混凝土矿物外加剂.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,砼矿物外加剂,轨道交通质量培训班,2025/12/7 周日,2,教学内容和教学要求,（了解）混凝土矿物外加剂的定义和主要功能。,（掌握）粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰的技术性能、作用机理和对混凝土性能的影响。,（理解）复合矿物外加剂的含义和主要技术优势。,思考题,1.,硅灰为何对掺量控制较严？,2.,各种矿物外加剂复合的技术优势是什么？,3.,粉煤灰在混凝土中的改性机理是什么？,2025/12/7 周日,3,定义,又称为掺合料、混合材、火山灰材料，辅助胶凝材料等。代号MA，但具体矿物外加剂又有不同的代号。,具有一定细度和活性，用于改善,新拌砼,及,硬化砼,性能的,粉体材料,，在砼中掺量一般大于5%。,在配合比设计时，需要考虑体积或质量的变化。,粒径,10,m,的称为,超细粉,。,当前广泛使用的有磨细矿渣、磨细粉煤灰、磨细天然沸石、硅灰及其复合物。,进入80年代以后，矿物外加剂的研究与应用已逐渐,由原来的单掺过渡为复掺,，,由原来的直接利用发展到经过加工，处理后使用,。矿物外加剂按一定比例复合，可以取长补短，相互补充，更好的发挥其效能。,2025/12/7 周日,4,改性作用,新拌砼,改善砼和易性（黏聚性和保水性），降低砼水化温升，推迟温峰出现的时间,硬化的砼,改善砼内部结构，提高抗腐蚀能力，抑制碱,-,骨料反应，从而能增进砼后期强度，提高砼的耐久性,是,高强高性能砼,的生产组成材料之一，也是提高砼,耐久性,的重要措施,20,世纪,60,年代高效减水剂的发明与应用，使砼技术进入了,高强度,与,高流态,的新领域；,20,世纪,90,年代的粉体工程的研发，使砼进一步进入了,高性能,时代,2025/12/7 周日,5,矿物外加剂改性机理,占水泥质量分数,75%,左右的水泥熟料矿物,C,3,S,、,C,2,S,在水化时，形成,C/S,（钙硅比）,1.5,的,高碱性水化产物,C-S-H,（,I,）,（,C/S,首先为,1.5,，最终为,1.6,2.0,），以及,CH,：,2 C,3,S+6H 3C,3,S,2,H,3,+3CH,2 C,2,S+4H 3C,3,S,2,H,3,+CH,矿物外加剂的,比表面积大，其,中含有的活性,SiO,2,与水泥高碱性,C-S-H,凝胶和,CH,等水化产物发生,二次反应,，即所谓的,火山灰效应,，生成更多的水化硅酸钙，且降低水化,火山灰活性效应,2025/12/7 周日,6,硅酸钙中的钙硅比，使高碱性的,C-S-H,凝胶转化为,强度更高、耐久性更优的低碱性,C-S-H,凝胶，,成为胶凝材料的一部分。,(,0.8,1.5)Ca(OH),2,+SiO,2,+n-(0.8,1.5)H,2,O,(0.8,1.5)CaOSiO,2,nH,2,O,(1.5,2.0)CaOSiO,2,nH,2,O+xSiO,2,yH,2,O,(0.8,1.5)CaOSiO,2,mH,2,O,二次水化反应迟于水泥熟料，反应产物填充于水泥水化产物的孔隙中，使水泥石的孔隙率减小、孔隙细化、密实度增加、强度提高。,2025/12/7 周日,7,矿物外加材料不同时水泥石中,C/S,的不同降低程度,水泥石中的,C/S(,水泥浆,W/C,0.5,，,20,水中养护,28 d),，法国试验结果,1.,法国规格的混合水泥，可掺入,35,以下的矿渣、火山灰质矿物材料或石灰粉。,2025/12/7 周日,8,微骨料填充效应,砼结构为堆聚结构粗集料堆聚的空隙由细集料填充，细集料空隙由水泥颗粒填充，水泥颗粒空隙可用更细的颗粒填充。,矿物外加剂中的较粗颗粒可代替水泥填充细集料空隙，较细集料（如,10,m,的，可以填充水泥的空隙。采用适当的比例，可使胶凝材料空隙率达到最小，从而使整个砼形成紧密的堆聚结构体系。,例：硅酸盐水泥粒子为10.4,m，如以10.09,m的粉煤灰粒子相复合，无论以何种比例组合，胶凝材料空隙率几乎无变化；但当粉煤灰粒子降至0.95,m时，以水泥70%与粉煤灰30%复合，胶凝材料空隙率由原来40%降至15%左右。粉煤灰、矿渣粉、硅粉都有相类同的例子。,超细粉水泥,30 70时，对降低胶凝材料空隙率效果较好。,2025/12/7 周日,9,增塑效应,大部分矿物外加剂具有颗粒比水泥更细，能填充水泥颗粒间的孔隙，比表面积大，吸附能力强，故有效改善砼的黏聚性和保水性。