3章掺和料详解课件.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,,,*,第三章,,,,,混凝土矿物外加剂,,孔凡营,,,山东科技大学土建学院土木系,,同学们好，祝心情愉快！,心情好是创新的重要心理条件,,3.1,概述,,定义：,,,是以,氧化硅、氧化铝,和其他有效矿物为主要成分，在混凝土中可以,代替部分水泥,、改善混凝土综合性能，且掺量一般,≮,5,％,的具有,火山灰活性,或者,潜在水硬性,的粉体材料也叫掺和料、掺合料、细掺料它是一种,在配合比设计时，需要考虑体积或质量变化的外加材料分 类,,1.,按照有无活性来划分：,活性矿物外加剂和非活性矿物外加剂2.,按照按照组成成分多少来划分：,单一掺合料和复合矿物外加剂复合掺合料更有利于改善混凝土综合性能，因为可以达到优势互补常用品种,粉煤灰,,磨细水淬矿渣微粉（简称矿粉,）,,硅灰,,磨细沸石粉,,偏高岭土,,硅藻土,,烧页岩,,沸腾炉渣,等,,都属于活性矿物外加剂作 用,主要是,改善混凝土综合性能,，其次是,节约水泥,，是现代混凝土特别是高性能混凝土不可缺少的重要组分，同混凝土化学外加剂一样重要，属于现代混凝土高技术。

矿物外加剂在混凝土中的主要功能,,1.,改善混凝土的和易性；,,,2.,降低混凝土水化温升；,,,3.,提高混凝土早期强度或增进后期强度；,,,4.,改善混凝土内部结构，提高混凝土抗腐蚀能力；,,,5.,提高混凝土的抗裂性能；,,,6.,提高混凝土的耐久性混凝土掺加掺合料带来的问题,降低混凝土的碱性，混凝土抗碳化性能以及护筋性会有所降低，可以通过提高混凝土密实度和细化孔结构加以解决3.2,粉煤灰（,fly-ash,）,3.2.1,定义：,,3.2.2,分类：,,,（,1,）高钙粉煤灰（,C,级灰，,CaO,含量高于,10,％）：,是褐煤或者次烟煤的粉煤灰，黄色或浅黄色，有火山灰活性，还有点胶凝性或潜在水硬性它一般不用于混凝土，因为常出现质量事故如混凝土膨胀开裂等2,）低钙粉煤灰（,F,级灰）：,烟煤或无烟煤的粉煤灰，,CaO,含量较低，灰色或暗灰色，只有火山灰性质，无胶凝性或潜在水硬性是我国的主要粉煤灰品种，常用于混凝土3,）增钙粉煤灰（改性粉煤灰）：,电厂锅炉燃煤过程中添加石灰石以便脱硫，形成的粉煤灰，,CaO,含量高，但不是高钙粉煤灰4,）磨细粉煤灰（,pulverized,－,ash,）：,将干燥的粉煤灰磨细到规定细度的粉末，其活性利用率明显高于原状粉煤灰。

3.2.3,化学成分、矿物组成及细度,1.,粉煤灰的化学成分：,,,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,、,CaO,等，占粉煤灰总量的,85,％左右，其中,SiO,2,35,～,60,％，,Al,2,O,3,13,～,40,％，,CaO,2,～,5,％，,Fe,2,O,3,3,～,10,％粉煤灰一般呈,球形铝硅玻璃珠状,，比表面积达,300,～,600m,2,/kg,，比水泥要细，具有较大的,吸附作用,，能,与水泥熟料矿物反应,，形成水硬性化合物2.,矿物组成,,1,）玻璃体：,,,50,－,70,％，,这是潜在活性成分，含量越高，则粉煤灰质量越好，主要是活性,SiO,2,和活性,Al,2,O,3,；,,,2,）晶体：,,主要是莫来石和石英，是惰性成分，对活性没有贡献；,,,3,）未燃碳（烧失量）：,,,1,－,24,％，是有害成分，它对混凝土强度影响不是很大，主要影响混凝土抗冻性等耐久性和建筑物的整体性3.,粉煤灰的细度,,越细，则活性越高，对混凝土强度贡献越大细度用,80um,方孔筛筛余量表示：,,一级粉煤灰筛余＜,5,％；,,二级粉煤灰＜,8,％；,,三级粉煤灰＜,25,％ 。

