送高强混凝土中，应用掺合料效果更好。

（1）粉煤灰

1）粉煤灰成品的质量要求与等级

粉煤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。作为混凝土掺合料的粉煤灰成品，按《用于水泥和混凝土的粉煤灰》（GB 1596—2017）规定，应满足表5.16的要求。

表5.16　拌制砂浆和混凝土用粉煤灰理化性能要求

续表

粉煤灰的品质指标直接影响其在混凝土中的作用效果。粉煤灰越细，其微集料效应越明显，需水量比越低，矿物减水效应越显著，同时化学活性也越高。影响烧失量的主要因素是含碳量，未燃尽的碳粒多孔，比表面积大，吸附性强，会使混凝土的需水量和外加剂用量增加；对硬化混凝土来说，碳粒影响水泥浆的黏结强度，成为混凝土中强度的薄弱环节，易增大混凝土的干缩值。烧失量是粉煤灰品质中的一项重要指标。

2）粉煤灰掺入混凝土中的作用和效果(www.xing528.com)

粉煤灰在混凝土中的作用归结为物理作用和化学作用两个方面。由于粉煤灰具有玻璃微珠的颗粒特征，可减少新拌混凝土的用水量，改善混凝土的流动性、保水性和可泵性，提高混凝土的密实程度。其硅、铝玻璃体在常温常压条件下，可与水泥水化生成的氢氧化钙发生化学反应，生成具有胶凝作用的C-S-H水化产物，具有潜在的化学活性，这种潜在的化学活性对混凝土后期强度的增长有贡献。同时还可降低水化热，抑制碱-集料反应，提高抗渗、抗化学腐蚀等耐久性，但会使混凝土的早期强度有所下降。

（2）粒化高炉矿渣粉

根据《用于水泥与混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T 18046—2017）规定，矿渣粉的技术要求应满足表5.17的要求。粒化高炉矿渣具有潜在水硬性，是水泥和混凝土的优质外掺材料。近10年来，随着粉磨工艺的发展及水泥预配送站和预拌混凝土的兴起，粒化高炉矿渣超磨细粉作为水泥、混凝土和砂浆的掺合料，用于提高和改善水泥混凝土的性能，较大地提高了粒化高炉矿渣的利用价值。近几年国内开始对高炉矿渣粉及其配制的混凝土进行研究，相继对高炉矿渣粉在普通混凝土、高强混凝土中的应用进行了研究和实际工程应用，并在实际工程中采用了高炉矿渣粉配制高性能混凝土，取代水泥用量30%~50%，使用效果良好。在一些大中型工程中掺40%的矿渣粉配制C35~C40混凝土，应用效果良好。

（3）硅灰

硅灰（又称硅粉或硅烟灰）是从生产硅钢和硅铁等排放的烟气中收集到的颗粒极细的烟尘。硅灰的颗粒极细，其粒径为0.1~1.0μm，是水泥颗粒粒径的1/100~1/50。硅灰的主要成分为SiO2（占90%以上），是一种火山灰活性极强的掺合料，火山灰活性指标高达110%。

表5.17　矿渣粉技术要求

由于硅灰为极细的球形颗粒，掺入混凝土后能明显增加拌合物的黏稠度，提高黏聚性，防止其离析，改善可泵性。同时也正因为过细，比表面积巨大，导致混凝土需水量增加，因此，在掺入硅灰的同时必须掺入高效减水剂，才能保证混凝土拌合物具有所需的和易性，否则将导致用水量的增大，影响混凝土的物理力学性能。

混凝土中硅灰的掺入量为5%~10%，可取代部分水泥，也可不取代水泥，能明显提高混凝土的抗压强度，尤其是同时掺入高效减水剂时，强度提高更多。因此，常用硅灰配制抗压强度高于100 MPa的高强混凝土。

掺硅灰混凝土的密实性高，抗冻性大为提高，抗渗标号可达P20以上。同时，硅灰可以抑制碱-骨料反应，防止因碱-骨料反应引起混凝土产生裂缝，这是由于硅灰具有极高的火山灰活性，可与混凝土中的游离Ca（OH）2及其他碱性物质发生反应。