0532-国家大剧院，钢筋混凝土结构，C100水泥混凝土的组成材料细集料粗集料混凝土外加剂改善混凝土的性能第一节第一节水泥水泥第二节第二节矿物外加剂矿物外加剂第三节第三节集料集料第四节第四节化学外加剂化学外加剂一、水泥的类别和品种类别：通用水泥、特性水泥、专用水泥等品种：普通硅酸盐水泥：熟料+石膏80且＜95，混合材＞5且20硅酸盐水泥，代号PO；粒化高炉矿渣5%或石灰石5%的型硅酸盐水泥，代熟料+石膏=100%的称I型硅酸盐水泥，代号P矿渣硅酸盐水泥PS：熟料+石膏50且＜80，粒化高炉矿渣＞20且50的为A型（PSA）；熟料+石膏30且＜50，粒化高炉矿渣＞50且火山灰质硅酸盐水泥PP：熟料+石膏60且＜80，火山灰质混合材＞20且40；粉煤灰硅酸盐水泥PF：熟料+石膏60且＜80，粉煤灰＞20且40；复合硅酸盐水泥PC：熟料+石膏50且＜80，混合材总量＞20且50。二、水泥的物理性能对高性能混凝土的影响1.密度和容重水泥的密度：物料在没有孔隙状态下单位体积的质量。

容重(自然密度)：物料在自然状态下（包括孔隙）单位体积的质量。影响因素：水泥细度与水泥性能紧密相关，影响水泥的凝结硬化时间、强度、需水性、干缩性、水化热水泥颗粒细，凝结快细石混凝土容重，早期强度高，泌水性小；但过细也不利，如需水量增加，干缩大，水化放热集中，电耗增大。在高性能混凝土中，水泥过细，容易导致混凝土早期开裂，还会影响外加剂的作用效果。水泥细度表示方法：筛余、比表面积、颗粒级配。3.需水性混凝土中水的作用：与水泥矿物水化，使混凝土凝结硬化，产生强度于；使混凝土具有一定的可塑性和流动性水泥水化所需的不以外的游离水会在硬化浆体中留下空隙，降低混凝土的强度和耐久性。水泥标准稠度用水量：按规定的方法搅拌，使水泥净浆达到规定可塑状态时的需水量拌和水/水泥质量。影响水泥净浆需水性的因素：混合材的种类与掺加量4.凝结时间初凝时间+终凝时间5.水泥体积安定性水泥硬化后产生不均匀的体积变化。安定性不良可能产生的后果：使水泥制品或混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故。原因：水泥中掺入的石膏过多。6.强度等级例如：P.O水泥可分为：42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R其它类型的可分为：32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5，52.5R7.影响水化热的因素：养护温度8.水泥收缩：分为四种：自身收缩和化学收缩水化时绝对体积减少（约7%-9%）引起——影响因素主要是矿物组成。

冷缩由于温度下降所引起，又称温度收缩。碳化收缩在一定相对湿度条件下，空气中的CO使水泥硬化浆体中的水化产物，如Ca(OH)、水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙分解，并释放出水分，从而引起收缩。影响因素：养护制度环境湿度不均匀的收缩将在制品中产生内应力，甚至发生裂缝，影响质量和耐久性。9.耐磨性：质量损失率。影响水泥耐磨性的因素：混合材种类和掺量水泥强度越高，则耐磨性越好。10.抗硫酸盐侵蚀性硫酸盐侵蚀：指水化硅酸盐水泥浆体中的矿物与来自环境的硫酸盐离子之间的物理—化学作用引起的混凝土破坏。地下水的硫酸盐主要源于含CaSO的土壤。硫酸盐侵蚀程度与以下因素有关：侵蚀溶液中的硫酸盐含量；其他的阴阳离子种类及含量。eg：如SO盐侵蚀的可能性就大；在氢、镁、氨、氯、硝酸根和碳酸根离子共存的条件下，SO盐的侵蚀将更严重。影响混凝土抗硫酸盐侵蚀性的因素：混凝土的密实性水泥石空隙率大，抗渗能力差，易受侵蚀破坏。水泥的矿物组成CaO高，抗侵蚀能力差混合材的种类和掺量掺加FA、SG、可提高水泥的抗侵蚀能力。三、高性能混凝土用水泥的选择选择依据：与高效减水剂有好的适应性多使用425号以上（尤其是525号）硅酸盐水泥、P.O或中热水泥。