,其中矿粉在掺量适当时，还能提高砼的流动性。粉煤灰含大量的球状玻璃微珠，在砼拌合物中起一定的,“,滚珠,”,作用，这种,“,形态效应,”,使优质粉煤灰的需水量比小于,100%,。,部分矿物外加剂能有效降低砼的黏性和内聚力，改善砼的可泵性、振捣密实性及抹平性能。,如粉煤灰,在同样流动性时掺粉煤灰的砼比不掺的内摩擦阻力减小，更容易泵送施工和振捣密实。,2025/12/7 周日,10,改善水泥石孔结构,试验证明,掺有矿物细掺料的水泥石，随着水化龄期的发展，孔结构得到改善（有害大孔减少，无害或少害的小孔或微孔增多）。,原因：较细的矿物外加剂填充到水泥颗粒间空隙中，砼的密实度大大提高；二次反应物,C-S-H,凝胶可沉积在超细粉末巨大的表面上并深入到细小空隙中，水泥石的孔结构和孔径分布发生了较大变化。,2025/12/7 周日,11,掺用火山灰的水泥浆体的孔级配随龄期的变化,Metha P.K,所测。,结果表明,，随着火山灰掺量和龄期的增加，水泥浆体中,100 nm,的小孔增多；掺量,20%,时，养护,1,年后的水泥浆体中,100 nm,的孔已不存在。,2025/12/7 周日,12,改善浆,-,集界面结构,从微观尺度上看，水泥石集料的界面不是“面”，是有一定厚度的“层”（或称“区”、“带”）。,这个“层”的结构和性质与水泥石本体区别较大，在厚度方向从集料表面向水泥石逐渐过渡，因此被称为“过渡层”。,在水泥石中，,Ca(OH),2,占,20%,左右，具有可溶性。在硬化砼中,Ca(OH),2,分布极不均匀，从界面，如骨料与水泥石之间的界面，纤维与砼基材界面等看，界面过渡区在一定区域内，,Ca(OH),2,富集及定向排列，与其他部分的水泥石相比是一种多孔质结构，故而是砼中最薄弱的区域，也是受力时应力最集中的区域。,矿物外加剂由于填充作用，使界面空隙尺寸变小，密实度提高，同时由于,Ca(OH),2,被大量消耗，减弱了定向排列，使浆集界面过渡区变薄，难以形成大孔网结构，因而界面结构得到改善。,2025/12/7 周日,13,大掺量粉煤灰砼中浆体与集料界面的,SEM,形貌图,（,a,）硅酸盐砼（,1000,）（,b,）大掺量粉煤灰砼,（,50%,粉煤灰掺量，水胶比,0.22,）（,1000,）,结果表明,：在硅酸盐砼中，其水化产物为晶形完好，纤维状，絮团状及网络状的,C-S-H,凝胶体、板状,Ca(OH),2,和针状,AFt,相含量较多，而掺粉煤灰的砼中界面相没有结晶较好的晶体，大量为絮团状或纤维状的致密的,C-S-H,凝胶，以及完好的粉煤灰颗粒。,2025/12/7 周日,14,降低水泥水化热,活性较低,的矿物外加剂（,粉煤灰、石灰石粉、沸石粉,），显著降低温升。,原因：由于它们的掺入，在保持胶结材料总量不变的条件下，降低了水泥用量，故水泥的水化放热降低。掺量愈大，降低愈多。,活性较高,的矿物外加剂（,硅灰,），降低温升不明显。,2025/12/7 周日,15,不同矿物外加剂对水泥浆体水化热的影响,结果表明,，,粉煤灰（,FA,）比矿渣（,SL,）、硅灰（,SF,）降低温升作用显著。,2025/12/7 周日,16,是水淬高炉矿渣磨细得到的矿物外加剂，,也叫,磨细矿渣,，代号,S,。,水淬高炉矿渣是炼铁高炉排出的熔渣，经水淬而成的粒状矿渣，也称为,粒化高炉矿渣,。,由粒化高炉矿渣经干燥、粉磨等工艺达到规定细度的产品即为磨细矿渣。,粉磨时可加适量石膏和水泥粉磨用工艺外加剂。,矿渣微粉,2025/12/7 周日,17,高炉矿渣,炼铁过程中产生的废渣。随着冶炼工业的发展，矿渣年产量很大，2000-2010年，年排放量达0.8-1.1亿,吨/年，如能全部利用，将为建材行业提供丰富的、可利用的资源。同时，对于改善环境，减少二次污染亦具有重要意义。,我国在20世纪80年代以前，矿渣主要用于,水泥生产,。但矿渣易磨性较差，当与水泥熟料一起粉磨时，矿渣往往较粗，比表面积只能达到250 m/kg，活性很难发挥；若将矿渣磨细到45,m,以下，水泥熟料就会超细磨，使水泥快凝，收缩增大，综合性能下降。,20世纪80年代以后，开始研究将矿渣单独粉磨，并,应用于砼,。,2025/12/7 周日,18,高炉矿渣的生产,矿渣是高炉炼铁过程中的副产品。,生产,1 t,生铁，需要,1.5,1.6 t,铁矿石，,0.4,0.5 t,焦碳，,0.2,0.3 t,石灰石。