第1章 混凝土原材料

1、l第一节第一节 水水 泥泥l第二节第二节 集料集料l第三节第三节 水水l第四节第四节 矿物掺和料矿物掺和料第一章第一章 混凝土原材料混凝土原材料l集料的级配；集料的级配；l掺和料的种类、结构、掺和料的种类、结构、性质及作用机理性质及作用机理引言 混凝土质量与建筑工程质量混凝土质量与建筑工程质量 混凝土原材料的选用与施工技术混凝土原材料的选用与施工技术 混凝土的质量混凝土的质量 混凝土质量不合格混凝土质量不合格 建筑工程质量事故建筑工程质量事故 对人对人类社会造成来严重危害类社会造成来严重危害混凝土质量与建筑工程质量混凝土质量与建筑工程质量2007年8月美国明尼苏达 2007年越南第年越南第一在

2、建长桥一在建长桥广东佛山九江大桥广东佛山九江大桥 浙江金华大浙江金华大桥工地倒塌桥工地倒塌 肯尼亚内罗毕肯尼亚内罗毕一建筑倒塌一建筑倒塌 建筑物破坏建筑物破坏引起火灾引起火灾美国纽约市曼哈顿美国纽约市曼哈顿区一幢区一幢4层建筑物层建筑物 混凝土质量与建筑工程质量混凝土质量与建筑工程质量建筑工程质量对混凝土材料的要求建筑工程质量对混凝土材料的要求 强度，耐久性，工作性，经济性获得优质经济混凝土的基本条件获得优质经济混凝土的基本条件 选择原材料就在取材，质地优良 确定混凝土配合比保证质量，经济节约 加强施工控制，保证施工质量混凝土质量与建筑工程质量混凝土质量与建筑工程质量原材料性能与混凝土质量普通

3、混凝土的原材料普通混凝土的原材料 粗集料，细集料，水泥，水粗集料，细集料，水泥，水 其他组分其他组分第五组分（外加剂）第五组分（外加剂） 第六组分（矿物掺合料）第六组分（矿物掺合料） 第七组分（纤维）第七组分（纤维）组成材料的作用组成材料的作用 水泥净浆胶凝材料：包裹集料表面并填充集料空隙；水泥净浆胶凝材料：包裹集料表面并填充集料空隙；满足混凝土拌合物的工作性能及集料润滑材料；满足混凝土拌合物的工作性能及集料润滑材料；使硬化混凝土具有要求的强度、耐久性。使硬化混凝土具有要求的强度、耐久性。 集料的作用：填充材料，降低混凝土成本；集料的作用：填充材料，降低混凝土成本； 提高混凝土的体积稳定性和耐

4、久性；提高混凝土的体积稳定性和耐久性； 减少水泥净浆的发热、干缩等不良作用。减少水泥净浆的发热、干缩等不良作用。原材料性能与混凝土质量我国原材料存在问题我国原材料存在问题 水泥水泥立窑水泥质量差，回转窑水泥质量波动大立窑水泥质量差，回转窑水泥质量波动大 砂石砂石规模小、工艺落后，质量差且不稳定规模小、工艺落后，质量差且不稳定 外加剂外加剂技术水平低，质量参差不齐技术水平低，质量参差不齐 矿物掺合料矿物掺合料未产业和正规化未产业和正规化质量低的原材料导致的建筑工程质量目前存在问题质量低的原材料导致的建筑工程质量目前存在问题 体积稳定性差，裂缝严重；体积稳定性差，裂缝严重； 均匀性差，较易离析、泌

5、水；均匀性差，较易离析、泌水； 抗腐蚀能力低，使用寿命短。抗腐蚀能力低，使用寿命短。 水泥是混凝土中主要的胶凝材料，水泥的性能，如强水泥是混凝土中主要的胶凝材料，水泥的性能，如强度、耐久性等在相当大的程度上影响混凝土的性能，因此度、耐久性等在相当大的程度上影响混凝土的性能，因此选用水泥时必须考虑下列几项因素：选用水泥时必须考虑下列几项因素： （1）水泥强度等级；）水泥强度等级； （2）在各种温、湿度条件下，水泥早期和后期强度发展）在各种温、湿度条件下，水泥早期和后期强度发展的规律；的规律； （3）使用环境中水泥的稳定性；）使用环境中水泥的稳定性； （4）各种水泥的其他特殊性能。）各种水泥的其他

6、特殊性能。 1.1 水泥水泥年份年份水泥产量（亿吨）水泥产量（亿吨）增长率（增长率（% %）20002000年年5.975.974.19%4.19%20012001年年6.616.6110.73%10.73%20022002年年7.257.259.68%9.68%20032003年年8.628.6218.91%18.91%20042004年年9.709.7012.52%12.52%20052005年年10.6910.6910.19%10.19%20062006年年12.3712.3715.71%15.71%20072007年年13.6113.6110.06%10.06%20082008年年13

