礦物細(xì)摻料對混凝土滲透性的影響

　　在配制混凝土?xí)r加入較大量礦物細(xì)摻料，可以降低溫升，改善工作性，增進(jìn)后期強(qiáng)度，并可改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高耐久性和抗?jié)B性，尤其是礦物細(xì)摻料對堿－集料反應(yīng)具有很好的抑制作用，這些礦物細(xì)摻料稱為輔助膠凝材料。在配制高性能混凝土?xí)r，通常使用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥再摻加礦物細(xì)摻料。不同的礦物細(xì)摻料混合或礦物細(xì)摻料與水泥混合稱為復(fù)合膠凝材料。

　　1.礦物細(xì)摻料的主要種類

　　礦物細(xì)摻料基本可以分為四類：

　?。?）有膠凝性（或稱潛在活性）的。如?；郀t礦渣（簡稱礦渣）和水硬性石灰。

　?。?）有火山灰活性的?；鹕交一钚灾副旧頉]有或極少有膠凝性，但其粉末狀態(tài)在有水存在時，能與Ca(OH)在常溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性的組分。如粉煤灰、硅灰等。

　　（3）同時具有膠凝性和火山灰活性的。如高鈣粉煤灰或增鈣液態(tài)渣以及固硫渣等。礦渣實(shí)際也同時具有火山灰活性。

　　（4）其他未包括在上述三類中的本身具有一定化學(xué)反應(yīng)的材料。如磨細(xì)的石灰?guī)r、石英砂、白云巖以及各種硅質(zhì)巖石的產(chǎn)物。

　　本文主要介紹了礦渣、粉煤灰和硅灰對混凝土滲透性的影響。

　　2.礦物細(xì)摻料水化活性的激發(fā)

　　評定礦物細(xì)摻料的活性時一個很復(fù)雜的問題，因?yàn)榈V物細(xì)摻料在混凝土中的作用有化學(xué)的，也有物理的，很難用單一指標(biāo)來概括其品質(zhì)。

　　3.復(fù)合膠凝材料的水化機(jī)理

　　自波特蘭水泥誕生以來世界各國對通用硅酸鹽體系水泥的改性研究以及對新的水泥熟料礦物體系的探索從未間斷。隨著人們對于水泥工業(yè)高能耗環(huán)境負(fù)荷相對嚴(yán)重等問題認(rèn)識的不斷深化和對于改善水泥混凝土耐久性的日益重視，節(jié)能、降耗、環(huán)保以及進(jìn)一步提高水泥及混凝土的性能已成為世界各國水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)主要可采用兩方面的技術(shù)，一是在通用硅酸鹽水泥體系及其礦物組成范圍內(nèi)，通過調(diào)控原材料的易燒性和易磨性，改進(jìn)生產(chǎn)工藝及裝備水平，合理摻加礦渣粉煤灰等工業(yè)廢渣的途徑加以解決；二是突破現(xiàn)有通用硅酸鹽水泥熟料礦物體系及范圍的限制，研究開發(fā)節(jié)能新品種水泥體系。目前在第一方面已取得了很好的進(jìn)展，如在水泥中摻加礦渣粉煤灰等。還有采用現(xiàn)代新型干法生產(chǎn)技術(shù)及高效粉磨技術(shù)，極大地改善了水泥及混凝土的性能，節(jié)約了能源。但這些措施并沒有從根本上解決存在的問題，而第二條技術(shù)途徑已成為當(dāng)今水泥工業(yè)和水泥材料學(xué)科領(lǐng)域研究開發(fā)的熱點(diǎn)，其中以貝利特為主導(dǎo)礦物的高貝利特水泥體系是最活躍的研究方向之一。

