高性能砼技術(shù)講座

李坦平湖南工學(xué)院建筑材料研究所高性能混凝土

講稿主要內(nèi)容§1

引言—高性能混凝土及其核心問(wèn)題§2混凝土組成、結(jié)構(gòu)及其耐久性分析§3新拌混凝土的工作性控制§4高性能混凝土組成材料的選擇§5高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)§1

引言—高性能混凝土及其核心問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái)，人們以為混凝土是一種堅(jiān)固、耐久的材料，科技工作者主要把精力集中在提高混凝土的強(qiáng)度上。由于混凝土破壞造成的結(jié)構(gòu)崩塌事故在各地連續(xù)發(fā)生，這也告訴我們混凝土并不是一勞永逸的耐久材料，混凝土工程也有其一定的使用壽命周期。☆已建成的水工、海港、橋梁、道路等重要工程構(gòu)筑物，不僅耗資巨大，而且有許多生命線工程，不能中斷運(yùn)行。如美國(guó)現(xiàn)有橋梁57.5萬(wàn)座，有的已經(jīng)損壞，有的在帶病運(yùn)行，大多已進(jìn)入工程老化期，急需修理或報(bào)廢。

☆1991年，美國(guó)在提交國(guó)會(huì)《國(guó)家公路與橋梁現(xiàn)狀》的報(bào)告中指出：為修理或更換現(xiàn)已存在有缺陷的橋梁，需要投資910億美元，如果拖延這一進(jìn)程，費(fèi)用將增至1310億美元。美國(guó)現(xiàn)存的鋼筋混凝土工程總價(jià)值約6萬(wàn)億美元，而用于維修的費(fèi)用每年卻高達(dá)300億美元。☆我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，工程費(fèi)用主要花在新建工程項(xiàng)目上。但從一些維修翻建的五、六十年代建成的工程看，也普遍存在著嚴(yán)重的缺陷，工程大多已進(jìn)入老化期，若不維修，隨時(shí)都有垮塌的危險(xiǎn)?！顝囊恍┕こ痰某闄z結(jié)果看：在一般環(huán)境下，有40%左右的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已碳化至鋼筋表面；在潮濕環(huán)境下，90%的混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋已經(jīng)銹蝕。由此可見，普通混凝土工程的使用壽命大體為40年。目前我國(guó)已進(jìn)入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)的高峰期。人們已漸漸地把注意力集中到混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、安全性與安全使用期上?！罡咝阅芑炷潦窃?990年，美國(guó)NIST與ACI召開的一次國(guó)際會(huì)議上首先提出來(lái)的，并立即得到各國(guó)學(xué)者和工程技術(shù)人員的積極響應(yīng)?，F(xiàn)已成為國(guó)際工程界的一種時(shí)髦，并很快傳入了我國(guó)?！顟?yīng)該說(shuō)高性能混凝土是在高強(qiáng)混凝土研究與應(yīng)用達(dá)到較高水平基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是混凝土技術(shù)中的一項(xiàng)重大課題。有人稱高性能混凝土是“21世紀(jì)的混凝土”?！畹珜?duì)什么是高性能混凝土?至今國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和定義。根據(jù)一般的理解，對(duì)高性能混凝土有以下幾點(diǎn)共識(shí)：①使用壽命要長(zhǎng)混凝土拌合物應(yīng)有較高的流動(dòng)性，不分層、離析，易充滿模型;泵送混凝土還應(yīng)有良好的可泵性

。即混凝土在硬化早期應(yīng)具有較低的水化熱，硬化后應(yīng)具有較小的收縮變形。②應(yīng)具有較高的體積穩(wěn)定性

③應(yīng)具有良好的施工性能④具有一定的強(qiáng)度和密實(shí)度，但不一定是高強(qiáng)高性能，亦可以是中、低強(qiáng)度高性能。根據(jù)工程使用的環(huán)境與部位，對(duì)混凝土的耐久性必須有嚴(yán)格的要求。因此，控制混凝土設(shè)計(jì)的并不是強(qiáng)度，而是耐久性。即混凝土的碳化深度一定要滿足工程壽命周期的需要☆由此可見，高性能混凝土不同于普通混凝土，普通混凝土的設(shè)計(jì)是以強(qiáng)度作為主要控制指標(biāo)，而高性能混凝土是以耐久性作為主要控制指標(biāo)、強(qiáng)度只起從屬的作用。高強(qiáng)度不一定是高性能，而高性能必須要求混凝土具有較高的密實(shí)度與高抗?jié)B能力，故其強(qiáng)度也不會(huì)太低。