7、.8813.882.00%2.00%20092009年年16.4616.4618.53%18.53%20102010年年20112011年年18.6818.6820.6320.6313.51%13.51%16.116.1绪绪 论论p中国水泥的年产量增长情况中国水泥的年产量增长情况2012年上半年全国规模以上水泥产量年上半年全国规模以上水泥产量9.94亿吨亿吨绪绪 论论p水泥的年产量增长情况水泥的年产量增长情况年份年份世界（亿吨）世界（亿吨）中国（亿吨）中国（亿吨）增量（亿吨）增量（亿吨）19000.100.11998165.610.4200828.413.914.520092816.311.7

8、201018.68从上世纪从上世纪90年代开始，中国的水泥工业处于高速发展状态，全世界的水年代开始，中国的水泥工业处于高速发展状态，全世界的水泥增量几乎全部发生在中国。据预计，这种态势仍会保持泥增量几乎全部发生在中国。据预计，这种态势仍会保持20年。年。绪绪 论论p水泥行业的发展瓶颈水泥行业的发展瓶颈矿山开采矿山开采植被破坏植被破坏水土流失水土流失灰尘灰尘二氧化碳二氧化碳噪声噪声绪绪 论论p中国水泥生产技术指标与国际水平比较有较大差距中国水泥生产技术指标与国际水平比较有较大差距项项 目目国际国际先进水平先进水平国内国内先进水平先进水平国内国内平均水平平均水平熟料热耗（熟料热耗（KJ/Kg）28

9、0029503344水泥综合电耗（水泥综合电耗（kWh/t）8590110窑尾粉尘排放浓度（窑尾粉尘排放浓度（mg/m3）1550100窑尾窑尾烟气烟气 NOx排放排放（mg/m3）2005001200窑尾烟气窑尾烟气 SO2排放排放 （mg/m3）50200400我国水泥粉磨系统的能量转换利用率仅我国水泥粉磨系统的能量转换利用率仅35%左右，平均能耗高达左右，平均能耗高达3540kWh/t，约占，约占水泥生产总能耗的水泥生产总能耗的30%左右。每年仅水泥粉磨耗电量高达左右。每年仅水泥粉磨耗电量高达350 400亿亿kWh，相当于，相当于三峡电站半年满负荷三峡电站半年满负荷运转的发电量。可见，

10、水泥粉磨系统就消耗大量的能耗。运转的发电量。可见，水泥粉磨系统就消耗大量的能耗。绪绪 论论p水泥工业发展战略水泥工业发展战略 凡细磨成粉末状，加入适量的水后成为塑性浆体，既凡细磨成粉末状，加入适量的水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 根据根据GB175-2007通用硅酸盐水泥标准，通用硅酸盐水泥标准，通用硅酸盐通用硅酸盐水泥的定义如下：水泥的定义如下：以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、及规以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、及规

11、定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。1.1 水泥水泥p1.1.11.1.1水泥的定义与分类水泥的定义与分类 （1）按其用途和性能可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。）按其用途和性能可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。（2）按水泥的组成可将其分为硅酸盐水泥系列、铝酸盐水泥系列、氟）按水泥的组成可将其分为硅酸盐水泥系列、铝酸盐水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、硫铝酸盐水泥系列、铁铝酸盐水泥系列及其他水铝酸盐水泥系列、硫铝酸盐水泥系列、铁铝酸盐水泥系列及其他水 泥。泥。（3）按需要在水泥命名中标明的主要技术特性可将水泥分为快硬性水）按需要在水泥命名中标明的主要技

12、术特性可将水泥分为快硬性水泥、水化热、抗硫铝酸盐腐蚀性、膨胀性、耐高温性泥、水化热、抗硫铝酸盐腐蚀性、膨胀性、耐高温性 。1.1 水泥水泥p1.1.11.1.1水泥的定义与分类水泥的定义与分类（天然石膏和工业副产品石膏）（天然石膏和工业副产品石膏）（粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤（粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料）灰、火山灰质混合材料）（掺量（掺量水泥质量的水泥质量的0.5%0.5% ）1.1 水泥水泥p1.1.21.1.2 通用硅酸盐水泥的组分通用硅酸盐水泥的组分 42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级六个等级 42.5、42.5R

13、、52.5、52.5R四四个等级个等级 32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级六个等级1.1 水泥水泥p1.1.31.1.3通用硅酸盐水泥的强度等级通用硅酸盐水泥的强度等级 （按（按Na2O+0.658K2O计算值表示）计算值表示） 凝结时间凝结时间 硅酸盐水泥硅酸盐水泥初凝不小于初凝不小于45min，终凝不大于终凝不大于390min； 普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥初凝不小于酸盐水泥和复合硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于，终凝不大于60

14、0min。 安定性安定性 沸煮法合格。沸煮法合格。 强度强度 细度细度1.1 水泥水泥p1.1.41.1.4通用硅酸盐水泥的技术要求通用硅酸盐水泥的技术要求 表表1-2 1-2 通用水泥的化学指标通用水泥的化学指标1.1 水泥水泥品种品种代号代号不溶物不溶物烧失量烧失量三氧化硫三氧化硫氧化镁氧化镁氯离子氯离子硅酸盐水泥硅酸盐水泥P P 0.750.753.03.03.53.55.05.00.060.06P P 1.501.503.53.5普通硅酸盐普通硅酸盐水泥水泥P OP O5.05.0矿渣硅酸盐矿渣硅酸盐水泥水泥P P S AS A4.04.06.06.0P P S BS B火山灰质火山灰