三种原料装入高炉，鼓入热风，焦炭燃烧，放出热量及还原性气体，把铁矿石还原、熔化、变成生铁液。,铁矿石中的杂质和焦炭中的灰份等与石灰石在高炉内生成高炉渣。高炉渣密度小，浮于铁液表面，排放出炉，经水急冷，得水淬矿渣。大约,1 t,生铁同时产生,0.3 t,渣。,2025/12/7 周日,19,高炉矿渣的化学成分,主要是,CaO,、,SiO,2,、,Al,2,O,3,和,MgO,、,FeO,等氧化物以及一些硫化物（,CaS,和,MnS,、,FeS,等）。个别情况下，还可能含有,TiO,2,、,P,2,O,5,等。,在一般矿渣中，,CaO,、,SiO,2,和,Al,2,O,3,的成分,总是主要的，通常都,占总数的,90%,以上,。,与硅酸盐水泥熟料相比较，,CaO,含量较低，而,SiO,2,含量偏高,。,2025/12/7 周日,20,矿物外加剂在,CaO-SiO,2,-Al,2,O,3,系统中位置的示意图,2025/12/7 周日,21,矿渣的结构与活性,粒化矿渣颗粒扫描电镜照片（放大,2 100,倍,）,2025/12/7 周日,22,矿渣活性,化学成分,内部结构,（更大程度）,SiO,2,含量高,硬矿渣,（坚硬，块状结晶体，,活性极小）,粒化矿渣,（玻璃体结构为主，,活性大）,冷却越,迅速充分,热融状态,急速冷却,熔融状态,慢冷,压缩空气,水流,（最普遍）,蒸汽,水渣或,水淬渣,热熔矿渣送入,水池，或用水,流冲击，矿渣,与水激烈混,合，急冷成粒,熔渣,2025/12/7 周日,23,水淬粒化矿渣的,结构与活性,玻璃体,（为主）,晶相,（玻璃体中明,显包裹存在）,钙长石,CAS,2,硅酸一钙,CS,铝方柱石（钙黄长石）,C,2,AS,硅酸二钙,C,2,S,唯一具有,胶凝性的,结晶矿物,在水淬处理急冷过程中，液相,粘度很快加大，晶核来不及形,成，且晶体的成长受到阻碍，,质点不是非常严格的按一定次,序排列，因而形成玻璃体结构,处于不均衡和热力学,不稳定的状态，,故,具有较多的活性,我国钢铁企业生产的粒化矿渣，玻璃体含量一般都在,85%,以上,矿渣活性虽与晶体的种类和数量有关，但最主要取决于玻璃体的数量和性能。,2025/12/7 周日,24,矿渣微粉的生产技术,生产过程,关键技术,选择合适的,超细粉磨机械,和,工艺,。现代粉磨技术根据产品粒度界限分为普通粉磨、高细粉磨和超细粉磨。,2025/12/7 周日,25,2025/12/7 周日,26,粉磨加工分类,类别,D,80,粒径（,m,）,比表面积（,m/kg,）,普通粉磨,80,250,350,高细粉磨,50,350,600,超细粉磨,10,600,800,在非金属矿中，一般将10,m,以下的粒径粉体称为超细粉磨,掺合料粉磨一般介于二者之间,在水泥生产中，水泥颗粒属普通粉磨，一般有90%的粒径80,m,采用高细粉磨，可以满足砼生产的要求,2025/12/7 周日,27,高细粉磨的作用,对掺合料原料进行高细粉磨，扩大了水化反应的比表面积，可大幅度提高其水化速度，使在较短时间内产生较高强度,日本学者用矿渣粉取代,50%,水泥，用其胶砂强度与硅酸盐水泥胶砂强度的,强度百分率,来表示矿渣的活性,试验结果表明，当矿渣粉的比表面积达到,600 m,2,/kg,时，其,28 d,的抗压强度已超过了硅酸盐水泥强度,2025/12/7 周日,28,矿渣微粉的质量指标,高强高性能砼矿物外加剂,（,GB/T18736,2002,）,注：,粉煤灰的,需水量比,指水泥,粉煤灰,7030,的水泥粉煤灰砂浆与,纯水泥砂浆在达到相同流动度时需水量之比。,2025/12/7 周日,29,各指标对砼性能影响分析,细度,细度与矿物外加剂活性相关性较好。细度分别由,比表面积,、,平均粒径,或,筛余量,表示。,需水量,需水量越大，拌制相同稠度的浆体需水越多,对矿物外加剂在砼中的强度贡献及砼耐久性有很大影响。一般用,需水量比,或,流动性比,来表示。,烧失量,表示矿物外加剂中未燃尽碳粉的数量。碳粉的比表面积较大，当含量较高时，将增加砼需水量及引气剂剂量。故需做出限制。,含水量,含量较高，不便于运输及贮存，且活性要降低。,三氧化硫,含量过高，除安定性外还可能影响砼的凝结时间及硬化速度。,氧化镁,对氧化镁的规定是基于这样的理由，即在蒸压条件下可能导致膨胀开裂。,活性指数,主要反映对砼强度的影响程度。,2025/12/7 周日,30,矿渣微粉对砼的改性作用,矿渣磨至超细粉取代砼中部分水泥后，使得砼,流动性提高,，早期强度可与硅酸盐水泥砼相当，但,后期强度高，耐久性,好,。