高性能混凝土的技術(shù)要求——綜上分析，我們可以認(rèn)為：1、高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，在大幅度提高常規(guī)混凝土性能基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)材料，在嚴(yán)格的質(zhì)量控制下制成的。除采用優(yōu)質(zhì)水泥、集料和水外，必須采用低的水膠比和摻加適量的超塑化劑和超細(xì)活性摻合料。2、凝土拌合物應(yīng)具有良好的流變學(xué)特性，不泌水、不離析、甚至可達(dá)到自流密實(shí)。從而確保混凝土工程質(zhì)量，防止因泌水、離析或振搗不密實(shí)造成的混凝土早期缺陷：如混凝土表層疏松，水泥漿體與鋼筋或粗骨料之間的界面出現(xiàn)孔隙乃至蜂窩、麻面等，有害于混凝土的耐久性。

3、高性能混凝土在硬化過(guò)程中保持體積穩(wěn)定，使用水化熱低、溫升小的水泥，冷卻時(shí)的溫度收縮和干燥收縮變形小，硬化后不易產(chǎn)生宏觀與微觀裂縫。

4、高性能混凝土硬化后具有致密的微觀和細(xì)觀結(jié)構(gòu)，抗?jié)B性能好。因抗?jié)B是評(píng)價(jià)混凝土耐久性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，高性能混凝土的滲透系數(shù)可以比普通混凝土小數(shù)倍甚至低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)?！?

混凝土組成、結(jié)構(gòu)及其耐久性分析混凝土是一個(gè)多相復(fù)雜體系，固相有粗細(xì)骨料和水泥水化產(chǎn)物—水泥石；同時(shí)還有孔存在。因此混凝土的耐久性取決于粗細(xì)骨料和水泥石的物理、化學(xué)性能，取決于孔的性質(zhì)（數(shù)量、形狀與結(jié)構(gòu)）。一、水泥石的化學(xué)性質(zhì)與混凝土的耐久性1、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸鹽水泥熟料實(shí)際上是一種結(jié)晶細(xì)小的人造巖石（工藝巖石），它主要由四種礦物組成：硅酸三鈣C3S：（3CaO·SiO2或Ca3SiO5）44-62%；硅酸二鈣C2S：（2CaO·SiO2或Ca2SiO4）18-30%；鋁酸三鈣C3A：（3CaO·Al2O3或CaAl2O6）5-18%；鐵鋁酸四鈣C4AF：（4CaO·Al2O3·Fe2O3或CaO4Al2Fe2O10）10-18%。2、硅酸鹽水泥的水化及其產(chǎn)物（1）C3S的水化反應(yīng)

如前所述，C3S在水泥熟料中占50%左右，有時(shí)高達(dá)60%，硬化水泥漿的性能在很大程度上取決于C3S的水化作用、產(chǎn)物及其產(chǎn)物所形成的結(jié)構(gòu)。在常溫下的水化反應(yīng)，可大致用下列方程表示：（2）C2S的水化反應(yīng)

