混凝土矿物掺合料共38张课件.ppt

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1、混凝土矿物掺合料,混凝土矿物掺合料,以活性氧化硅、氧化铝和其它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，且掺量一般不小于5%的具有火山灰活性或潜在水硬性的粉体材料。,什么是混凝土矿物细粉掺和料？,20世纪5060年代: 节约水泥80年代: 环境保护;90年代: 改善混凝土的性能,控制混凝土绝热温升，高强高性能砼 由经济组分向功能组分转变,应用,以活性氧化硅、氧化铝和其它有效矿物为主要成分，在混凝土中可以,矿物掺合料分类,矿物掺和料的分类,1.根据来源分类,常用的矿物掺合料有：粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、沸石粉、燃烧煤矸石等。粉煤灰应用最普遍。,矿物掺合料分类矿物掺和

2、料的分类1.根据来源分类常用的,矿物掺合料分类,2.根据化学活性,有胶凝性（或称潜在水硬活性）的，如矿渣、高钙灰、固硫渣等有火山灰活性的，如粉煤灰、硅灰、硅藻土等惰性掺合料，如石灰石粉、石英粉等,矿物掺合料分类2.根据化学活性有胶凝性（或称潜在水硬,矿物掺合料作用,形态效应：“轴承滚珠”微集料效应：最密实填充强度、抗渗性化学活性效应：氧化硅、氧化铝与氢氧化钙的火山灰活性反应,作用,矿物掺合料作用形态效应：“轴承滚珠”作用,粉煤灰定义,定义：从煤燃烧后的烟气中收捕下来的粉状材料，燃煤电厂（排放大户）排出的主要固体废物。分三个阶段形成：多孔炭粒；比表面积减小的玻璃体；比表面积最小的密实球体,粉煤灰

3、定义定义：从煤燃烧后的烟气中收捕下来的粉状材料，燃煤电,粉煤灰化学成分及矿物组成,粉煤灰的化学成分因煤的品种及燃烧条件而异。一般来说，化学成分：SiO2含量约为4060；Al2O3含量为2030，Fe203含量为510， CaO含量2%8%，烧失量38，SiO2和Al2O3是粉煤灰中的主要活性成分，粉煤灰的烧失量主要是未燃尽碳，为粉煤灰中的有害成分. 粉煤灰的化学组成对其性能有一定性影响，有时甚至是关键性的影响。 一是规定能够确保粉煤灰质量的有效成分的最小含量； 二是限制粉煤灰中有害成分的最大含量。,粉煤灰化学成分及矿物组成 粉煤灰的化学成分因煤的品种及燃烧,粉煤灰化学成分及矿物组成,SiO2

4、、Al2O3、Fe2O3含量 ：SiO2、Al2O3是铝硅酸盐的主要成分，含量多些为好，尤其SiO2 的成分应有保证， Fe2O3成分看法不一。 CaO含量：低钙粉煤灰，大部分结合在玻璃相中；高钙粉煤灰，除结合氧化钙外，还有部分游离，有激发活性与不安定性双重作用烧失量：以未烧尽的炭分计， 使活性成分减少；用水量增加；密实度降低； 使引气剂、减水剂等掺量改变；外观颜色和均匀性。其混凝土吸水量大，密实度降低，强度低，易风化，抗冻性差。,粉煤灰化学成分及矿物组成 SiO2、Al2O3、F,粉煤灰化学成分及矿物组成,三氧化硫含量：含硫高的母煤烧成的粉煤灰中硫酸盐含量较高；有害成分：钙矾石，另一方面：提

5、高早期强度，一定条件下有益。氧化镁含量：方镁石，水化缓慢，引起膨胀有效碱含量：氧化钠和氧化钾，双重性：激发活性，促进火山灰反应有益的一面； 碱集料反应，硬化混凝土干缩大有害的一面,粉煤灰化学成分及矿物组成 三氧化硫含量：含硫高的母煤烧成的粉,粉煤灰宏观性,颜色与粉煤灰组成、细度、含水量、燃烧条件等因素有关，如含炭量从乳白色到黑色机械粉磨作用对粉煤灰颜色的影响：原状粉煤灰较浅，磨细粉煤灰较黑粉煤灰的细度 粒径范围： 玻璃微珠： ，大部分在45微米以下，平均粒径 漂珠：大于 海绵状颗粒： ，大部分在45微米以上细度对混凝土性能的影响：影响粉煤灰的活性火山灰反应能力 影响需水性强度、抗渗性、抗冻性；

