混凝土掺和料使用指南

在混凝土拌和物制备时，为了节约水泥、改善混凝土性能、调节混凝土强度等级而加入的天然的或者人造的矿物材料，统称为混凝土掺和料。用于混凝土中的掺和料可分为非活性掺和料和活性掺和料两大类。

非活性掺和料一般与水泥组分不起化学作用，或化学作用很小，如磨细石英砂、石灰石、硬矿渣之类材料。非活性混合材料可起到改善混凝土和易性、降低混凝土成本等作用。

活性掺和料虽然本身不硬化或硬化速度很慢，但能与水泥水化生成的Ca（OH）2生成具有水硬性的胶凝物质，因此又称为辅助性胶凝材料。活性矿物掺和料按照其来源可分为天然类、人工类和工业废料类。常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质材料、粉煤灰、硅灰等。

采用超细微粒矿物质掺和料硅灰、超细粉磨的高炉矿渣、粉煤灰或沸石粉等作为超细微粒混合材，是配制高强、超高强混凝土时行之有效的、比较经济实用的技术途径，是当今国际混凝土技术发展的趋势之一。随着建筑技术的发展，超细微粒混合材料将成为高性能混凝土不可缺少的第五组分。

活性混合材料能够提高混凝土的后期强度，降低水化热，增进混凝土的耐久性，但也会带来副作用，如降低早期强度、增大需水量、增加收缩等，因此不能盲目掺用，应根据具体情况科学使用。

1）粉煤灰

粉煤灰是煤粉燃烧后，由烟气自锅炉中带出的粉状残留物，经静电或机械方式除尘收集到的细粉末，其颗粒多呈球形，表面光滑。粉煤灰有高钙粉煤灰和低钙粉煤灰之分，由褐煤燃烧形成的粉煤灰，其氧化钙含量较高（一般CaO＞10%），呈褐黄色，称为高钙粉煤灰，它具有一定的水硬性；由烟煤和无烟煤燃烧形成的粉煤灰，其氧化钙含量很低（一般CaO＜10%），呈灰色或深灰色，称为低钙粉煤灰，一般具有火山灰活性。

低钙粉煤灰来源比较广泛，是当前国内外用量最大、使用范围最广的混凝土掺和料。用其做掺和料，一般可节约水泥10%～15%，可改善和提高混凝土的和易性、可泵性和抹面性，降低混凝土水化热，提高混凝土抗硫酸盐性能和抗渗性，抑制碱骨料反应等。

高钙粉煤灰由于其来源不及低钙粉煤灰广泛，有关其品质指标及应用技术规范尚不很完善，目前仍在研究中。

粉煤灰主要成分为SiO2、Al2O3及Fe2O3，其总量占粉煤灰的85%左右，CaO含量普遍较低，基本上都无自硬性。烧失量的波动范围较大，平均值亦偏高。粉煤灰具有无定型的玻璃体结构，故具有潜在活性。

粉煤灰作为一种对混凝土性能发生重要影响的基本材料，以改善和提高混凝土质量、节省资源和能源为目的。粉煤灰在混凝土中有形态效应、活性效应和微骨料效应三类基本效应。

粉煤灰的形态效应是指粉煤灰粉料由其颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质、颗粒级配等物理性状所产生的效应。在高温燃烧过程中形成的粉煤灰颗粒，绝大多数为玻璃微珠，这部分外表比较光滑的类球形颗粒，由硅铝玻璃体组成，尺寸多在几微米到几十微米。由于球形颗粒表面光滑，故掺入混凝土之后能起滚球润滑作用，并能不增加甚至减少混凝土拌和物的用水量，起到减水作用。

粉煤灰的活性效应是指混凝土中粉煤灰的活性成分所产生的化学效应。粉煤灰的活性取决于粉煤灰的火山灰反应能力，即粉煤灰中具有化学活性SiO2和Al2O3与Ca（OH）2反应，生成类似于水泥水化所产生的水化硅酸钙和水化铝酸钙等反应产物。这些水化产物可作为胶凝材料的一部分起到增强作用。火山灰反应在水泥水化析出的Ca（OH）2吸附到粉煤灰颗粒表面的时候开始，一直可延续到28d以后的相当长时间内。

粉煤灰的微骨料效应是指粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善混凝土孔结构和增大密实度的特性。

粉煤灰的这三个效应是共存于一体且相互影响的，不应该强调某一效应而忽视其他效应。但对于混凝土的某一性能，在某种特定的条件下，可能是某一效应起主导作用，而对于混凝土的另外一种性能，在另外的条件下，则可能是另一效应起主导作用，应根据具体情况作具体分析。

超细粉煤灰的三大效应更为明显，尤其是在与高效减水剂配合使用时更是如此。

粉煤灰可掺到混凝土中用于配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗结构混凝土、抗硫酸盐和抗软水侵蚀混凝土、蒸养混凝土、轻骨料混凝土、地下工程和水下工程混凝土、压浆和碾压混凝土等。