15、质硅酸盐水泥硅酸盐水泥P PP P3.53.56.06.0粉煤灰硅酸盐水粉煤灰硅酸盐水泥泥P FP F1.1 水泥水泥表表1-3 1-3 强度指标强度指标品种品种强度等级强度等级抗压强度抗压强度(MPa)抗折强度抗折强度(MPa)3d28d3d28d硅硅酸酸盐盐水水泥泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.062.528.062.55.08.062.5R32.05.5普通硅酸普通硅酸盐水泥盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.0其

16、其它它通通用用水水泥泥32.510.032.52.55.532.5R15.03.542.515.042.53.56.542.5R19.04.052.521.052.54.07.052.5R23.04.5 2.2 水泥（自学） 六大水泥的性能及其适用范围六大水泥的性能及其适用范围 硅酸盐水泥的生产与性能硅酸盐水泥的生产与性能 水泥的建筑性能指标水泥的建筑性能指标 水泥的主要矿物组成水泥的主要矿物组成1.1 水泥水泥硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO2，可简写为，可简写为C3S；硅酸二钙硅酸二钙2CaOSiO2，可简写为，可简写为C2S；铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl2O3，可简写为，可简写为C3A；铁

17、铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3，可简写为，可简写为C4AF。 占占75%左左右，称为右，称为硅酸盐矿硅酸盐矿物物 占占22%左右，称左右，称为熔剂性矿物为熔剂性矿物 1.1 水泥水泥p高品质水泥研究（高品质水泥研究（973课题）课题）传统水泥传统水泥高品质水泥高品质水泥 2.2 水泥（自学） 水泥与混凝土工程质量水泥与混凝土工程质量 水泥的选择：水泥的选择： 优质的水泥优质的水泥需水量少、流动性好、与外加剂相容性好；胶砂强度高；颗粒分布需水量少、流动性好、与外加剂相容性好；胶砂强度高；颗粒分布合理；有害组分含量低合理；有害组分含量低 与混凝土强度等级相适应与混凝土强度等级相适应

18、是混凝土是混凝土28d 强度的强度的1.52.0倍（普通混凝土：倍（普通混凝土：1.52，高强混凝土：，高强混凝土：0.91.5倍）倍） 正确选择水泥品种正确选择水泥品种技术性能及适用范围，如在一般气候环境中使用砼，优先选技术性能及适用范围，如在一般气候环境中使用砼，优先选 普通水泥；要求快硬高强普通水泥；要求快硬高强 的混凝土，优先选用硅酸的混凝土，优先选用硅酸 盐水泥，不能用矿渣水泥、火盐水泥，不能用矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥及复合水泥山灰水泥、粉煤灰水泥及复合水泥 妥善贮存和使用妥善贮存和使用防潮、防水；贮存时间（时间长强度会降低）防潮、防水；贮存时间（时间长强度会降低）1.1 水

19、泥水泥 骨架增强作用；骨架增强作用； 稳定体积作用；稳定体积作用； 调整混凝土密度作用；调整混凝土密度作用；控制混凝土温度变化作用控制混凝土温度变化作用 ；降低成本作用。降低成本作用。1.2 集料集料 p1.2.11.2.1集料的作用和类别集料的作用和类别 根据颗粒大小分类根据颗粒大小分类 粗集料和细集料。粗集料和细集料。 根据集料的形成过程分类根据集料的形成过程分类 天然集料和人工集料。天然集料和人工集料。 根据集料的容重或密度分类根据集料的容重或密度分类 普通集料、轻集料和重集料。普通集料、轻集料和重集料。1.2 集料集料 p1.2.11.2.1集料的作用和类别集料的作用和类别 集料的强度

20、应高于混凝土的设计抗压强度，集料的强度应高于混凝土的设计抗压强度，常用压碎试验表示集料的力学性能。常用压碎试验表示集料的力学性能。 集料比重是指包括非贯通毛细孔在内的集料的重集料比重是指包括非贯通毛细孔在内的集料的重量与同体积水的重量之比，这样的比重称为量与同体积水的重量之比，这样的比重称为“视比重。视比重。大多数天然集大多数天然集料的视比重在料的视比重在2.62.7之间。之间。集料的容重集料的容重反映集料在堆积情况下的空反映集料在堆积情况下的空隙率。隙率。 集料的吸附水量集料的吸附水量用吸水率表示，它用吸水率表示，它在一定程度上反映集料中孔的特性。吸水率是表示饱和面干集料的含在一定程度上反映

21、集料中孔的特性。吸水率是表示饱和面干集料的含水率，以试样在水率，以试样在105110条件下烘干至恒重确定。条件下烘干至恒重确定。 集料的体积稳定性专指集料抵抗由于自然条件的集料的体积稳定性专指集料抵抗由于自然条件的变化引起体积过分变化的能力变化引起体积过分变化的能力( (最根本问题是抗冻融循环最根本问题是抗冻融循环) )。1.2 集料集料 p1.2.21.2.2集料的主要技术性质集料的主要技术性质 集料的颗粒形状，从实用角度上大致可以集料的颗粒形状，从实用角度上大致可以分为球形（蛋形）、棱角形、片状、针状等四种类型。表示集料的颗分为球形（蛋形）、棱角形、片状、针状等四种类型。表示集料的颗粒形状

