常用掺合料的性能测试

矿渣微粉合理粒径范围的确定
假定水泥与矿渣颗粒均为球形， 当相互间达到最紧密堆积且矿渣颗 粒粒径最大时，必须满足下列条件， 首先作为骨架的水泥颗粒最密集堆 积，其次矿渣颗粒以最大可能的粒 径填充在水泥颗粒构成的空隙中。
目前水泥的平均粒径为20～30μm，因此矿渣微粉的 理论合理粒径(单个颗粒)为4.4～4.6μm，即矿渣合理比 表面积为400～600m2/kg。在实际生产中矿渣微粉的颗粒 分布为连续分布，矿渣微粉的比表面积为400～600m2/kg 时，其平均粒径为10～16μm，D50=7一12μm。
矿 渣
水 泥
（4）干缩和徐变（Drying Shrinkage and Creep）
混凝土徐变是指混凝 土在应力作用下,其应 变随时间而持续增长的 特性。
即混凝土的干燥收 缩。就是混凝土在 养护时由于养护不 好，造成的其表面 缺水而引起收缩， 给混凝土工程的带
来了开裂的隐患。
当掺量较少时，矿物掺合料对干缩和徐 变影响很小，通常没有实际影响。（粉煤灰 -用水量不增加-减少干缩）
酸碱溶出度法
酸碱溶出度法是以火山灰质材料在酸或碱溶液中 或者在先酸后碱溶液中可溶物的组分和含量作为评定 火山灰活性的指标。 但是,过去一些企图找出可溶组分及含量与火山 灰质材料在石灰或水泥砂浆中的强度发展间的任何关 系的努力均没有成功。
结构分析法 基于矿渣微观结构与其水硬活性内在联系 的特点。 将矿渣结构分为3个层次,即玻晶比、玻璃 相平均离子键程度和玻璃相中网络形成体的聚 合度,并确定了各层次中与活性相关的表征参 数。 该方法从本质上描述了矿渣的潜在胶凝性 能,但用结构分析很难确定3个结构参数对活性 影响的定量关系。
2、 活性效应 所谓活性就是掺合料颗粒含有较高SiO2 、 Al2O3成分，在水泥中CaO的作用下能大量生成CSH 和CAH。表现特征为早期强度高，活性指数高。活 性效应的大小不仅与化学成分含量有关，而且还 与形态和集料颗粒大小有关。


3、 微集料效应 所谓微集料就是掺合料颗粒的大小，从比表 面积测定值就可预料其效应的好坏，在高强混凝 土和混凝土的耐久性中起着很大的作用。同样微 集料效应与形态、活性效应相关联。 三效应相辅相成，同时又相互制约，所以不同材 质的掺合料均有其优点和缺点，所以扬长避短， 是提高掺合料性能的重要技术课题。
•维卡法是较早测定火山灰活性的方法； •该法系测量火山灰质材料自氢氧化钙溶液中 吸收石灰的速率； •对迅速区别活性和惰性材料有一定效果； •但还不能充分评定火山灰质材料的使用价值。
强度法 强度法是把矿物掺合料以一定量取代水 泥或同其它胶凝材料结合所呈现的强度作为 指标来评价矿物掺合料活性的一种方法。 还有学者在强度法的基础上,经过一定的 数学处理,提出了比强度的概念来评价矿物掺 合料的活性。 强度法是掺合料效应的综合体现,受实验 所用胶凝材料的影响较大。
CaO：0.5～1
SiO2：90～92
Al2O3：0.4～1 Fe2O3：0.3～2
火山灰（Natural pozzolans）
CaO：0.5～1 SiO2：40～60 Al2O3 +Fe2O3 ：15～30 CaO+MgO+R2O：15
烧失量：10％左右
石英粉（ Quartz powder ）
采用合理的配合比、材料选择恰当，矿物 掺合料可提高混凝土抗硫酸盐及海水侵蚀的能 力。
（8）钢筋锈蚀（Corrosion of Embedded Steel）
对合理养护的混凝土，矿物掺合料可将低水、 空气和氯离子的渗透过混凝土的能力，从而减少 钢筋的锈蚀。
（9）碳化（Carbonation）
有报道显示通常粉煤灰掺量的情况下， 较短（标准）湿养护的混凝土（普通掺量） 碳化会略微增加，但一般增加程度不大。
（3）含气量（Air Content）
（4）水化热（Heat of Hydration）
（5）凝结时间（Setting time）
（7）可泵性（Pumpability）
通常使用矿物掺合料可以改善混凝土的泵送性能。
2.对硬化混凝土的影响 （1）强度（Strength）
（2）抗冲击性与耐磨性（Impact and Abrasion Resistance）
（10）抗化学侵蚀性（Chemical Resistance）
矿物掺合料通过降低混凝土的渗透性使混凝 土抗化学侵蚀性能增加。虽然许多矿物掺合料可 提高抗化学侵蚀性，但并不能使混凝土完全免受 化学侵蚀。
五、矿物掺合料的检测 •维卡法 •强度法
•酸碱溶出度法
•结构分析 •化学分析 •相关标准
维卡法
（5）渗透性和吸水性（Permeability and Absorption）
一种材料 在不损坏介 质构造情况 下，能使流 体通过的能 力。
指材料在水中能吸收
水分的性质。
如果养护充分，通常可将低混凝土 的渗透性和吸水性。
（6）碱集料反应（Alkali-Aggregate Reactivity）
（7）抗硫酸盐性（Sulfate Resistance）