6、塑性收缩、干燥收缩、徐变影响需水性的原因：空隙填充效果； 大颗粒中含炭量高；大颗粒中多孔的海绵状颗粒数多测定方法45微米筛余百分数为细度指标 筛余百分数（45微米筛余百分数为细度指标） 勃氏法 粒径法,粉煤灰宏观性 颜色与粉煤灰组成、细度、含水量、燃烧条件等因素,粉煤灰对混凝土性能的影响,粉煤灰主要品质指标有：细度、烧失量、SO3含量、fCaO含量、需水量比、含水量。按上述品质指标将能用于混凝土和砂浆的粉煤灰分为、级。GB/T15962019用于水泥和混凝土中的粉煤灰中对粉煤灰上述品质指标有明确的规定。 粉煤灰在水泥基材料中的作用主要有：形态效应、活性效应、微集料效应。粉煤灰的形态效应主要表现

7、为填充作用和润滑作用；粉煤灰的活性效应是指混凝土中粉煤灰的活性成分所产生的化学效应。如将粉煤灰用作胶凝组分，则这种效应自然就是最重要的基本效应，活性效应的高低取决于反映的能力、速度及其反应产物的数量、结构和性质等因素。粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰微细颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中，就像微细的集料一样。在水泥浆体中掺加矿物质粉料，可取代部分水泥熟料，混凝土的硬化过程及其结构和性质的形成，不仅取决于水泥，而且还取决于微集料。,粉煤灰对混凝土性能的影响 粉煤灰主要品质指标有：细度、烧失,粉煤灰对混凝土性能的影响,1、粉煤灰细度对混凝土性能的影响： 粉煤灰的细度对混凝土的性能有着重要的影响，这种影响

8、主要体现在两个方面：一是影响粉煤灰的活性，粉煤灰越细，火山灰反应能力越强；二是影响需水性，一般来说原状粉煤灰越粗，需水性越大。在混凝土中，用水量是影响其结构和性能的最敏感因素，通过机械粉磨，可以提高粉煤灰的细度，但通常不能够降低粉煤灰的需水量。 2、粉煤灰烧失量对混凝土性能的影响： 粉煤灰中未燃尽的碳粉都可以按烧失量来估量。碳粒是对混凝土有害的物质，它能使混凝土的用水量增加，粉煤灰中的含碳量越高，它的需水量也就越多。 随着含碳量的变化，粉煤灰的颜色可以从乳白色变到黑色，高钙粉煤灰往往呈浅黄色，含铁量较高的粉煤灰也有可能呈现出较深的颜色。原状粉煤灰通常颜色较浅，机械粉磨作用将这些颗粒打破，使得一

9、些未燃烧的炭露出来，因此，磨细粉煤灰常常呈现出较黑的颜色。,粉煤灰对混凝土性能的影响 1、粉煤灰细度对混凝土性能的影响,粉煤灰对混凝土性能的影响,3、粉煤灰fCaO含量对混凝土性能的影响： 在低钙粉煤灰中CaO绝大部分结合在玻璃体中，在高钙粉煤灰中， 除大部分被结合外，还有一部分是游离的。“死烧”状态的游离CaO具有利于激发活性和不利于安定性的双重作用，因此必须重视高钙粉煤灰的安定性问题。 4、粉煤灰SO3含量对混凝土性能的影响： SO3过高会产生破坏性的钙矾石，我国规范规定为粉煤灰中SO3含量必须不大于3% 。5、粉煤灰的碱含量较高，也会导致硬化水泥石产生较大的干缩变形，这对混凝土的抗裂性能

10、也是不利的。另外，使用优质粉煤灰，其掺量越大，减水效果越显著。反之，使用劣质粉煤灰，其掺量越大，混凝土的用水量增加也越多。 粉煤灰与氢氧化钙结合，会使混凝土碱度有所降低这些都是粉煤灰化学稳定行为带来的副作用。,粉煤灰对混凝土性能的影响 3、粉煤灰fCaO含量对混凝土性能,定义：在高炉炼铁过程中排出的非金属矿物熔渣，通过粉磨所得到的一种粉状物料。,矿渣粉,气淬矿渣水淬矿渣碱性矿渣CaO、Al2O3含量高于二氧化硅，活性高酸性矿渣二氧化硅含量较高，活性低,定义：在高炉炼铁过程中排出的非金属矿物熔渣，通过粉磨所得到的,氧化钙： 主要成分之一，含量越高，活性越大，但超过51%活性降低。 一般不存在着能

