_水泥砂浆和混凝土用天然火山灰质材料_JG_T315_2011_释义.docx

生态建材水泥砂浆和混凝土用天然火山灰质材料（jg/t 3152011）释义standard jg/t 315-2011cement-based mortar and natural volcanic ash-based materialexplanation王永海1，周永祥1,2，王 晶1，何更新1,2，纪宪坤1，韦庆东1(1.中国建筑科学研究院，北京 100013；2.全国混凝土标准化技术委员会，北京 100013）摘 要： 介绍了行业产品标准水泥砂浆和混凝土用天然火山灰质材料jg/t 3152011编制的背景和意义。着重对标准的主要条款进行了解释和说明，以便专业技术人员更好地理解和实施。关键词： 标准；天然火山灰质材料；技术指标中图分类号： tu528 tq176+2 文献标 志 码： a0前 言准仅从水泥混合材角度进行规定。此前我国没有一本针对天然火山灰质材料用于水泥混凝土（砂浆）的标准，而引 用类似标准则因在技术上缺乏明确的针对性而难以实行。水泥砂浆和混凝土用天然火山灰质材料（jg/t 3152011）的制定将为天然火山灰的开发利用起到积极促进作 用。尤其对于缺乏粉煤灰、矿渣等掺合料资源而天然火山 灰蕴藏量巨大的地区，意义更为重大。根据住房和城乡建设部关于印发的通知(建 标 200989 号)文的要求，中国建筑科学研究院会同有关单 位编制该标准。2011 年 3 月 16 日，住房和城乡建设部发 布了第 959 号公告，行业标准 jg/t 3152011水泥砂浆 和混凝土用天然火山灰质材料自 2011 年 8 月 1 日起实施。随着我国近年来大规模的基础建设，混凝土产量激增，导致优质掺合料越来越紧缺，很多地区缺乏粉煤灰、矿渣 等资源，因此，寻找一种容易获取、优质廉价的新型掺合 料势在必行。火山灰质材料是水泥混凝土中的主要矿物掺 合料之一，并可分为人工火山灰质材料（粉煤灰、烧黏土、 烧煤矸石等）和天然火山灰质材料，后者包括的范围较广， 包括火山灰、浮石、沸石岩、凝灰岩、硅藻土、硅藻石以 及蛋白石等。天然火山灰在我国如云南腾冲、江腾、吉林 长白山等地蕴藏量巨大，开发利用这些天然火山灰质材料， 可以就地取材，有效缓解当地对混凝土矿物掺合料的需求 量，节省水泥用量，提高混凝土性能，避免大宗材料外运， 大大降低建设成本。实际上当地很多工程已经在水泥砂浆 和混凝土中开始使用天然火山灰质材料，然而人工火山灰 质材料与天然火山灰质材料在性质和使用技术上存在较大 区别，之前还没有一部针对天然火山灰质材料在水泥砂浆 和混凝土中应用的国家或行业标准。目前，我国已经在粉煤灰等矿物掺合料用于混凝土或 砂浆方面制订了相关的标准，如国家标准用于水泥和混 凝土中的粉煤灰（gb/t 15962005）、国家标准用于 水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉（gb/t 180462005）、 国家标准矿物掺合料技术规范（已经报批）、建工行 业标准混凝土用粒化电炉磷渣粉（jg/t 3172011）等。 在火山灰质材料方面，目前已有的标准是国家标准用于 水泥中的火山灰质混合材料（gb/t 28472005），该标标准的主要技术条款说明11.1范围天然火山灰质材料包括的范围较广，包括火山灰、浮 石、沸石岩、凝灰岩等。因天然火山灰质材料具有较高的 活性，目前国内很多地区将天然火山灰磨细后作水泥混凝 土和砂浆的矿物掺合料。