　　硅粉是用電弧爐生產(chǎn)硅金屬或硅鐵合金的副產(chǎn)品。冶煉硅鐵合金時,以石英巖碎石、生鐵為原料,焦炭為還原劑,在電爐中近2000℃的高溫下,石英成分還原成硅,隨即與鐵生成硅鐵合金。此時,約有10%～15%的硅(Si)化為蒸汽進(jìn)入煙道,并隨氣流上升遇氧結(jié)合成一氧化硅(SiO)逸出爐外,與冷空氣中的氧結(jié)合成(SiO₂)煙霧,受冷凝結(jié)為細(xì)小的球狀微珠,以粉塵形式從煙囪排入大氣,或用適當(dāng)收塵設(shè)施收集起來。這種粉塵即為硅粉。自從1982年挪威技術(shù)研究院對硅粉混凝土的性能首次進(jìn)行綜合研究以來,廣大科研工作者對硅粉進(jìn)行了不斷的研究。硅粉根據(jù)其含碳量的不同,顏色可由白到黑, 一般為灰色。硅粉顆粒極細(xì),用氮?dú)馕椒y定的硅粉比表面積達(dá)20ｍ2/ｇ,最細(xì)顆粒小于0. 01μｍ,平均粒徑為0. 1～0 .3μｍ,比水泥顆粒細(xì)2個數(shù)量級。硅粉的真密度約為2 1～2 5ｇ/ｃｍ³,與粉煤灰相近,松散密度為200～300ｋｇ/ｍ³,約為水泥的1/3。它的主要化學(xué)成分為SiO₂,幾乎都呈非晶態(tài),硅粉中SiO₂的的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨生產(chǎn)國和生產(chǎn)方法而異,其含量越高,硅粉在堿性溶液中的活性越大。一般來講，用作混凝土摻合料的硅粉，其SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)在90%以上，其中活性的SiO₂ (在飽和石灰水中可溶)達(dá)40%以上。在常溫下硬化的水泥漿體(或稱水泥石)，通常由未水化的水泥顆粒、水泥水化產(chǎn)物、水、少量空氣以及由水和空氣占有的孔隙網(wǎng)所組成，因此它是一個固-液-氣3相多孔體，其性能主要取決于這些組分的性質(zhì)、它們的相對含量以及它們之間的相互作用。

　　硅粉之所以可以作為一種輔助性膠凝材料改善硬化水泥漿體的微結(jié)構(gòu)，首先是因?yàn)楣璺劬哂泻芨叩幕鹕交一钚?。雖然硅粉本身基本上與水不發(fā)生水化作用,但它能夠在水泥水化產(chǎn)物Ｃａ(ＯＨ)2及其它一些化合物的激發(fā)作用下發(fā)生二次水化反應(yīng)而生成具有膠凝性的產(chǎn)物;其次是因?yàn)楣璺鄣奈⒓咸匦?，它不僅自身可以填充硬化水泥漿體中的有害孔，其二次水化產(chǎn)物也可以填充硬化水泥漿體中的有害孔，從而改善硬化水泥漿體孔隙結(jié)構(gòu)。

　　粒化高爐礦渣簡稱礦渣，是具有膠凝性（或稱潛在活性）和火山灰活性的礦物細(xì)摻料，除了在水淬時形成的大量玻璃體外，礦渣中還含有鈣鎂鋁黃長石和很少量的硅酸一鈣或硅酸二鈣等結(jié)晶態(tài)組分，因此它具有很微弱的自身水硬性。粒徑大于45μm的礦渣顆粒很難參與水化反應(yīng)，因此要求用于高性能混凝土的礦渣微粉磨至比表面積超過4000cm²/g，以較充分的發(fā)揮其活性，減少泌水性。礦渣磨的越細(xì)，其活性越高，摻入混凝土中以后，早期產(chǎn)生的水化熱越大，越不利于降低混凝土的溫升，當(dāng)?shù)V渣的比表面積超過4000cm²/g以后，用于很低水膠比的混凝土中時，混凝土早期的收縮降低。

　　4.礦物細(xì)摻料對混凝土滲透性的影響

　　礦物細(xì)摻料對混凝土滲透性的影響主要體現(xiàn)在礦物摻和料對混凝土界面的改善，孔隙填充效果，水化熱和溫升的降低以及復(fù)合膠凝材料活性對混凝土耐久性的明顯改善。

