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混凝土实用技术*混凝土有限公司目 录第一章 通用硅酸盐水泥的国家标准3第一节 通用硅酸盐水泥的定义3第二节 对各组分的要求4第三节 技术要求6第四节 试验方法7第五节 检验规则8第六节 包装、标志、运输与贮存9第二章 掺合料10第一节 掺合料的作用与标准10第二节 粉煤灰14第三节 磨细矿渣粉24第四节 沸石粉32第五节 超细硅粉39第三章 砂石44第一节 砂的来源及技术要求44第二节 石子的来源及技术要求47第三节 砂石含泥量对外加剂适应性的影响50第四节 预湿集料技术54第四章 外加剂65第一节 外加剂的分类与性能65第二节 混凝土外加剂国家标准80第三节 聚羧酸减水剂的生产实例89一、醚类聚羧酸减水剂的原料89二、引发剂的选择89三、 聚合温度的选择89四、聚合工艺的选择89五、醚类聚羧酸减水剂的复配方法89六、消泡90七、醚类聚羧酸减水剂的使用要点90第四节 聚羧酸外加剂使用事故原因分析与预防措施91第五节 外加剂的复配96第五章 多组分混凝土理论与配合比设计105第一节 多组分混凝土强度理论的建立105第二节 多组分混凝土配合比的设计115第三节 多组分混凝土强度及配合比设计计算机软件123第六章 混凝土冬期施工136第一节 冬期施工的特点和要求136第二节 混凝土的冻害及其分类137第三节 早期受冻对混凝土物理力学性能的影响138第四节 混凝土冬期施工常用方法选择140第六节 冬期施工对混凝土原材料要求145第六节 冬期施工混凝土配合比选择与试验146第七节 冬期施工混凝土搅拌与运输注意事项147第八节 混凝土浇筑控制措施147第九节 冬期混凝土的养护要求148第七章 混凝土裂缝的灌浆修补149第一节“毛细管微泵开裂机理”在混凝土裂缝控制中的应用149第二节 混凝土裂缝灌浆修补技术158第八章 混凝土常见外观问题及实例163第一节 混凝土常见外观问题163第二节 混凝土质量问题实例分析169第三节 商品混凝土质量纠纷特点及风险评定173第九章 砂浆促凝压蒸法180第一节 压蒸设备180第二节 专用促凝剂181第三节 促凝压蒸试验方法181第四节 试验研究183第五节 流动性混凝土的试验研究185第六节 塑性混凝土的试验研究185第一章 通用硅酸盐水泥的国家标准自1953年我国第一个统一的水泥标准诞生至今，通用硅酸盐水泥标准已经历了5次修订。它们分别是1956年全国统一采用以前苏联硬练法为蓝本的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥三大水泥标准；1977年制定水泥强度检验方法GB177-77(即“中国软练法”和修订硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥五大水泥标准；1991年将硅酸盐水泥分为型和型，型水泥的各项指标参照ASTM标准，型水泥指标参照BS标准，此次标准修订使我国通用水泥产品标准达到国际先进水平，标准号为GBl75-1992，于1993年6月1日正式实施；1996年开始了强度检验方法等同采用ISO标准的研究，1999年颁布了以新强度检验方法标准为核心的六大通用水泥标准GBl75-1999，这标志着我国水泥标准已完全与国际接轨；2006年8月，修订了通用硅酸盐水泥，适时地取消了PO32.5水泥品种，增加了对Cl限量的要求以及水泥组分应定期校核的内容。水泥的标准不仅对指导水泥生产、控制质量、加强管理和提高企业经济效益起着重要的作用，而且是质检机构、科研设计、建设施工等部门监督并检验产品质量、保证工程质量的重要技术依据。水泥标准的制定和修订，确立了我国多品种、多强度等级的水泥产品结构，推动了我国水泥工业的迅速发展，有效地促进了我国水泥质量的提高，增强了我国水泥在国际市场的竞争力，并逐步与国际先进指标接轨，有利于进一步规范水泥的生产和应用。