C2S在熟料中占18-30%，在常溫下的水化反應(yīng)，可大致用下列方程表示：其他兩種礦物水化較為復(fù)雜，（略）。但其產(chǎn)物中除形成水化鋁酸鹽（鈣釩石、單硫型水化硫鋁酸鈣等）、鐵鋁鹽等外，同樣有一定量的氫氧化鈣釋放。3、綜上分析：1）水泥與水反應(yīng)后形成水化硅酸鈣（CSH凝膠）、水化鋁酸鹽、鐵鋁酸鹽，同時(shí)釋放一定量的氫氧化鈣，這些物質(zhì)結(jié)晶后大部分為針棒狀，能交織形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這也就是水泥具有膠凝性能、提供強(qiáng)度的主要原因。2）氫氧化鈣結(jié)晶體也大多是針棒狀，它也參加了組織結(jié)構(gòu)，對(duì)膠凝性能與強(qiáng)度同樣有貢獻(xiàn)！3）但由于氫氧化鈣的化學(xué)性質(zhì)為強(qiáng)堿性，同時(shí)還微溶于水，所以極易受到環(huán)境酸性介質(zhì)（如硫酸鹽、碳酸鹽等）和流動(dòng)淡水的侵蝕！是混凝土耐久性的關(guān)鍵！二、混凝土的孔結(jié)構(gòu)與其耐久性1、孔隙結(jié)構(gòu)特征分析按孔隙尺寸大小分按孔隙與外界之間是否連通分按孔隙之間是否相互貫通分材料孔隙對(duì)材料性能影響很大：A、材料越密實(shí)，強(qiáng)度越高；B、開放孔越多，材料耐環(huán)境腐蝕能力越差，耐久性越差；尤其是開放的連通孔影響更大；C、孔多可使材料質(zhì)量減輕，制成輕質(zhì)材料；D、封閉孔有利于隔熱保溫，制成隔熱保溫材料；E、開放孔有利于吸收聲波，制成吸聲、隔音材料。如果在配制混凝土?xí)r，用水量過(guò)多，多余的水份會(huì)從混凝土中向外溢出，在結(jié)構(gòu)中形成開放的連貫孔，極大地危害混凝土的耐久性。這就是為什么要降低水灰比的關(guān)鍵原因！2、孔隙率大多數(shù)建筑材料的內(nèi)部都含有孔隙，這些孔隙會(huì)對(duì)材料的性能產(chǎn)生不同程度的影響。一般認(rèn)為，孔隙可從兩個(gè)方面對(duì)材料產(chǎn)生影響：一是孔隙的多少，二是孔隙的特征。材料中含有孔隙的多少常用孔隙率表征。

孔隙特征也常說(shuō)是孔結(jié)構(gòu)?？紫堵适侵覆牧蟽?nèi)部孔隙體積占材料總體積的百分?jǐn)?shù)。

VP——材料內(nèi)部孔隙體積，m3；V0——材料總體積，m3；V——材料實(shí)體體積，m3；如以及代入上式，可得：式中：須用材料的干表觀密度。若把開口孔的孔體積記為VK，閉口孔的孔體積記為VB，則有Vp=VK+VB。另外定義開口孔孔隙率為，閉口孔孔隙率為，則孔隙率：與孔隙率相對(duì)應(yīng)的是材料的密實(shí)度，即材料內(nèi)部固體物質(zhì)的實(shí)體積占材料總體積的百分率，可用下式表示:三、混凝土的耐久性

指材料長(zhǎng)期抵抗各種內(nèi)外破壞因素或腐蝕介質(zhì)的作用，保持其原有性質(zhì)的能力。1、影響材料耐久性的因素分析（1）內(nèi)部因素內(nèi)部因素是造成材料耐久性下降的根本原因。

1）材料的組成

當(dāng)材料的組成成分易溶于水或其他液體，或與其他物質(zhì)發(fā)生反學(xué)反應(yīng)時(shí)，則材料的耐水性、耐化學(xué)腐蝕性等較差，耐久性降低。2）材料的結(jié)構(gòu)

當(dāng)材料的開放孔隙較大或較多時(shí)，材料的耐久性往往較差。3）材料的性質(zhì)

材料的強(qiáng)度高時(shí)，一般來(lái)說(shuō)材料的耐久性往往較高。但對(duì)于砼，如僅依靠水泥用量提高強(qiáng)度時(shí)，堿性高，組成耐腐性降低、需水量會(huì)增大，孔隙增多，耐久性未必好！

