掺合料在混凝土生产中的应用

摘要：通过对混凝土掺合料的作用机理、生产和使用研究，为了充分利用混凝土掺合料，同时使混凝土掺合料的品质得到保证，认为混凝土掺合料的生产必须在专业工厂内完成，并按混凝土的性能要求进行生产，只有这样才能做到科学、合理、有效地充分利用混凝土掺合料。

关键词：混凝土；掺合料；掺合料技术；生产和使用

Abstract: based on the concrete admixtures mechanism of action, the production and use of research, in order to make full use of concrete admixtures, also make the concrete admixtures quality guaranteed, think concrete admixtures production must be completed within the professional factory, and according to concrete performance requirements of the production, the only way to make scientific, reasonable and effective to make full use of concrete admixtures.

Keywords: concrete; Admixtures; Admixtures technology; Production and use

中图分类号：TU377 文献标识码：A 文章编号

前言

随着混凝土技术的发展，矿物掺合料的研究与应用技术也呈现出较好的势头，就矿物掺合料的使用历史而言不同时期掺入掺合料的目的是不同的，在20世纪50、60年代，人们在拌制混凝土时常常用一定量的掺合料来代替部分水泥，到20世纪70、80年代，由于对掺合料认识水平的提高，在水工、大型建筑物的基础等一些大体积混凝土中掺入矿物掺合料是为了降低混凝土的水化放热量，减少温度裂缝，90年代以后，人们对掺合料的认识有了很大的转变，不再把一些工业废渣看成是混凝土的掺合料，而把它看成是混凝土中必不可少的改性材料，也因此掺合料的品质有了很大的提高，掺合料的技术也有较大幅度的提高。特别是制备高性能混凝土矿物掺合料更是不可或缺的组分，它在改善混凝土的力学性能和耐久性能方面起着至关重要的作用。

混凝土掺合料按其活性大小可划分为活性材料和非活性材料两种，所谓的活性材料即指在常温常压下有水存在时可与激发剂水化形成水硬性胶凝产物的物质，而非活性材料仅能改善混凝土的和易性。但这两者又不能截然分开，在一定条件下是可以相互转化，例如石灰石粉一般不作活性材料使用，但若水泥熟料矿物铝酸三钙较多时，则可与铝酸三钙的水化产物形成水化碳铝酸钙对混凝土的早强有利，石英粉一般也不作为活性材料使用，但混凝土构件养护温度较高时活性则可大幅度增加，当然石英粉体颗粒足够细时也会具有一定活性，活性材料按水化机理又可分为火山灰活性和潜在水硬性活性两类。如粉煤灰、凝灰岩、烧粘土等是火山灰质活性材料，需要有激发剂存在时才能发生水化反应；而钢渣、水淬矿渣等是具有潜在水硬性活性材料即自身就具有一定的水化能力。

习惯上将水泥生产时加入的活性材料称混合材，在混凝土拌制时加入的活性材料称为混凝土掺合料。

混凝土掺合料的作用机理

混凝土掺合料是通过改善水泥胶凝材料的组成、数量、颗粒级配等，来提高混凝土强度、耐久性、改善混凝土和易性和体积稳定性的，这主要是借助以下几种理化效应取得。

活性效应

粉煤灰的活性效应是指它的活性成分所产生的化学效应。粉煤灰的活性取决于火山灰反应能力，即粉煤灰中具有化学活性的SiO2和Al2O3与Ca(OH)2反应，生成类似于水泥水化所产生的水化硅酸钙和水化铝酸钙等反应产物，这些水化物可作为胶凝材料的一部分起到增强作用。火山灰反应在水泥水化析出的氢氧化钙吸附到粉煤灰颗粒表面的时候开始（即二次水化反应），一直可延续到28天后的相当长时间内。

形态效应

粉煤灰的形态效应是指粉煤灰粉料由其颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质和颗粒级配等物理性状所产生的效应。在高温燃烧过程中形成的粉煤灰颗粒，绝大多数为玻璃微珠，是外表比较光滑的类球形颗粒，由硅铝玻璃体组成。由于球形颗粒表面光滑，故掺入混凝土后能起滚珠作用，能不增加或减少混凝土的拌和用水量，起减水作用，但是粉煤灰在形貌上的另一特点是它的不均匀性，如果内含较粗的、多孔的、形状不规则的颗粒占优势，则不但丧失所有物理效应的优越性，而且还会损害混凝土原来的结构和性能，所得到的是负效应，粉煤灰的这种形态应还经常会影响其它效应的发挥。

微集料效应

粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善混凝土孔结构和增大密实度的特性。粉煤灰微集料的优越性能体现在如下几点：

①玻璃微珠本身强度很高。

②微集料效应明显地增强了硬化浆体的结构强度。在粉煤灰和水泥浆体界面处形成的粉煤灰水化凝胶的显微硬度大于水泥凝胶的显微硬度。这就说明粉煤灰对混凝土中浆体与集料间界面这个最薄弱的连结部位有增强作用。

③粉煤灰微粒在水泥浆体中分散状良好，它有助于混凝土中孔隙和毛细孔的 填充和“细化”。

粉煤灰的这三个效应是共存于一体且是相互影响的，不应强调某一效应而忽视其它效应，对混凝土的某一性能，在某种条件下，可能某一效应起主导作用，在另外条件下，对混凝土的另外性能，则可能是另一效应起主导作用，应具体情况具体分析。

混凝土掺合料的应用技术效果

建筑工程技术人员都知道许多特殊性能的混凝土可以通过添加混凝土外加剂来获得，如能正确运用掺合料技术有时也能达到相应的效果，不仅能降低混凝土生产成本还能避免外加剂对混凝土性能产生的不良影响。

如与混凝土外加剂类比混凝土掺合料可以起到的作用有：

（1）减水功能：优质粉煤灰因有球形的外貌，具有一定减水效果是容易理解的，加了高效减水剂的混凝土再掺入矿物掺合料会具有更好的减水效果，尤其是在化学减水剂无能为力的超低水胶比时矿物掺合料还能具有一定的减水功能。

（2）早强功能：超细掺合料因其颗粒非常小，填充在大一点的颗粒之间使其相互尽早搭接，水化速度快早强效果好。

（3）缓凝功能：当混凝土掺入较多掺合料如粉煤灰、矿粉、煤矸石细粉等，使得混凝土拌合物单位空间内水泥熟料相应减少，早期形成的水化产物少，水化产物数量不足以将颗粒彼此进行有效连结使混凝土拌合物产生了缓凝，所以通过合理选择矿物掺合料的品种和数量可以取得一定的缓凝效果。

（4）微膨胀功能：铝矾土+石膏+硫酸铝是混凝土膨胀剂，为降低膨胀型矿物掺合料的成本，充分利用工业废渣，可以用含铝成分较多的自然煤矸石或粉煤灰代替铝矾土制备具有微膨胀功能的混凝土掺合料，或者在粉磨矿物掺合料时加入有一定活性的轻烧镁或生产镁时的废渣一镁渣等材料。

（5）防水功能：掺有高效减水剂和微膨胀掺合料的胶凝材料能形成密实度良好的水泥石，完全可以做到不加任何有机防水剂等即能制备出抗渗性能良好的混凝土。