22、对堆实程度的特征数有粒形状对堆实程度的特征数有 “棱角系数棱角系数”（英国）和英国）和颗粒表面积颗粒表面积对其体积之比对其体积之比。 （1）细集料的级配）细集料的级配 常用筛分方法来确定。表示细集料粗细程度的方常用筛分方法来确定。表示细集料粗细程度的方法有三种，即法有三种，即级配曲线、细度模数法和平均粒径法级配曲线、细度模数法和平均粒径法。 （2）粗集料的级配）粗集料的级配 粗集料的级配也是采用筛分的方法确定的。粗集料的级配也是采用筛分的方法确定的。 较好的集料级配应当是：较好的集料级配应当是：集料的空隙率要小，以节约水泥用量；集料的空隙率要小，以节约水泥用量；集料总表面积要小，以减少湿润集料

23、表面的需水量；集料总表面积要小，以减少湿润集料表面的需水量；要有适当含要有适当含量的细集料，以满足混合料工作性的要求。量的细集料，以满足混合料工作性的要求。1.2 集料集料 p1.2.21.2.2集料的主要技术性质集料的主要技术性质1.2.3 细集料砂粒径粒径0.150.155mm5mm的岩石颗粒，又称砂（的岩石颗粒，又称砂（sandsand） 混凝土用砂质量标准混凝土用砂质量标准 JGJ52JGJ529292 建筑工程用砂质量标准建筑工程用砂质量标准 GB/T14684-2001GB/T14684-2001 按来源可分为按来源可分为 天然砂（常用）天然砂（常用） 人工砂（岩石破碎）人工砂（岩

24、石破碎） 工业灰渣砂（资源利用，但质量不稳）工业灰渣砂（资源利用，但质量不稳） 天然砂按产地又可分为天然砂按产地又可分为 河砂河砂 海砂海砂 山砂山砂Sand细集料细集料砂砂定义与分类定义与分类选用原则：选用原则：就地取材就地取材变废为宝变废为宝保护生态保护生态 砂的技术要求有害物质n 定义：骨料中妨碍水泥水化或引起水泥石腐蚀，降低水泥石与骨定义：骨料中妨碍水泥水化或引起水泥石腐蚀，降低水泥石与骨料粘附性的各种物质或本身性能较差、不安定的颗粒。料粘附性的各种物质或本身性能较差、不安定的颗粒。n 种类：云母、粘土、淤泥和有机物等。种类：云母、粘土、淤泥和有机物等。细集料细集料砂砂砂的技术要求有害

25、物质n 含泥量：含泥量：小于小于0.08mm的尘屑、淤泥、黏土的总量的尘屑、淤泥、黏土的总量 粒径小，比表面积大；吸水性强粒径小，比表面积大；吸水性强 用水量增加用水量增加 对混凝土和易性的影响对混凝土和易性的影响 对混凝土抗压强度的影响对混凝土抗压强度的影响 对混凝土抗拉强度的影响对混凝土抗拉强度的影响 对混凝土干缩的影响对混凝土干缩的影响 对混凝土抗冻融性能影响对混凝土抗冻融性能影响危危害害性性影影响响混凝土强度等级混凝土强度等级含泥量（按质量计）含泥量（按质量计）/%泥块含量（按质量计）泥块含量（按质量计）/%大于等于大于等于C602.00.5C55C303.01.0小于等于小于等于C2

26、55.02.0表表 细集料中含泥量和泥块含量的限值细集料中含泥量和泥块含量的限值砂的技术要求有害物质n 云母含量云母含量: 薄片状，表面光滑，强度很低，易沿解理面错裂薄片状，表面光滑，强度很低，易沿解理面错裂 与水泥粘结性很差与水泥粘结性很差 对新拌浆体流动性的影响：运动阻力，流动性变差对新拌浆体流动性的影响：运动阻力，流动性变差 对强度的影响：两方面的影响对强度的影响：两方面的影响 对抗渗性的影响对抗渗性的影响 对抗冻融的影响：水分的渗入对抗冻融的影响：水分的渗入n 有机物质有机物质: 植物的腐植物植物的腐植物 妨碍水泥的水化反应妨碍水泥的水化反应 常用比色法检验常用比色法检验 若结果比标准

27、色深，应进行砂浆或混凝土强度对比试验若结果比标准色深，应进行砂浆或混凝土强度对比试验另外，还有煤粒、贝壳等轻物质另外，还有煤粒、贝壳等轻物质危危害害性性影影响响砂的技术要求有害物质细集料细集料砂砂项目项目 指标指标含泥量，含泥量，% % 1.0 3.0 5.0泥块含量，泥块含量，% % 0 1.0 2.0云母，云母，% % 1.02.02.0轻物质，轻物质，% % 1.01.01.0有机物有机物( (比色法比色法) )合格合格合格合格合格合格硫化物及硫酸盐，硫化物及硫酸盐，% % 0.50.50.5氯化物，氯化物，% % 1 碱性矿粉碱性矿粉K=1 中性矿粉中性矿粉K1 酸性矿粉酸性矿粉细磨高