11、使胶凝物质强度和安定性降低的f-CaO氧化铝： 决定矿渣活性的主要成分，含量越高，活性越高氧化硅 碱性矿渣与氧化钙生成活性矿物 酸性矿渣氧化钙含量不足，生成低钙型硅酸钙，还有部分无定形氧化硅，含量较高，活性较低。氧化镁： 以稳定的化合态存在，含量不超过20%，不会有安定性不良氧化亚锰 使活性降低与矿渣中的CaS反应生成硫化来锰MnS，使CaS含量降低 安定性不良MnS在水化时体积膨胀很大,矿渣粉化学组成,氧化钙： 主要成分之一，含量越高，活性越大，但超过51%活,矿渣粉宏观,不是自然形成的，机械粉磨与粉磨工艺有关，可以人为控制 开路球磨系统：粒径分布较宽 立式振动磨系统：粒径分布较窄,矿渣粉宏

12、观不是自然形成的，机械粉磨,矿渣粉对混凝土性能的影响,磨细矿粉主要品质指标：活性指数、细度与比表面积、流动度比。细度与比表面积：在矿物成分不变的情况下，细度越细，其活性越好。 磨细矿粉的活性：磨细矿粉的活性与化学组成有一定的关系。一般来说，碱性系数越大，活性系数越大，矿粉活性越好。活性系数是指磨细矿粉中氧化铝含量（%）与二氧化硅含量（%）之比，即：活性系数=Al2O3/SiO2碱性系数是指磨细矿粉中碱性氧化物含量（%）与酸性氧化物含量（%）之比，即：碱性系数K=（CaO+MgO）/（SiO2+ Al2O3）碱性系数和活性系数仅仅是从化学组成上反映了矿粉的活性，但矿粉的活性不仅取决于化学组成，还

13、与冷却速度、粉磨细度有着密切的关系。,矿渣粉对混凝土性能的影响 磨细矿粉主要品质指标：活性指数,矿渣粉对混凝土性能的影响,流动度比：流动度比反映的是矿粉的需水量问题。磨细矿粉不具有减水的功能，当比表面积较大或颗粒级配不合理时，还有可能使需水量增加。随着磨细矿粉等级的提高，对活性指数的要求也提高，但对流动度比的要求则是降低的。采用等级较高的磨细矿粉时，混凝土的用水量可能要加大。磨细矿粉和粉煤灰的比较： 磨细矿粉的保水性能远不及优质的粉煤灰，掺入一些级配不好的磨细矿粉常常出现较严重的泌水现象，这是磨细矿粉的负面作用。 磨细矿粉是以非常高的活性行为和胶凝性为特色。磨细矿粉的缺点表现为较差的体积稳定性

14、。优质粉煤灰是以减水作用和较好的体积稳定作用为特色。粉煤灰的缺点表现在较差的活性方面。,矿渣粉对混凝土性能的影响 流动度比：流动度比反映的是矿粉,硅灰,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。组成：硅单质和75硅铁时的工来副产品 化学组成SiO2为主，一般占85%96%，且绝大多数为无定形的，还有少量氧化铁、氧化钙、氧化硫等，一般不超过1% 矿物组成无定形的SiO2为主，少量高温矿物 颗粒组成非晶态的球形颗粒，表面光滑 硅灰球比水泥、粉煤灰等小得多，主要是0.5微米以下的 颗粒,平均粒径为0.10.2微米,硅灰定义,硅灰,物理性质 颜色青灰色或银白色，若

15、原料中加木屑以增加C, 则为灰色 相对密度与粉煤灰相近，一般为2.12.5 需水量一般来说, 需水量较大。以一定数量取代，用水量增加，掺10%硅灰，需水量增加11%13%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。对混凝土性能的影响： 参考粉煤灰品质指标：二氧化硅含量、含水量、烧失量、火山灰活性指数、细度筛余量、密度均匀性、细度均匀性,硅灰物理性质,硅灰可以提高混凝土的早期和后期强度，但自干燥收缩大，且不利于降低混凝土温升。因此，复掺时，可充分发挥他们的各自优点，取长补短。例如，可复掺粉煤灰和硅灰，用硅灰提高混凝土的早期强度，用优质粉煤灰降低混凝土需水量和自干燥收