3.2.4,粉煤灰的形态,原状,粉煤灰显微图片,,,磨细粉煤灰的显微图片,,,,3.2.3,粉煤灰的技术性能和作用机理,1.,粉煤灰的质量指标：,P14-16,,（,1,）,,需水量比,＝掺加,30,％粉煤灰的水泥胶砂需水量,/,硅酸盐水泥胶砂需水量,,,,需水量比,＝,91,～,107,％，其值越小，则混凝土用水量越少，混凝土强度及其他性能越明显2,）,粉煤灰抗压强度值越高，则粉煤灰活性越大粉煤灰抗压强度＝,,,掺,30,％粉煤灰的水泥抗压强度,/,掺,30,％磨细标准砂的水泥抗压强度,,（,3,）含硫量：,SO,3,≤3.5,％，,适当的,SO,3,有利于增进混凝土强度，但过高，则将导致混凝土体积不安定而开裂4,）含水率：,一二级粉煤灰的含水率≤,1,％，含水率过大，则导致粉煤灰活性下降，容易凝聚结块，不利于运输和储存5,）细度：,见前述,2.,粉煤灰的作用机理：,（,1,）火山灰活性效应；,,（,2,）,比重效应,；,,（,3,）,填充效应,；,（,4,）微骨料,效应,；,,（,5,）,形貌效应,（滚珠效应,）；,（,6,）,环保效应；,,（,7,）经济效应；,（,8,）降低砼水化热,。

3.2.4,粉煤灰对混凝土性能的影响,1,、对混凝土拌和物性能的影响：,,,使用一二级粉煤灰，可以提高混凝土的流动性、可泵性，提高混凝土的易捣实性2,、对混凝土强度的影响：,,,降低混凝土早期强度，混凝土后期强度有所提高当养护温度较高时或者大体积混凝土施工，混凝土强度会显著提高3,、对混凝土耐久性影响：,,,（,1,）现代混凝土掺有粉煤灰后，对抗冻性无不良影响；,,,（,2,）掺加粉煤灰后，现代混凝土的抗渗性有所提高；,,,（,3,）抗硫酸盐腐蚀性能明显提高；,,,（,4,）抗碳化性能有所降低，但护筋性显著提高4,、对水化热影响：,,,能降低混凝土水化热和混凝土水化温升，极大地推迟温峰出现时间在大体积混凝土中掺加粉煤灰，是降低水化热、防止混凝土温度裂缝的最为有效的措施5,、对混凝土收缩和抗裂性的影响：,,,（,1,）抑制混凝土的自收缩2,）降低混凝土早期收缩和长期干燥收缩，这对减少混凝土裂缝极为有利3,）改善混凝土抗裂性能3.2.5,掺加低钙粉煤灰的效果,1.,节约水泥,10,～,15,％，经济效益显著；,,2.,改善混凝土综合性能：,,,1,）改善混凝土和易性、可泵性、易捣实性和抹面性；,,,2,）降低混凝土水化热，是大体积混凝土的主要掺合料；,,,3,）提高混凝土抗硫酸盐性能；,,,4,）提高混凝土抗渗性；,,,5,）抑制混凝土的碱－骨料反应。

3.2.6,粉煤灰主要用途,,,主要用于泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、蒸养混凝土、轻骨料混凝土、地下工程混凝土、水下工程混凝土、碾压混凝土、抗软水侵蚀混凝土和抗硫酸盐腐蚀混凝土工程，一般不用于早期强度要求高的混凝土工程混凝土掺用粉煤灰的,注意事项,按照,《,粉煤灰混凝土应用技术规范,》,规定，,,（,1,）一级粉煤灰适用于钢筋混凝土和跨度小于,6m,的预应力钢筋混凝土；,,,（,2,）二级粉煤灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土；,,（,3,）三级粉煤灰主要用于无筋混凝土对于强度等级要求等于或大于,C30,的无筋粉煤灰混凝土，宜采用一、二级粉煤灰；,,,（,4,）用于预应力钢筋混凝土、钢筋混凝土的粉煤灰，经过试验论证，可采用比上述规定低一级的粉煤灰总之，粉煤灰已经由过去的工业废渣变为现在的宝贵资源，是现代混凝土不可缺少的重要原料研发和推广粉煤灰混凝土技术，大有前途！,,3.2.7,粉煤灰混凝土的配合比设计 （,JGJ28-86),一、设计方法,:,,1.,按,JGJ55-2000,进行普通混凝土基准配合比设计；,,2.,按表,4.2.1,选择粉煤灰取代水泥率（,,c,）,,表,4.2.1,粉煤灰取代水泥率（,,c,）,,,,,,,,,,注：,1.,采用,42.5,水泥取上限，,32.5,水泥取下限,,2. C20,以上混凝土宜用,I,、,II,级粉煤灰，,C15,以下混凝土可用,III,级粉煤灰。