超细矿渣对砼耐久性的贡献表现在,优异的抗氯离子渗透性和抗化学侵蚀性，良好的抗冻性和抗渗性,。所以，超细矿渣砼特别适用于海洋工程、地下工程及受到污染、需要抗侵蚀的砼结构。,2025/12/7 周日,31,和易性,以矿渣取代部分水泥配制砼：等坍落度时，需水量比基准砼的低；用水量不变时，可增加砼拌和物坍落度。减小砼的坍落度损失，掺减水剂条件下的效果尤佳，原因是由于大掺量矿粉使水化过程大大推后，减少了水分的消耗；同时矿粉的比面大，对水的吸附能力强，泌水量小，水分蒸发速率下降。这一作用效应，随矿粉掺量增加而增强。显著降低砼的屈服应力，使得初始屈服应力相对较小，有利于泵送，且由于黏聚性改善，泵送时砼不易分层离析，方便施工。,含气量,为了获得所要求的含气量，矿渣越细，取代率越大，所要求掺入的引气剂量越大。,凝结时间,掺入磨细矿渣粉，延缓砼的凝结时间。掺量越大，矿粉比面越小，凝结时间推迟越多。,泌水量,比面大，掺量不多时，可减少泌水；但对比面小、掺量多的砼，泌水有所增加。,对新拌砼性能的影响,2025/12/7 周日,32,对砼力学性能的影响,在砼中掺入磨细矿渣，,砼强度,较之不掺的：,矿渣细度较小（比面,450,650 m,2,/kg,）时，抗压早强（,3d,，,7d,）有所降低，且随矿渣掺量的增加而降低；后强（,28d,）均有增加，增幅随细度增加而增加。,矿渣细度较大（比面,650,871 m,2,/kg,）时，早强（,3d,，,7d,）有所提高，随掺量增加其增长率减小；后强（,28d,）均有增加，强度增幅随细度增大而增加，但超过,800 m,2,/kg,后开始下降。,2025/12/7 周日,33,对砼耐久性的影响,抗渗性,提高,。当矿渣超细粉对水泥的取代率为,20%,时，为,1/3,；取代率为,50%-70%,时，为,1/10,。含矿渣超细粉的砼，总孔隙率降低，孔径变小，不透水性能明显提高。,抗氯离子（,Cl,-,）的渗透性,砂浆或净浆结合氯离子的能力提高许多，尤其是化学结合力。由于化学结合力比物理结合力稳定得多，不易破坏，因此在砼中掺入磨细矿渣，砼抗氯离子侵蚀性更强。矿渣对,Cl,-,具有初始固化作用，生成所谓的“,Friedel”,盐；矿渣砼水化时能产生较多的,C-S-H,凝胶，而,C-S-H,凝胶会吸附一部分,Cl,-,。这种物理吸附阻止,Cl,-,向砼内部渗透，因而矿渣对改善砼抗氯离子渗透方面具有优异的功能。,抗氯离子渗透性：硅灰矿渣粉煤灰,2025/12/7 周日,34,抗冻性,对水胶比,0.25-0.55,，矿渣超细粉比面（,m/kg,）,400,、,600,、,800,，对水泥取代率（,%,）,30,、,50,、,70,的砼按,ASTM-C300,次冻融后，抗冻耐久性同基准砼。,抗腐蚀性能,在砼中掺入质量好优质磨细矿渣，可使砼孔隙率下降，孔半径减小，砼结构及界面结构得到改善。同时，矿渣的使用，减少了水泥用量，降低了,C,3,A,含量，加之二次水化作用，进一步减少了,Ca(OH),2,的量，抗硫酸盐和海水腐蚀能力大大提高，尤其是砼的耐硫酸盐和海水侵蚀性能进一步提高。,国内外研究和工程实践表明，矿粉含量越高，其抗硫酸盐的能力越强，可广泛应用于有防腐和抗硫酸盐侵蚀要求的海洋工程和地下工程。,2025/12/7 周日,35,抗碳化性能,砼掺入磨细矿渣，水泥水化产物,Ca(OH),2,和矿渣反应，使砼中碱性降低。故配合比相同时，含磨细矿渣的砼碳化速度稍快。,矿渣对水泥的取代率增加，碳化深度增大，但水胶比对碳化的影响最大。,抑制碱骨料反应,磨细矿粉对碱离子（,K,+,、,Na,+,）的物理吸附作用较强，且二次水化反应使碱度降低，因此，当,掺量在,40%,以上，水泥浆中的碱含量在,0.8%,以下时，可有效抑制碱骨料反应,。矿渣贡献给砼的碱量对,AAR,膨胀影响较小，即,AAR,膨胀的抑制主要取决于矿渣掺量的大小。,当原材料的某些指标不利于控制,AAR,膨胀时，只有掺入足够量的矿渣才能有效抑制,AAR,膨胀。,2025/12/7 周日,36,对砼收缩及开裂的影响,据有关研究成果，单方砼用水量相同，水胶比,25%-55%,，矿渣超细粉的比面（,m/kg,）,400,、,600,、,800,，对水泥取代率在,30%-50%,的范围内，砼一年龄期的干缩值为,710,-4,左右，和基准砼大体相同。,矿粉能一定程度上降低水化热和砼水化温升，并推迟温峰出现时间，但与粉煤灰相比，降低作用较小。