综合考虑水泥的各项性能和水泥的成本，选择流变性好、早期反应性能低的水泥。一、概述在混凝土中加入矿物外加剂的目的：改善混凝土的内部结构，提高抗渗性和抗腐蚀能力；抑制碱一集料反应。矿物外加剂的定义：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称作矿物外加剂。矿物外加剂主要特征：是磨细矿物材料，细度比水泥颗粒小。矿物外加剂的主要种类：煅烧煤矸石、磨细石灰石等。二、磨细矿渣（一）磨细矿渣的来源矿渣是在炼铁炉中浮于铁水表面的熔渣，排出时用水急冷，得到水淬矿渣，生产矿渣水泥和磨细矿渣用的都是这种粒状渣。磨细矿渣是将这种粒状高炉水淬渣干燥，再采用专门的粉磨工艺磨至规定细度，在混凝土配制时掺入的一种矿物外加剂。矿渣的粉磨：在粉磨时可以掺入适量的石膏（石膏掺量以掺量以SO由于矿渣较为难磨，为提高粉磨效率，在矿渣粉磨时还允许掺入不大于矿渣质量1％注意：石膏的性能应符合GB/T5483—2008《石膏和硬石膏》的规定；助磨剂应符合JC/T667《水泥粉磨用工艺外加剂》的要求。（二）磨细矿渣的化学成分和物理性质1．化学成分矿渣的主要化学组成为CaO、SiO用质量系数K来评价粒化高炉矿渣的活性：质量系数值越大细石混凝土容重，矿渣的活性越高。

用于生产高性能混凝土用的矿物外加剂的矿渣质量系数K应该大于1.2。粒化高炉矿渣的活性，还与成料条件（淬冷前熔融矿渣的温度、淬冷方法以及淬冷速度等）有关。矿渣粉中常见的有害成分：：影响混凝土体积稳定性。2.矿物组成XRD图谱表明，水淬矿渣中含有：硅酸一钙或硅酸二钙结晶态组分。因此水淬矿渣具有微弱的自身水硬性？。磨细矿渣细度对混凝土性能影响很大，矿渣微粉的颗粒群形态，诸如颗粒级配、粒径分布、颗粒形貌等特征参数与水泥基材料的流动性、密实性及力学性能也都有密切关系比表面积平均粒径300m/kg21.2μm400m/kg14.5μm800m/kg2.5μm粒径大于45μm的矿渣颗粒很难参与水化反应。用于HPC的磨细矿渣的细度一般要求BET达到400m/kg以上，以较充分地发挥其活性，减小泌水性。BET为600～l000m/kg的磨细矿渣用于配制HSC时的最佳掺量为30～50％。矿渣细度对混凝土性能的影响：缺陷1、矿渣越细活性越高，掺入混凝土后，早期产生的水化热越大，越不利于降低混凝土的温升；2、SG的BET超过400m/kg，用于很低水胶比的混凝土时，混凝土早期的自收缩随SG掺量的增加而增大；3、矿渣粉磨得越细，掺量越大，则低水胶比的HPC拌和物越黏稠；4、粉磨矿渣要消耗能源，成本较高。

4．磨细矿渣需水量比和胶砂活性指数测定—HPC磨细矿渣需水量比和胶砂活性指数是其在HPC中应用时的重要质量指标。需水量比：受检砂浆的流动度达到基准砂浆相同的流动度时，两者用水量之比。活性指数：用50％矿渣替代水泥制作的试验 胶砂试件，抗压强度与纯水泥制作的基准胶砂 试件抗压强度之比。 实验表明：随着磨细矿渣BET的增大，需水 量比有下降的趋势，抗压强度比在不同龄期均 有明显增大的趋势。 ——磨细是提高矿渣活性的一有效措施。 （三）磨细矿渣的贮存、包装和运输 注意防潮。活性 （四）磨细矿渣掺入对混凝土综合性能影响 1、改善混凝土的工作性：在水泥水化初期， 胶凝材料系统中的矿渣微粉分布并包裹在 水泥颗粒的表面，能起到延缓和减少水泥 初期水化产物相互搭接的隔离作用。 2、显著地改善并提高混凝土的强度和耐久性能： 磨细矿渣在碱激发、硫酸盐激发或复合激发下 具有反应活性，与水泥水化所产生的Ca(OH) 发生二次水化反应，生成低钙型的水化硅酸钙凝胶，在水泥水化过程中激发、诱增水泥的水 化程度，加速水泥水化的反应进程，还能改善 混凝土的界面结构。 3．磨细矿渣对胶凝材料系统需水量影响 使用磨细矿渣可降低系统的标准稠度用水量。

