混凝土矿物外加剂(工艺师讲座)0509

张雄博士教授博士生导师E－mail：xiong.Zhang@Tel:65983465同济大学建筑材料研究所BuildingMaterialsinstitute，TongjiUniversity

矿物外加剂应用技术1目录矿物外加剂应用技术规范矿物外加剂混凝土减缩抗裂技术矿物外加剂混凝土优化降本技术2一、矿物外加剂应用技术规范

(一)主要技术规范简介用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣微粉（GB/T18046-2000)用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T1596－2005)高强高性能混凝土用矿物外加剂（GB/T18736-2002)粒化高炉矿渣微粉在水泥混凝土中应用技术规程（DG/TJ08-501-1999)高钙粉煤灰混凝土应用技术规程（DBJ08－230－98）矿物掺合料应用技术规范（GB/T征求意见稿）3(二)比较不同规范矿物外加剂技术要求的差异1.矿渣微粉技术要求用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣微粉（GB/T18046-2000)高强高性能混凝土用矿物外加剂（GB/T18736-2002)

标准号GB/T18046GB/T18736级别S105S95S75IIIIII活性指数3d》857055活性指数7d》9575551008575活性指数28d》1059575115105100比表面积m2/kg>350750550350流动度度比％>859095需水量比％《100

同级别产品技术要求GB/T18046低于GB/T187364一、矿物外加剂应用技术规范2.粉煤灰技术要求用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T1596－2005)高强高性能混凝土用矿物外加剂（GB/T18736-2002)高钙粉煤灰混凝土应用技术规程（DBJ08－230－98）标准号GB/T1596GB/T18736DBJ08－230

级别IIIIIIIIIIII活性指数7d》－8075活性指数28d》70（混合材）9085比表面积m2/kg>－600400需水量比％《951051159510595100细度45um筛《122545－－1220安定性（雷氏夹）《5mm5mmF－CaO％《F类1，C类43.02.5GB/T18736不涵盖高钙灰.5(三)矿物外加剂应用技术若干问题1.倡导采用硅酸盐水泥和高标号水泥配制矿物外加剂混凝土。(1)采用硅酸盐水泥和高标号普通水泥配制矿物外加剂混凝土更具有技术经济性.(2)普通硅酸盐水泥中混合材有超标现象；(3)普通硅酸盐水泥中混合材多为惰性混合材；6(三)矿物外加剂应用技术若干问题2.安定性不良高钙粉煤灰如何合理安全使用?(1)压库滞后使用；(2)与矿渣微粉复合使用；(3)按混凝土配合比配制胶凝材料,复核其安定性；(4)掺入1%~2%硅灰;(5)添加安定性外加剂。7(三)矿物外加剂应用技术若干问题3.矿渣微粉混凝土粘稠性偏高时如何调整?(1)选用非萘系系列化学外加剂；(2)与I级、II级粉煤灰复合使用；(3)适当提高混凝土含气量；(4)选用矿渣微粉专用化学外加剂。8(三)矿物外加剂应用技术若干问题4.高烧失量粉煤灰对混凝土性能有何影响?(1)粉煤灰烧失量高,意味其含碳量相对也比较高,高碳会吸附和消耗化学外加剂,导致新拌混凝土和易性变差.使同样配合比的混凝土其塌落度相差甚大；(2)粉煤灰烧失量高含碳量,对混凝土强度发展有副作用。95.矿渣微粉颗粒群特征对混凝土流变性的影响.条件R-R公式n相近特征粒径相近比表面积相近结果特征粒径越小，比表面积越大，τ、η越大分布越宽，比表面积越大，τ、η越大分布越宽，特征粒径越大，τ、η越大总的来说，低掺量（＜20%）时，τ、η变化不大；随着掺量的增加，τ、η增加，尤其是高掺量（60%~80%）时，τ、η明显增加(三)矿物外加剂应用技术若干问题10(三)矿物外加剂应用技术若干问题6.改善矿渣微粉混凝土早期强度的技术措施。(1)选用矿渣微粉专用外加剂；(2)选用SO3含量比较高的水泥。11三类高钙灰，分别按CaO含量分为高高钙灰、中高钙灰和低高钙灰（分别来自北京、上海和江苏等地），分别记为GG、MG和LG。一类低钙灰，记为DG化学成分见下表:高钙粉煤灰化学成分试样LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2O3Na2O3总和GG4.9136.114.38.5626.61.904.751.731.0099.85MG3.1842.620.36.7818.41.912.900.971.8398.87LG2.5652.624.45.858.771.121.240.941.0398.51DG3.8054.828.93.854.810.920.531.150.5799.33（四）高钙粉煤灰组成与活性的关系

1.高钙粉煤灰化学组成与活性12

1.高钙粉煤灰化学组成与活性

13

粉煤灰的玻璃体主要来源于高温条件下煤粉中两类矿物之间的反应，即铝硅质粘土或页岩矿物与产生阳离子改性剂的矿物如碳酸盐或硫酸盐之间的反应。如下式：xCaCO3+y(Al2O3·2SiO2·2H2O)

x(CaO·Al2O3)·(2y+x){SiO2}+{(y-x)/3}{

铝硅玻璃体3Al2O3·2SiO2}+xCO2+2yH2O

莫来石

活性CaO、MgO）愈多，生成的玻璃体就愈多。2.高钙粉煤灰矿物组成与活性

142.高钙粉煤灰矿物组成与活性15

基本结论1）粉煤灰中SiO2＋Al2O3＋Fe2O3含量与粉煤灰水泥3天、28天抗压强度成负关联，表明这一子因子对粉煤灰水泥强度的提高是不利的。2）粉煤灰中CaO+MgO（扣除游离CaO与CaSO4中的钙）、SO3、K2O+Na2O含量与粉煤灰水泥3天、28天抗压强度成正关联，表明这些子因子对粉煤灰水泥强度的提高是有利的。3）化学分析与X-衍射分析表明：灰样中CaO含量（扣除游离CaO与CaSO4中的钙）高的玻璃体含量也较高，这是高钙灰具有较高活性的一个重要原因。（四）高钙粉煤灰组成与活性的关系16二、矿物外加剂混凝土减缩抗裂技术矿物外加剂混凝土收缩类型与机理

