礦物質(zhì)超細(xì)粉對混凝土性能的影響研討

淺談礦物質(zhì)超細(xì)粉對混凝土性能的影響作者（單位）摘要：高性能混凝土是目前混凝土發(fā)展的主要方向之一，而礦質(zhì)超細(xì)粉是高性能混凝土不可或缺的一部分。從近來幾十年的得研究成果來看，制備高新能混凝土的技術(shù)途徑基本上是在普通混凝土四種基本組分（水泥、水、細(xì)骨料和粗骨料）基礎(chǔ)上復(fù)合超塑化劑（高效減水劑）和礦物質(zhì)超細(xì)粉的方法。配置高性能混凝土是摻入超塑化劑是為了使其具有合適的工作性，而礦物質(zhì)超細(xì)粉作為第六組分，是配置高新能混凝土必不可少的。這除了可以起到填充水泥石的效應(yīng)外，由于這些礦質(zhì)超細(xì)粉具有相當(dāng)?shù)幕鹕交一钚?，從而提高混凝土的密實性，對提高?qiáng)度及后期強(qiáng)度的發(fā)展也十分有利，而且有些礦物質(zhì)超細(xì)粉還具有輔助減水效果，可以減少混凝土的用水量或有益于改善混凝土的工作性。關(guān)鍵詞：礦物質(zhì)超細(xì)粉；填充效應(yīng)；水灰比；界面過度結(jié)構(gòu)；孔結(jié)構(gòu)；堿-骨料反應(yīng)1礦物質(zhì)超細(xì)粉 礦物質(zhì)超細(xì)粉是指粒徑0.38時，水全部水化后，水泥石中有水泥凝膠、凝膠水、毛細(xì)水和空隙。毛細(xì)水是可以在混凝土中擴(kuò)散滲透的，這就造成了毛細(xì)管的存在，使混凝土的抗?jié)B性降低，耐久性降低。普通混凝土水灰比（W/C）通常在0.4-0.8之間，所以在其水泥石中存在大量毛細(xì)孔，對混凝土的抗?jié)B性和耐久性很不利。水灰比過低的話就會造成混凝土施工性能差，無法均勻密實的填充模板。 圖-1 水泥漿組成與水灰比關(guān)系（水泥水化程度100%） 2.2 骨料和水泥漿的界面過度結(jié)構(gòu)普通混凝土受壓破壞時，一般沿著骨料和水泥漿的界面破壞。這是由于水泥漿與骨料的界面附近，形成一個過渡帶，其特點是Ca(OH)2粗大的結(jié)晶與定向排列富集與界面上，而且往往存在許多孔隙、水囊和潛在的微裂縫。（如圖2所示）。所以過渡帶的強(qiáng)度低，抗?jié)B性和耐久性都不好。圖-2水泥漿-骨料界面的微觀結(jié)構(gòu)模型圖（森野）2.3水泥石中的孔結(jié)構(gòu)普通混凝土的水泥石中有大量的孔隙存在，這些空隙對混凝土的強(qiáng)度和耐久性都很不利。 3 摻入礦質(zhì)超細(xì)粉后混凝土一些性能的變化3.1 礦質(zhì)超細(xì)粉改善骨料和水泥石之間的界面結(jié)構(gòu) 由于超細(xì)粉的火山灰活性和微填充效應(yīng)，使得界面過度去孔隙率降低及結(jié)晶含量降低。圖-3為Khagat等以15%的硅粉取代水泥后，得到的混凝土（W/C=0.33)的界面過渡區(qū)孔隙率和原生CH明顯降低。圖-3 含與不含硅粉（SF)的混凝土中，水泥石與粗骨料界面區(qū)形成簡圖（K.H.Khagat and P.C.Aitcin)圖中a）不含SF的新拌混凝土，由于泌水，在粗骨料表面周圍形成水囊，而界面連接處水泥粒子也不足；b）是在a）所示基體系統(tǒng)硬化后的過渡區(qū)。在過渡區(qū)存在著CH相、C-S-H相及流線的大量空隙，還有一些類似于針狀物填充其間。c）含SF新拌混凝土，SF微粒填充于粗骨料周圍的空間，而不是被水占據(jù)；d）是在c）的基體中的過渡區(qū)，孔隙率很低。3.2 改善了水泥石的孔結(jié)構(gòu) 以20%的復(fù)合超細(xì)粉等量取代水泥，W/C=0.35制成的水泥凈漿試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d、28d，測定的含于不含超細(xì)粉的孔結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。 圖-4 含（a）與不含（b）超細(xì)粉的水泥石結(jié)構(gòu)（馮乃謙） （以20%復(fù)合超細(xì)粉等量取代水泥，W/C=0.35，標(biāo)養(yǎng)7d、28d的孔結(jié)構(gòu)）由圖可見，7d齡期時，100nm以上大孔，不含超細(xì)粉的試件含量偏高一些。而100nm的孔含量，則含超細(xì)粉的試件偏高些。28d齡期時，含超細(xì)粉的試件，100nm的大孔含量明顯少于不含超細(xì)粉的試件；100nm的小孔，明顯地高于不含超細(xì)粉的試件。 有大量的實驗證明，100nm的大孔含量高，對混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐久性都不利；100nm的孔含量高，有利于強(qiáng)度、抗?jié)B性和耐久性。3.3 礦質(zhì)超細(xì)粉的減水作用 由于礦質(zhì)超細(xì)粉的比表面積都比較大，而且具有活性，在不摻入高效減水劑，對于新拌混凝土無明顯的減水效果，甚至反而增水。