,2025/12/7 周日,37,粉煤灰,1935,年美国学者,R.E.,戴维斯（,Davis,）首先进行了粉煤灰砼的应用研究，他是粉煤灰砼科技发展的先驱。,1950,年前后，美、英、德、前苏联、波兰、日本、印度等国在水利工程中开始应用粉煤灰砼。,20,世纪,80,年代以来，世界各国对粉煤灰的研究与应用进入新的发展阶段。令人瞩目的是以,发展适用于砼的优质粉煤灰产品，用作砼的组分,。,我国在,20,世纪,50,年代初期，进行研究及使用。尤其是,20,世纪,70,年代以后，粉煤灰在水泥和砼中的应用得到极大发展。,据统计，我国煤炭产量的,70%,用于火力发电，电厂每烧,4 t,煤就产生,1 t,粉煤灰。,2000-2010,年粉煤灰排放量高达,1.5,2.6,亿,t/,年，但利用率不高，有待进一步开发。,2025/12/7 周日,38,粉煤灰的生产、化学组成及结构,粉煤灰的生产及颗粒形貌,在火力发电厂，煤炭在锅炉炉膛中燃烧，通过化学反应释放出热能，热能由锅炉受热面吸收并传递给水，水加热后成为蒸汽，蒸汽被送入汽轮机，推动汽轮机的转子高速旋转，从而带动发电机发电。,在煤燃烧产生热量的过程中，,随烟气从锅炉尾部排出经除尘器收集下来的固体颗粒即为,粉煤灰,，简称,灰或飞灰,；,颗粒较大或呈块状的，从炉膛底部收集出来的称为,炉底渣,，简称,渣或大渣,。,我国粉煤灰多来自电厂，高钙粉煤灰较少。低钙粉煤灰来源较广，是用量最大、使用范围最广的砼掺合料。,2025/12/7 周日,39,粉煤灰的分类,收尘方法,静电收尘灰,颗粒细、质量好,机械收尘灰,颗粒粗、质量差,干排灰,湿排灰,含水量大，活性降低较多，质量不如干排灰,排放方式,再加工形式,（为改善粉煤灰品质）,磨细灰,干燥后经粉磨达到规定细度的产品,分选灰,采用风选处理的,原状灰,未经加工的,粉煤灰,煤的品质,（,CaO,含量）,低钙灰,由烟煤和无烟煤燃烧形成，呈灰色或深,灰色。氧化钙含量10%。一般具有火,山灰活性。,高钙灰,由褐煤燃烧形成，呈褐黄色。氧化钙，,（CaO）含量,10%。具有一定水硬性。,2025/12/7 周日,40,粉煤灰的矿物组成,主要为铝硅玻璃体，其颗粒呈实心或空心的微细球形颗粒，称为,实心微珠,或,空心微珠（漂珠）,。其中实心微珠颗粒最细，表面光滑，是粉煤灰中需水量最小、活性最高的有效成分。,粉煤灰中还含有多孔玻璃体、玻璃体碎块、结晶体及未燃尽碳粒等。未燃尽碳粒颗粒较粗，会降低粉煤灰的活性，增大需水量，是有害成分。粉煤灰中含碳量可用,烧失量（指在,950,1 000,下，灼烧,15,20 min,至恒重时的质量损失）,评定。多孔玻璃体等非球形颗粒，表面粗糙，粒径较大，会增大需水量，含量多时会降低粉煤灰的品质。,2025/12/7 周日,41,粉煤灰的颗粒形貌,由扫描电镜观察到，,粉煤灰中小颗粒为表面光滑的球状颗粒,；,较大粒径的（250,m,）形状则不规则,；有些含有未完全燃烧的物质，有些为开口球状颗粒且内含很多细小粉煤灰颗粒，有些细小粉煤灰颗粒附着在大的粉煤灰颗粒表面，相当多非球形粉煤灰颗粒可能都是未燃碳粉颗粒。后图是粉煤灰颗粒形貌的电镜照片：高钙粉煤灰的颗粒表面粘附有很多微粒，而低钙粉煤灰的表面则显得较光滑。,2025/12/7 周日,42,粉煤灰颗粒形貌扫描电镜照片,2025/12/7 周日,43,粉煤灰的化学组成,属黏土类火山灰质材料，化学成分主要为,SiO,2,和,A1,2,O,3,，其总量约在,60%,以上，是粉煤灰活性的来源,。还含有少量的,Fe,2,O,3,、,CaO,、,MgO,及,SO,3,等。,CaO,含量较高时粉煤灰活性一般也较高,；,SO,3,是有害成分，含量应限制。可从前图中看出粉煤灰与其它材料化学组成的不同。,图中显示，粉煤灰在,CaO-SiO,2,-Al,2,O,3,的三元系统中介于天然火山灰和高炉矿渣之间，低钙粉煤灰与天然火山灰有一定重合，但,SiO,2,的含量要低一些，而相对的,CaO,、,Al,2,O,3,的含量则比天然火山灰要多；高钙粉煤灰与高炉矿渣也可能有一定的重合，但,CaO,含量要比高炉矿渣低，而相应粉煤灰,SiO,2,含量要比高炉矿渣高一些。,2025/12/7 周日,44,粉煤灰的品质提高途径,实际应用中提高粉煤灰品质的处理手段,：,第一类,一些简便的手段，使粉煤灰处理后,更易于贮存、使用,，如脱水，混合，成球。,第二类,增加粉煤灰细度,的一些处理手段，包括粉磨、筛分和空气分类。