本标准适用范围为天然火山灰质 材料。1.2术语和定义大多数天然火山灰材料中含有无定形的活性 sio2 和 al2o3，活性比较高，但也存在一些惰性和活性较差的天然粉煤灰4/201237出岩的代表岩石就是玄武岩。主要是火山爆发时，岩浆喷出地面骤冷凝结形成的硅酸盐岩石。（3）凝灰岩：凝灰岩是一种压实固结的火山碎屑岩， 岩石致密坚硬，成分主要是火山灰。（4）沸石：瑞典的矿物学家克朗斯提（cronstedt）发 现有一类天然硅铝酸盐矿石在灼烧时会产生沸腾现象，因 此命名为“沸石”，是沸石族矿物的总称。目前，世界上 已发现的沸石种类有 36 种，其中常见且有用的有：斜发沸石、 丝光沸石、菱沸石以及毛沸石等数种，我国以斜发沸石、 丝光沸石居多1。沸石是具有多孔架状结构含水铝硅酸盐 矿物，含有碱及碱土金属离子。（5）浮石：浮岩是由于熔融的岩浆随火山喷发冷凝而 成的密集气孔的玻璃质熔岩，其气孔体积占岩石体积的50% 以上。因孔隙多、质量轻、容重 1 g/cm3，能浮于 水面而得名。（6）安山岩：一种中性的钙碱性火山岩，常与玄武岩 共生。天然火山灰质材料中的 sio2 和 al2o3 含量比较高， 而且 sio2 含量一般均高于粉煤灰，这决定了天然火山灰质 材料具有较高的活性。编制组选择部分天然火山灰质材料 的进行化学成分分析见表 1。火山灰材料。由于作水泥砂浆和混凝土掺合料的天然火山灰需要进行磨细加工工艺，采用惰性材料磨细加工再作掺 合料不够经济，因此本标准中只界定具有火山灰活性的材 料，是否具有火山灰活性以“火山灰性试验”为判定依据。 本标准中将天然火山灰质材料界定为可直接用于掺合料的 磨细粉体材料。1.3 原材料天然火山灰质材料在磨细之前的各种矿物质、矿石称 为原材料，主要包括火山灰、玄武岩、凝灰岩、沸石和浮 石。硅藻土和硅藻石具有较高的火山灰活性，属于天然火 山灰的一种，但是目前在水泥砂浆和混凝土中作掺合料的 应用较少，所以暂未纳入进来。（1）火山灰或火山渣：在爆发性的火山运动中，固体 石块和熔浆被分解成细微的粒子而形成火山灰。除一部分 细微火山灰驻留在空气中，或被风输送到不同地区外，大 部分火山灰会沉积火山口附近，形成疏松的沉积物。标准 中定义为火山喷发的细粒碎屑的疏松沉积物。（2）玄武岩：玄武岩在地质学的岩石分类中，属于岩 浆岩（也叫火成岩）。岩浆岩分侵入岩和喷出岩两种，喷表 1部分火山灰质材料的化学分析%试样样品来源sio2al2o3fe2o3tio2caomgona2ok2oso355.617.87.41.47.22.43.43.80.05云南龙陵、腾冲玄武岩火山灰60.517.46.11.15.61.72.93.8云南龙陵、腾冲河北张家口 吉林长白山区安山岩火山灰沸石粉 浮石粉长白山火山灰175.771.714.010.81.75.40.20.43.90.51.10.10.44.62.65.4吉林长白山区50.018.014.23.55.52.72.12.50.12长白山火山灰2吉林长白山区吉林长白山区 云南龙陵、腾冲京能热电厂49.347.817.117.014.013.53.43.26.47.43.24.42.72.82.52.70.090.09长白山火山灰3凝灰岩火山灰 某级fa62.6616.954.984.802.3448.9128.058.852.152.651.030.782.080.861.4 主要技术指标因天然火山灰种类较多，有的火山灰虽然流动性差， 但是活性很高；有的火山灰虽然流动性较好，但是活性一 般，即各个指标并非协调统一，不易分级，因此标准中未 进行分级。