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目录：1 总则2 术语和符号3 基本规定4 矿物掺合料的技术要求5 掺矿物掺合料混凝土的配合比设计6 掺矿物掺合料混凝土的工程应用附录A 矿物掺合料细度试验方法（气流筛法）附录B 矿物掺合料胶砂需水量比、流动度比及活性指数试验方法附录C 含水量试验方法附录D 吸铵值试验方法附录E 石灰石粉亚甲蓝值测试方法本规范用词说明引用标准名录附：条文说明2100433B
钢结构防火涂料应用技术规范目 录 前言 第一章 总则 第二章 防火涂料及涂层厚度 第三章 钢结构防火涂料的施工 第一节 一般规定 第二节 质量要求 第三节 薄...
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矿物掺合料在混凝土中的应用技术
矿物掺合料在混凝土中的应用技术
矿物掺合料应用在混凝土中已有好几十年的历史,业界对矿物掺合料也有了一定的了解。但如何更合理地应用在混凝土中,有待探讨。随着混凝土技术的不断发展,矿物掺合料已成为混凝土中不可缺少的重要组分。现阶段的矿物掺合料主要有:粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉、沸石粉、硅粉和石灰石粉。本文主要对最常用的粉煤灰和矿渣粉在混凝土中的应用进行探讨。
前言
第1章 概论 1
1.1 混凝土矿物掺合料的定义及分类 2
1.1.1 定义 2
1.1.2 分类 2
1.2 矿物掺合料在混凝土中的作用机理与功效 3
1.2.1 矿物掺合料在混凝土中的作用机理 3
1.2.2 矿物掺合料在混凝土中的功效 5
1.3 矿物掺合料在混凝土中的应用历史 6
1.4 矿物掺合料在混凝土中的应用现状 8
1.5 混凝土矿物掺合料应用技术存在的问题与发展趋势 8
1.5.1 存在的问题 8
1.5.2 发展趋势 11
1.6 混凝土矿物掺合料的相关技术标准和技术规程 13
参考文献 14
第2章 粉煤灰 15
2.1 概述 15
2.2 粉煤灰的形成与分类 16
2.2.1 粉煤灰的形成 16
2.2.2 粉煤灰的分类 16
2.3 粉煤灰的组成及其对性质的影响 18
2.3.1 粉煤灰的化学组成及其对性质的影响 18
2.3.2 粉煤灰的矿物组成及其对性质的影响 21
2.3.3 粉煤灰的颗粒组成与颗粒形貌及其对性质的影响 24
2.4 粉煤灰的理化性质 28
2.4.1 外观和颜色 28
2.4.2 近似密度与堆积密度 28
2.4.3 细度 28
2.4.4 需水量比 30
2.4.5 烧失量 31
2.4.6 活性指数 32
2.4.7 体积安定性 33
2.4.8 干缩变形 33
2.4.9 含水率 34
2.4.10 均匀性 34
2.4.11 其他性质 34
2.5 用于混凝土的粉煤灰有关技术标准 35
2.6 粉煤灰对混凝土性能的影响 36
2.6.1 显著改善新拌混凝土的工作性能 36
2.6.2 延缓混凝土的凝结时间 37
2.6.3 显著降低混凝土的水化热 37
2.6.4 有利于后期强度增长 38
2.6.5 对混凝土体积稳定性有较好的益化作用 38
2.6.6 对混凝土的耐久性多有正面影响 38
2.7 粉煤灰在混凝土中的作用机理 42
2.7.1 形态效应 42
2.7.2 活性效应 42
2.7.3 微集料效应 43
2.8 提高粉煤灰品质的技术途径 43
2.9 粉煤灰在混凝土中的应用技术 44
2.9.1 不同等级粉煤灰在混凝土中的应用范围 44
2.9.2 粉煤灰在混凝土中的掺用方法与掺量 44
2.9.3 粉煤灰混凝土工程应用实例 46
2.9.4 常见问题解析 50
参考文献 52
第3章 磨细矿渣粉 54
3.1 磨细矿渣粉的来源与加工制备 54
3.1.1 磨细矿渣粉的来源 54
3.1.2 磨细矿渣粉的制备工艺 55