混凝土等级,普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,,C15,15~25,10~20,C20,10~15,10,C25~C30,15~20,10~15,,3.,按所选用的粉煤灰取代水泥率（,,c,），,求出每立方米,粉煤灰混凝土的水泥用量,(m,c,),：,,,m,c,=m,c0,(1,－,,c,),,m,c0,为,每立方米,基准混凝土的水泥用量,,4.,按表,4.3.2,选择粉煤灰超量系数,（,,c,）,,表,4.3.2,粉煤灰超量系数,（,,c,）,,,粉煤灰级别,超量系数,（,,c,）,I,1.0~1.4,II,1.2~1.7,III,1.5~2.0,,5.,按超量系数（,,c,）,,，求出每立方米,粉煤灰混凝土的掺量,(m,f,),,m,f,=,,c,(,m,c0,－,,m,c,),,,6.,计算每立方米,粉煤灰混凝土中的水泥、粉煤灰和细骨料的绝对体积， 或采用重量法计算砂石重量,7.,按粉煤灰超出水泥的体积，扣除同体积的细骨料用量8.,粉煤灰混凝土的用水量，按基准配合比的用水量取用9.,试配调整，满足和易性及强度的要求例题,粉煤灰混凝土设计强度等级为 Ｃ,30,，施工要求混凝土坍落度为,180㎜,，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准差,σ,＝,3MPa,。

所用原材料情况如下：,,,水泥：,32.5,级普通硅酸盐水泥，水泥密度为,ρ,ｃ,=3.10,ｇ,/cm,３,，水泥强度等级标准值的富余系数为,1.35,；,,砂：中砂，级配合格，砂子表观密度,ρ,os,=2.60,ｇ,/cm,,5,～,31.5mm,卵石，级配合格，石子表观密度,ρ,og,=2.65,ｇ,/cm,3,；,,HSP,高效减水剂：,1%,掺量，减水率：,20%, I,级粉煤灰,,试求：粉煤灰混凝土计算配合比,,解：,,(1),确定混凝土配制强度（,f,cu,0,）,,f,cu,0,=,f,cu,k,,+ 1.645σ= 30 + 1.645×3 =34.9,MPa,,(2),确定水灰比（,W/C,）,,f,ce,,=,γ,c,,×f,ce,k,= 1.35 ×32.5=34.9MPa,,,查用水量表，选用,m,w0,=210kg,,高效减水剂减水率为,20%,,用水量 ：,m,w0,=210×(1-20%)=168kg,,水泥用量：,m,c0,=168/0.50=336kg,,查,表,4.2.1,选用粉煤灰取代水泥率（,,c,=20%,），,求出每立方米,粉煤灰混凝土的水泥用量,(m,c,);,,m,c,=m,c0,(1,－,,c,)=336×(1,－,20%)=269kg,,,由表,4.3.2,对于,I,级粉煤灰，选用粉煤灰超量系数,,c,=1.2,，,,求出每立方米,粉煤灰混凝土的粉煤灰掺量,(m,f,),,m,f,=1.2×(336,－,269)=1.2×67=80kg;,,m,c,+ m,f,=269+80=349,>300kg,,由表,4.0.4,， 合格,,采用重量法计算砂石重量：设粉煤灰混凝土的,,=2450kg/m,3,,假定表观密度法计算，将,m,c,=269㎏,；,m,f,=80kg m,w,=168㎏,代入方程组,,,,,,,,,m,s,=716kg, m,g,=1217kg,,每立方米,粉煤灰混凝土的材料用量为：,,m,c,=269㎏,；,m,f,=80kg,；,m,w,=168㎏,，,m,s,=716kg,；,m,g,=1217kg,,因试配得粉煤灰混凝土的实测表观密度为,2410kg/m,3,,故得校正系数：,,,,,,,由此得,每立方米,粉煤灰混凝土的材料用量为：,,m,c,=265㎏,；,m,f,=79kg,；,m,w,=165㎏,，,m,s,=704kg,；,m,g,=1197kg,,高效减水剂：,3.44kg,,3.3,粒化高炉矿渣粉,,（,blast,fumace,slag powder,）,3.3.1,定义：,,,也叫磨细矿渣（,pulverized slag,,），简称矿粉，是指矿渣经过干燥、粉磨（有时可以添加少量石膏或助磨剂一起粉磨）达到规定细度并符合规定活性指数的粉体材料。