材料 抵抗冲击负 荷作用的能 力。
（3）抗冻融性（Freeze-Thaw Resistance） 含碳量！
粉 材料抵抗多次“冻融循环”而不疲劳、 破、坏的性质。 煤 灰 在寒冷气候条件下，土壤或岩层中冻结
的冰在白天融化，晚上冻结，或者夏季融化， 冬季冻结。这种融化、冻结的过程称为冻融 作用。
煅 烧 页 岩
矿渣粉的比表面积及活性指数
选择性粉磨
如果将水泥熟料与矿渣在同一台磨机中 混合粉磨，由于矿渣的易磨性比水泥熟料差 （约差30％），必然产生选择性粉磨，使成 品中两组分的颗粒分布不同)。 据资料显示 矿渣水泥中熟料组分比表面积不必超过350～ 400m2/kg；矿渣比表面积应达500m2/kg左右)。 显然如果混合粉磨，要达到矿渣的适宜比表 面积，熟料就会过粉磨而浪费电能；只达到 熟料比表面积，则矿渣太粗而不能充分发挥 其潜在水硬性，使矿渣水泥的强度偏低，所 以只能分别粉磨。
立磨系统的特点
• 采用料床粉磨, 效率高, 电耗低; • 粉磨、选粉、烘干同时在磨体内部完成, 系统简单; • 物料在磨机内部呈悬浮状以及粗粉的多次 循环, 热交换充分, 因此烘干能力强。 • 料床的稳定防止震动, 磨盘及磨辊的磨损 是立磨进行矿渣粉磨的难点; • 另外系统投资较大, 非一般小企业所能承 受的。 （上海宝钢、辽宁鞍刚使用的FL.Smith
四、矿物掺合料的特性
经济效益：低廉
技术效益：功能
社会效益：环保
环保：绿色产品 以工业废渣为主的掺合料在混凝土中的大 量应用,首先它意味着混凝土的生产降低了 工业废渣自身的环境污染及土地资源浪费 其次它减少了胶结材中水泥的用量而间接 地减少了由于生产水泥而导致的能源、资源 消耗及环境污染 另外由于它能在一定程度上提高混凝土的 性能,延长了混凝土的使用寿命,减少了维护 及重建所需的水泥及混凝土用量,也间接地 节约了资源、能源,降低了环境污染
矿物掺合料相关标准
用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB T 1596-2005）
用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉（GB/T 18046-2000）
高强高性能混凝土用矿物外加剂（GBT18736-2002）
用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法（GBT12957-2005）
粉煤灰、烧结或天然的火山灰作为混凝土矿物掺合料的标准(ASTMC618－00)
矿渣（Ground granulated blast-furnace slag）
CaO：38～46
SiO2：26～42
Al2O3：7～20 Fe2O3：0.2～1 MgO：4～13
粉煤灰（Fly ash）
CaO：2～7
SiO2：40～65
Al2O3：15～40 Fe2O3：4～20
硅灰（Silica fume） 细度和比表面积约 为水泥的80～100倍，粉 煤灰的50～70倍。
（一）矿渣
超细矿渣制备技术目前主要有立磨生产技术、 辊压机联合粉磨或终粉磨生产技术、球磨机闭路 生产技术、球磨机开流生产技术以及振动磨生产 技术。 国际上以立磨和辊压机终粉磨系统为主。从 国内实际应用情况来看, 以立磨和球磨两种生产 工艺占大多数。 采用立磨和闭路磨工艺要特别注意除铁的问 题, 如果聚集在磨床或磨内的铁不能及时除掉, 不仅影响产量, 对设备的磨损特别大。
提高火山灰活性的方法
煅烧 酸处理
延长碾磨时间
高温处理
化学活化剂
六、矿物掺合料的生产 矿物掺合料无论用作水泥大掺量混合材还 是高性能混凝土细掺料，其基本条件是具备足 够的比表面积)。 通常，水泥混合材比表面积 要求350～500m2/kg；混凝土细掺料要求420～ 600m2/kg，有的甚至高达800m2/kg以上。
三、矿物掺合料的分类 1.根据来源分类 矿物掺和料的分类 类别 天然类 品种 火山灰、凝灰岩、沸石粉、硅质页岩 等 水萃高炉矿渣、煅烧页岩、偏高岭土 等 粉煤灰、硅灰等
人工类
工业废料类
2.根据化学活性
① 有胶凝性（或称潜在水硬活性）的，如矿渣、高
钙灰、固硫渣等
② 有火山灰活性的，如粉煤灰、硅灰、硅藻土等 ③ 惰性掺合料，如石灰石粉、石英粉等
定义：矿物掺合料是指在配制混凝土时加 入的能改变新拌混凝土和硬化混凝土性能 的无机矿物细粉。 国外将这种材料称为辅助胶凝 材料（Supplementary cementitious materials），已成为高性能混凝土 不可缺少的第六组分。
在《矿物掺合料应用技术规范》( 征求意见稿) 中, 对矿物掺合料的定义是:以硅、铝、钙等一 种或多种氧化物为主要成分, 掺入混凝土中能 改善新拌或硬化混凝土性能的粉体材料, 涉及 的矿物掺合料包括了粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、 钢渣粉、磷渣粉、硅灰、沸石粉等6种材料。