4．磨细矿渣对胶凝材料系统水化热的影响 加缓凝组分可大大延缓胶凝材料系统的水化 放热过程。 磨细矿渣的加入，延缓了胶凝材料的水 化速度，使混凝土的凝结时间延长了，这 一性质变化对高温季节混凝土的输送和施 工有利，但在冬季施工时要注意防冻，掺 加适量的早强剂、防冻剂可以得到要求的 性能指标 5．磨细矿渣对水泥胶砂性能的影响 流动性：在相同用水量的条件下，掺不同比 表面积及不同比例的磨细矿渣，可不同程度 地改善胶砂的流动性； 强度：掺入400m /kg的磨细矿渣，其早期强度随掺量增加有所下降，且低于基准砂浆， 但至60d时，胶砂强度与基准砂浆相似； 掺入800m /kg的磨细矿渣，各种不同掺量的胶砂强度均高于基准砂浆，后期强度也高于基 准砂浆。 6．磨细矿渣对混凝土抗硫酸盐性能的影响硫酸盐侵蚀的机理：与形成的新的钙矾 石（三硫型水化硫铝酸钙）有关。其机理 为：钙矾石是硫酸盐离子与高C A硅酸盐水泥浆体中的水化产物之间发生化学反应 的产物。 18+2CH+2 +12HC AH19 +2CH+ 用磨细矿渣替代部分硅酸盐水泥，可改善混凝土的抗硫酸盐性的原因： 随着磨细矿渣的加入，混凝土拌和物中 量降低得越多；由于形成水化硅酸钙，可溶性CH减少， 这样减少了形成硫酸钙的条件； 抗硫酸盐腐蚀在很大程度上取决于混凝 土的渗透性，而且硅酸钙水化物在微孔中形成 时，一般有碱及钙的氢氧化物，降低了混凝土 渗透性，从而防止了侵蚀性硫酸盐浸入 7．磨细矿渣抑制碱一集料反应 在混凝土中掺入矿渣后，矿渣对抑制混凝 土中的碱一集料反应是有利的。

原因： 这些矿物外加剂的掺入降低了单位混 凝土中碱含量； 由于磨细矿渣填充作用，更进一步提 高了混凝土的致密性及不渗水性，在磨细矿 渣混凝土中，由于渗透性降低。碱离子的活 动能力大大下降，这是阻止碱一集料反应发 生的重要因素。 抑制效果与磨细矿渣取代硅酸盐水泥数量和 矿渣的细度有关。 8．磨细矿渣对混凝土泌水的影响 现象：磨细矿渣加入混凝土后，混凝土 的凝结时间会延长。 平滑、致密、吸附性较水泥粒子 差的磨细矿渣可能会使混凝土的泌水增大。 泌水性还与取代水泥的磨细矿渣的细度有关。 若磨细矿渣的BET大于水泥，则泌水就会 减少。磨细矿渣的BET越大，减少泌水的 效果越加明显。反之，则泌水率增大。 三、粉煤灰 （一）粉煤灰来源 粉煤灰也叫飞灰(fly ash)，是由燃煤电 厂烟囱收集的灰尘。 粉煤灰可作为粉煤灰水泥的混合材、 混凝土中降低成本和水化热功能的掺合料。 粉煤灰作为矿物外加剂代替部分水泥 配制HSC。 粉煤灰分类： 按照煤种分为F类(由无烟煤或烟煤煅 烧收集的粉煤灰)和C类(由褐煤或次烟煤 煅烧收集的粉煤灰，CaO含量>10％)。把 拌制混凝土和砂浆用的粉煤灰按其品质分 为、、等级，具体要求见表2- 16(p24) （二）粉煤灰的化学成分和物理性质 粉煤灰的成分和性能变化较大，而且 与许多因素有关。

例如煤的品种和质量、 煤粉细度、燃点、氧化条件、预处理及燃 烧前的脱硫、粉煤灰的收集和存储方法等 1.化学成分 我国大部分火力发电厂排放和生产的 粉煤灰其成分为： SiO 40～50％,A1 20～35％,Fe 5～l0％,CaO 矿物组成含有大量球状玻璃珠(中空或实心的)，以 及莫来石、石英和少量矿物结晶相(方解石、 钙长石、β-C S、赤铁矿和磁铁矿等)。3．粉煤灰的物理性质和品质要求 (1)颜色 粉煤灰颜色呈浅灰色或黑色，直接反映 粉煤灰的含碳量和细度。对于表观和色调有 要求的混凝土，应选浅色和匀质的粉煤灰。 影响粉煤灰的颜色因素： 燃烧条件、粉煤灰的组成（特别是含碳 量）、细度、含水量等变化。 (2)密度和容重 密度指标是评定粉煤灰生产稳定性（生产质 量+均匀性）的一个重要指标。如果密度 发生变化，则表明质量可能发生了变化。 另外，还可借此判断粉煤灰的均匀性。 低钙粉煤灰的密度为1.9～2.4，容重 的变化范围为600～/m ；高钙粉煤灰容重约为800-/m 美国标准规定粉煤灰密度的波动范围应在5％以内。 原状灰的细度与电厂制煤系统和收尘装置有关。 粉煤灰细度范围：颗粒中的玻璃微珠 粒径为0.5～l00μm，大部分在45μm以下。