16、缩，在加之颗粒的填充作用，使混凝土更密实。,硅灰对混凝土性能的影响,硅灰可以提高混凝土的早期和后期强度，但自干燥收缩大,由于硅灰具有高比表面积，因而其需水量很大，将其作为混凝土掺合料，须配以减水剂，方可保证混凝土的和易性。硅粉混凝土的特点是特别早强和耐磨，很容易获得早强，而且耐磨性优良。硅粉使用时掺量较少，一般为胶凝材料总重的510，且不高于15，通常与其它矿物掺合料复合使用。在我国，因其产量低，目前价格很高，处于价格考虑，一般混凝土强度低于80MPa时，都不考虑掺加硅粉。,硅灰对混凝土性能的影响,由于硅灰具有高比表面积，因而其需水量很大，将其作为,掺合料在混凝土中的作用,1) 掺合料可代替部

17、分水泥，成本低廉，经济效益显著。2) 增大混凝土的后期强度。矿物细掺料中含有活性的SiO2和Al2O3，与水泥中的石膏及水泥水化生成的Ca(OH)2反应，生成生成CSH和CAH、水化硫铝酸钙。提高了混凝土的后期强度。但是值得提出的是除硅灰外的矿物细掺料，混凝土的早期强度随着掺量的增加而降低。3) 改善新拌混凝土的工作性。混凝土提高流动性后，很容易使混凝土产生离析和泌水，掺入矿物细掺料后，混凝土具有很好的粘聚性。像粉煤灰等需水量小的掺合料还可以降低混凝土的水胶比，提高混凝土的耐久性。,掺合料在混凝土中的作用1) 掺合料可代替部分水泥，成本低廉，,4) 降低混凝土温升。水泥水化产生热量，而混凝土又

18、是热的不良导体，在大体积混凝土施工中，混凝土内部温度可达到5070，比外部温度高，产生温度应力，混凝土内部体积膨胀，而外部混凝土随着气温降低而收缩。内部膨胀和外部收缩使得混凝土中产生很大的拉应力，导致混凝土产生裂缝。掺合料的加入，减少了水泥的用量，就进一步降低了水泥的水化热，降低混凝土温升。5) 提高混凝土的耐久性。混凝土的耐久性与水泥水化产生的Ca(OH)2密切相关，矿物细掺料和Ca(OH)2发生化学反应，降低了混凝土中的Ca(OH)2含量；同时减少混凝土中大的毛细孔，优化混凝土孔结构，降低混凝土最可几孔径，使混凝土结构更加致密，提高了混凝土的抗冻性、抗渗性、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能。,4)

19、降低混凝土温升。水泥水化产生热量，而混凝土又是热的不良,6) 抑制碱骨料反应。试验证明，矿物掺合料掺量较大时，可以有效地抑制碱骨料反应。内掺30的低钙粉煤灰能有效地抑制碱硅反应的有害膨胀，利用矿渣抑制碱骨料反应，其掺量宜超过40。7) 不同矿物细掺料复合使用的“超叠效应”。不同矿物细掺料在混凝土中的作用有各自的特点，例如矿渣火山灰活性较高，有利于提高混凝土强度，但自干燥收缩大；掺优质粉煤灰的混凝土需水量小，且自干燥收缩和干燥收缩都很小，在低水胶比下可保证较好的抗碳化性能。,混凝土矿物掺合料共38张课件,总之，现代混凝土科学中最突出的两大成就：其一是高效外加剂的生产和应用；其二是矿物细粉掺合料的

20、的研究、应用与发展。后者的重要意义远远超过了以前仅仅为节约水泥的经济意义和利用废弃资源的环保意义。它涉及到全面提高混凝土的各项性能，使混凝土寿命提高到5001000年成为可能。,总之，现代混凝土科学中最突出的两大成就：其一是高,绿色混凝土是低碳混凝土技术必然的发展途径,高性能混凝土是随着混凝土技术的不断进步与发展，在高效减水剂和大掺量矿物掺合料为物质基础上以低水胶比、低水泥用量、低单位体积用水量为主要技术特征的现代混凝土，是当今混凝土的发展方向。近十年高性能混凝土技术得到广泛和成功的实践。,fig,绿色混凝土是低碳混凝土技术必然的发展途径高性能混凝土是随着混,要发展和应用高性能混凝土，就必须有