,第三类,根据粉煤灰颗粒密度对粉煤灰进行分级,的处理手段，如漂选和硫化床方法。,第四类,手段较先进。如采用煅烧、静电分离等去除粉煤灰中的碳粉，一方面分离的碳粉可再利用，而余下的粉煤灰因含碳量较低，质量大为提高；又如磁性方法可去除粉煤灰中含碳量高的组分。,2025/12/7 周日,45,粉煤灰的质量指标,粉煤灰的物理性质,密度,各种颗粒密度差异很大，在,400-4 000 kg/m 范围内变化，用,密度瓶,测定的是不同颗粒混合后的平均密度。颗粒密实度越高，粉煤灰的密度越大；氧化钙、氧化铁含量大的粉煤灰，密度越大。,堆积密度,很大程度上与粉煤灰的颗粒级配有关，与粉煤灰的密度以及粉煤灰的颗粒形貌也有很大关系；且随粉煤灰的含水率的增加而降低。,细度,粉煤灰的颗粒粒径主要分布在0.5-300,m,的范围内，其中,玻璃微珠,的粒径范围在0.5-100,m,，大部分在45,m,以上，平均粒径在10-30,m,；,漂珠,粒径往往大于45,m,；,海绵状颗粒,粒径（包括碳粒）范围在10300,m,，大部分在45,m,以上。,不同电厂收集到的粉煤灰细度也有较大差异,，通常二级电厂收集到的粉煤灰细度可以满足级灰的要求。三级电厂的粉煤灰品质更高，可作为高性能砼的矿物外加剂或特殊用途砼的矿物外加剂。,粉煤灰细度与氧化钙含量有关，高钙粉煤灰通常比较细,。,需水量,影响需水量的主要因素为粉煤灰的细度、颗粒形貌,，颗粒级配，此外还与粉煤灰的密度、烧失量高低有关。一般来说，,磨细灰比原状灰有更小的需水量比；烧失量大，需水量大；高钙粉煤灰比低钙粉煤灰需水量小点,。,2025/12/7 周日,46,粉煤灰品质的标准,用于水泥和砼中的粉煤灰,（,GB/T 1596-2005,）将,用作掺合料的,低钙,粉煤灰成品,分为三个等级。,GB/T 18736,2002,标准中对用于,高强高性能砼,的磨细粉煤灰的技术要求做了规定，见前表。,细度是评定粉煤灰品质的重要指标之一。实心微珠含量较多，未燃尽碳及不规则的粗粒含量较少时，粉煤灰较细、品质较好。磨细灰的颗粒虽然较细，但在加工过程中，多孔玻璃体及空心微珠可能被破碎，故在其中含有较多的非球形颗粒，质量虽然较磨细前有所提高，但比静电收尘的含大量实心微珠的细灰为差。风选灰不破坏粉煤灰的颗粒形貌，其质量较磨细灰好。,2025/12/7 周日,47,粉煤灰质量指标与等级,用于水泥和砼中的粉煤灰,（,GB/T 1596-2005,）,质 量 指 标,等 级,细度（,45 m,方孔筛筛余）,/%,12.0,25.0,45.0,需水量比,/%,，,95,105,115,烧失量,/%,，,5.0,8.0,15.0,三氧化硫,/%,，,3,3,3,含水率,/%,，,1,1,不规定,注：,1.,代替细骨料或主要用以改善和易性的粉煤灰不受此限制。,2.,优质粉煤灰的需水量比（指水泥,粉煤灰,7030,的水泥粉,煤灰砂浆与纯水泥砂浆在达到相同流动度时需水量之比）小于,100%,。,2025/12/7 周日,48,粉煤灰质量等级与性能,据,粉煤灰砼应用技术规范,（,GBJ 146-90,）,：,级灰品质最好,，一般为静电收尘灰，其火山灰效应及减水作用均较突出。掺粉煤灰后砼的强度及变形性能较好，可用于各种砼结构、钢筋砼结构和跨度小于,6 m,的预应力砼结构。,级灰主要用于钢筋砼及大于等于,C30,的无筋砼。我国大多数火力发电厂的机械收尘灰达到,级灰的标准。,级灰主要用于,C30,以下的中低强度等级的无筋砼或以代砂方式掺用的砼工程。大多数机械收尘的原状灰、含碳量较高或粗颗粒含量较多的粉煤灰属,级灰。,2025/12/7 周日,49,粉煤灰对砼性能的影响,对新拌砼性能的影响,和易性,级粉煤灰,，品质优良，需水量小，可,提高砼的流动性,；当流动性不变时，可以减水。但,、,级粉煤灰，则使砼的流动性下降,。,原状灰增大砼的泌水性，但,磨细粉煤灰减小其泌水性,。因为磨细灰可以补充砼的细料部分，有利于保水性和堵截泌水通道。另外，粉煤灰的形态效应，能使新拌砼的内摩擦角和黏滞系数减小，砼可泵性得到改善，且容易振捣密实。,凝结性能,通常加入粉煤灰,延长砼的胶凝时间,，但高钙粉煤灰有时提前，其影响程度与粉煤灰掺量、细度及化学组成有很大关系。粉煤灰烧失量增大，也会延长其凝结时间。,粉煤灰砼的凝结时间与温度关系很大,：当养护温度较高时，粉煤灰的掺入对凝结时间的影响不大，但养护温度较低时，则影响明显。