內(nèi)因外因三、混凝土的耐久性

指材料長(zhǎng)期抵抗各種內(nèi)外破壞因素或腐蝕介質(zhì)的作用，保持其原有性質(zhì)的能力。1、影響材料耐久性的因素分析（2）外部因素外部因素是影響耐久性的主要因素。建筑材料在使用過(guò)程中將受到環(huán)境的各種影響，這種影響有物理作用、化學(xué)作用、機(jī)械作用和生物作用。（1）內(nèi)部因素1）物理作用物理作用主要有干濕交替所引起的收縮與膨脹；溫度變化所引起的開裂破壞；凍融變化所引起的脫落脹裂等。如木材的干縮濕脹現(xiàn)象，寒冷地區(qū)混凝土凍融破壞現(xiàn)象等。物理作用包括光、熱、電、溫度差、濕度差、干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、溶解等的物理作用，它可使材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋或孔隙增加等。2）化學(xué)作用3）機(jī)械作用4）生物作用化學(xué)作用主要是指材料受到酸、堿、鹽等物質(zhì)的水溶液或有害氣體的侵蝕作用，使材料的組成與成分發(fā)生質(zhì)的變化而被破壞。如鋼材料的銹蝕等。主要包括各種酸、堿、鹽及其水溶液，各種腐蝕性氣體對(duì)材料的化學(xué)腐蝕作用和氧化作用。機(jī)械作用主要是指材料在長(zhǎng)期荷載（或交變荷載、沖擊荷載）、磨損的作用下發(fā)生的破壞。包括沖擊、疲勞荷載，各種氣體、液體及固體引起的磨損與磨耗等機(jī)械作用。生物作用是指材料受到蟲蛀或微生物菌類的腐蝕作用而引起的破壞。主要包括菌類、昆蟲等，對(duì)材料產(chǎn)生腐朽、蟲蛀等生物作用。

實(shí)際工程中，材料受到的外界破壞因素往往是兩種以上因素同時(shí)作用。金屬材料常由化學(xué)和電化學(xué)作用引起腐蝕和破壞；無(wú)機(jī)非金屬材料常由化學(xué)作用、溶解、凍融、風(fēng)蝕、溫差、濕差、摩擦等某些因素或綜合作用引起破壞；有機(jī)材料常由生物作用、溶解、化學(xué)腐蝕、光、熱、電等作用而破壞。由此可見，在構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)及材料的選用中，必須慎重考慮材料的耐久性問(wèn)題，以利節(jié)約材料、減少維修費(fèi)用，延長(zhǎng)構(gòu)筑物的使用壽命。影響混凝土耐久性的因素很多，但抗?jié)B性、抗凍性以及對(duì)環(huán)境介質(zhì)的抗蝕性及堿骨料反應(yīng)是四個(gè)主要方面。2、與混凝土耐久性相關(guān)的主要性質(zhì)（1）抗?jié)B性材料的抗?jié)B性，是指其抵抗壓力水滲透的性質(zhì)抗?jié)B性常用滲透系數(shù)或抗?jié)B等級(jí)表示。

1）滲透系數(shù)達(dá)西定律

A-滲水面積，cm2

H-靜水壓力水頭，cmQ-滲透總量，cm3d-試件厚度，cmt-滲水時(shí)間，h滲透系數(shù)越大，則材料的抗?jié)B性越差。2）抗?jié)B等級(jí)工程上，材料的抗?jié)B性也可用抗?jié)B等級(jí)來(lái)表示?？?jié)B等級(jí)以規(guī)定的試件、在規(guī)定的試驗(yàn)方法下，材料所能承受的最大水壓力來(lái)表示。以符號(hào)Pn表示，其中n為該材料所能承受的最大水壓力（MPa）數(shù)值的10倍，如P2、P4、P6、P8等，分別表示材料最大能承受0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa的水壓力而不滲水。地下建筑及水工建筑等，因經(jīng)常受壓力水作用，所用材料應(yīng)具有一定的抗?jié)B性。