矿物外加剂混凝土材料组成及其配合比与收缩变形的关系矿物外加剂混凝土配合比减缩抗裂技术

17（一）矿物外加剂混凝土收缩类型与机理干燥收缩、自收缩塑性收缩、化学减缩、碳化收缩和冷收缩1。干燥收缩机理18毛细管张力：相对湿度达到45~50%，消失。劈张力的减小：表面吸附水变化导致。水化物表面能增大：相对湿度高于50%变化很小。层间水丧失：相对湿度小于11%。——失水导致的凝胶体间劈张力的减小和毛细管张力是干燥收缩的主要原因192、自收缩机理

混凝土水化过程水分迁移速度落后于胶凝材料水化消耗水分速度，在混凝土内部形成局部失水干燥，导致混凝土自收缩。自收缩与干缩的差别：自收缩过程混凝土无质量损失，干缩过程伴随有水分逃逸，混凝土有质量损失。矿物外加剂混凝土的自收缩可达总收缩量的70％以上，混凝土自收缩性能与矿物外加剂种类密切相关：自收缩从大到小的顺序:硅灰>矿渣微粉>磨细粉煤灰.水胶比越小,混凝土自收缩约大.20（二）材料组成及其配合比与收缩变形的关系1、混凝土组成材料的影响水泥品种火山灰水泥→粉煤灰水泥→复合水泥→普通硅酸盐水泥→硅酸盐水泥。水泥成分C3A↑，收缩大；石膏↑，收缩小。水泥用量水泥用量↑，收缩大。水灰比W/C↑，收缩大；W/C↓↓，收缩大。（传统观点）21外加剂早强剂增大收缩，缓凝剂增大塑性沉降收缩，减水剂增大收缩10%左右。掺合料少量硅粉减小收缩，掺量大自收缩大。矿渣掺量高，增大收缩。粉煤灰掺量大于30%，增大收缩。骨料骨料含量高，收缩小。骨料弹性模量高，收缩小。砂率大，收缩大。1、混凝土组成材料的影响222、组成材料－配合比－混凝土收缩性能

实验案例

以典型混凝土配比为基准，通过连续改变单一影响因素展开一系列配合比，研究各种因素与混凝土收缩的关系和影响程度。

研究因素

粉煤灰掺量、骨料体积含量、水灰比（水胶比）、单位用水量、砂率、矿粉掺量、骨料含泥量、骨料级配23（1）粉煤灰对混凝土收缩的影响实验案例一：粉煤灰等量替代水泥24试验结果粉煤灰等量替代水泥通常会导致混凝土收缩的增大。质量替代率小于20%，收缩增幅较大；0~30%左右，混凝土收缩基本不变或略有减小；大于30%，则收缩增幅较小。粉煤灰最佳掺量在20%~30%。25实验案例二：粉煤灰等体积替代骨料

水泥用量不变，粉煤灰等体积替代骨料，收缩值趋于减小。验证了案例一的结论。26（2）骨料体积含量对混凝土收缩的影响实验案例：砂率不变，胶凝材料浆体组成不变，浆体量替代骨料。27试验结果

骨料体积含量增大，混凝土收缩变形减小。在66%~70%范围，骨料体积含量变化对收缩影响最大。骨料体积含量高于70%，对减少混凝土收缩变形最为有效。28（3）砂率对混凝土收缩的影响实验案例：骨料体积含量不变，改变砂率值。29试验结果

胶凝材料浆体组成和体积含量保持不变的条件下（骨料体积含量保持不变），混凝土的干燥收缩值并不伴随砂率的变化产生明显差异。

其它组成材料不变时，砂率对混凝土收缩变形不会产生大的影响。30（4）水灰比（水胶比）对混凝土收缩的影响实验案例一：水泥浆体体积含量不变，改变水灰比。实验案例二：固定单位用水量，胶凝材料质量组成不变，改变水胶比。31试验结果

水灰比（水胶比）过大或过小都会增大混凝土的收缩变形。存在使混凝土收缩变形较小的最佳水灰比（水胶比范围）。常用楼板混凝土收缩变形小的水灰比（水胶比）范围为0.50~0.60。32（5）单位用水量对混凝土收缩的影响实验案例：浆体组成不变，以浆体等体积替代砂，以此改变用水量。各混凝土配比水胶比0.5033试验结果

通常，单位用水量变化伴随了骨料体积、水灰比（水胶比）的变化，对收缩变形产生影响。较佳水胶比范围内，单位用水量的变化对混凝土收缩变形的影响不大。单位用水量不是控制混凝土收缩变形的关键参量，而水胶比才是控制混凝土收缩变形的主要参量。34（6）矿粉掺量对混凝土收缩的影响