混凝土掺合料到底应该掺多少合适？？

第二节掺合料技术指标的数字量化

一

掺合料的作用

    随着混凝土技术的发展与进步，尤其是高强、高性能混凝土的广泛应用，矿物掺合料已成为高性能混凝土所必需的一种独立组分和功能性材料。矿物掺合料对提高混凝土强度、工作性、耐久性以及其他物理力学性能，降低混凝土水化温升，抑制碱-集料反应起到至关重要的作用。

    混凝土掺合料是指在拌合混凝土过程中掺入的，用以替代部分水泥、改善混凝土和易性，提高混凝土强度和耐久性的矿物质材料，也称为矿物外加剂。这类材料中的活性组分(无定形SiO₂和Al₂O₃等)通过与水泥水化产物Ca(OH)₂之间发生二次水化反应，形成类似于水泥水化产物的物质，起到密实混凝土结构、增加强度和改善耐久性的作用。通常使用的有粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣粉、磨细天然沸石粉和硅粉；此外，还有磨细硅质页岩、磨细煅烧偏高岭土及其他磨细工业废渣等。矿物掺合料的比表面积一般应大于350m²/kg。比表面积大于600m²/kg的称为超细矿物掺合料，其增强效果更优，但对混凝土早期塑性开裂有不利影响。
    在混凝土配合比设计过程中，我们主要考虑掺合料的反应活性和填充效应。反应活性用活性系数表示，本书定义活性系数指同样质量的掺合料产生的强度与对比试验水泥强度的比值。填充效应用填充系数表示，本书定义填充系数为矿物掺合料的比表面积与表观密度的乘积除以对比试验水泥的比表面积与表观密度的乘积所得商的二次方根。

二

粉煤灰技术指标的数字量化

    粉煤粉是煤粉在炉中燃烧后的灰烬，主要来源于火力发电厂。粉煤灰为细粉状，呈灰色或灰白色 (含水时为黑灰色)。氧化钙含量小于10%的粉煤灰称为低钙粉煤灰，氧化钙含量大于10%的粉煤灰称为高钙粉煤灰。我国绝大多数电厂的粉煤灰均属于低钙粉煤灰，部分电厂排放高钙粉煤灰。部分电厂排放的增钙粉煤灰(人工增钙)也属于高钙粉煤灰。按粉煤灰的排放方式可分为干排灰和湿排灰，在混凝土生产中干排灰的质量优于湿排灰。

（一）混凝土用粉煤灰的技术要求

    粉煤灰的性能变化很大，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。
    我国《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）把粉煤灰按照煤种分为F类(由无烟煤或烟煤燃烧收集的粉煤灰)和C类(由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，氧化钙含量一般大于10%)。把拌制混凝土和砂浆用的粉煤灰按其品质分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级，具体要求见表1。

表1  GB/T1596对粉煤灰的具体要求

除《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）之外，《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T18736）中也对粉煤灰技术性能提出了要求。以下根据我国粉煤灰的具体情况，介绍GB/T18736对高强高性能混凝土用粉煤灰的性能要求。

1.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。表2列出了几种粉煤灰的化学成分全分析结果。

表2  几种粉煤灰的化学成分（%）

    由表2中的数据可以看出，粉煤灰由于产地不一样，化学组成变化较大，因此在生产高强高性能混凝土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）SiO₂、_.Al₂O₃和Fe₂0₃含量
    我国大部分火力发电厂排放和生产的粉煤灰其成分为:Si0₂ 占40%～50%，Al₂0₃ 占20%～35%，Fe₂0₃ 占5%～10%，Ca0占2%～5%，烧失量占3%～8%。对近40个大型电厂粉煤灰的统计得出的化学成分变动范围如表3所示。