3.1.3 磨细矿渣粉的储存、包装和运输 55
3.2 磨细矿渣粉的组成及其对性质的影响 55
3.2.1 磨细矿渣粉的化学组成及其对性质的影响 55
3.2.2 磨细矿渣粉的矿物组成及其对性质的影响 57
3.2.3 磨细矿渣粉的颗粒组成与颗粒形貌 59
3.3 磨细矿渣粉的理化特性 60
3.3.1 外观与颜色 60
3.3.2 密度 60
3.3.3 比表面积 60
3.3.4 需水量 61
3.3.5 活性指数 62
3.3.6 含水量 62
3.3.7 烧失量 62
3.3.8 放射性 62
3.4 磨细矿渣粉在混凝土中的作用机理及其对混凝土性能的影响 63
3.4.1 磨细矿渣粉在混凝土中的作用机理 63
3.4.2 磨细矿渣粉对混凝土性能的影响 64
3.5 混凝土用磨细矿渣粉的质量等级与技术要求 68
3.5.1 混凝土用磨细矿渣粉的质量等级和有关技术标准 68
3.5.2 提高磨细矿渣粉品质的技术途径 69
3.6 磨细矿渣粉在混凝土中的应用与常见问题解析 72
3.6.1 磨细矿渣粉在混凝土中的应用 72
3.6.2 常见问题解析 72
3.6.3 磨细矿渣粉混凝土的工程应用实例 73
参考文献 78
第4章 硅灰 80
4.1 硅灰的生成与加工制备 81
4.1.1 硅灰的生成 81
4.1.2 硅灰的加工、储存与运输 82
4.2 硅灰的组成及其对性质的影响 83
4.2.1 硅灰的化学组成 83
4.2.2 硅灰的矿物组成 84
4.2.3 硅灰的颗粒组成与颗粒形貌 84
4.3 硅灰的理化特性 85
4.4 硅灰在混凝土中的作用机理及其对混凝土性能的影响 89
4.4.1 硅灰在混凝土中的作用机理 89
4.4.2 硅灰对混凝土性能的影响 90
4.5 混凝土用硅灰的技术标准 95
4.6 硅灰在混凝土中的应用与常见问题解析 96
4.6.1 硅灰在混凝土中的应用范围 96
4.6.2 硅灰在混凝土中的适宜掺量与掺加方法 96
4.6.3 硅灰在混凝土中应用时常见问题解析 97
4.6.4 硅灰混凝土工程应用实例 98
参考文献 101
第5章 天然沸石粉 103
5.1 天然沸石粉的来源与加工制备 103
5.1.1 天然沸石粉的来源 103
5.1.2 天然沸石粉的加工制备 104
5.1.3 混凝土用天然沸石粉的质量等级及其技术要求 104
5.1.4 天然沸石粉的储存、包装和运输 105
5.2 天然沸石粉的组成及其对性质的影响 105
5.2.1 天然沸石粉的化学组成及其对性质的影响 105
5.2.2 天然沸石粉的矿物组成及其对性质的影响 106
5.2.3 天然沸石粉的颗粒组成与颗粒形貌及其对性质的影响 107
5.3 天然沸石粉的理化特性 108
5.3.1 外观与颜色 108
5.3.2 密度和堆积密度 108
5.3.3 细度 109
5.3.4 需水量比 109
5.3.5 活性指数 109
5.3.6 吸铵值 110
5.4 天然沸石粉在混凝土中的作用机理 110
5.5 天然沸石粉对混凝土性能的影响 111
5.6 天然沸石粉在混凝土中的应用与常见问题解析 115
5.6.1 天然沸石粉在混凝土中的应用范围与掺量 115
5.6.2 天然沸石粉在混凝土中的掺用方法以及施工技术 116
5.6.3 天然沸石粉的经济效益 117
5.6.4 天然沸石粉混凝土的工程应用实例 117
5.6.5 天然沸石粉应用时常见问题解析 118
参考文献 119
第6章 偏高岭土 121
6.1 概述 121
6.2 偏高岭土的来源与加工制备 122
6.2.1 偏高岭土的来源 122
6.2.2 偏高岭土的加工制备 123
6.2.3 偏高岭土粉的储存、包装和运输 125
6.3 偏高岭土的组成及其结构特征 125
6.4 偏高岭土的理化特性 127
6.5 偏高岭土在混凝土中的作用机理 129
6.6 偏高岭土对混凝土性能的影响 130
6.7 偏高岭土在混凝土中的应用与常见问题解析 136
