混凝土掺合料使用注意事项
发布时间：
2022-07-07 23:51
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一.前言
混凝土掺合料的早期应用仅是为了改善拌和物的工作性并节省水泥，但随着混凝土技术的不断发展，人们逐渐意识到混凝土中掺入掺合料的必要性。如当前配制高性能混凝土采用的工艺通常为高品质水泥+高性能（高效）减水剂+混凝土掺合料，特别是混凝土掺合料已成为制备高性能混凝土不可或缺的组分，它在改善混凝土的力学性能和耐久性能方面起着至关重要的作用。
混凝土掺合料按其活性大小可划分为活性材料或非活性材料两种，所谓的活性材料即指在常温常压有水存在时可与激发剂水化形成水硬性胶凝产物的物质，而非活性材料仅能改善混凝土的和易性。但这两者又不能截然分开，在一定条件下是可以相互转化，例如，石灰石粉一般不作为活性材料使用，但若水泥熟料矿物铝酸三钙较多时，则可与铝酸钙的水化产物形成水化碳铝酸钙对混凝土的早强有利。石英粉一般也不作为活性材料使用，但混凝土构件养护温度较高时活性则可大幅度增加，当然石英粉体颗粒足够细时也会具有一定活性。活性材料按水化机理又可分火山灰活性和潜在水硬性活性两类。如粉煤灰、凝灰岩、烧粘土等是火山灰质活性材料，需要有激发剂存在时才能发生水化反应；而钢渣、水淬矿渣等是具有潜在水硬性活性材料即自身就具有一定的水化能力。
习惯上将水泥生产时加入的活性材料称混合材，在混凝土拌制时加入的活性材料称作混凝土掺合料。
二、混凝土掺合料的作用机理
混凝土掺合料是通过改善水泥胶凝材料的组成、数量、颗粒级配等，来提高混凝土强度、耐久性、改善混凝土和易性和体积稳定性的，这主要是借助以下几种理化效应取得。
1、活性效应，所谓活性是指掺合料颗粒表面在常温常压条件下石灰（通常还含有石膏）溶液里溶解SiO2 、Al2O3 等组成的难易程度。活性效应的大小不仅与掺合料的化学组成有关，更与掺合料的相组成有关。在相同化学组成时玻璃相的活性高，同样是玻璃相由熔体快速冷却的比缓慢冷却得到的玻璃体活性高，微小晶体比粗大晶体的活性高，热力学上的亚稳型晶体比常温稳定型晶体的活性高，如方石英、磷石英的活性一般比石英的高。
2、形态效应，形态效应是指掺合料颗粒的表观特征，如球形、椭球形、不规则形、片、柱形等，还应包括颗粒表面的粗糙程度、孔隙情况等。若加入球度好的掺合料则混凝土拌合物的流动性好需水量小，有利于提高混凝土的和易性、强度、耐久性、体积稳定性等指标。
3、填充效应，填充效应是指掺合料颗粒填充在水泥胶凝材料的空隙中，可以置换出水泥颗粒间的自由水，具有一定的减水功效，空隙的减少还可以降低水化产物的析出数量，使各种颗粒之间尽早使搭接有利于增加早强，但特别需要强调的是掺入矿物掺合料后再掺入高效减水剂将会有更好的减水增塑效果，这既是拌制高性能混凝土的“双掺”技术基础。
4、吸附效应，要求掺合料颗粒一般都很细，这样使其颗粒表面吸附水量增加，在表面张力的作用下有利于增加混凝土拌合料的稠度，对减少混凝土泌水有利，但却会增加干燥收缩的数量。
以上这几个效应相互影响，同时又相互制约，应依据混凝土的不同性能要求掺合料的性能也应随之变化，这是混凝土掺合料应用研究的重要技术课题之一。
三、混凝土掺合料的应用技术效果
建筑工程技术人员都知道许多特殊性能的混凝土可以通过添加混凝土外加剂来获得，如能正确运用掺合料技术有时也能达到相应的效果，不仅能降低混凝土生产成本还能避免外加剂对混凝土性能产生的不良影响。
如与混凝土外加剂做类比混凝土掺合料可以起到的作用有：