影響混凝土體系抗?jié)B性的主要因素分析：從上式可以看出，在關(guān)系中影響K的四個(gè)因素中，C為常數(shù)，流體粘度是滲入介質(zhì)的一個(gè)性能參數(shù)，而與水泥漿本體有關(guān)的兩個(gè)參數(shù)都是與漿體孔隙有關(guān)的，一個(gè)是總孔隙率，一個(gè)是孔半徑。如前所述孔的大小影響更為重要。對(duì)水泥體系的研究表明：當(dāng)孔徑小時(shí)（小于1微米），水吸附于孔壁或作定向排列，很難流動(dòng)，滲透系數(shù)很小。對(duì)于水泥凝膠的膠體孔，孔徑更小，凝膠孔的多少幾乎對(duì)滲透性無(wú)影響。

滲透系數(shù)主要取決于毛細(xì)孔率。而眾多的研究表明，水泥硬化漿體的毛細(xì)孔率主要取決于水灰比當(dāng)然孔的大小是最主要的參數(shù)，但并不意味著孔的形狀、分布（含孔級(jí)配）與總數(shù)量（孔隙率）沒有影響。在實(shí)際使用的砂漿和混凝土中，滲透系數(shù)比水泥凈漿的要大得多，除與水泥、水灰比有關(guān)外還與砂、石集料的性質(zhì)有關(guān)。（2）抗凍性材料在水飽和狀態(tài)下，經(jīng)受多次凍融而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)，稱為抗凍性。材料的抗凍性常用抗凍等級(jí)（記為F）表示。1）抗凍等級(jí)抗凍等級(jí)是以規(guī)定的吸水飽和試件，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，經(jīng)一定次數(shù)的凍融循環(huán)后，強(qiáng)度降低不超過(guò)規(guī)定數(shù)值，也無(wú)明顯損壞和剝落，則此凍融循環(huán)次數(shù)即抗凍等級(jí)。顯然，試驗(yàn)凍融次數(shù)越多，抗凍等級(jí)越高，抗凍性越好?；炷恋目箖龅燃?jí)為：F50、F100、F150、F200、F250等。

2）材料凍融破壞的原因材料受凍融破壞的原因，是材料孔隙內(nèi)所含水結(jié)冰時(shí)體積膨脹，體積增大約9%，冰對(duì)孔隙壁造成的壓力使孔壁破裂所致。3）影響材料抗凍性的因素材料的抗凍性與材料本身的成分、構(gòu)造、強(qiáng)度、耐水性、吸水飽和程度、孔隙率及孔隙特征等因素有關(guān)，也與凍融的溫度、凍結(jié)速度及凍融頻繁程度等因素有關(guān)。一般而言，在相同的凍融條件下，材料含水率越大，材料強(qiáng)度越低及材料中含有開口的毛細(xì)孔越多，受到凍融循環(huán)的損傷就越大。在寒冷地區(qū)和暴露的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選用，必須考慮到材料的抗凍性能。凍壞原因：水與冰的關(guān)系首頁(yè)目錄本章本節(jié)上頁(yè)下頁(yè)3、環(huán)境介質(zhì)對(duì)水泥和混凝土的侵蝕硅酸鹽水泥硬化而成的混凝土，在通常的使用條件下是耐久的。但在某些侵蝕性液體或氣體作用下，混凝土的結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸遭到破壞，促使強(qiáng)度降低，以致全部潰裂，這種現(xiàn)象稱為環(huán)境介質(zhì)對(duì)水泥的侵蝕。引起侵蝕的原因很多，作用也很復(fù)雜，現(xiàn)列舉幾種主要的侵蝕作用。（1）漿體組分的溶解浸析硬化漿體若不斷受到冷凝水、雨水、雪水以及含重碳酸鹽甚少的河水及湖水的浸析（又稱為軟水），其中一些組成（如氫氧化鈣等）將依此易溶解于軟水，氫氧化鈣的溶解度最大而首先被溶出。當(dāng)混凝土在流動(dòng)水及壓力水作用下，氫氧化鈣會(huì)更加劇溶解流失，使混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度降低，影響其性能。于是混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞，強(qiáng)度不斷降低，最后導(dǎo)致建筑物嚴(yán)重毀壞。