平均粒径为10～30μm；海绵状颗粒粒径 (含碳粒)范围为10～300μm，大部分在 45μm以下。级灰和磨细粉煤灰中海绵状 颗粒较少。 粉煤灰的细度的评定： GB l8736规定以45μm(用气流筛测定) 筛余百分数和透气法测BET。 粉煤灰的细度对其需水量比有明显的影响 (4)需水量比 需水量比：是指按现行规范，采用水泥砂浆 的跳桌流动度试验来测定需水量比，即在 跳桌流动度相等（130~140mm范围）的条 件下，粉煤灰水泥砂浆需水量与不掺粉煤 灰的水泥砂浆需水量之比(对比磨细矿渣) 粉煤灰具有需水量比较低的优点。在混凝土 中掺加粉煤灰，除非含碳量较高，一般不 会增加混凝土的用水量。 跳桌流动度水泥胶砂流动度仪--平均扩散 直径--该水量的水泥胶砂流动度。 (5)活性指数 粉煤灰中各组分的活性： 有活性的：硅酸盐或铝硅酸盐玻璃体的 微细颗粒、微珠和海绵状玻璃体； 活性不明显的：结晶体，如石英等；富 铁微珠活性较低甚至惰性； 惰性成分：莫来石等；碳粒则不是火山 灰物质。 一般说，玻璃体与结晶体比值越高， 粉煤灰的活性也越好。 粉煤灰的需水量比指标与混凝土用水量之间有 如下关系： 需水量比指标在105％以上，粉煤灰混 凝土的用水量与基准混凝土用水量相同； 需水量比在95％以下，则能比较容易 地确保减少原来混凝土的用水量； 因此，需水量比在100％左右，掺加粉煤 灰就可能在一定条件下取得减水效果；如果 粉煤灰需水量比超过105％，那么在粉煤灰 混凝土配合比设计中就不得不增加水量。

我国GB l8736规定用在HPC中的级灰 需水量不大于95％，级灰不大于l05％。 高性能混凝土对粉煤灰活性的要求 (GB/)： 粉煤灰 粉煤灰 活性指数 7d 28d 80％90％ 75％85％ 生产HPC时，选用级粉煤灰有利于降低混凝 土的水胶比，提高化学外加剂的作用效果，提高 混凝土的强度等级。 (6)含水量 粉煤灰中水分的存在会使活性降低， 产生一定的黏附力，易于结团。影响干状 粉煤灰的运输、贮存和应用，GB l8736 标准规定粉煤灰含水量最大值为1％。 美国标准将干缩性作为非强制性的粉煤灰品质指标。要求28d龄期试件干缩增 加率不大于0.03％。 我国GB／标准对粉煤灰的干 缩值未做具体要求。 4．粉煤灰的化学性质和品质要求 粉煤灰的活性主要决定于玻璃体的含量， 以及无定形氧化铝和氧化硅的含量。 在生产HPC时应注意选择粉煤灰，特别 是注意以下成分对混凝土性能的影响： (1)SiO 含量SiO 各国标准规定：美国：ASTM 618要求低钙粉煤灰中(SiO )70％；日本：JIS 45％；前苏联：标准FOCT 6269要求 SiO 40％。前苏联的6OHOB认为A1 含量为20～30％，属高活性的粉煤灰；A1 10％的粉煤灰)必须按照GB/T l76和 GB/T l344规定的方法进行水泥沸煮安定 性试验(高钙粉煤灰的掺量为30％等量取 代水泥)和游离氧化钙含量测试。

安定性 试验合格，并且其中游离氧化钙含量小于 4.0％。高钙粉煤灰可用于水泥和混凝土 游离氧化钙与煤的结构、组成及燃烧工艺有关，可从改进燃煤工艺、燃烧设备来 降低高钙灰中游离氧化钙的含量。 北京市地方性标准DBJ/T 01-64-2002《混 凝土矿物掺合料应用技术规程》规定： 高钙粉煤灰不宜用于复合掺合料； 不得用于掺膨胀剂或防水剂的混凝土中； 高钙粉煤灰用于结构混凝土时，根据所用 水泥品种的不同，其掺量不应超过以下限 制：在矿渣硅酸盐水泥中

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