矿渣是一种潜在活性很大的材料，但需要磨细，其活性才能充分发挥出来，磨细是激活矿渣活性最为有效的简便方法3.3.2,矿渣的技术性能与质量指标,1,、主要化学成分：,,,CaO,,、,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,MgO,、,Fe,2,O,3,等其中前三项约占矿粉总量的,90,％左右，,,,CaO,,30,－,46,％，是有用成分，越多越好；,,,SiO,2,26,－,40,％，以偏低为好；,,,Al,2,O,3,6,－,24,％；,,,MgO,1,－,10,％，不以结晶方镁石形式而存在，不会引起混凝土安定性不良，其,含量适当高些，则活性好；,,,MnO,1%,左右，是有害成分；,,,TiO,2,一般＜,2,％，是非活性成分，越少越好另外，还含有少量,Na,2,O,、,K,2,O,等2,、矿物组成：,,,主要是玻璃体，其次是钙镁黄长石晶体，很少量的硅酸一钙、硅酸二钙等晶体，所以矿渣具有微弱的自身水硬性3,、矿粉的活性指数,M,：,,,M=(,CaO,+MgO+Al,2,O,3,) /SiO,2,M,＞,1,，碱性矿渣，胶凝性好，,M,越大，矿渣活性越高；,,,M,＜,1,，酸性矿渣，胶凝性差，不用做掺合料；,,,M=1,,中性矿渣。

4,、质量系数,K,：,,,K =,（,CaO,,＋,MgO,＋,Al,2,O,3,）,/,（,SiO,2,,+MnO,）,,式中，分子属于活性成分，分母是非活性成分K,用来评价矿渣质量，,K,越大，矿粉质量越好，即活性越高，一般规定,K≥1.2,,5,、矿粉质量等级：,,按照矿粉的比表面积、活性指数和流动性来分，分为,S105,、,S95,和,S75,三个等级，,S105,最好见,P24-25,表,2,－,4,,6,、高强高性能混凝土所用的矿粉质量指标：,,见,P25,表,2.5,,3.3.3,矿粉的作用机理,矿粉改善硬化混凝土力学性能机理（简单了解）,共有两大效应，即,,（,1,）复合胶凝效应，包括,,,a.,诱导激活效应：,,,b.,表面微晶化效应,,,c.,界面藕合效应,,（,2,）微骨料效应，包括,,,a.,自紧密堆积效应,,,b.,形状因子效应,,3.3.4,矿粉对混凝土性能的影响,,1,、对混凝土拌和物和易性的影响：,,,（,1,）当在混凝土中同时掺用矿粉和减水剂时，混凝土拌和物的流动性明显好于不掺矿粉；,,（,2,）在混凝土掺加减水剂时，矿粉能减小混凝土的坍落度损失，这对商品混凝土极为有利；,,（,3,）矿粉可以改善泵送混凝土的可泵性。

2,、对混凝土强度的影响：,,少掺则混凝土早期强度不变或者略降；,,,多掺则混凝土早期强度降低，可以通过提高养护温度，加快混凝土强度发展，使早期强度提高对于大体积混凝土、高温高湿环境中施工或使用的混凝土，掺加矿粉后，不仅可以保证混凝土早期强度，而且可以增进混凝土后期强度发展，比掺加粉煤灰的作用效果更佳矿粉与粉煤灰和减水剂一起掺加到混凝土中，应用效果更好3,、对混凝土耐久性的影响,（,1,）掺加矿粉后，混凝土的抗渗性提高，从而提高混凝土的抗碳化性能、抗冻性和抗腐蚀性能2,）掺加矿粉后，混凝土抗硫酸盐和海水腐蚀的能力大大提高，所以，大掺量矿粉混凝土广泛用于海洋工程和地下工程3,）矿粉能有效抑制混凝土的碱－骨料反应，这对提高耐久性也十分有利4,）混凝土掺加矿粉后，抗碳化性能和护筋性优于掺加粉煤灰所以，矿粉广泛适用于高性能混凝土，目前跨海大桥混凝土桥墩必须使用矿粉4,、对混凝土收缩和抗裂性的影响,（,1,）对混凝土自收缩的影响：,,当比表面积＜,400m,2,/kg,时，矿粉能减少混凝土的自收缩；,,,当比表面积＞,400m,2,/kg,时，掺加矿粉，混凝土的自收缩有增大趋势2,）矿粉对混凝土早期收缩和总干燥收缩的影响：,,,早期收缩明显下降，效果略好于粉煤灰；,,总干燥收缩也就是长期干燥收缩也明显下降。

