矿物掺合料课件.ppt

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1、混凝土用矿物掺合料王发洲博士、副教授武汉理工大学材料科学与工程学院1、掺合料的基本特性及其在混凝土中的作用1.1掺合料的分类与主要化学组成按性质和组成可分为：①具有潜在水硬性的矿物掺合料粒化高炉矿渣（水淬矿渣）、粒化电炉磷渣等②具有火山灰反应能力的矿物掺合料粉煤灰、偏高岭土、硅灰、沸石、天然火山灰等③同时具有潜在水硬性和火山灰活性的矿物掺合料高钙粉煤灰（CaO15%～20%）、增钙液态渣、固硫渣等①具有潜在水硬性的矿物掺合料材料中含有大量的CaO（35%～48%），并含有活性SiO2与Al2O3。其本身无独立的水硬性，但在CaO、CaSO4的激发下，其潜在

2、的水硬性可以被激发出来，产生缓慢的水化作用；若在Na2O、K2O等碱金属化合物激发下，会产生强烈的水化作用，形成坚硬的硬化体，即所谓的“碱矿渣胶凝材料”。该类材料具有一定的火山灰反应能力。矿渣粉工业产品磷矿粉②具有火山灰反应能力的矿物掺合料材料所含CaO极少，但含有大量的活性SiO2与Al2O3，它们既无独立的水硬性，也无潜在的水硬性能。它们的活性表现在于，能在常温下与水泥水化析出的Ca(OH)2产生二次水化反应（火山灰反应），生成具有胶凝性能的水化硅酸钙和水化硅酸钙。硅灰偏高岭土③同时具有潜在水硬性和火山灰活性的矿物掺合料材料不但含有大量的活性SiO2与

3、Al2O3，而且含有相当多CaO，其含量虽远不及第一类，但大大高于第二类材料。因此该类材料兼具潜在水硬性和火山灰反应能力。高钙粉煤灰矿物掺合料的品种有很多，包括粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰、偏高岭土、硅藻土、沸石、天然火山灰、凝灰岩等等。近年来，国内外研究及应用较为广泛的矿物掺合料包括硅灰、水淬矿渣、粉煤灰及沸石、偏高岭土等。据统计资料显示，几种矿物掺合料的主要化学组成范围如表1所示：表1矿物掺合料的化学组成及其与波特兰水泥熟料的比较（%）1.2掺合料在混凝土中的作用矿物掺合料的化学组成与特点决定它们在混凝土中不仅起到良好的填充密实作用及微集料作用，而且还具

4、有不同的表面吸附作用及火山灰活性。这些功能可改善混凝土内部孔结构，影响混凝土胶凝组分的水化进程，协调混凝土的强度发展，并能有效改善水化产物的组成及结构，优化混凝土内界面过渡区的结构与性能，因而最终提高混凝土的综合性能。矿物掺合料在混凝土中的作用一般可分为：①火山灰效应②填充密实效应③增塑效应④提高耐久性效应①火山灰效应Portland水泥熟料矿物成分中，对强度贡献大的是C3S和C2S，两者水化后产生的水化产物主要是钙硅比为1.6～1.9的高碱度水化硅酸钙和氢氧化钙。与高碱度水化硅酸钙相比，低碱度水化硅酸钙的强度要高的多，稳定性也更高。这主要是由于当掺入矿物

5、掺合料后可以改善水泥石中胶凝物质的组成，减少或消除氢氧化钙，水化硅酸钙胶凝物质的质量得到提高，胶凝物质的数量大幅度增加，同时水泥石与集料的界面结构也得到改善。活性矿物掺合料中的活性SiO2可以和氢氧化钙及高碱度水化硅酸钙发生二次反应，生成强度更高、稳定性更优的低碱度水化硅酸钙：②填充密实效应通常水泥的平均粒径为20μm～30μm，小于10μm的粒子不足，因此水泥粒子的填充性不好。掺入超细矿物材料，如超细粉煤灰和超细矿渣的平均粒径为3μm～6μm，可以填充水泥粒子之间的空隙之中，从而提高水泥石密实度。纯粹从提高水泥粒子填充性方面提高了水泥石的强度和抗渗性。如

6、果掺入适量粒径更细的硅灰（平均粒径0.10μm～0.26μm），由于其平均粒径比超细矿渣和超细粉煤灰又小一个数量级，故可以进一步填充于超细粉煤灰或矿渣之间，使胶凝材料粒子的密实性进一步提高，强度进一步增加。③增塑效应由于超细矿物掺合料的粒径远小于水泥粒子，它们在水泥颗粒之间起到“滚珠”作用，使水泥浆体的流动性增加；同时，在未掺入矿物掺合料的浆体中，因水泥粒子间的空隙未被固体颗粒填充，从而大量的拌合水填充于空隙中，当掺入矿物掺合料后，填充于水泥颗粒之间的超细矿物掺合料可以将填充于空隙中的填充水置换出来，成为自由水，使粒子之间的间隔水层加厚，增大新拌混凝土的流

7、动性。此外，矿物掺合料的密度一般都小于水泥的密度，当掺入水泥浆中，所形成的水泥浆体积比之前大，这也是提高混凝土塑性的原因之一。④提高耐久性效应当硅酸盐水泥混凝土处在有寝室介质的环境中时，侵蚀性介质与水泥石中的水化产物Ca(OH)2和C3AH6或C4AH13发生反应，生成溶解型或膨胀型的物质，使混凝土结构遭到破坏。同时，研究发现混凝土的劣化或破坏往往出线在水泥石和集料界面处。加入矿物掺合料后，一方面由于其稀释效应和火山灰效应，减少了容易引起腐蚀、粗大结晶、强度薄弱的水化产物Ca(OH)2的数量，生成强度高、稳定性更优、数量更多的低碱度水化硅酸钙，改善了水化胶

8、凝物质的组成，降低了Ca(OH)2在水泥石—集料界面过渡区上的富集