第一节 通用硅酸盐水泥的定义通用硅酸盐水泥(Common Portland Cement)，指一般土木工程通常采用的水泥。通用硅酸盐水泥包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。通用硅酸盐水泥的组分应符合表1-1的规定。表1-1 通用硅酸盐水泥组分第二节 对各组分的要求一、硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料，即国际上的波特兰水泥熟料(简称水泥熟料)，由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉并烧至部分熔融。所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。其中硅酸钙矿物不少于66%。氧化钙和氧化硅的质量比不小于2.0。二、石膏石膏是用做调节水泥凝结时间的组分，是缓凝剂。适量石膏可以延缓水泥的凝结时间，使建筑施工中的搅拌、运输、振捣、砌筑等工序得以顺利进行，同时适量的石膏也可以提高水泥的强度。可供使用的是天然石膏，也可以用工业副产石膏。（一）天然石膏天然石膏应符合用于水泥中的石膏和硬石膏（GB/T5483）中规定的G类、M类或A类二级 (含)以上的石膏、混合石膏或硬石膏。其中石膏是以二水硫酸钙(CaSO42H2O)为主要成分的天然矿石，CaSO42H2O的质量百分含量应为二级及以上，即CaSO42H2O75%；硬石膏是以无水硫酸钙(CaSO4)为主要成分的天然矿石，CaSO4/( CaSO4十CaSO42H2O)75%。（二）工业副产石膏工业副产石膏是工业生产中以硫酸钙为主要成分的副产品。采用工业副产石膏时，应经省级以上权威机构鉴定，证明对水泥性能无害。三、混合材料混合材料是指在粉磨水泥时与熟料、石膏一起加入磨内用以改善水泥性能、调节水泥强度等级、提高水泥产量的矿物质材料。（一）活性混合材料活性混合材料是指符合GB/T203标准要求的粒化高炉矿渣(或GB/T18046标准要求的粒化高炉矿渣粉)、GB/Tl596标准要求的粉煤灰和GB/T2847标准要求的火山灰质混合材料。（二）非活性混合材料非活性混合材料是指活性指标低于GB/T203(或GB/Tl8046)、GB/T1596、GB/T2847标准要求的粒化高炉矿渣(或粒化高炉矿渣粉)、粉煤灰、火山灰质混合材料以及石灰石和砂岩，其中石灰石中的Al2O3含量应不超过2.5%。四、窑灰窑灰应符合掺入水泥中的回转窑窑灰（JC/T742）的规定。五、助磨剂水泥粉磨时允许加入助磨剂，其加入量应不超过水泥质量的0.5%，助磨剂应符合JC/T667的规定。第三节 技术要求一、化学要求水泥化学要求应符合表1-2中规定。表1-2通用硅酸盐水泥的化学要求二、碱含量水泥中碱含量按Na2O十0.658K2O计算值表示。若使用活性集料时，水泥中的碱含量应不大于0.60%或由供需双方商定。三、物理要求1、凝结时间硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于6.5h；普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于10h。2、安定性沸煮法合格。3、强度硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。普通水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R。矿渣、火山灰、粉煤灰、复合水泥强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。水泥强度等级按规定龄期来划分，各强度等级水泥的各龄期强度应大于表1-3的要求。