21、高质量的原材料供应。 我国目前在水泥、骨料和混凝土矿物掺和料等原材料供应方面不同程度地存在着品质问题。 唐明述院士指出：原材料的优选优配对于高性能混凝土的推广应用十分重要。,存在的问题,要发展和应用高性能混凝土，就必须有高质量的原材料供应,由于水泥和某些矿物掺合料实际上不适合做这种微细填料，原因是超高细度的水泥和高活性矿物掺合料会引起水化反应加剧、凝结硬化过快、混凝土温升提高、显著增大混凝土收缩而引起开裂等一系列问题；因此，高性能混凝土需要具有低反应活性的易于加工的超细填料！,关于矿物细粉掺和料,由于水泥和某些矿物掺合料实际上不适合做这种微细填料，原因是超,粉煤灰 由于符合高性能混凝土的上述要

22、求，所以成为现代高性能混凝土中最重要的矿物掺合料，在混凝土中加入粉煤灰可以改善混凝土和易性、耐久性和后期强度等诸多性能。尤其是优质粉煤灰，以上特征更为显著。,粉煤灰成为应用最广泛的矿物掺合料,粉煤灰 由于符合高性能混凝土的上述要求，所以成为现代高性能混,优质粉煤灰供应不足,但是 我国现在可用于混凝土的优质粉煤灰产量不足，可直接利用的干粉比例不大，能供应优质粉煤灰的电厂少。许多地区苦于没有高品质粉煤灰，能够供应的粉煤灰普遍颗粒粗，含碳量高，需水量大。,优质粉煤灰供应不足但是 我国现在可用于混凝土的优质粉煤灰产量,关于超细石灰石粉,超细石灰石粉是以生产石灰石碎石和机制砂时产生的细砂和石屑为原料，通

23、过进一步粉磨制成的粒径不大于10m 的细粉，在混凝土中具有良好的减水和填充效应。 大量研究(如石灰石粉对水泥水化的种种物理化学作用，CaCO3与水泥水化产物反应生产的新生水化相等)表明石灰石不完全是一种惰性混合材料。后期可以生成三碳水化铝酸钙和单碳水化铝酸钙。 本课题使用的超细石灰石粉的中值粒径在24微米之间，比表面积为750 m2/kg。,关于超细石灰石粉 超细石灰石粉是以生产石灰石碎石和机制砂时产,超细石灰石粉的研究与应用,国外对超细石灰石粉的研究、开发和利用比较早,德国开发生产了石灰石粉掺量从6%20%的石灰石硅酸盐水泥。在日本, 从20 世纪末开始, 超细石灰石粉已广泛应用于配制高流动

24、性混凝土和高性能喷射混凝土。美国ACI212.1R- 81Admixtures for Concrete and Guide for Use of Admixtures in Concrete中指出，石灰石粉可以作为混凝土的矿物掺合料,超细石灰石粉的研究与应用国外对超细石灰石粉的研究、开发和利用,Mario Collepardi关于自密实混凝土的研究中使用石灰石粉,Mario Collepardi关于自密实混凝土的研究中使用,在国外石灰石粉用于大型工程的实例,跨度为960+1990+960m的三跨度组成的世界跨度最大的日本明石海峡吊桥的桥墩、缆索锚固结构体的高流动性混凝土，块体混凝土的配比中每

25、m3混凝土中水泥的用量为260kg，石灰石粉的掺量为150kg，用水量为145kg 。,在国外石灰石粉用于大型工程的实例 跨度为960+1990+9,在国外石灰石粉用于大型工程的实例,法国的西瓦克斯核电站号反应堆C50高性能混凝土的配合比中使用了CPJ5细掺料水泥，含有9%的石灰石粉。而每m3混凝土中水泥用量为266kg，石灰石粉掺量为114kg，硅灰掺量为40kg，水胶比为0.38，坍落度为18-23，28天抗压强度为67MPa，绝热温升为30，其它指标均符合要求。,在国外石灰石粉用于大型工程的实例法国的西瓦克斯核电站号反应,谢谢！,谢谢！,Thank you,拯畏怖汾关炉烹霉躲渠早膘岸缅兰辆坐蔬光膊列板哮瞥疹傻俘源拯割宜跟三叉神经痛-治疗三叉神经痛-治疗,拯畏怖汾关炉烹霉躲渠早膘岸缅兰辆坐蔬光膊列板哮瞥疹,