矿物外加剂主要品种及性能
1粉煤灰
粉煤灰是用燃煤炉发电的电厂排出出的排烟道灰。到目前为止,混凝土中所使用的都是干排灰,并经粉磨达到规定细度的产品。粉煤灰在建筑用混凝土中的质量指标见表2-19。
在水工混凝土中挚用粉煤灰的技术条件除上述指标以外,还规定湿排法获得的粉煤灰含水量不大于15%也可应用。另外,当Ⅱ级粉煤灰烧失量指标超标时,若超出数值不大于指标要求的25%,同时烧失量和细度乘积小于160x10-4时,可充作Ⅱ级灰使用。
近年来,粉煤灰中出现一个新品种即高钙粉煤灰。凡氧化钙的含量在8%以上或游离钙的含量大于1%的粉煤灰称之为高钙灰。它的产生源于电厂为解决烟气中SO₂污染大气问题而在煤粉中挚氧化钙粉。但高游离钙存在使水泥安定性不良。因此可用作混凝土掺合料的高钙灰中游离氧化钙的含量不得高于2.5%;且高钙灰具需水量比低、活性高,兼具水硬性和气硬性的特点,使高钙灰只能单换,不得用作复合拍合料,且不得和膨胀剂、防水剂共同使用。高钙灰在结构混凝土中使用时,根据水泥品种的不同掺量有不同限制:
矿渣硅酸盐水泥不大于10%
矿渣硅酸盐水泥不大于10%
普通硅酸盐水泥不大于15%
硅酸盐水泥不大于20%
以上都是等重量取代水泥。
2矿粉
矿粉即粒化高炉矿渣,是炼铁高炉排出的熔渣(注意是炼铁高炉渣!),经水沸而成。将其干燥、粉磨达到规定的细度,矿粉在粉磨时可以掺入石膏及水泥粉磨的助磨剂。
矿粉技术要求 可参见上篇文章。细度大的矿粉具有高度活性。储存时间久会使活性下降,因此有一种说法是配制高性能混凝土时最先选用粉磨后1个月内的矿粉。
3磨细天然沸石
是指天然斜发沸石和丝光沸石的多孔结构微晶组成的矿石经破碎、磨细粉料。质量要求按表2-20所列。在国标GB/T18736中只规定I、Ⅱ级磨细天然沸石,在地方标准中有Ⅲ级沸石粉的指标,主要用于配制低强度混凝土等。
沸石是由硅铝氧组成的四面体结构,原子多样连接方式使沸石内部形成多孔结构,孔通常被水分子填满,称之为沸石水,稍加热即可去除。脱水后的沸石多孔因而可有吸附性和离子交换特性。可作高效减水剂的载体,制成载体流化剂用以控制混凝土坍落度损失。未经脱水的沸石细粉直接拍入混凝土中使水化反应均匀而充分,改善混凝土强度及密实性。其强度发展、抗渗性、徐变,因吸附碱离子而抑制碱骨料反应能力均较粉煤灰及矿粉更好。天然沸石化学成分见表2-21。
沸石粉多以5%~10%等量取代水泥。
4硅灰
硅粉是二氧化硅蒸汽直接冷凝成非晶态的球状微粒,是电炉生产硅铁合金或单晶硅的副产品。
水工混凝土硅灰标准参见表2-22。
由于生产的硅铁合金按含硅量分为不同等级,因而硅灰也根据硅的含量分为90%、75%、50%几个等级。高强混凝土所使用的硅灰为含硅75%及以上的,低于此值硅灰的活性过小,只作填料而无活性胶结料的功能。因含游离碳的多少不同,硅灰的颜色从暗灰到灰白色而有差异。国内各厂硅粉的化学成分可参见表2-23。
使用硅灰的高强混凝土有其特征性能:
(1)当混凝土水灰比低于0.3时,若保持坍落度相同,高效减水剂用量随水灰比降低而减少。而当水灰比大于0.3时,硅粉用量加大,其需水量和减水剂用量却是随之提高的。
(2)配制100MPa及以上强度的混凝土,硅灰的用量为10%,而配制80MPa以下的混凝土,硅灰用量为内拨5%。水泥用量过高,硅灰效果反而差。
(3)用硅灰的高强混凝土干缩小,抗渗、抗冻融性、抗腐蚀性和耐磨性比用其他掺合料的高强混凝土都要好。其主要原因是硅灰颗粒极细小,能显著减少混凝土的孔隙率和孔尺寸,改善骨料界面及过渡层的水泥浆体结构。
5偏高岭土
层状硅酸盐构造的高岭土在600℃加热会失掉所含的结晶水,变成无水硅酸铝Al203·SiO2·AS2也就是偏高岭土。
层状硅酸盐构造的高岭土在600℃加热会失掉所含的结晶水,变成无水硅酸铝Al203·SiO2·AS2也就是偏高岭土。
偏高岭土中的活性成分无水硅酸铝与水泥水化析出的氢氧化钙生成具有凝胶性质的水化钙铝黄长石和二次C-S-H凝胶,这些水化产物显著增强、不仅是混凝土的抗压而且还有抗弯和劈裂抗拉强度,增加纤维混凝土抗弯韧性。这些由偏高岭土水化生成的产物后期强度仍不断增长,甚至和硅灰的增强作用相当。
掺偏高岭土的混凝土有如下特点：
偏高岭土不影响混凝土的和易性及流动性,在相同拨量如5%且保持同坍落度情况下,掺偏高岭土的混凝土黏稠性较拨硅灰的小,表面易于抹平,比后者可节约25%的高效减水剂。同时掺偏高岭土和粉煤灰的混凝土流动性比单换的明显增大。
除了前述含偏高岭土混凝土的力学性能以外,当偏高岭土掺量达到20%水泥量时,能有效地抑制碱骨料反应。
困难在于使用由高岭土瀬烧而成的偏高岭土作掺合料的成本过高,资源也较硅灰少。而我国某些地区炼铁厂的粒化高炉矿渣中富含偏高岭土,因而这种矿粉与其他矿渣粉有别,完全可以低廉的成本作为偏高岭土掺入混凝土。
6石灰石粉
将天然岩石——石灰石磨细至3000㎡/g的细度即成为矿物外加剂。除了具有微集料作用掺入混凝土能减少泌水和离析外、石灰石粉能延缓混凝土坍落度损失,增大贫混凝土坍落度,还因与铝酸盐反应生成水化碳铝硅酸钙而增强
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