表1-3 通用硅酸盐水泥各强度等级龄期强度（MPa）第四节 试验方法一、组分由生产者选择最适宜的方法或按GB/Tl2960标准进行。在正常生产情况下，生产者应至少每月对水泥组分进行校核，年平均值应符合通用水泥标准的规定，单一结果最大偏差为2%。为了保证组分测定结果的准确性，生产者应采用适当的生产程序和适宜的验证方法对所选试验方法的可靠性进行验证，并将验证的方法形成企业标准。二、不溶物、烧失量、氧化镁、三氧化硫和碱含量按水泥化学分析方法(GB/T176-1996)进行。三、氯离子按水泥原料中氯的化学分析方法（JC/T420）进行。四、凝结时间和安定性按水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法(GB/T1346-2001)进行。五、强度按水泥胶砂强度检验方法(ISO法)(GB/T17671-1999)进行。但掺火山灰混合材料的普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥在进行胶砂强度检验时，其用水量按0.50水胶比和胶砂流动度不小于180mm来确定。当流动度小于180mm时，须以0.01的整倍数递增的方法将水胶比调整至胶砂流动度不小于180mm。胶砂流动度试验按水泥胶砂流动度测定（GB/T2419）方法进行，其中胶砂制备按GB/T17671进行。六、比表面积按水泥比表面积测定方法(勃氏法)(GB/T8074)进行。七、细度按水泥细度检验方法(筛析法)(GB/T1345)进行。第五节 检验规则一、编号及取样水泥出厂前按同品种、同强度等级进行编号和取样,袋装水泥和散装水泥应分别进行编号和取样,每一编号为一取样单位。水泥出厂编号按单线年生产能力规定：120万吨以上，不超过1200t为一编号；60120万吨，不超过1000t为一编号；3060万吨，不超过600t为一编号；30万吨以下，不超过400t为一编号。取样方法按GB12573水泥取样方法进行。当散装水泥运输工具的容量超过该厂规定的出厂编号吨数时，允许该编号的数量超过取样规定吨数。取样应有代表性，可连续取，亦可从20个以上不同部位取等量样品，总量至少为l2kg。二、判定规则化学要求、物理要求中任何一项不符合标准技术要求时，判为不合格品；水泥包装标志中水泥名称、强度等级、生产者名称和出厂编号不全时，判为包装不合格。只有各项技术指标检验合格或者水泥强度等级按规定龄期确认合格后方可出厂，每批水泥出厂时应附有质量保证书。第六节 包装、标志、运输与贮存（一）包装水泥可以袋装或散装，袋装水泥每袋净含量为50kg，且应不少于标志质量的98%；随机抽取20袋总质量(含包装袋)应不少于1000kg。其他包装形式由供需双方协商确定，但有关袋装质量要求，必须符合上述规定。水泥包装袋应符合GB9774的规定。（二）标志水泥包装袋上应清楚标明：生产者名称、生产许可证编号、水泥名称、代号、强度等级、出厂编号、执行标准号、包装日期。包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级，其中硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的两侧印刷采用红色；矿渣硅酸盐水泥的两侧印刷采用绿色；火山灰硅酸盐、粉煤灰硅酸盐初复合硅酸盐水泥的两侧印刷采用黑色或蓝色。散装运输时应提交与袋装标志相同内容的卡片。（三）运输与贮存水泥在运输与贮存时不得受潮和混入杂物，不同品种和强度等级的水泥应分别贮运，不得混杂。第二章 掺合料第一节 掺合料的作用与标准随着混凝土技术的发展与进步，尤其是高强、高性能混凝土的开发应用，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和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。