28、炉矿渣l品质指标品质指标l对混凝土性能的影响对混凝土性能的影响细磨矿粉的行为与作用与粉煤灰类似细磨矿粉的行为与作用与粉煤灰类似对混凝土性能影响对混凝土性能影响新拌混凝土性能新拌混凝土性能 与矿渣细度、置换率有关，与矿渣细度、置换率有关， 主要影响泌水量和泌水率、绝热温升主要影响泌水量和泌水率、绝热温升硬化混凝土性能硬化混凝土性能 见表见表1-26（三）硅（三）硅 灰（灰（silica fume）定义定义 硅铁合金厂和硅单质厂在冶炼时通过收尘装置收集的随气体从烟道排出的极细粉末。硅铁合金厂和硅单质厂在冶炼时通过收尘装置收集的随气体从烟道排出的极细粉末。组成：组成：硅单质和硅单质和75硅铁时的工来

29、副产品硅铁时的工来副产品 化学组成化学组成SiO2为主，一般占为主，一般占85%96%，且绝大多数为无定形的，且绝大多数为无定形的， 还还 有少量氧化铁、氧化钙、氧化硫等，一般不超过有少量氧化铁、氧化钙、氧化硫等，一般不超过1% 矿物组成矿物组成无定形的无定形的SiO2为主，少量高温矿物为主，少量高温矿物 颗粒组成颗粒组成非晶态的球形颗粒，表面光滑非晶态的球形颗粒，表面光滑 硅灰球比水泥、粉煤灰等小得多，主要是硅灰球比水泥、粉煤灰等小得多，主要是0.5微米以下的微米以下的 颗粒颗粒,平均粒径为平均粒径为0.10.2微米微米物理性质物理性质 颜色颜色青灰色或银白色，若原料中加木屑以增加青灰色或银

30、白色，若原料中加木屑以增加C, 则为灰色则为灰色 相对密度相对密度与粉煤灰相近，一般为与粉煤灰相近，一般为2.12.5 需水量需水量一般来说一般来说, 需水量较大。以一定数量取代，用水量增加需水量较大。以一定数量取代，用水量增加 掺掺10%硅灰，需水量增加硅灰，需水量增加11%13%火山灰活性：火山灰活性指数火山灰活性：火山灰活性指数 掺硅灰的砂浆强度与基准砂浆强度的比值来表示掺硅灰的砂浆强度与基准砂浆强度的比值来表示, 110% 通过氮吸附法测定的比表面积大约为1525m2/g，平均为20m2/g。由于硅粉具有独特的细度，小的球状硅粉可填充于水泥颗粒之间，使胶凝材料具有更好的级配，低掺量下，

31、还能降低水泥的标准稠度用水量。但因其比表面积很大，其吸附水分的能力很强，掺量提高时，将增加混凝土的用水量，需水量比约为需水量比约为134%134%。 对混凝土性能的影响对混凝土性能的影响据研究，在保持坍落度不变的条件下，硅粉取代水泥量与需水量成线性关系，硅粉取代水泥量每增加1%(5kg )，需水量增加7kg。这可通过掺加高效减水剂来补偿需水量的增加，在不增加混凝土内摩擦力的情况下，硅粉的极限掺量与混凝土中水泥含量有关，当水泥用量为200，300，400kg/m3时，相应硅粉的取代量大致为2，4%和6%。一般硅粉对水泥的取代率，综合考虑混凝土的性能和生产成本，一般情况下是水泥重量的5%15%左右

32、。超过20%水泥浆将变得非常粘稠。掺入硅粉可降低泌水。硅粉的掺入还会加大混凝土的收缩。发达国家广泛地用于高强高性能混凝土中。在我国因产量不高，价格又比较昂贵，一般在C80左右的混凝土中才考虏使用。 据资料统计，我国已建的据资料统计，我国已建的32座大型水电站中，有座大型水电站中，有22座遭受磨蚀座遭受磨蚀破坏，尤其是黄河干流上几座水电站和西南地区的水利水电工程，因破坏，尤其是黄河干流上几座水电站和西南地区的水利水电工程，因泥砂和推移质含量大、流速高，磨蚀问题更为突出，已危及工程安全。泥砂和推移质含量大、流速高，磨蚀问题更为突出，已危及工程安全。国内外传统的抗磨蚀材料多用环氧砂浆等高分子材料。这

33、类材料国内外传统的抗磨蚀材料多用环氧砂浆等高分子材料。这类材料抗磨蚀能力虽好，但由于它本身线膨胀系数数倍于基底普通混凝土，抗磨蚀能力虽好，但由于它本身线膨胀系数数倍于基底普通混凝土，又与基底混凝土温度适应不好，在自然气候条件下容易开裂脱落。且又与基底混凝土温度适应不好，在自然气候条件下容易开裂脱落。且施工复杂，有毒性，成本昂贵，不能大面积推广应用。施工复杂，有毒性，成本昂贵，不能大面积推广应用。微硅粉作为抗磨蚀材料的研究，在我国开始于微硅粉作为抗磨蚀材料的研究，在我国开始于1985年。年。1986年起，南京水科院在兄弟单位的协作下，将其成果用在葛洲坝、大伙年起，南京水科院在兄弟单位的协作下，将