表3  我国粉煤灰的化学成分（%）

    SiO₂和Al₂O₃是粉煤灰中的主要活性成分。由于我国多数电厂粉煤灰的 (SiO₂十Al₂O₃)均在60%以上，(SiO₂十Al₂O₃十Fe₂0₃)的含量都大于70%，故GB/T 18736标准对粉煤灰 (SiO₂十Al₂O₃十Fe₂0₃)的含量不做规定，而是通过活性指数试验来直接确定粉煤灰的活性。
（2）CaO含量
    高钙粉煤灰是指火力发电厂采用褐煤、次烟煤作为燃料而排放的一种氧化钙成分较高的粉煤灰。高钙粉煤灰既含有一定数量水硬性晶体矿物，又含有潜在活性物质，即除二氧化硅和氧化铝外，一般还含有10%以上氧化钙，具有需水量比低、活性高和水硬性、自硬化等特点。在低钙粉煤灰中，CaO绝大部分被结合在玻璃相中。在高钙粉煤灰中，CaO除大部分被结合外，还有一部分是游离的。通常高钙粉煤灰的颜色偏黄，低钙粉煤灰的颜色偏灰。
    与普通低钙粉煤灰相比，高钙粉煤灰粒径更小，用作水泥混合材或混凝土掺合料具有减水效果好、早期强度发展快的特点，但是由于其中含有一些游离氧化钙，如果使用不当，可能会造成体积安定性不良的后果，生产水泥制品时出现产品变形、开裂、溃散，给建筑带来严重的安全隐患。
（3）烧失量
    粉煤灰的烧失量主要是含碳量，即粉煤灰中的未燃尽煤粒。粉煤灰中未燃尽的碳可按烧失量指标来估量。粉煤灰的含碳量与锅炉性质与燃烧技术有关，含碳量越高，其吸水越大，活性指数越低。粉煤灰中含有未燃的碳，当烧得透时，其含量可能少到1%～2%，但也可能高到20%以上。在混凝土中使用引气剂的经验表明，粉煤灰烧失量过高会严重影响对混凝土中含气量的控制。
    在高强高性能混凝土中，含碳量还会影响外加剂的作用效果。鉴于碳的种种不利影响，对于用在高性能混凝土中的粉煤灰要求烧失量含量越少越好。因此，GB/T18736规定I级粉煤灰的含碳量应小于5%，Ⅱ级粉煤灰的含碳量小于8%。由于燃煤技术的进步，我国绝大多数粉煤灰的烧失量能够满足≤5%的要求，有关指标见表4。

表4  几家电厂粉煤灰的烧失量和SO₃指标

（4）SO₃含量
    用含硫量高的母煤烧成的粉煤灰申含有较多的硫酸盐，其含量一般以SO₃的质量分数表示，此值通常在0.5%～1.5%之间，有些高钙粉煤灰的硫酸盐含量达30%。由于SO₃含量过高，可能生成破坏性的钙矾石，因此，我国规范把粉煤灰中的SO₃视为有害成分而限制，GB/T18736中规定该值应不大于3%。表4也给出了几种粉煤灰的SO₃指标。
（5）有效碱 (Na₂O、K₂O)含量
    Na₂O和K₂O都能加速水泥的水化反应，而且对激发粉煤灰化学活性以及促进粉煤灰与Ca(OH)₂的二次反应有利，但是，Na₂O和K₂O含量的增加，会增加单方混凝土中的碱含量。GB/T18736中规定:对于各种矿物外加剂均应按GB/T176的测试方法测定其总碱量，并于使用说明书中予以说明，以便根据工程要求选用。这主要是考虑到单方混凝土总碱含量是由水泥、矿物外加剂、化学外加剂等各组分碱含量之和确定的，可以通过多种途径来控制混凝土的总碱含量。在其他组分碱含量得到控制的条件下，可以使用碱含量稍高的粉煤灰，而仍然把总碱量控制在要求的范围内。所以，GB/T18736中没有对粉煤灰的有效碱含量直接提出指标要求，这样便于工程中灵活操作。

未完待续..........

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作者：朱效荣