建筑混凝土材料矿物掺和料的质量探讨

王化良

(宝泰隆新材料股份有限公司，黑龙江 七台河 154600)

矿物掺和料是以硅、铅、钙等一种或多种氧化物为主要成分，具有规定细度。矿物掺和料为混凝土中的重要组分，在混凝土中发挥火山灰活性效应、形态效应、微集料效应，能大幅提高混凝土的工作性能、物理力学性能和耐久性能。矿物掺和料有时比水泥还重要，混凝土的各种特殊性能通过各种掺和料赋予改性。

1 粉煤灰

与粉煤灰质量相关的标准有《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、《矿物掺和料应用技术规范》、《高强高性能混凝土用矿物外加剂》等。以上述规范为依据，研究与粉煤灰相关的技术要求。混凝土中的粉煤灰根据技术要求分为I级、Ⅱ级和Ⅲ级。

粉煤灰的细度与其火山灰效应有直接关系。粉煤灰有利于活性的提高，有利于发挥填充效应，能提高混凝土的工作性和强度。烧失量主要反映粉煤灰中未燃尽碳的含量。未燃尽碳有害，含碳量越高，烧失量越大，而混凝土的需水量就越高，这能造成混凝土水胶比增加或减水剂掺量的提高，同时粉煤灰烧失量也会影响混凝土拌和物中的含气量。需水量比会影响混凝土拌和物中减水剂掺量、需水量等特性。影响需水量比的因素除烧失量和细度外，还有微珠含量、形状等因素。规定含水量主要是为防止其活性降低，如C类粉煤灰自身具有水硬性。与水泥一样，限制三氧化硫和游离氧化钙含量是体积安定性需要，安定性不良，应用于混凝土中会发生质量隐患。C类粉煤灰中可能含有不少的游离氧化钙，不仅要对其含量进行检验，同时增加物理性能检验，以严格控制其质量。限定碱含量是为了抑制碱集料反应的出现。放射性是人体安全的需要。均匀性是粉煤灰产品稳定性的控制。

粉煤灰在使用过程中必须注意以下问题：粉煤灰虽然能改善混凝士拌和物的工作性，如果坍落度太大，粉煤灰颗粒易上浮而出现泌浆现象；在保持相同水胶比时，配制的混凝土早期强度较低，大掺量在较低气温下凝结缓慢；硬化混凝土早期孔隙率大，碳化问题突出；粉煤灰对水敏感，在无保湿的环境下，内部黏度增多，阻碍拌和物泌水而导致塑性开裂。

粉煤灰应用时必须注意采取以下技术措施：第一，控制拌合物坍落度尽可能低。第二，施工时不可过多振捣，以避免粉煤灰颗粒上浮造成浮浆层太厚。第三，降低水胶比，保证大掺量粉煤灰混凝土的强度，特别是早期强度。第四，有效养护及足够的湿养护时间。

2 矿渣粉

目前，与矿渣粉质量有关的标准有《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》、《矿物掺和料应用技术规范》、《高强高性能混凝土用矿物外加剂》等。

本研究以《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》为准，研究与矿渣粉相关的技术要求。

矿渣粉按其技术要求可分为5105级、595级和575级三个级别。

矿渣粉的密度具有自身特性，为保证粒化高炉矿渣的纯度，防止掺入其他物料而可能造成其性能变化，对密度提出要求。矿渣粉的比表面积与其活性直接相关，细磨有利于其活性的提高，也利于其填充效应的发挥，可提高混凝土强度。矿渣粉的活性指数是其活性大小的直观反映，而流动度是为满足混凝土工作性的需要。规定含水率主要是为防止其水化活性受到影响。与水泥一样，限制三氧化硫含量是出于安定性的需要。规定氯离子限量是防止混凝土中钢筋出现锈蚀。烧失量可显示矿渣粉可能混有其他组分，如人为加入过多的石灰石粉，会使烧失量偏大，降低其水化活性。与粉煤灰一样，放射性是人身安全的考虑。