,对外加剂的影响,大部分粉煤灰都,有利于砼减水剂的减水作用,，通常分散粉煤灰颗粒所需减水剂的量要小于分散水泥颗粒所需的量，也即减水剂对于分散粉煤灰颗粒比分散水泥颗粒更有效。但一般来说，在粉煤灰烧失量比较大的情况下，,由于碳的吸附作用，粉煤灰对砼引气剂的作用可能产生不利影响，必须加大引气剂用量才能达到一定含气量,。,2025/12/7 周日,50,对硬化砼力学性能的影响,随粉煤灰掺量增加，,粉煤灰砼早强降低较明显，尤其是,3 d,强度,。因为部分水泥为粉煤灰所取代，早期硬化砼中水化产物数量减少，且粉煤灰颗粒活性组分的化学反应缓慢，颗粒周围的水膜层间隙尚未填实，较大的空隙和敞开的毛细孔较多，结构密实性较差等。这个缺点会,引起拆模时间延迟、工期延长、影响,施工进度等,。,但工程实测结果表明，断面尺寸较大的粉煤灰砼由于水泥水化热使砼内部温度升高，加速了粉煤灰活性效应的发挥，早期强度并不低于基准砼。,由于,温度较高，有利于砼活性的发挥,。因此，,南方地区热天高温多雨，对粉煤灰的推广应用十分有利；而北方地区寒冷，推广预制粉煤灰砼构件，宜采用养护温度为,70,范围的蒸汽养护,。,2025/12/7 周日,51,后强可以提高。在较小掺量下，,56 d,后粉煤灰砼强度接近普通砼，,90-180 d,龄期的强度与,28 d,龄期强度相比可增长,20%-30%,，,180-360 d,龄期的强度可能增长,50%-70%,。如,按后期强度设计，粉煤灰砼可节约,20-50 kg/m,的水泥用量,。,与同等强度普通水泥基准砼相比，粉煤灰砼的,28d,龄期抗拉、抗弯强度略高，抗剪强度相近；后期的抗拉、抗弯强度还可能高一些。,与钢筋间的黏结强度基本上与等强度的基准砼相同。,粉煤灰砼弹性模量与抗压强度成正比关系。,粉煤灰砼的徐变特性与普通砼没有多大差异。,2025/12/7 周日,52,养护,温度,和,湿度,对粉煤灰砼强度有较大影响,。对于温度而言，粉煤灰砼比普通砼更为敏感，保持,较高的温度将有利于粉煤灰砼的强度等性能的发展,。,Hwary,等研究结果显示，养护温度从,23,提高到,50,时，粉煤灰掺量为,40%,和,60%,的砂浆抗压强度增长非常明显，而纯水泥砂浆则增长不显著。但,温度不宜太高，否则影响后期强度,。,Thomas,等研究养护湿度对粉煤灰砼性能影响的试验结果表明，随粉煤灰掺量增加，空气中养护的试件强度发展缓慢，而水中养护试件，强度发展与普通砼接近。,2025/12/7 周日,53,对砼耐久性的影响,抗渗性,粉煤灰砼的抗渗性要,高于普通砼,，因为粉煤灰改善了砼的孔结构。,随粉煤灰掺量增加，粉煤灰砼的抗渗性提高；,随粉煤灰细度增加，砼的渗透性降低迅速。,温度的提高有利于粉煤灰的水化，因此随养护温度的提高，粉煤灰砼的抗渗性明显提高，而养护温度对改善普通砼的抗渗性影响则不明显。,潮湿养护时间越长，越利于抗渗性的提高，在这一点上，粉煤灰砼与普通砼是类似的。,2025/12/7 周日,54,抗冻性,对粉煤灰砼抗冻性有争议，但一般认为，如果,在同等强度、引气量情况下，粉煤灰砼和普通砼的抗冻融能力没有明显差异,。要注意以下几点：,粉煤灰的烧失量不宜过高，因为粉煤灰中的未燃碳粉有较强的吸附能力，将影响砼引气剂的效果。,为了保证砼的含气量，通常应适当增加引气剂用量。,粉煤灰的火山灰反应速度比较慢，粉煤灰砼早期强度发展比较慢，因此粉煤灰砼早期抗冻性能相比普通砼较差，当环境温度低时，要更加注意早期的养护。,潮湿养护有利于砼的抗冻性。,2025/12/7 周日,55,抗碳化性能,粉煤灰砼中的火山灰反应消耗大量,Ca(OH),2,，其碱度较之普通砼低，这对粉煤灰砼抗碳酸盐、海水等侵蚀有利，但对抗碳化性能不利。粉煤砼的碳化深度大于普通砼；随粉煤灰掺量增加，碳化速度也增加。,粉煤灰砼抗碳化性能相对砼较差,，这是粉煤灰砼的主要缺点。可采用如下措施克服：,提高粉煤灰砼的碱储备。以掺加石灰最为经济，但应不明显影响粉煤灰的水化和砼的强度发展。,磨细粉煤灰。磨细粉煤灰可降低需水量，继而降低粉煤灰砼的水灰比，使粉煤灰砼中的连通孔隙封闭的时间提前，从而达到提高粉煤灰砼的抗碳化性能的目的。,提高砼的抗渗性，降低或阻止,CO,2,、水分等介质在砼中由表及里扩散及渗透过程，能更有效提高砼的抗碳化性能。,2025/12/7 周日,56,抗硫酸盐腐蚀性能,粉煤灰砼相对普通砼具有,优异的抗硫酸盐侵蚀的能力,，这既是其物理性质的表现也是化学性质的表现：,由于粉煤灰的火山灰化学反应，减少了砼中的,Ca(OH),2,以及游离氧化钙的量。