　　混凝土的耐久性包括抗?jié)B性、抗凍融性、抗沖刷性、抗空蝕性、抗化學(xué)侵蝕性、堿骨料反應(yīng)膨脹、鋼筋銹蝕破壞等多個方面。其中混凝土抗?jié)B性能是非常關(guān)鍵的因素。

　　混凝土是一種透水材料它的滲透性與它的孔隙率孔隙分布及孔隙連通性有關(guān)振搗密實(shí)的混凝土水灰比愈小養(yǎng)護(hù)齡期愈長則滲透性愈小在混凝土中摻入引氣劑也可降低混凝土滲透性。低滲透性一般地水灰比小于0.50的混凝土它的滲透系數(shù)可以達(dá)到1×10^-11m/s的等級在海水中的混凝土它的滲透性是決定混凝土工程耐久性的最重要的因素滲透性高的混凝土在海水中很易遭破壞。摻混合材料是降低水泥用量的重要措施摻混合材料混凝土的水灰比和配合比計算方法習(xí)慣上是將混合材料與水泥都作為膠結(jié)材料水灰比為用水量與膠凝材料總量的比值由于不同混合材料的活性不同如粉煤灰的活性比水泥低很多而硅粉的活性卻比水泥高很多因此對摻有混合材料的混凝土的水灰比和配合比計算方法進(jìn)行了不少研究斯密斯Smith首先提出要合理設(shè)計摻粉煤灰的混凝土的配合比他假定每種粉煤灰有一個獨(dú)特的有效系數(shù)K重量為F的粉煤灰相當(dāng)于重量為KF的水泥水灰比等于W/C+KFW為用水量C為水泥用量F為混合材料的摻量對于粉煤灰K約為0.20～0.25，對于硅粉K約為25。K值不僅隨混合材料品種不同而不同，而且也隨混合材摻量養(yǎng)護(hù)條件齡期的不同而不同。近年來英國鄧肯大學(xué)的曼迪Munday等人提出將混合材料作為混凝土的第五種材料引入一個粉煤灰與水泥的比值F/C的概念。

　　5.結(jié)論

　　隨著建筑工業(yè)的發(fā)展，建筑材料的需求量日趨增大，而傳統(tǒng)建材在生產(chǎn)上一直存在著嚴(yán)重的弊端,即原材料需大量消耗土壤和礦產(chǎn)資源,結(jié)果造成能源浪費(fèi)和自然環(huán)境的破壞。粉煤灰和礦渣應(yīng)用于建筑材料，不僅有利于解決環(huán)保和節(jié)能問題，形成以“環(huán)境材料”為主體的格局,而且對提高建筑材料的性能尤其是材料的耐久性、擴(kuò)大建筑材料的種類和使用范圍具有積極的作用。傳統(tǒng)的水泥膠凝材料主要以硅酸鹽熟料為主要成分，配以適量的石膏或少量的混合材料。其中最主要和應(yīng)用最廣的為活性材料水淬礦渣和粉煤灰。少熟料和無熟料水泥可以大大降低能耗, 減少對環(huán)境的破壞。但這種膠凝材料在水化時必須借助一定的活性激發(fā)形式或激發(fā)劑激發(fā)活性材料的活性，才能順利水化，否則基本上沒有膠凝性或膠凝性很小。目前,國內(nèi)外所研究的激發(fā)劑主要有以堿金屬或堿土金屬化合物為主的激發(fā)劑和硫酸鹽激發(fā)劑等，首先通過熱力或機(jī)械形式使廢渣達(dá)到一定的細(xì)度,形成具有一定活性的表面性質(zhì),其次通過摻加一定配比的固態(tài)化學(xué)激發(fā)劑如ＮａＯＨ、Ｃａ(ＯＨ)₂、Ｎａ₂ＳｉＯ₃等，在水化過程的不同齡期進(jìn)一步激發(fā)廢渣的活性，使膠凝材料達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度。

摘自：中國混凝土網(wǎng)