34、其成果用在葛洲坝、大伙房水库，映秀湾水电站、龙羊水峡水电站等修补和护面工程中实地推房水库，映秀湾水电站、龙羊水峡水电站等修补和护面工程中实地推广应用。经过几个汛明的过水考验，效果很好。其抗冲磨能力提高一广应用。经过几个汛明的过水考验，效果很好。其抗冲磨能力提高一倍左右，抗倍左右，抗48ms流速级的抗磨蚀能力提高流速级的抗磨蚀能力提高3倍以上。小浪底水电倍以上。小浪底水电建设工程中微硅粉包大显身手。建设工程中微硅粉包大显身手。微硅粉混凝土用在水利水电工程上，可以提高工程的微硅粉混凝土用在水利水电工程上，可以提高工程的抗磨蚀能力抗磨蚀能力二滩水电站泄洪洞修复工程二滩水电站泄洪洞修复工程微硅粉混凝土

35、用在水利工程上，可以提高工程的微硅粉混凝土用在水利工程上，可以提高工程的抗裂性能抗裂性能水工混凝土裂缝，已成为人们普遍关注为大问题。裂缝的原因是材水工混凝土裂缝，已成为人们普遍关注为大问题。裂缝的原因是材料本身水化热升温。如在混凝土中掺入粉煤灰，虽可以降低水电热料本身水化热升温。如在混凝土中掺入粉煤灰，虽可以降低水电热升温，但早期强度比较低，使粉煤灰接量受到限制。在十五届国际升温，但早期强度比较低，使粉煤灰接量受到限制。在十五届国际大坝会议上，挪威介石在大坝会议上，挪威介石在Forrreass坝掺用微硅粉而产生良好效果坝掺用微硅粉而产生良好效果的情况，引起了与会者的重视。会后，我国南京水科院承

36、担了的情况，引起了与会者的重视。会后，我国南京水科院承担了“七七五五”攻关课题中用微硅粉改性以提高混凝土抗裂性的研究任务。攻关课题中用微硅粉改性以提高混凝土抗裂性的研究任务。1987年经在福建范后水电站水轮机蜗壳实验证明，掺入适量微硅年经在福建范后水电站水轮机蜗壳实验证明，掺入适量微硅粉与不掺的对比中，节约水泥粉与不掺的对比中，节约水泥38，降低水化热，降低水化热30，现场强度，现场强度保证率达保证率达98以上，单方材料费未增加，比原设计用钢纤维混凝土以上，单方材料费未增加，比原设计用钢纤维混凝土节约材料费节约材料费14万元。万元。微硅粉混凝土可以提高微硅粉混凝土可以提高抗渗透性能、抗盐蚀性能

37、，保护钢筋抗渗透性能、抗盐蚀性能，保护钢筋水下工程，由于氯离子渗入混凝土中，引起钢筋快速锈蚀，混凝土脱水下工程，由于氯离子渗入混凝土中，引起钢筋快速锈蚀，混凝土脱层，寿命短，破坏性严重，挪威在层，寿命短，破坏性严重，挪威在1971年将微硅粉用于混凝土中，一年将微硅粉用于混凝土中，一方面填充在水泥颗粒的周围，使浆体更为致密；另一方面方面填充在水泥颗粒的周围，使浆体更为致密；另一方面.它与水泥水它与水泥水化生成的氢氧化钙结合生成水化硅酸钙凝胶（又称化生成的氢氧化钙结合生成水化硅酸钙凝胶（又称CSH凝胶），这些凝胶），这些凝胶堵塞在毛细管中，使毛细孔变小而且不连续，大大提高了混凝土凝胶堵塞在毛细管中

38、，使毛细孔变小而且不连续，大大提高了混凝土的密实性，有效地提高了抗氯离子渗入引起电化学破坏的能力，大大的密实性，有效地提高了抗氯离子渗入引起电化学破坏的能力，大大增强其抗锈蚀性能。南京水科院经增强其抗锈蚀性能。南京水科院经3年研究，在江苏连云港木材码头上年研究，在江苏连云港木材码头上进行试用，每方混凝土节约水泥进行试用，每方混凝土节约水泥80110kg，而且施工方便，使用，而且施工方便，使用年限延长年限延长1.2倍。倍。微硅粉混凝土用在交通微硅粉混凝土用在交通公路路面的抢修上，具有极强的耐磨特性公路路面的抢修上，具有极强的耐磨特性用普通混凝土浇筑道路，需要用普通混凝土浇筑道路，需要28天才能正

