混凝土矿物掺合料的定义分类以及作用机理

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混凝土是最大宗的建筑材料,其性能的优良与否对建筑的安全性能起到决定性的作用。经研究发现,在混凝土中掺加一些如粉煤灰、矿粉等矿物掺合料,可以优化混凝土的性能,同时能够降低水泥的用量,进一步降低混凝土的成本。同时在高性能混凝土中,矿物掺合料成为配制不同功能混凝土的重要组成部分。因此,本文对混凝土的矿物掺合料进行梳理介绍,以期让人们对矿物掺合料有更加深刻的认识。

1、矿物掺合料的定义

矿物掺合料,在国外被称为辅助胶凝材料,是指加入混凝土中能够改变混凝土拌合物和硬化混凝土性能的无机矿物粉末。《矿物掺合料应用技术规范》GB/T-将其定义为:以硅、铝、钙等一种或多种氧化物为主要成分,具有规定细度,掺入混凝土中能改善新拌或硬化混凝土性能的粉体材料。该标准中涵盖的矿物掺合料主要有粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、石灰石粉、钢渣粉、磷渣粉、沸石粉以及复合矿物掺合料。其中粉煤灰、矿渣粉的使用最为广泛,硅灰则一般只应用于C70强度等级以上混凝土中。

硅灰粉

2、矿物掺合料的分类

矿物掺合料根据来源分可以划分为:天然类、人工类以及工业固废类。其中天然类包括火山灰、凝灰岩、沸石粉、硅质页岩等;人工类包括水萃高炉矿渣、煅烧页岩、偏高岭土等;工业固废类包括:粉煤灰、硅灰等。

矿物掺合料根据化学活性可以划分为:具有潜在水硬性类,如粒化高炉矿渣、火山灰活性类,如粉煤灰和硅灰、惰性类,如石灰石粉、石英粉等。

3、矿物掺合料的作用机理

3.1形态效应

所谓形态就是颗粒的表观特征,有圆球形、椭圆球形、不规则形、光滑形、毛涩形、晶体型。质态有硬、软、脆、坚之分。粗糙、软、脆形态,化学活动性较易,活性指数高,而需水量较大,影响拌合物流动性和硬化物耐久性,总体效应前期好后期差;粗糙、硬、坚形态,化学活动性较易,需水量较低,总体效应前、后期均匀,为优良形态。软、粗糙形态是活性效应的化学基础,坚、硬、光、圆形态是微集料效应的物理基础。

3.2活性效应

所谓活性就是掺合料颗粒含有较高SiO2、Al2O3组分,其中的活性SiO2、Al2O3组分可与水泥中的氢氧化钙发生反应生成水化硅酸钙凝胶,对混凝土的后期强度有利。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。

3.3填充效应

一般而言,矿物掺合料的粒度较水泥粒子的粒度低,其应用于混凝土中,可填充于水泥粒子之间形成的空隙中,使得水泥浆体的空隙率降低,增强包裹在骨料表面的水泥浆体的密实性,对混凝土的密实性有利,尤其对混凝土的耐久性能有利。

对于矿物掺合料而言,上述三种作用效应不是割裂的,而是相辅相成,共同作用。不同的矿物掺合料,上述三种作用效应的主次并不相同,因此,为了发挥三种效应的优点,目前常采用复合的形式来发挥矿物掺合料的优点,而规避其缺点,使掺合料的增益效应更加突出。




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