（2）離子交換反應(yīng)通過(guò)離子交換反應(yīng)，硬化水泥漿體可能受到如下三種侵蝕形式：1）生成可溶性鹽當(dāng)某些地下水或工業(yè)廢水中常含有游離的酸性物質(zhì)，通過(guò)陽(yáng)離子交換反應(yīng)，這種酸性物質(zhì)能與混凝土中的氫氧化鈣作用生成相應(yīng)的鈣鹽，所生成的鈣鹽或易溶于水，或在混凝土孔隙內(nèi)形成結(jié)晶，體積膨脹，產(chǎn)生破壞作用，這種破壞作用，又稱為一般酸性水侵蝕。

水泥混凝土中的氫氧化鈣與二氧化碳作用生成碳酸鈣，而碳酸鈣又與二氧化碳反應(yīng)生成易溶于水的碳酸氫鈣：Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2OCaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2

以上稱為碳酸鹽侵蝕。

2）生成不溶性鈣鹽侵蝕性水中有時(shí)含有某些陰離子，會(huì)與水泥漿體發(fā)生反應(yīng)形成不溶性鈣鹽。如果所形成的產(chǎn)物既不產(chǎn)生膨脹，又不被流水沖刷、滲透濾出或者車輛磨損而帶走，是不會(huì)引起破壞的；反之，則會(huì)提高混凝土的空隙率，增加滲透性。3）鎂鹽侵蝕

當(dāng)某些地下水、海水或某些工業(yè)廢水中常含有氯化鎂、硫酸鎂或碳酸氫鎂等鎂鹽存在時(shí)，會(huì)與硬化漿體中的Ca(OH)2形成可溶性鈣鹽。

（3）形成膨脹性產(chǎn)物

要是外界侵蝕性介質(zhì)與水泥漿體組分通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成膨脹性產(chǎn)物。此外，還有一些鹽類溶液滲入漿體或混凝土內(nèi)部后，如果再經(jīng)干燥，鹽類在過(guò)飽和空隙中的結(jié)晶長(zhǎng)大，也會(huì)產(chǎn)生一定的膨脹應(yīng)力。

主要的有硫酸鹽侵蝕和鹽類結(jié)晶膨脹。1）硫酸鹽腐蝕在海水、地下水及鹽沼水中，常含有大量硫酸鹽，常見的硫酸鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銨及硫酸鈣等（硫酸鋇除外）。它們中有的與混凝土中的氫氧化鈣置換反應(yīng)生成二水石膏：Ca(OH)2+NaSO4+2H·O=CaSO42H2O+2NaOH二水石膏與水泥混凝土中的水化硫鋁酸四鈣反應(yīng)，生成三硫型水化硫鋁酸鈣：4CaO?Al2O3?19H2O+3(CaSO4?2H2O)+7H2O=3CaO?Al2O3?

3CaSO4?31H2O+Ca(OH)2

生成的三硫型水化硫鋁酸鈣晶體比原來(lái)的4CaO?Al2O3?19H2O固相所占的體積約增大一倍，產(chǎn)生局部膨脹應(yīng)力，使混凝土結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞。當(dāng)水中硫酸鹽濃度較高或存在硫酸鈣時(shí)，硫酸鹽將在孔隙中直接結(jié)晶成二水石膏，體積膨脹，也導(dǎo)致混凝土破壞。

2）鹽類結(jié)晶膨脹一些濃度較高（10%）的含堿溶液，能與硬化水泥漿體組分發(fā)生反應(yīng)，生成膠結(jié)力弱，易為堿性溶液溶析的產(chǎn)物，而且也會(huì)有結(jié)晶膨脹作用。例如NaOH即可發(fā)生下列反應(yīng)2CaO·SiO2·nH2O+2NaOH=2Ca(OH)2+Na2SO4+(n-1)H2O3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH=3Ca(OH)2+Na2O·Al2O3+4H2O還可滲入漿體空隙后，再與空氣中的二氧化碳的作用下形成含大量結(jié)晶水的Na2CO3·10H2O，在結(jié)晶時(shí)造成硬化水泥漿體脹裂，從而導(dǎo)致混凝土破壞。