通常使用的为硅灰、磨细粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣、磨细天然沸石粉；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。一、矿物掺合料在混凝土中的主要作用（一）改善混凝土拌合物的和易性 细度适宜的优质矿物掺合料可提高混凝土拌合物的流动性，显著改善黏聚性和保水性，并提高混凝土拌合物的体积稳定性。（二）降低混凝土温升 除硅灰外，掺加矿物掺合料替代水泥后，可使混凝土的放热速率和温升明显降低，同时出现温峰的时间推迟，如掺30%粉煤灰的混凝土和掺75%磨细矿渣的混凝土较基准混凝土的温升可分别降低7、12。（三）提高混凝土的抗化学侵蚀性能力，增强混凝土的耐久性 掺加矿物掺合料后，减少了水泥用量，使易受腐蚀的Ca(OH)2、C3A减少，同时活性矿物掺合物的火山灰效应与微集料效应改善了混凝土的孔结构和界面过渡层，增大混凝土的密实度和抗渗性，使侵蚀性物质难以进入，同时，对碱-集料反应也有很好的抑制作用。（四）提高混凝土的后期强度 在适量的掺加范围内，掺加矿物掺合料后 (除硅灰外)，混凝土的早期强度一般均有所降低，掺量越高，早期强度降低越大，但使用超细粉时，早期强度不一定会降低。后期由于火山灰效应的逐步进行，可使混凝土90d、120d强度有较大的提高。（五）减少混凝土的干缩 细度适宜的优质矿物掺合料可减少混凝土的干缩。（六）降低混凝土的成本矿物掺合料的掺入会降低混凝土的抗碳化性和碱度，而不利于保护钢筋，但矿物掺合料又使混凝土的密实度提高、使CO2和H2O的扩散与渗透能力降低。因此，适量的矿物掺合料对钢筋的保护作用影响不大。二、混凝土矿物外加剂国家标准（一）技术要求矿物外加剂的技术要求应符合表2-1的要求。各种矿物外加剂均应测定其总碱量。根据工程要求，由供需双方商定供货指标。表2-1矿物外加剂的技术要求（二）试验方法1、氧化镁、三氧化硫、烧失量按GB/T176进行。2、氯离子按JC/T420进行。3、硅灰中二氧化硅分析按GB/T18736附录A进行。4、吸铵值按GB/T18736附录B进行。5、比表面积硅灰的比表面积用BET氮吸附法测定，磨细矿渣、磨细粉煤灰、磨细天然沸石采用激光粒度分析仪测定其粒度分布，并按仪器说明书给定的方法计算出比表面积。6、含水率按GB/T176进行。7、需水量比及活性指数按GB/T18736附录C进行。8、总碱量按GB/T176进行。（三）检验规则1、编号、取样和留样（1）矿物外加剂出厂前应按同类同等级进行编号和取样，每一编号为一个取样单位。（2）硅灰及其复合矿物外加剂以30t为一个取样单位，其余矿物外加剂以120t为一个取样单位，其数量不足者也以一个取样单位计。（3）取样按GB12573规定进行。（4）生产厂每一编号的矿物外加剂试样应分为两等分，一份供产品出厂检验用，另一份密封保存6个月，以备复验和仲裁时用。2、出厂检验每一编号的矿物外加剂检验项目，根据其品种按表5中规定的物理和胶砂性能进行检验。3、判定各类矿物外加剂性能符合表5中相应等级的规定，则判为相应等级；若其中有一项不符合规定指标，则降级或判为不合格。49第二节 粉煤灰粉煤粉是煤粉在炉中燃烧后的灰烬，是一种对环境污染很大的工业废料，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，干排灰的质量优于湿排灰。 一、粉煤灰在混凝土中的作用机理粉煤灰在混凝土中的作用可概括为三种效应，即：火山灰效应（活性效应）、微集料填充效应和形态效应(减水效应)。粉煤灰在常温下能与氢氧化钙反应，生成类似水泥水化产物的C-S-H凝胶，具有胶凝能力，产生一定的强度起胶凝材料的作用，即所谓“火山灰反应”。当粉煤灰和水泥混合后，粉煤灰中活性二氧化硅和氧化铝将与水泥水化过程析出的氢氧化钙相互发生火山灰反应。