,由于粉煤灰降低砼的需水量，改善砼的工作性能，同时二次水化产物填充砼中粗大毛细孔,而提高砼的抗渗性。,钢筋耐锈蚀性能,粉煤灰砼的碱度下降，因此其抗钢筋锈蚀性能相对普通砼也有下降的趋势。但从目前有限的研究结果来看，还未发现粉煤灰砼的抗钢筋锈蚀性能明显低于普通砼，甚至有些研究结果还显示，粉煤灰的加入还改善了砼的抗钢筋锈蚀性能。这可能与粉煤灰提高砼的抗渗性及电阻率,有关。,2025/12/7 周日,57,抑制碱,-,骨料反应的性能,粉煤灰抑制碱,-,集料反应的因素中，,粉煤灰掺量,对,AAR,膨胀的影响最大，即使所用的胶凝材料中水泥碱、粉煤灰碱、粉煤灰,CaO,及外加碱含量均较高，只要粉煤灰掺量足够大，总能将,AAR,膨胀控制在,0.1%,以内。,低钙粉煤灰,可有效抑制砼碱,-,集料反应。但粉煤灰的品质对抑制作用的影响较大：粉煤灰碱含量越多，对抑制作用越不利，而氧化硅含量越多，则越有利；粉煤灰中的晶体成分对抑制碱集料反应有利，而无定形矿物则不利，特别是无定形的氧化铝影响非常明显；粉煤灰的物理性质，除粉煤灰细度外，对抑制碱,-,集料反应的影响不太明显，粉煤灰越细,，越有利于抑制碱,-,集料反应。,2025/12/7 周日,58,粉煤灰的表面吸附效应以及二次水化反应，可与碱作用消耗砼孔溶液内部的碱，且研究表明粉煤灰能降低,C-S-H,相的,C/S,比，说明粉煤灰能提高,C-S-H,凝胶对,Na,+,、,K,+,等碱金属离子的固结能力，从而使砼孔溶液中,Na,+,等离子减少，进而抑制碱集料反应；,粉煤灰虽有一定的碱，但与水泥中的碱不同，不会全部从粉煤灰中释放出来，有资料表明粉煤灰中有效碱只能以其总量的,1/6,计，因此，粉煤灰降低了砼体系内胶凝材料的有效碱度，从而抑制碱集料的反应；,粉煤灰的二次水化、微集料填充效应可大大降低砼的孔隙率，提高砼的抗渗能力，从而阻断了外界水对碱,-,集料反应的参与，也在一定程度上抑制了砼的碱,-,集料反应。,粉煤灰对碱,-,骨料反应的抑制机理,2025/12/7 周日,59,耐磨蚀性能,粉煤灰的火山灰反应速度较慢，故粉煤灰砼早期耐磨蚀性能因抗压强度的降低可能受一定的影响。但对于等强度的粉煤灰砼，其耐磨蚀性能与普通砼相比至少没有明显差异；如果考虑到,Ca(OH),2,的淋滤性能，粉煤灰砼中因为,Ca(OH),2,的减少，,粉煤灰用于水工结构是有利于耐磨蚀性能提高的,。,对收缩和抗裂性的影响,对于质量等级高的优质灰，由于能改善砼的工作性，在同样的工作性能的情况下，随粉煤灰掺量增加，粉煤砼的收缩明显降低。,当粉煤灰掺量超过,30%,以上，不但早强降低较多，后强也有降低，但,砼折压比都随粉煤灰掺量的增加而增加。,折压比值在一定程度上可以反映砼脆性的高低。,折压比越大，砼脆性越小，抗裂能力越大,。,2025/12/7 周日,60,不同掺量粉煤灰对水泥砂浆水化温度的影响,粉煤灰减少了砼中的水化热源。,1m,砼中每,100 kg P,水泥,可使砼内部升温,8-12,，粉煤灰反应的发热量只有,P,水泥,的,17%,，,使顶峰温度显著降低，并使达到温峰的时间向后推迟，且随粉煤灰掺量的增加降温效果提高,。,2025/12/7 周日,61,由于粉煤灰能极大地降低砼的,水化热和,水化温升并推迟温峰出现时间，故可,有效抑制温度裂缝的产生,。在大体积砼施工过程中常掺入粉煤灰，以在水泥水化初期大幅度降低砼的最大温升，减小砼内外或不同浇筑层的温差，从而减少早期热裂缝的出现几率。特别是在相同施工条件、内外温差、配筋率的条件下，掺粉煤灰后砼具有较小的弹性模量，使得最终由温度引起的约束应力减小，这对限制砼的温度裂缝出现是有利的。因此，,在水库大坝、堤坝、桥墩和基础大体积砼中均大量使用粉煤灰,。,特别是水库大坝中粉煤灰的使用量有时超过水泥用量,。,2025/12/7 周日,62,对大体积砼，掺加粉煤灰取代部分水泥能使温度降低,15%-35%,。根据国外经验，普通砼内部顶峰温度一般在浇筑,3-4 d,之后出现，掺粉煤灰后可推迟到,4-5 d,。大体积砼中心温度最高，据测定，使用粉煤灰可降低顶峰温度,5-10,。掺加低钙粉煤灰明显降低温升，但是掺加高钙粉煤灰则效果不稳定，有时几乎与基准砼相同。,2025/12/7 周日,63,粉煤灰的掺用效果,粉煤灰掺合料可改善砼拌合物的和易性、可泵性和抹面性；,能降低砼凝结硬化过程的水化热、降低砼水化温升，可用于大体积砼，海洋及地下工程。,掺入优质粉煤灰，在水化后期可逐渐提高砼的抗渗性