1、减水功能，优质粉煤灰因有球形的外貌，具有一定减水效果是容易理解的，加了高效减水剂的混凝土再掺入矿物掺合料会具有更好的减水效果，尤其是在化学减水剂无能为力的超低水胶比时矿物掺合料还能具有一定的减水功能。例如掺入硅灰，在一定条件下可以使减水率进一步增大。
2、早强功能，超细掺合料因其颗粒非常小，填充在大一点的颗粒之间使其相互尽早搭接，水化速度快早强效果好。石灰石细粉也具有早强效果，尤其是铝酸三钙含量高的水泥更是如此，石灰石细粉与水化铝酸钙反应可以形成具有一定胶凝能力的碳铝酸盐复合物，当然如果矿渣、粉煤灰磨得足够细，也能具有早强功能。
3、缓凝功能，当混凝土掺入较多掺合料如粉煤灰、矿渣粉、煤矸石细粉等，使得混凝土拌合物单位空间内水泥熟料相应减少，早期形成的水化产物少，水化产物数量不足以将颗粒彼此进行有效连结使混凝土拌合物产生了缓凝，所以通过合理选择矿物掺合料的品种和数量可以取得一定的缓凝效果。
4、微膨胀功能，铝矾土+石膏+硫酸铝是混凝土膨胀剂，为降低膨胀型矿物掺合料的成本，充分利用工业废弃物，可以用含铝成分较多的自燃煤矸石或粉煤灰代替铝矾土制备具有微膨胀功能的混凝土掺合料，或者在粉磨矿物掺合料时加入有一定活性的轻烧镁或生产镁时的废弃物—镁渣等材料。
5、防水功能，掺有高效减水剂和微膨胀掺合料的胶凝材料能形成密实度良好的水泥石，完全可以做到不加如何有机防水剂等即能制备出抗渗性能良好的混凝土。
6、抗腐蚀功能，混凝土掺合料还具有改善混凝土抗腐蚀的功能，混凝土掺合料水化时消耗了水泥熟料与掺合料界面处的部分氢氧化钙和水化铝酸钙等，形成耐腐蚀的低碱型水化硅酸钙（托贝莫来石）和钙矾石等。水泥中的Na+、K+离子与铝氧八面体络阴离子团结合成四面体络阴离子团构成架状结构，使游离碱含量降低，降低了碱-集料反应发生的可能。
7、增强功能，矿物掺合料水化结果形成的低碱性针状晶体具有良好的胶结能力，增加了水泥石与掺合料颗粒之间的界面粘结强度，因此可以解释即使低强度等级的硅酸盐水泥可以制备高强度的混凝土。
混凝土掺合料具有改善混凝土和易性、增加混凝土强度、改善混凝土耐久性等功能，所以说混凝土掺合料技术是一项涉及到全面提高混凝土性能的基础性技术。
四、混凝土复合掺合料生产技术
混凝土矿物掺合料的生产和使用已经逐渐成为一门成熟的技术，许多工业废弃物经加工均可以作为混凝土掺合料使用。混凝土掺合料的生产和使用涉及了许多工艺方法和技术手段，现介绍如下：
1、超叠加效应，充分利用各种矿物掺合料不同的显微形态、不同细度、不同的表面活性、不同数量进行有效搭配取长补短，合理优化的使混凝土具有更好的性能，形成了所谓的超叠加效应，即采用不同种类或不同细度的矿物掺合料复合使用，会取得了比单独使用其中如何一种都好的效果，可以较大幅度的提高矿物掺合料的用量，经试验验证可以提高混凝土强度4%~13%[3]。
2、复合激发剂技术，复合激发剂一般由三种主要成分构成。
（1）硫酸盐激发剂—石膏，可以激发混凝土掺合料的活性，特别对Al2O3含量高的煤矸石、粉煤灰等更为有效。
（2）石灰激发剂—水泥、石灰，激发活性以SiO2为主的矿物掺合料，如硅灰、矿渣、钢渣等。
（3）钾、钠等碱金属盐，如Na2SiO3、Na2SO4、Na2CO3、 NaHCO3等，可以提高混凝土的早期强度，促进混凝土掺合料硅氧四面体网络结构松解进入溶液，在水泥水化产物Ca(OH)2的激发下最终形成具有胶结能力的水化铝硅酸钙及结构类似与长石的铝硅酸盐。
3、预加外加剂技术，混凝土掺合料制备时提前加入各类成核剂、引气剂等，因这类外加剂掺入的数量很少，像引气剂掺量仅万分之几，混凝土制备现场加入很难拌均匀，在制备掺合料时加入则十分方便，如水工混凝土专用掺合料的制备。