因此，粉煤灰作为混合材料掺入水泥中，可以取代部分水泥而使水泥强度不随粉煤灰掺入量相应降低。另外，水泥掺入粉煤灰后，却可使水泥的水化热降低，抗蚀性提高。粉煤灰的火山灰反应的过程主要为：受扩散控制的溶解反应，早期粉煤灰微珠表面溶解，反应生成物沉淀在颗粒的表面上，后期钙离子继续通过表层和沉淀的水化产物层向芯部扩散。如果有石膏参与粉煤灰的水化反应的条件存在，还会形成钙矾石，再经过一定时间，这个过程才告结束，然后生成水化铝酸钙。将粉煤灰基本效应解析为火山灰效应（活性效应）、微集料填充效应和形态效应(减水效应)三类，并非是把这三种效应单独孤立，而是形成粉煤灰基本效应的能够相互联系的系统，这三类粉煤灰基本效应实际上是同时共存的。（一）活性效应活性矿物掺合料均具有火山灰活性效应，即在常温下有水条件下，其无定形的化学组成SiO2、Al2O3等与发生化学反应，形成类似水泥水化的产物。 2.0(0.81.5)x2 y3 x3 在有存在条件下,还可生成AFt、AFm 和它们与水化铝酸钙的固溶体。活性矿物掺合料发生火山灰反应形成的产物具有以下特征：结晶度差、颗粒细小、密集分布；比表面积大、碱度低。因而，其结构密实、强度较高，且有助于改善集料-浆体界面。粉煤灰的活性效应一般是指粉煤灰的火山灰活性反应和高钙粉煤灰的自硬的胶凝性质。粉煤灰活性效应是一个十分复杂的过程，对于粉煤灰的活性成分、数量、反应速率、反应生成物也没有必要进行准确的定量，因为用活性效应的观点来看，火山灰反应主要取决于粉煤灰颗粒表面化学的和物理的特性，在很大程度上受到形态效应的支配，也包括微集料反应的影响，粉煤灰中起活性作用的玻璃微珠，在混凝土硬化初期，其表面吸附一层水膜，直接影响粉煤灰的火山灰反应以及粉煤灰混凝土的强度。此外，粉煤灰中的游离氧化钙、有效碱（氧化钾、氧化钠）、硫酸盐等化学成分对活性效应有较大的影响。（二）微集料填充效应粉煤灰微集料填充效应是指粉煤灰的微细颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中，就像微细的集料。最初的“微集料”只是硬化的水泥浆体中水泥颗粒尚未水化的粒芯。因为研究发现，未水化的水泥粒芯，不但其强度比水泥水化产物C-S-H凝胶的强度要高，而且它与凝胶的结合也好，所以认为微集料的存在有利于增加混凝土的强度。粉煤灰的填充系数可以用下式求得： 即1kg粉煤灰填充效应产生的强度相当于ukg的水泥产生的强度。（三）形态效应 形态效应是泛指粉煤灰颗粒形貌、粗细、表面粗糙度、级配、内外结构等几何特征以及色度、密度等特征在混凝土中产生的效应。一般地说，粉煤灰形态效应就是物理效应，或者说是粉煤灰物理性状的作用对混凝土质量发生影响的效应。粉煤灰形态效应的主要影响在于改变新拌混凝土的需水量和流变性质。粉煤灰形态效应中，首要的是粉煤灰玻璃微珠颗粒所特有的物理性状，能使水泥颗粒的絮凝结构解絮和颗粒扩散，同时使混凝土内部结构降低黏度和降低颗粒之间的摩擦力。形态效应还能改善新拌混凝土的均匀性和稳定性，这对奠定硬化混凝土的初始结构有重要意义。此外，用粉煤灰取代部分水泥，水泥用量减少，水化热降低，这是形态效应和微集料效应的伴生效应。二、粉煤灰的化学成分和物理性能 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/T1596-2005）把粉煤灰按照煤种分为F类 (由无烟煤或烟煤焕烧收集的粉煤灰)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、三个等级，具体要求见表2-2。表2-2 GB/T1596-2005对粉煤灰的具体要求除用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/T1596-2005）之外，高强高性能混凝土用矿物外加剂（GB/T18736-2002）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。