为避免标准之间的重复，天然沸石粉的技术要 求应按 jg/t 30481998混凝土和砂浆用天然沸石粉 执行。（1）细度：火山灰质材料的细度和比表面积与活性 指数性能都具有相关性。在实际工程中，细度相对比表面积指标而言，测试比较快捷简便，测试方法应用较广，因此标准制定中采用了细度指标。目前实际工程中，作掺合 料的天然火山灰质材料细度一般均 20%。在生产中，火 山灰质材料生产企业可以通过调整粉磨工艺参数来调整细 度的大小，细度 20% 在生产中比较容易达到。如果细度 过大，火山灰活性难以充分发挥。编制组根据实际生产技 术情况，细度指标定为 20%。部分样品细度试验结果见 表 2。38coal ash4/201250%，28 d 活性指数 65%。表 2部分天然火山灰质材料细度某级 磨细磨细长白山 沸石粉 浮石粉 火山灰1项目粉煤灰 玄武岩 安山岩细度（45m筛余）/%15.47.94.427.88.03.5（2）流动度比：流动度比和需水量比都是反映火山灰质材料同一种性能的指标。在需水比试验中，试验胶砂流 动度达到 130140 mm 范围之间的用水量，需要多次调整 才能确定，试验耗时、耗料，而且胶砂流动度达到 130140 mm 范围之间的用水量不是唯一值，导致试验结果的 不唯一；而流动度比测定起来快捷、方便，因此本标准采 用流动度比指标。部分天然火山灰质材料流动度比试验结果见表 3，表3 表明有些不同种类的火山灰质材料流动度比差别比较大， 例如浮石粉和沸石粉，流动度比相对小很多，因此针对不 同种类的天然火山灰质材料，根据试验结果规定了不同的 指标值。其中，磨细火山灰流动度比应 85%，磨细玄武 岩、安山岩、凝灰岩流动度比应 90%，浮石粉流动度比 应 85%。a 浮石粉1 000b 浮石粉5 000c 磨细玄武岩5 000d 磨细玄武岩20 000e 磨细安山岩5 000f 磨细安山岩20 000表 3部分天然火山灰质材料流动度比某级 磨细 磨细 沸石 浮石 长白山 长白山 长白山粉煤灰 玄武岩 安山岩 粉粉 火山灰1 火山灰2 火山灰3项目流动度比/% 95.493.396.4 63.1 66.793.3102.196.4g 沸石粉5000h 沸石粉20000图 1 sem图为了分析不同种类天然火山灰质材料流动性差异的原因，对比其 sem 图如图 1 所示。图 1 的ab 表明，浮石粉 微观形貌主要是棒状微观多孔结构，因此流动性较差；图1的cf 表明，磨细玄武岩和安山岩的微观形貌主要是颗粒 状，有关文献表明沸石粉的微观结构为多孔架状结构。由 于微观颗粒形貌的差别决定了不同种类天然火山灰质材料 的流动度比的差异。（3）活性指数：本标准在确定该指标时，主要考虑两 个原则：一是指标不能定的过高，以有利于天然火山灰的 综合利用；另一个原则是指标定的不能过低，以避免对混 凝土的性能造成较大的影响，同时由于天然火山灰需要粉 磨，如果活性过低，对整个工程经济成本也不利。gb/t28472005用于水泥中的火山灰质混合材料 规定，火山灰质混合材料水泥胶砂 28 d 抗压强度比 65.0%， gb/t 15962005用于水泥和混凝土中的粉煤灰 规定， 水泥活性混合材料用粉煤灰强度活性指数 65.0%。