6.7.1 偏高岭土相较于其他火山灰材料所具备的优点 136
6.7.2 偏高岭土在混凝土中的应用范围与掺量 136
6.7.3 偏高岭土粉在混凝土中的掺用方法和施工技术 138
6.7.4 偏高岭土混凝土的工程应用实例与常见问题解析 138
参考文献 141
第7章 石粉 143
7.1 石灰石粉 144
7.1.1 石灰石粉的组成及其对性质的影响 145
7.1.2 石灰石粉的理化特性 146
7.1.3 石灰石粉在混凝土中的作用机理以及对混凝土性能的影响 147
7.1.4 石灰石粉在混凝土中的应用与常见问题解析 152
7.2 其他石粉 154
7.2.1 大理石粉、花岗石粉的化学组成 155
7.2.2 大理石粉、花岗石粉的矿物组成 155
7.2.3 大理石粉、花岗石粉的物理性质 155
7.2.4 大理石粉、花岗石粉对混凝土性能的影响 156
7.2.5 大理石粉、花岗石粉在混凝土中的应用与常见问题解析 160
参考文献 160
第8章 其他品种矿物掺合料 163
8.1 钢渣粉 163
8.1.1 钢渣的来源、类型与加工制备 164
8.1.2 钢渣粉的组成及其对性质的影响 166
8.1.3 钢渣粉的理化特性 169
8.1.4 钢渣粉在混凝土中的作用机理以及对混凝土性能的影响 171
8.1.5 钢渣粉在混凝土中的应用与常见问题解析 174
8.2 磷渣粉 178
8.2.1 磷渣粉的来源与加工制备 180
8.2.2 磷渣粉的组成及其对性质的影响 180
8.2.3 磷渣粉的理化特性 182
8.2.4 用于混凝土的磷渣粉的品质要求与质量等级 183
8.2.5 磷渣粉在混凝土中的作用机理 184
8.2.6 磷渣粉对混凝土性能的影响 185
8.2.7 磷渣粉在混凝土中的应用与常见问题解析 188
参考文献 189
第9章 不同矿物掺合料的特性与差异 192
9.1 不同矿物掺合料的化学组成比较 192
9.1.1 化学成分对矿物掺合料活性的影响 193
9.1.2 矿物掺合料的来源对其活性的影响 195
9.2 不同矿物掺合料的矿物组成及其结构特征比较 195
9.3 不同矿物掺合料的颗粒组成与颗粒形貌比较 196
9.4 不同矿物掺合料在混凝土中的作用功效比较 198
9.5 不同矿物掺合料在混凝土中的作用机理比较 199
9.6 不同矿物掺合料的性能指标比较 199
9.7 不同矿物掺合料的应用范围比较 201
参考文献 2022100433B
导读
随着高性能混凝土技术的快速发展，各种高品质矿物掺合料的研究使用也是日新月异，需求量不断增加。但高品质掺合料相对较少，绝大部分掺合料还是低品质的，因此低品质掺合料也逐渐受到重视。对产量较大的低品质粉煤灰、粒化高炉矿渣做了简要介绍，分析了相关的技术路线和作用形式效果，为低品质矿物掺合料在高性能混凝土中的应用提供借鉴。
0 前言
矿物掺合料是指平均粒径≤10μm，以活性氧化硅、氧化铝和其他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≥5%的具有火山灰活性或潜在水硬性的粉体材料。GB/T18736―2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》明确规定：用于改善混凝土耐久性能而加入的、磨细的各种矿物掺合料，又称矿物外加剂。
矿物掺合料如粉煤灰、矿渣等是排放量很大的工业废料，然而其中只有很少一部分是中高品质的矿物掺合料，绝大多数都是低品质矿物掺合料。因其产品的性能波动较大，因此，在混凝土结构中的应用仅局限于高品质掺合料，大大降低了矿物掺合料的利用率。在混凝土中利用好低品质矿物掺合料是真正突破矿物掺合料利用率瓶颈，发挥掺合料自身价值的有效途径。
1 低品质粉煤灰在高性能混凝土中的应用
1.1 粉煤灰的质量等级划分