矿渣粉具有以下特点：第一，矿渣粉具有潜在的水硬性，单独加水可缓慢水化硬化，化学活性较高。第二，矿渣粉也不宜粉磨得太粗，不然会使拌和物黏聚性下降，发生离析和泌水。在使用中必须控制其细度，适当加大其掺量。第三，在混凝土初始坍落度相同的条件下，可减少用水量。第四，与不掺矿渣粉的混凝土相比，掺加矿渣粉后混凝土有一定的缓凝效果。第五，掺矿渣粉的混凝土必须加强养护，以充分发挥性能优势。

3 石灰石粉

目前，与石灰石粉质量有关的标准有《石灰石粉混凝土》、《矿物掺和料应用技术规范》、《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》等。以《石灰石粉混凝土》为准，研究与石灰石粉相关的技术要求。

用于磨制石灰石粉的石灰石必须具有相当纯度，主要是通过控制碳酸钙含量进行控制，保证纯净的石灰石粉。规定石灰石粉的细度是出于其填充效应的考虑，有利于混凝土性能的改善。活性指数不是石灰石粉本质特性的技术指标，也不是认为它有明显的活性，而是质量控制的需要。流动比是衡量石灰石粉在混凝土中应用价值的重要指标，此指标越高，表明石灰石粉的减水效应越明显，对改善混凝土工作性十分有利。

石灰石粉在使用过程中必须注意以下问题：石灰石粉是以生产石灰石碎石制砂时出现的细粒和石屑为原料，通过粉磨产生细粉，掺入混凝土中具有较好地减水和填充作用，能提高混凝土的早期抗裂能力。

研究表明，石灰石粉不完全是一种惰性掺和料，石灰石粉中的碳酸钙后期参与水泥的水化反应，与水泥的水化产物作用生成三碳水化铝酸钙和单碳水化铝酸钙。石灰石粉在混凝土中是填充效应、活性效应和加速效应。石灰石粉的填充能使水泥机体更为密实。石灰石粉的活性效应来源于其参与水泥的水化反应，虽然这种作用微弱。石灰石粉的加速效应是其细小颗粒可成为成核场所，加速了水泥的水化，这种作用在早期是显著的。石灰石粉中致密且细小的碳酸钙颗粒在具有减水作用的同时，可降低浆体黏度，这是由其化学组成和表面性质决定的。碳酸钙的表面能低，有利于颗粒填充和分散。

掺石灰石粉的混凝土在寒冷气候下受硫酸盐侵蚀，生成硅灰石膏而破坏，在结构或构件处于含硫酸盐的腐蚀条件中，在有水存在和低温环境环境下，会生成无胶凝性的硅灰石膏，造成混凝土软化。在低水胶比时没有破坏现象。由于石灰石粉基本属于惰性矿物掺和料，掺用石灰石的混凝土必须采用硅酸盐水泥，尽可能考虑与其他掺和料复合使用。在掺加较多的石灰石粉后，会明显影响混凝土的耐久性能和长期性能，比如抗冻性能和收缩性能等。以普通硅酸盐水泥为准，石灰石粉掺量不宜超过20%。使用过程中必须考虑石灰石粉的均匀性和稳定性，防止使用掺加其他石粉或含土较多的石灰石粉，通过检验碳酸钙含量控制其他石粉的混入，检验MB值控制土的含量。

4 复合掺和料

复合掺和料是把两种及以上的矿物掺和料按一定比例复合后的粉体材料。目前，与复合掺和料质量相关的标准有《矿物掺和料应用技术规范》、《混凝土用复合掺台料》等。以《矿物掺和料应用技术规范》为准，研究与复合掺和料的技术要求。

在矿物原料组成和比例相同时，比表面积越大，复合掺和料越细，活性越高。按复合使用的矿物原料不同，能用比表面积指标控制细度。在使用粉煤灰配制复合掺和料时，必须增如筛余指标控制细度。活性指数是复合掺和料的重要技术指标，对混凝土强度有影响。流动比间接反映了复合掺和料用水量指标。规定含水量是为防止其活性受影响。三氧化硫含量过多，可能影响混凝土体积稳定性，限制氧离子含量是出于避免钢筋锈蚀的需要。控制烧失量指标是为防止添加含碳量大或需水量大的劣质材料，有利混凝土性能的提升。放射性是出于人体健康的需要。