4、预处理技术，是指有的矿物掺合料经过预处理提高掺合料的品质，如粉煤灰含碳量高会影响外加剂的使用效果，对粉煤灰进行预处理除去活性碳的活性，或者经细磨预处理激发掺合料的活性，有利于混凝土的早期强度。
5、助磨剂技术，矿物掺合料颗粒只有足够细才能充分发挥作用，所以在粉磨矿物掺合料时为提高研磨效率经常需要加入助磨剂，助磨剂最好为复合型助磨剂，即除具有助磨功效外，还拥有减水、增强等功能。
为了能使混凝土掺合料技术综合运用到极致，要求从生产掺合料开始时就充分运用上述各种技术，统一设计优化处理，当然在混凝土施工现场落实这些技术是很难办到的，所以需要在专业生产厂内才能完成。例如可以在粉磨矿物掺合料时就提前加入引气剂、微膨胀剂等，即便一种掺合料也可以分不同粒径分别加入。
为合理生产使用掺合料，还应当按混凝土性能要求制备混凝土掺合料（包括建筑砂浆掺合料），并建立相关的标准或规范，为推广生产和使用混凝土掺合料提供依据。例如可以分为水工混凝土掺合料，普通混凝土掺合料，高性能混凝土掺合料，抹面砂浆掺合料等。
在工厂专业化生产掺合料的另一个好处是可以扩大制备掺合料的原料来源，使许多按目前国家规范不能采用的工业废弃物经预处理后可以利用，使许多低活性工业废渣也能被综合利用，扩大了混凝土掺合料的资源范围，这对发展循环经济,建设资源节约型、环境友好型社会将具有特别重要的意义。
五、混凝土掺合料使用应的注意事项
尽管混凝土掺合料可以拥有许多优点，但对其性能了解的不够，使用不当也会对混凝土性能产生不良的影响，所以混凝土掺合料生产使用时还应注意以下事项。
1、注意混凝土掺合料不是最终产品，使用时还要依据具体的水泥品种、减水剂性能、混凝土性质综合确定合理掺量。
2、混凝土掺合料不同于水泥熟料，它仅是掺合料颗粒表面层发生水化反应，通过强化界面层粘结强度达到节省水泥的目的，其本质相当于增大水泥熟料胶凝材料的体积，所以在技术条件许可的情况下，适当增加混凝土掺合料用量是合理的，也即所谓的掺合料超量取代技术。
3、虽然混凝土掺合料的活性较低，但其活性也会因存放时间的延长而下降，所以要尽可能使用新制备的掺合料，存放时也要防潮防雨。
4、加入混凝土掺合料的混凝土经常因水化慢早强低，使混凝土表面发生泌水、碳化出现 “起砂”，这一点在低强度等级混凝土表现特别明显，对已经发生“起砂”混凝土有必要喷洒石灰水养护改善性能。
5、加入混凝土掺合料的混凝土经常因流动度大，水化慢，施工时容易发生过振导致部分轻质掺合料上浮分层。要及时调整混凝土的和易性，应适当增加混凝土的稠度，如多掺入超细掺合料防止混凝土因过振造成离析。
6、掺入混凝土掺合料的混凝土经常因水化慢缓凝，特别是当构件表面系数大、环境风速大脱水快，混凝土容易发生早期塑性开裂，防止方法可以采用二次复振，及时浇水养护覆盖塑料薄膜提高养护温度或增填早强剂等，因为这是早期干燥引起的塑性裂缝，不能采取掺加膨胀剂的方法解决。
六、总结与建议
（1）为了能综合运用好混凝土掺合料技术，掺合料生产需在专业生产厂内完成，只有混凝土掺合料生产专业化、规模化才能最大效率地合理利用好各种工业副产物。
（2）应按混凝土性能要求制备混凝土掺合料，这样才能保证科学、合理、有效的使用矿物掺合料。
（3）目前人们对复合矿物掺合料技术的重要性认识得还不够，缺乏生产和使用相配套的标准及规范。
（4）混凝土掺合料生产加工设备及工艺不够先进还有待于进一步研究。
（5）对混凝土掺合料在工程中经常出现的缺陷，采取的防治方法还有待于进一步规范。
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