根据GB/T1596―2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》和《粉煤灰混凝土应用技术规范》提出粉煤灰的技术要求，即细度、需水量比、烧失量、三氧化硫含量。根据标准，粉煤灰分为三个质量等级，具体见表1。
表1 粉煤灰质量等级 %
国内尚没有综合评定指标，粉煤灰的质量分级在一定程度上限制了低品质粉煤灰的应用。而其他一些国家的标准则相对有利于低品质粉煤灰特性的利用：如美国粉煤灰标准ASTMC 618规定，如果灰的烧失量或细度超出标准规定的范围，可以采用复合因素进行评价；英国也根据此复合因子判断粉煤灰的减水能力并划分为若干等级。
1.2 低品质粉煤灰的应用现状
目前研究较多的是将其用在混凝土生产中，用来替代部分水泥，不但可以大量消耗粉煤灰，减少水泥使用量，而且有着减少水化热、改善混凝土拌合物的流变性、提高混凝土的耐久性等诸多优异性能。然而，在混凝土中使用III级及等外灰作掺合料时,规范规定必须经过专门试验,就限制了它的应用。我国电厂产出的粉煤灰绝大部分是Ⅲ级灰和等外灰，Ⅰ、Ⅱ级灰只占总产量的5%，就导致我国的低品质粉煤灰利用率一直无法提升。因此，因地制宜地探索利用低品质粉煤灰的有效方法，有着较
高的经济效益和社会效益。
1.3 低品质粉煤灰在高性能混凝土中应用的技术路线
（1）掺外加剂激发粉煤灰活性。用化学方法对低品质粉煤灰进行改性，是提高粉煤灰活性的有效措施。其中包括碱激发、硫酸盐激发、氯盐激发等。激发剂能改善混凝土的性能，但有时和减水剂混掺时，会导致激发剂失效。再加之其他一些原因，这种方法并未能在工程实际中得到有意义的贯彻实施,而主要只应用于非主体结构和非承重结构的混凝土制品方面。
（2）进行粉磨。粉磨能够改善低品质粉煤灰细度，增加低品质粉煤灰比表面积，提高低品质粉煤灰活性，使其能更好地发挥形态效应、填充效应以及火山灰活性。目前,这种做法已得到普遍认可,一致认为是安全可靠的做法。
1.4 低品质粉煤灰在高性能混凝土中的应用
作为掺合料添加在混凝土中是低品质粉煤灰最主要的作用。低品质粉煤灰虽然具有颗粒粗、需水量大、活性低等缺点，但低品质粉煤灰混凝土具有和易性好、可泵性强、终饰性改善、抗冲击能力提高、抗冻性增强等优点，并且它的力学指标和耐久性指标基本满足要求；而且低品质粉煤灰混凝土和普通混凝土简支梁在抗弯和抗剪的宏观力学性能上没有明显差别。
低品质粉煤灰可以作为细集料代替细砂改善混凝土性能，同时还能够缓解天然砂短缺，增加粉煤灰用途，减小粉煤灰污染。相关研究已经有部分成果，比如杨东宁等研究低品质粉煤灰还可以代替黏土原料生产水泥，比如低温合成水泥、无熟料水泥等。
2 未磨细粒化高炉矿渣在高性能混凝土中的应用
2.1 粒化高炉矿渣粉的质量等级划分
根据标准GB/T18046―2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中的定义，粒化高炉矿渣粉（Ground Granulated Blastfurnace Slag）是以粒化高炉矿渣为主要原料，通过粉磨（可掺加少量石膏）加工至一定细度的粉体材料。我国根据矿渣粉的7d、28d活性指数，把粒化高炉矿渣粉分成三个等级：S105，S95，S75，具体详见表2。
表2 粒化高炉矿渣粉的质量等级
美国ASTM C989-05标准把粒化高炉矿渣粉的质量等级划分为80等级、100等级和120等级，但是关于28d的活性指标强度值完全统一。
2.2 粒化高炉矿渣的应用现状
粒化高炉矿渣粉是炼铁高炉废渣经冷水淬化后形成的工业废料。有资料显示，通常每炼1t生铁产生高炉渣0.3~0.9t。2009年我国生铁产量54374.8万t，以每生产1t生铁产生0.3t高炉渣计算，每年产生高炉渣1.6312亿t。
近年来粒化高炉矿渣的开发和应用飞速发展，磨细后的矿渣被广泛地应用到水泥生产当中，是优良的水泥生产原料。还可以掺加到水泥混凝土中，改善混凝土各项性能，同时也可作土壤的改良材料等。但由于将粒化高炉矿渣磨细成本较高，且数量有限，大量的未经磨细的剩余矿渣，利用率低，不仅占用了大量的土地，而且污染毒化土壤、水体和大气，严重影响生态环境，造成明显或潜在的经济损失和资源浪费。