39、常通车，一般早强混凝土也要天才能正常通车，一般早强混凝土也要3天才能通车，混凝土公路路面损坏是不可避免的。用常规的方法修复。常天才能通车，混凝土公路路面损坏是不可避免的。用常规的方法修复。常常要造成交通中断，从而带来严重的经济损失。为了解决这个难题，根据常要造成交通中断，从而带来严重的经济损失。为了解决这个难题，根据国外先进经验，国外先进经验，1986年南京农科院设计出了具有早强的耐磨特性的微硅年南京农科院设计出了具有早强的耐磨特性的微硅粉混凝土，经实际运用，效果十分理想。粉混凝土，经实际运用，效果十分理想。1988年仪征化纤联合公司厂区中心干道更换预制块，要求年仪征化纤联合公司厂区中心干道更

40、换预制块，要求12小时能达小时能达到通车要求。南京水科院应邀设计了到通车要求。南京水科院应邀设计了12小时达到小时达到200超早强微硅杨混凝超早强微硅杨混凝土配方，于土配方，于9月初在厂区中心干道浇筑月初在厂区中心干道浇筑100方。现场取样试验结果表明该方。现场取样试验结果表明该混凝土混凝土12小时达到抗压强度小时达到抗压强度25MPa，抗磨蚀提高，抗磨蚀提高1倍，倍，24小时抗压强小时抗压强度达到度达到37MPa，半天即可通车。仅施工期的汽车绕道费就节省了近，半天即可通车。仅施工期的汽车绕道费就节省了近5万元，万元，其所增加的材料费不过其所增加的材料费不过4000元，说明其技术经济效果十分显

41、著。元，说明其技术经济效果十分显著。路面施工路面施工各种矿物外加剂的比较 化学组成的比较组成组成粉煤灰粉煤灰硅灰硅灰磨细矿粉磨细矿粉烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OTiO24.8150.1331.756.592.020.681.180.210.582.7391.420.541.490.751.781.050.18-3.3231.0711.112.4741.936.050.240.540.80各种矿物外加剂的比较 结构特征的比较名称名称结构特征结构特征粉煤灰粉煤灰硅氧四面体和铝氧八面体构成的无定形玻璃体硅氧四面体和铝氧八面体构成的无定形玻璃体结构，网络中断键很少结构，

42、网络中断键很少硅灰硅灰基本上是以硅氧四面体构成的无定形玻璃体结基本上是以硅氧四面体构成的无定形玻璃体结构，网络中断键很少，但是高度无序化构，网络中断键很少，但是高度无序化磨细矿粉磨细矿粉无定形玻璃体结构，但由于网络变性体较多，无定形玻璃体结构，但由于网络变性体较多，因而在结构中存在着较多的断键因而在结构中存在着较多的断键各种矿物外加剂的比较 颗粒组成的比较名称名称结构特征结构特征粉煤灰粉煤灰优质原状粉煤灰以球形颗粒为主，颗粒分布通优质原状粉煤灰以球形颗粒为主，颗粒分布通常较宽，磨细粉煤灰则有大量的无规则颗粒或常较宽，磨细粉煤灰则有大量的无规则颗粒或碎球形颗粒，颗粒分布取决于粉磨工艺碎球形颗粒，

43、颗粒分布取决于粉磨工艺硅灰硅灰以球形颗粒为主，颗粒非常小，平均粒径为以球形颗粒为主，颗粒非常小，平均粒径为100200微米，接近于纳米材料尺度微米，接近于纳米材料尺度磨细矿粉磨细矿粉无规则颗粒，颗粒分布取决于粉磨工艺无规则颗粒，颗粒分布取决于粉磨工艺各种矿物外加剂的比较 作用行为的比较名称名称结构特征结构特征粉煤灰粉煤灰优质粉煤灰具有较强的减水作用、一定的活性、优质粉煤灰具有较强的减水作用、一定的活性、较好的填充作用；低钙粉煤灰当掺量达到一定较好的填充作用；低钙粉煤灰当掺量达到一定程度时具有较好的体积稳定作用程度时具有较好的体积稳定作用硅灰硅灰无超塑化剂时不具有减水作用，通常表现出增无超塑化剂

44、时不具有减水作用，通常表现出增水作用，但当合理掺用超塑化剂时表现出较强水作用，但当合理掺用超塑化剂时表现出较强的减水作用；具有较高的活性、非常强的填充的减水作用；具有较高的活性、非常强的填充作用；通常不具有较好的体积稳定作用作用；通常不具有较好的体积稳定作用磨细矿粉磨细矿粉基本上没有减水作用基本上没有减水作用具有非常高的活性、并具有胶凝性具有非常高的活性、并具有胶凝性填充作用不明显填充作用不明显表现出较差的体积稳定作用表现出较差的体积稳定作用 天然沸石粉是以天然沸石为原料，经磨细制成的粉状物天然沸石粉是以天然沸石为原料，经磨细制成的粉状物料。料。天然沸石粉在水泥基材料中的作用如下：天然沸石粉在

45、水泥基材料中的作用如下： 天然沸石粉的需水行为和减水作用天然沸石粉的需水行为和减水作用 天然沸石粉的活性行为和胶凝作用天然沸石粉的活性行为和胶凝作用 天然沸石粉的填充行为和致密作用天然沸石粉的填充行为和致密作用 天然沸石粉的稳定行为和益化作用天然沸石粉的稳定行为和益化作用1.4 矿物掺和料矿物掺和料 p1.4.21.4.2常用常用矿物掺和料矿物掺和料 偏高岭土是以高岭土为原料偏高岭土是以高岭土为原料,在适当温度下在适当温度下(600900) 经脱水形经脱水形成的无水硅酸铝成的无水硅酸铝(Al2O3 2SiO2)。高岭土属于层状硅酸盐结构，由四。高岭土属于层状硅酸盐结构，由四面体配位的氧化硅和八