（一）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2-3列出了几种粉煤灰的化学成分全分析结果。表2-3 几种粉煤灰的化学成分（%） 由表中的数据可以看出，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：SiO2 40%50%，Al2O3 20%35%，Fe203 5%10%，CaO2%5%，烧失量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2-3所示。表2-3 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%，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2-4。表2-4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2-4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中没有对粉煤灰约有效碱含量直接提出指标要求，这样便于工程中灵活操作。（二）粉煤灰的物理性质和品质要求1、颜色 粉煤灰外观类似水泥，因此在工程使用申必须谨防混杂和误用。由于燃烧条件不同以及粉煤灰的组成、细度、含水量等变化，都会影响粉煤灰的颜色。颜色可以直接反映粉煤灰的含碳量和细度。特别是组分中含碳量的变化，可以使粉煤灰的颜色从浅灰色到灰黑色变化，因此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。2、密度和容重 粉煤灰为微米级细小的粉状物，呈浅灰色或黑色。低钙粉煤灰的密度为19002400 kg/m3，密度指标是评定粉煤灰生产稳定性的一个重要指标；如果密度发生变化，则表明质量可能发生了变化，应引起注意。低钙粉煤灰容重的变化范围为6001000 kg/m3，高钙粉煤灰容重约为8001200 kg/m3。3、细度和比表面积 原状灰的细度与电厂制煤系统和收尘装置有关。粉煤灰颗粒中的玻璃微珠粒径为0.5100m，大部分在45m以下，平均粒径为1030m；海绵状颗粒粒径 (含碳粒)范围为1030Om，大部分在45m以上。I级灰和磨细粉煤灰中海绵状颗粒较少。GB/T18736规定以45m(用气流筛测定)筛余百分数和透气法测比表面积来评定粉煤灰的细度。4、需水量比 与其他品种的火山灰材料相比，粉煤灰具有明显的优越性，即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。因此，在粉煤灰标准规范中需水量比是粉煤灰物理性质的一项重要品质指标。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。根据实际经验，粉煤灰的需水量比指标在105%以下，粉煤灰混凝土的用水量如与基准混凝土用水量相同，则新拌混凝土仍有可能达到与基准混凝土和易性指标相等的水平；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；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/T18736规定用在高性能混凝土中的级灰需水量不大于95%，级灰不大于105%。5、活性指数 粉煤灰是由多种不同形状的颗粒混合堆聚的粒群，其中只有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是有活性的；而结晶体，如石英，在常温下火山灰性质就不够明显；莫来石则是惰性成分；富铁微珠活性较低甚至惰性；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。