2.3 未磨细粒化高炉矿渣在高性能混凝土中应用的技术路线
一是进行简单粗放的利用，即直接或经过简单处理后，用作细集料和路材。这种方法利用率相对很低，经济环保效果比较差。
二是经烘干后与熟料（和石膏）共同粉磨制备矿渣水泥。由于高炉矿渣的易磨性比熟料差，两者共同粉磨时，高炉矿渣比熟料的颗粒粗得多，高炉矿渣的活性和其他改善混凝土耐久性的功能未得到充分发挥。
三是采用粉磨工艺将高炉矿渣磨细后，再与磨细的熟料（含石膏）混合均匀后制成普通或矿渣水泥，或者直接用作高性能混凝土的掺合料。这种方法的关键是将高炉矿渣磨细。目前采用较多的是立式磨机、卧式球磨机和振动研磨机。经立式磨机粉磨后会有很好的利用效果，而卧式球磨机粉磨后，活性不能得到充分发挥，造成早期强度偏低。
2.4 矿渣粉在高性能混凝土中的应用
矿渣粉具有良好的潜在活性，可以通过物理激发（把矿渣磨细或粉磨时加入助磨剂进行高细粉磨）、活化学激发（采用对混凝土耐久性无害的化学物质，激发矿渣的活性），使其呈现出水硬性。采用物理活化和化学活化相结合的方法能够最大限度地激发矿渣的潜在活性。
掺有激发活性的矿渣粉能使混凝土具有较好的可泵性，一定的缓凝性，还能减小坍落度损失，降低水化热，有利于混凝土的施工，同时提高混凝土的强度、抗渗性、抗碳化、抗冻融等耐久性能。
矿渣粉在水泥熟料、石膏等激发剂的作用下可以显示出水化活性,是生产水泥的优质原料，在扩大水泥品种、增加水泥产量、调节标号、改进水泥性能和保证水泥安定性合格方面发挥着重大作用。含有矿渣粉的水泥包括普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等。
3 结论
我国达到I、II级标准粉煤灰太少，尤其是在原状灰中，导致电厂排放的大部分粉煤灰不能用于结构混凝土，所以，研究探索低品质粉煤灰的应用领域以及应用方式，增加低品质粉煤灰的应用途径与使用量，提高低品质粉煤灰的利用效率，是十分重要的。
随着高炉矿渣处理技术的进步,其用途不再局限于建筑材料领域,而是向多途径延伸,利用率也逐步提高.但整体技术水平，尤其在新用途开发方面与欧、美、日等发达国家相比还有一定的差距.作为一种有价值的二次资源,未来的高炉矿渣资源化利用技术应向低成本、大用量、高附加值、低能耗、最大限度提取有价元素的方向发展。还应该以整体论科学思想加以引导，加强与其他学科交流，扩展粉煤灰、矿渣等低品质矿物掺合料应用领域，增加低品质矿物掺合料在混凝土中的应用形式，缓解甚至解决粉煤灰、矿渣等带来的污染问题，充分挖掘低品质矿物掺合料的各项潜能，实现低品质矿物掺合料混凝土技术的可持续发展。
作者：孙宇峰、黄刚、张世明、曹可杰、刘数华，如涉及作品内容、版权和其它问题，请及时联系，我们将尽快处理。
《混凝土工程应用新技术丛书 混凝土矿物掺合料》本书在总结大量国内外科研成果、生产与工程应用经验的基础上，全面、系统地论述粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰、天然沸石粉、偏高岭土、石粉及其他品种矿物掺合料的来源、制备、组成（化学组成、矿物组成、颗粒组成）、性能特点、技术标准、在混凝土中的作用功效和作用机理、在不同类型混凝土中的应用技术及工程应用实例等；深入分析它们在混凝土应用中存在的突出问题及其原因，从制备到应用提出相应的预防措施。最后，从组成、结构、作用功效、性能指标、应用范围等多个层面比较各种矿物掺合料的差异，为合理选用矿物掺合料提供理论依据。
本书可供混凝土设计单位、混凝土原材料供应企业、混凝土搅拌站、施工单位、监理单位、检测与建筑质量管理机构、政府建设管理部门的科研、技术与管理人员，以及高等院校的教师、本科生、研究生参考，也可作为高等院校研究生、本科生课程教材使用。
混凝土工程应用新技术丛书混凝土矿物掺合料目录