46、面体配位的氧化铝层交替组成，层与层之间由面体配位的氧化硅和八面体配位的氧化铝层交替组成，层与层之间由范德华力结合，范德华力结合，OH-离子在其中结合得较牢固。离子在其中结合得较牢固。（1）偏高岭土的水化产物）偏高岭土的水化产物 偏高岭土是一种高活性火山灰材料，在水泥水化产物偏高岭土是一种高活性火山灰材料，在水泥水化产物Ca(OH) 2的的作用下发生火山灰反应，生成的水化产物与水泥类似，起辅助胶凝材作用下发生火山灰反应，生成的水化产物与水泥类似，起辅助胶凝材料的作用。不同料的作用。不同AS2/CH 比率下的反应式如下：比率下的反应式如下：1.4 矿物掺和料矿物掺和料 p1.4.21.4.2常用常

47、用矿物掺和料矿物掺和料AS2/CH=0.5，AS2+6CH+9HC4AH13+2CSHAS2/CH=0.6，AS2+5CH+3HC3AH6+2CSHAS2/CH=1.0，AS2+3CH+6HC2ASH8+CSH（2）偏高岭土的作用机理：）偏高岭土的作用机理： 加速水泥水化效应加速水泥水化效应 填充效应填充效应 火山灰效应火山灰效应 1.4 矿物掺和料矿物掺和料 p1.4.21.4.2常用常用矿物掺和料矿物掺和料（六）各种矿物外加剂的比较（六）各种矿物外加剂的比较 化学组成的比较组成组成粉煤灰粉煤灰硅灰硅灰磨细矿粉磨细矿粉烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OTiO24.8

48、150.1331.756.592.020.681.180.210.582.7391.420.541.490.751.781.050.18-3.3231.0711.112.4741.936.050.240.540.80 结构特征的比较名称名称结构特征结构特征粉煤灰粉煤灰硅氧四面体和铝氧八面体构成的无定形玻璃体硅氧四面体和铝氧八面体构成的无定形玻璃体结构，网络中断键很少结构，网络中断键很少硅灰硅灰基本上是以硅氧四面体构成的无定形玻璃体结基本上是以硅氧四面体构成的无定形玻璃体结构，网络中断键很少，但是高度无序化构，网络中断键很少，但是高度无序化磨细矿粉磨细矿粉无定形玻璃体结构，但由于网络变性体较多，

49、无定形玻璃体结构，但由于网络变性体较多，因而在结构中存在着较多的断键因而在结构中存在着较多的断键（六）各种矿物外加剂的比较（六）各种矿物外加剂的比较 颗粒组成的比较名称名称结构特征结构特征粉煤灰粉煤灰优质原状粉煤灰以优质原状粉煤灰以球形颗粒球形颗粒为主，颗粒分布通为主，颗粒分布通常较宽，磨细粉煤灰则有大量的无规则颗粒或常较宽，磨细粉煤灰则有大量的无规则颗粒或碎球形颗粒，颗粒分布取决于粉磨工艺碎球形颗粒，颗粒分布取决于粉磨工艺硅灰硅灰以球形颗粒为主，以球形颗粒为主，颗粒非常小颗粒非常小，平均粒径为，平均粒径为100200微米，接近于纳米材料尺度微米，接近于纳米材料尺度磨细矿粉磨细矿粉无规则颗粒无

50、规则颗粒，颗粒分布取决于粉磨工艺，颗粒分布取决于粉磨工艺（六）各种矿物外加剂的比较（六）各种矿物外加剂的比较 作用行为的比较名称名称结构特征结构特征粉煤灰粉煤灰优质粉煤灰具有较强的减水作用、一定的活性、优质粉煤灰具有较强的减水作用、一定的活性、较好的填充作用；低钙粉煤灰当掺量达到一定较好的填充作用；低钙粉煤灰当掺量达到一定程度时具有较好的体积稳定作用程度时具有较好的体积稳定作用硅灰硅灰无超塑化剂时不具有减水作用，通常表现出增无超塑化剂时不具有减水作用，通常表现出增水作用，但当合理掺用超塑化剂时表现出较强水作用，但当合理掺用超塑化剂时表现出较强的减水作用；具有较高的活性、非常强的填充的减水作用；具有较高的活性、非常强的填充作用；通常不具有较好的体积稳定作用作用；通常不具有较好的体积稳定作用磨细矿粉磨细矿粉基本上没有减水作用基本上没有减水作用具有非常高的活性、并具有胶凝性具有非常高的活性、并具有胶凝性填充作用不明显填充作用不明显表现出较差的体积稳定作用表现出较差的体积稳定作用（六）各种矿物外加剂的比较（六）各种矿物外加剂的比较补充： 增强材料 粒子增强水泥基复合材料粒子增强水泥基复合材料 薄片