表 4 试验结果表明，大部分天然火山灰质材料均能满足在参考 相关标准及试验结果的基础上，本标准确定 7 d 活性指数表 4部分天然火山灰质材料活性指数某级 磨细玄 磨细安 沸石 浮石 长白山 龙陵 龙陵凝灰项目粉 粉 火山灰1 浮石粉 凝灰岩 质泥岩粉煤灰武岩山岩7d 64.360.667.958.668.855.6 71.169.299.6 72.976.2586375824652活性指数/% 28d 83（4）烧失量：对于人工火山灰，未燃尽炭含量的多少决定了烧失量的大小。编制组选择了部分代表性的天然火 山灰质材料进行烧失量试验，详见表 5。从表 5 可以看出， 除浮石粉外，其他样品烧失量均比较低，浮石粉烧失量高 的原因可能跟其多孔疏松结构有关。gb/t 15962005用 于水泥和混凝土中的粉煤灰对拌制混凝土和砂浆用粉煤 灰烧失量的规定：级5.0%，级8.0%，级 15.0%；gb/t 180462008用于水泥和混凝土中的粒化 高炉矿渣粉对各级别矿渣粉烧失量统一规定 3.0%。 gb/t 28472005用于水泥中的火山灰质混合材料规 定，人工火山灰质混合材料烧失量 10.0%，未对天然火粉煤灰4/201239山灰作出规定。本标准根据实际试验结果，并考虑与相关标准协调的基础上，规定烧失量 8%。（5）so3：选用几种天然火山灰质材料样品进行 so3 含量试验，详见表 6。表 6 结果表明，天然火山灰质材料 的 so 3 含量均非常低。本标准中参照 gb/t 2847 2005 用于水泥中的火山灰混合材料 规定，确定天然火山灰 质材料 so3 含量 3.5%。表 5部分天然火山灰质材料的烧失量玄武岩火山灰安山岩火山灰瑞丽火山灰岩吉林腾冲浮石粉 火山灰龙陵浮石粉龙陵凝灰岩项目烧失量/% 0.941.780.322.610.776.691.98表 6部分天然火山灰质材料 so 3 含量玄武岩火山灰安山岩火山灰长白山火山灰1 长白山火山灰2 长白山火山灰3 龙陵凝灰岩 某级fa项目沸石粉浮石粉含量少，未测出含量少，未测出 含量少，未测出so30.050.120.090.090.060.86（6）氯离子含量：天然火山灰质材料本身不含氯离子或含量极少，难以测出。通过编制组对几种天然火山灰 化学成分分析，均未测出含有氯离子。但考虑到天然火山 灰在粉磨过程中，生产厂家可能会掺入不同的助磨剂，有 些种类助磨剂含有氯离子成分，从而会给天然火山灰质材 料产品引入氯离子。因此在该标准送审稿审查会中，根据审查会专家建议，引入了氯离子含量指标，并规定氯离 子含量 0.06%。（7）碱含量：标准编制组对部分天然火山灰质材料样 品的碱含量进行了检测，详见表 7。从表 7 可以看出，天 然火山灰质材料碱含量比较高。表 7部分天然火山灰质材料碱含量玄武岩火山灰安山岩火山灰沸石粉浮石粉项目长白山火山灰1长白山火山灰2长白山火山灰3某级 fana2ok2o3.43.82.93.80.42.64.65.42.12.52.72.52.82.70.782.08由于天然火山灰质材料的碱含量比较高，为验证其是否有发生潜在碱-集料反应危害，编制组选定了几种火山 灰质材料与潜在碱活性集料进行了碱-集料反应试验，试验结果分别见表 8 和表 9，表 8 试验集料选用玻璃集料， 表 9 试验集料选用某碱活性碎石。试验方法按照 jgj 522006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准中的 砂浆长度法。从表 8 和表 9 试验结果可以看出，天然火山灰质材料的碱含量虽然比较高，但是并不会引起水泥砂浆或混凝土 发生碱-集料反应的潜在危害，而且对碱-集料反应具有明 显抑制作用，可预防碱-集料反应的发生。因此本标准对碱 含量作如下规定：“按 na2o+0.658