（1）活性指数测定试验测定试验胶砂和对比胶砂的抗压强度，以二者抗压强度之比确定粉煤灰试样的活性指数。试验胶砂和对比胶砂材料用量如表2-5。表2-5试验胶砂和对比胶砂材料用量胶砂种类水泥（g）粉煤灰（g）标准砂（g）水（ml）28d强度（MPa）对比胶砂4501350225R0=50试验胶砂3151351350225R1=45（2）结果计算a活性指数的国家标准计算方法： 式中：H28活性指数（%）；R1试验胶砂28d抗压强度（Mpa）； R0对比胶砂28d抗压强度（MPa）。计算结果精确至1%。b活性指数的准确计算方法根据对比胶砂可知：450g水泥提供强度50MPa，则315g水泥提供的强度为0.70R0=35MPa，135g水泥提供的强度为0.30R0=15MPa；试验胶砂提供的强度包括315g水泥提供的强度由0.70R0=35MPa计算得到， 135g粉煤灰提供的强度由R1 -0.70R0=10MPa计算得到；则粉煤灰的活性指数由下式求得：F =（R1 -0.70R0）/（0.30R0）代入数据可得粉煤灰的活性系数：F = （R 1-0.70R0）/（0.30R0）=10/15 = 0.67 粉煤灰替代水泥的水泥替代系数c= （0.30R0）/（R -0.70R0）=15/10 =1.5这样，我们在混凝土配合比设计过程中可以用1kg粉煤灰可以取代0.67kg与对比试验相同的水泥。摒弃传统观念中粉煤灰等量取代和超量取代水泥的思路，准确合理地使用了粉煤灰。6、含水量粉煤灰中水分的存在往往会使活性降低，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/T18736标准规定粉煤灰含水量最大值为1%。三、粉煤灰混凝土的工程应用 （一）粉煤灰用于混凝土工程可根据等级，按下列规定应用： a、级粉煤灰适用于钢筋混凝土和跨度小于 6m 的预应力钢筋混凝土。 b、级粉煤灰适用于钢筋混凝土和无筋混凝土。 c、级粉煤灰主要用于无筋混凝土。对设计强度等级 C30 及以上的无筋粉煤灰混凝土，易采用、级粉煤灰。 d、用于预应力钢筋混凝土、钢筋混凝土及设计强度等级 C30 及以上的无筋混凝土的粉煤灰等级，如经试验论证，可采用比本条第一、二、三款规定第一级的粉煤灰。 （二）粉煤灰用于跨度小于 6m 的预应力钢筋混凝土时，放松预应力前，粉煤灰混凝土的强度必须达到设计规定的强度等级，且不得小于 20MPa 。 （三）配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗结构混凝土、抗硫酸盐和抗软水侵蚀混凝土、蒸养混凝土、轻集料混凝土、地下工程混凝土、水下工程混凝土、压浆混凝土及碾压混凝土等，宜掺用粉煤灰。 （四）根据各类工程和各种施工条件的不同要求，粉煤灰可与各类外加剂同时使用。外加剂的适应性及合理掺量应由试验确定。 （五）粉煤灰用于下列混凝土时，应采取相应措施： a、粉煤灰用于要求抗冻融性的混凝土时，必须掺入引气剂； b、粉煤灰混凝土在低温条件下施工时宜掺入对粉煤灰混凝土无害的早强剂或防冻剂，并应采取适当的保温措施； c、用于早期脱模、提前负荷的粉煤灰混凝土，宜掺用高效碱水剂、早强剂等外加剂。 （六）掺有粉煤灰的钢筋混凝土，对含有氯盐外加剂的限制，应符合混凝土外加剂应用技术规范的有关规定四、粉煤灰混凝土的施工（一）粉煤灰掺入混凝土中的方式，可采用干掺或湿掺。掺入方法应符合下列要求： a、干掺时，干粉煤灰单独剂量，与水泥、砂、石、水等材料按规定次序加入搅拌机进行搅拌； b、湿掺时，现将粉煤灰配制成粉煤灰与水剂外加剂的悬浮浆液，与砂、石等材料按规定次序加入搅拌机进行搅拌。 （二）使用干态或湿态粉煤灰应以重量计算，称量误差不得超过2% 。粉煤灰中的含水量，应在拌合水中扣除。 （三）粉煤灰混凝土拌合物必须搅拌均匀，其搅拌时间应比基准混凝土延长10 30s 。 (四)粉煤灰混凝土浇筑时，不得漏振或过振。振捣后的粉煤灰混凝土表面，不得出现明显的粉煤灰浮浆层。 (五)粉煤灰混凝土振捣完毕后，应加强养护，混凝土表面宜加遮盖，并保持湿润。暴露面的潮湿养护时间，不得少于 14d ；干燥或炎热气候条件下的潮湿养护时间，不得少于 21d 。 (六)粉煤灰混凝土在低温条件下施工时应加强表面保温，粉煤灰混凝土表面的最低温度不得低于 5 。寒潮冲击情况下，日降温幅度大于 8 ，应加强粉煤灰混凝土表面的保护，防止产生裂缝。 (七)蒸养粉煤灰混凝土，应符合下列要求： a、成型后热预养温度不宜高于 45 ；预养（静停）时间不得少于 1h ；常温预养时，其预养时间应适当延长。 b、蒸养时的升温速度宜为 15 20 /h ；恒温温度宜为 85 90 ；降温速度宜为 35 45 /h 。 c、蒸养粉煤灰混凝土的养护周期，宜为 8 10h 。第三节 磨细矿渣粉磨细粒化高炉矿渣是粒化高炉矿渣经干燥、粉磨（也可以添加少量石膏或助磨剂一起粉磨）达到规定细度并符合规定活性指数的粉体材料。简称磨细矿渣或矿渣粉。一、粒化高炉矿渣来源与收集 冶炼生铁时，为了降低铁矿石中脉石的熔化温度，必须加入适量的含有大量碱性氧化物的助熔剂(即石灰石)，这样就产生了容易熔化的高炉矿渣。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的易熔混合物，其主要化学成分为氧化钙、二氧化硅和三氧化二铝。生产1吨生铁排放0.31.0吨矿渣。高炉矿渣从炉体中排出后，由于冷却过程不同而使其活性呈现很大差异。如果对炉渣进行缓慢冷却(如自然冷却)，则炉渣内部各种原子可有充分的时间进行排列，形成稳定的结晶体，其性能相当于玄武岩。慢冷高炉矿渣的水硬活性很低，不宜被利用。慢冷矿渣一般被加工成具有一定粒径大小和形状的矿渣碎石，用于配制矿渣碎石混凝土和对软土地基进行处理。慢冷矿渣也常被用来代替石子作为道渣使用。如果使高炉矿渣快冷(急冷)，则其内部原子没有充分时间结晶，就会保存许多内能(结晶热约为200kJ/kg)，形成不规则的矿渣玻璃体。急冷高炉矿渣具有理想的潜在水硬活性。我国每年高炉矿渣排量约为4000万吨以上，大约有3400万吨被水泥工业利用，作为水泥混合材与水泥熟料、石膏一起粉磨，生产矿渣硅酸盐水泥，已有相当长的历史。在共同粉磨时，由于矿渣较水泥熟料难以磨细，在水泥中粒较粗，所以矿渣水泥中矿渣的水化活性难以得到充分发挥，给矿渣硅酸盐水泥混凝土带来一些缺点，如混凝土早期强度低、易泌水、耐久性差。随着粉磨技术的不断发展，水淬高炉矿渣开始被加工成商品磨细矿渣粉 (比表面积400m2/kg以上，有些甚至达到80Om2/kg)，并且逐渐在混凝土中得到应用，这时的磨细矿渣与前边提到的水泥混合材概念是完全不一样的。它作为辅助性胶凝材料，等量替代水泥，在混凝土拌和时直接加入混凝土中，可以改善新拌混凝土及硬化混凝土性能，使矿渣的利用价值更上一层楼。将这一大宗工业废渣转化为高附加值的磨细矿渣产品，符合环境保护和可持续发展的战略要求。在我国推广和应用磨细矿渣，正是实现这一战略目标的具体举措。目前，我国有关磨细矿渣的研究、生产和工程应用已进入新的发展阶段；水淬高炉矿渣这一大宗工业废渣已经开始转化为高附加值的磨细矿渣产品在工程中应用。磨细矿渣所采用矿渣的化学成分应符合用于水泥中的粒化高炉矿渣（GB/T203）的要求。矿渣粉磨时分两种情况，一是单纯的磨细矿渣；二是在粉磨时可以掺入适量的石膏，根据国内外研究和使用经验，掺入适量的石膏可以提高混凝土的早期强度及其他有关性能，因此允许在粉磨时掺入适量的石膏，所用石膏的性能应符合石膏和硬石膏（GB/T5483）的规定，掺量以SO3为控制指标，应小于4%。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%的助磨剂，所掺助磨剂应符合水泥粉磨用工艺外加剂（JC/T667）的