但當(dāng)與高效減水劑雙摻時，其增塑減水效果急劇增加，表現(xiàn)出比單摻減水劑更優(yōu)越的流動性。表-1為礦質(zhì)超細(xì)粉摻合料的減水實驗結(jié)果。表-1中的硅灰比表面積約為，礦渣超細(xì)粉和粉煤灰的比表面積分別為8800和7017。表-1 礦質(zhì)超細(xì)粉摻合料減水率實驗（蒲心誠）實驗配比水泥/%礦物摻合料/%高效減水劑/%流動度/mm需水量/mL減水率/%硅灰粉煤灰礦渣11000000145112021000001.51507632.139010000145190-69.6490010001461101.79590001001451083.5769010001.51486442.979001001.51487235.789000101.51457632.19905500146174-55.41080101000146240-114.31180100100148215-92.0128001010014711017.913905501.51486145.51480101001.51455947.31580100101.51456244.61680010101.51457037.53.4降低水化熱 由于礦質(zhì)超細(xì)粉具有火山灰活性，可以和水泥石水化放出的反應(yīng)，速率與水泥相比相當(dāng)小，水化熱也小。因此以超細(xì)粉置換一部分水泥后，水化熱放出的速度減緩了。其中粉煤灰降低水化熱的效果是最好的，礦渣超細(xì)粉次之。硅灰由于比表面積很大，火山灰活性反應(yīng)的速率較快，它降低水化熱的效果最差。在廣州，某工程基礎(chǔ)為滿堂紅大體積鋼筋混凝土，在混凝土內(nèi)摻30%礦渣粉以降低水化熱。但凝結(jié)硬化后，由于水化放熱，仍有大量的溫度裂縫。后來改為內(nèi)摻30%的粉煤灰，裂縫問題解決了。說明粉煤灰降低水化熱的效果更好。3.5 提高混凝土的體積穩(wěn)定性。 由于水化反應(yīng)產(chǎn)物的體積相對于水化之前會減小，所以摻入超細(xì)粉置換水泥，會使水化反應(yīng)產(chǎn)物減少，從而提高體積穩(wěn)定性。粉煤灰對混凝土土體積穩(wěn)定性最好。3.6 抑制堿-骨料反應(yīng)堿骨料反應(yīng)是一個很復(fù)雜，大量的研究表明堿骨料反應(yīng)需要有水和堿濃度很高的條件下進(jìn)行。由于火山灰活性摻合料能與水泥石中的反應(yīng)，降低混凝土中堿的濃度，而且混凝土中加入超細(xì)粉使混凝土結(jié)構(gòu)密實，毛細(xì)孔很少，使水滲透量小，從一定程度上抑制堿-骨料反應(yīng)。通過馮乃謙在礦物質(zhì)超細(xì)粉對堿-骨料反應(yīng)（ASR)抑制的研究中可知，天然沸石超細(xì)粉對堿骨料反應(yīng)的抑制最有效，當(dāng)天然沸石超細(xì)粉（比表面積60008000）取代混凝土中20%水泥，可以有效地抑制堿硅反應(yīng)的有害膨脹。優(yōu)于礦渣超細(xì)粉和粉煤灰。4 結(jié)論 因此，通過礦質(zhì)超細(xì)粉在混凝土中得應(yīng)用，改善了混凝土的一些施工性能，改善了骨料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)，改善了水泥石的孔結(jié)構(gòu)；提高了混凝土的抗?jié)B性、耐久性和強(qiáng)度。在混凝土中加入礦質(zhì)超細(xì)粉是獲得高性能混凝土很重要的一方面。 但是，礦質(zhì)超細(xì)粉對混凝土性能的影響并不都是好的方面。例如，在硅灰混凝土中，硅灰和水化硅酸鈣在相當(dāng)短的時間內(nèi)就發(fā)生反應(yīng)，生成凝膠狀物質(zhì)，使混凝土的坍落度損失加快；火山活性的礦物摻合料，與反應(yīng)，使堿含量，是混凝土的中性化速度加快。由于不同的礦質(zhì)超細(xì)粉具有的物理和化學(xué)性質(zhì)都不盡相同，所以要根據(jù)工程實際的需求選擇合適的礦質(zhì)超細(xì)粉，而且礦質(zhì)超細(xì)粉不同的置換率對混凝土性能的影響不相同。所以為了更好地利用礦質(zhì)超細(xì)粉，還需根據(jù)國家規(guī)范，查閱很多國內(nèi)外的資料，根據(jù)工程實際情況要求，合理的選擇礦質(zhì)超細(xì)粉的種類和置換率，以及與之相匹配的水泥和骨料。 參考文獻(xiàn)：1 馮乃謙. 高新能混凝土結(jié)構(gòu) .機(jī)械工業(yè)出版社2 姚武. 綠色混凝土. 化學(xué)工業(yè)出版社3 符芳. 土木工程材料 . 東南大學(xué)出版社4 王沖，蒲心誠. 超細(xì)礦物摻合料對新拌混凝土的增塑減水機(jī)理分析. 混凝土，2001， 8:51545 蒲心誠. 應(yīng)用比強(qiáng)度指標(biāo)研究活性礦物摻合料在混凝土中得火山灰效應(yīng) . 混凝土與水泥制品，1997,6： 文