3,）矿粉对混凝土抗裂性的影响：,,,S105,和,S95,级矿粉能有效提高混凝土的抗裂性；,,,S75,级矿粉会增大混凝土泌水，混凝土早期强度低，对抗裂性不利3.3.4,矿粉的工程应用,,矿粉既是配制高强高性能混凝土的重要组分，又是重点基础设施建设的重要材料，应用广泛跨海大桥、港湾工程等大量使用矿粉耐热混凝土也大量使用矿粉大型水池、污水处理厂等也大量使用矿粉3.4,硅灰,（,silica fume,）,3.4.1,定义及成分：,,,1,、定义：,,,是指冶炼硅铁合金或工业硅时，从烟道中用收尘器收集到的粉末2,、化学成分：,,,主要成分是无定形二氧化硅，含量达,90,％以上，还含有少量氧化铁、氧化钙等3.4.2,物理性质及化学活性,,一般呈青灰色或银白色，球形颗粒，表面光滑，堆积密度很小，比表面积很大，所以它的,活性很高，高达,110,％,硅灰是一种极佳的混凝土掺和料，是高强超高强混凝土的优良掺合料，但价格昂贵，资源有限硅灰显微图片,,硅灰图片,,3.4.3,硅灰质量指标,,根据,GB18736,－,2000《,高强高性能混凝土用矿物掺合料,》,，硅灰质量指标见,P33,表,2.6,,,硅灰中二氧化硅含量高为好，需水量小为好，活性指数大为好。

硅灰的缺点是需水量大，通常通过在混凝土中同时掺加高效减水剂，来弥补这一不足3.4.4,硅灰对混凝土性能的影响,1,、对混凝土和易性的影响：,,,使混凝土的流动性显著下降，但粘聚性和保水性提高；随硅灰掺量的增加，达到同样流动性所需的用水量直线增加，混凝土的粘性也随之增大，对施工尤其是给泵送施工带来不便硅灰的掺量不宜大于,15,％，适宜掺量为水泥用量的,5,～,10,％2,、对混凝土强度的影响,,掺入,5,～,20,％的硅灰，混凝土强度提高,20,～,80,％，甚至更高硅灰是配制高强混凝土的重要组成材料但是，硅灰掺量不可太多，高掺量硅灰，会严重影响混凝土的施工性，坍落度损失增大，特别是使混凝土收缩大大增加，脆性增大，抗裂性下降硅灰的合理掺量为,6,～,8,％3,、对混凝土耐久性的影响：,,,硅灰能有效提高混凝土的抗渗性、抗冻性、耐磨性、抑制碱－骨料反应能力和抗腐蚀性能掺加硅灰的混凝土，抗氯离子渗透性能显著改善，所以广泛用于近海工程、桥梁工程、港工混凝土结构等4,、对混凝土收缩和抗裂性的影响：,,,硅灰会严重增大混凝土自收缩、早期收缩和总收缩的趋势，当硅灰掺量大于,10,％时，混凝土不仅收缩增大，抗裂性也会迅速下降 。

这是硅灰在使用中必须注意的问题3.4.5,硅灰在混凝土工程中的应用,,由于硅灰掺入会使混凝土的收缩增大，抗裂性下降，所以它一般不单独使用于混凝土中，而是与粉煤灰、矿粉等掺合料一起掺入混凝土，即,复合使用,，以便利用粉煤灰、矿粉来弥补单掺硅灰带来的缺陷，充分发挥硅灰的增强特性和高抗渗性能，得到优势互补的效果结 束 语,太阳每天都是新的,,祝你心情舒畅，心想事成！,同学们，再见！,,。