2）矿渣(www.xing528.com)

高炉矿渣是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣，主要有高炉水渣和重矿渣之分。高炉水渣是炼铁高炉排渣时，用水急速冷却而形成的散颗粒状物料，称为粒化高炉矿渣，其活性较高，目前这类矿渣约占矿渣总量的85%，是混凝土中的主要掺和料之一。重矿渣是指在空气中自然冷却或极少量水促其冷却形成容重和块度较大的石质物料。

高炉矿渣的主要成分是由CaO、MgO、Al2O3、MgO、SiO2、MnO、Fe2O3等组成的硅酸盐和铝酸盐，矿渣的化学成分与水泥熟料相似，只是CaO含量略低。一般每生产1t生铁，要排出0．3～1．0t废渣，因此它也是一种量大面广的工业废渣。

粒化高炉矿渣是一种具有良好的潜在活性的材料。使用粒化高炉矿渣可以扩大水泥品种，改善水泥性能。高炉矿渣的活性与化学成分有关，但更取决于冷却条件。慢冷的矿渣具有相对均衡的结晶结构，常温下水硬性很差。水淬急冷阻止了矿物结晶，因而形成大量的无定形活性玻璃体结构或网状结构，具有较高的潜在活性。在激发剂的作用下，其活性被激发出来，能起到水化硬化作用而产生强度。

在高性能混凝土中，常采用粒化高炉矿渣粉，它是优质的混凝土掺和料和水泥混合材，是符合GB／T 203—2008标准规定的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨（或添加少量石膏一起粉磨）达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。

根据7d、25d活性指数，同时结合我国粒化高炉矿渣粉生产和使用现状，将高炉矿渣粉分为S105、S95和S75三级，并规定了各级矿渣粉的技术性质。

3）火山灰

火山灰质混合材料是指具有火山灰特性的天然的或人工的矿物质材料。

按成因分为天然火山灰质混合材料和人工火山灰质混合材料两类。天然火山灰质混合材料有：①火山灰，即火山喷发的细粒碎屑的疏松沉积物；②凝灰岩，由火山灰沉积形成的致密岩石；③沸石岩，凝灰岩经环境介质作用而形成的一种以碱或碱土金属的含铝硅酸盐矿物为主的岩石；④浮石，火山喷出的多孔的玻璃质岩石；⑤硅藻土或硅藻石，由极细致的硅藻介质聚集、沉积形成的生物岩石，一般硅藻土呈松土状。

浮石、火山渣浮石、火山渣都是火山喷出的轻质多孔岩石，具有发达的气孔结构。主要化学成分为Fe2O3和Al2O3，并且多呈玻璃体结构状态。在碱性激发条件下可获得水硬性，是理想的混凝土掺和料。

人工火山灰质混合材料有：①煤矸石，煤层中炭质页岩经自然或煅烧后的产物；②烧页岩，页岩或由母页岩经自燃或煅烧后的产物；③烧黏土，黏土经煅烧后的产物；④煤渣，煤炭燃烧后的残渣；⑤硅质渣，由矾土提取硫酸铝的残渣。

人工火山灰质材料主要成分为SiO2和Al2O3，其次是Fe2O3及少量CaO、MgO等，经过高温煅烧，具有较好的活性。

4）硅灰

硅灰也叫凝聚硅灰，是硅铁或金属硅生产过程中由矿热炉中的高纯石英、焦炭和木屑还原产生的无定形球状玻璃体颗粒，主要成分是SiO2。一般微硅粉的颜色在浅灰和深灰之间，SiO2本身是无色的，其颜色主要取决于碳和氧化铁的含量，碳含量越高，颜色越暗，另外增密的硅粉要比自然硅粉颜色暗。硅粉的粒径都小于1μm，平均粒径为0．1μm左右，是水泥颗粒直径的1／100，具有极大的比表面积。所以硅粉能高度分散于混凝土中，填充在水泥颗粒之间而提高密实度，同时微硅粉具有很高的活性，能更快更全面地与水泥水化产生的氧氢化合物反应。

硅灰的主要成分是活性SiO2，其含量越高，微硅粉的性能越好。微硅粉是一种超细粉末物质，它之所以能提高混凝土的强度，关键在于提高了水泥浆体与骨料之间的黏结强度，防止水分在骨料下表面聚集，从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度。微硅粉的粒径比水泥颗粒要小100倍，填充于水泥颗粒的空隙之间，其效果如同水泥颗料填充在骨料之间一样，增加混凝土的密实度。

硅灰用于混凝土中填充颗粒空隙，提高体积密度和降低孔隙率。同时，微硅粉在混凝土中具有火山灰反应，微硅粉水化形成的富硅凝胶，强度高于Ca（OH）2晶体，与水泥水化凝胶C—S—H共同工作。

微硅粉在混凝土中优良作用的前提条件之一，就是良好地分散在混凝土中。由于硅灰很细，需水量很大，所以硅灰通常要与高效减水剂一起使用。