除了上述幾種主要的侵蝕作用外，還有一些其他物質(zhì)，如糖類、脂肪及強(qiáng)堿等對(duì)水泥也有侵蝕作用。一般來(lái)說(shuō)，堿的溶液對(duì)水泥無(wú)害，因水泥水化物中的氫氧化鈣本身就是堿性化合物。只有當(dāng)堿溶液的濃度較高時(shí)，對(duì)硬化水泥漿體發(fā)生緩慢侵蝕，溫度升高會(huì)使侵蝕作用加速。綜上所述，使混凝土遭受侵蝕的根本原因，在于混凝土本身成分中存在有引起侵蝕的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣；另外也由于混凝土本身不夠密實(shí)，使侵蝕介質(zhì)易于進(jìn)入內(nèi)部。

根據(jù)產(chǎn)生侵蝕的原因，可采取下列防侵蝕措施。（1）據(jù)環(huán)境侵蝕介質(zhì)的特點(diǎn)，選擇適當(dāng)品種的水泥。（2）適量提高混凝土的密實(shí)度，減少滲透作用，如降低水灰比，摻加外加劑和混合材料等。（3）當(dāng)環(huán)境侵蝕介質(zhì)作用較強(qiáng)時(shí)，可在混凝土或砂漿表面設(shè)置耐侵蝕性強(qiáng)且不透水的防護(hù)層，如采用耐酸石材、耐酸陶瓷、瀝青及塑料等材料。

4、堿—骨料反應(yīng)（堿—集料反應(yīng)）堿骨料反應(yīng)是指水泥中的堿（鉀、鈉）與骨料中的活性二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在骨料表面生成復(fù)雜的堿—硅酸鹽凝膠，吸水，體積膨脹，從而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生膨脹開裂而破壞，這種現(xiàn)象稱為堿骨料反應(yīng)。

主要破壞來(lái)源兩個(gè)方面：一是堿性硅酸鹽凝膠膨脹破壞；二是發(fā)生堿-碳酸鹽反應(yīng)，產(chǎn)生反白云石化破壞。1）堿性硅酸鹽凝膠吸水膨脹破壞

堿骨料反應(yīng)主要是由于水泥中堿含量較高（R2O>0.6%），而同時(shí)骨料中又含有活性二氧化硅，堿與活性二氧化硅反應(yīng)，形成堿性硅酸鹽凝膠。上式反應(yīng)生成的堿性硅酸凝膠有相當(dāng)強(qiáng)的吸水性能，在積聚水分的過(guò)程中產(chǎn)生膨脹而將硬化漿體結(jié)構(gòu)脹裂破壞。討論：堿骨料反應(yīng)通常很慢，要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后才會(huì)明顯出現(xiàn)。影響堿骨料反應(yīng)的因素很多，主要與水泥中堿含量、活性骨料含量及粒徑、水含量等有關(guān)。發(fā)生堿骨料反應(yīng)的三個(gè)條件：A、水泥中存在一定含量的堿

一般R2O<0.6%時(shí)，不會(huì)發(fā)生明顯膨脹。B、存在一定含量的活性骨料（主要為活性二氧化硅）研究表明：當(dāng)活性二氧化硅含量很少時(shí)，即使堿含量高也不會(huì)發(fā)生堿骨料反應(yīng)，但當(dāng)其到達(dá)一定含量時(shí)，隨著活性二氧化硅含量增加，堿性硅酸鹽凝膠越多，膨脹越大。而當(dāng)其超過(guò)“最危險(xiǎn)含量后，出現(xiàn)相反的情況，這就是為什么摻加活性硅粉、火山灰、粉煤灰等，可有效抑制堿骨料反應(yīng)的原因。C、存在水分。2）反白云石化破壞

水泥中堿可與白云石質(zhì)石灰石產(chǎn)生膨脹反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土破壞。稱為堿—碳酸鹽反應(yīng)。

上述反應(yīng)也稱為反白云石化反應(yīng)。該反應(yīng)使白云石中粘土礦物暴露并吸水膨脹而造成破壞。同時(shí)，由于水泥漿體結(jié)構(gòu)中有較多的Ca(OH)2存在，還會(huì)發(fā)生反應(yīng)：此反應(yīng)使反白云石化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，不斷循環(huán)，造成更為嚴(yán)重的破壞。綜上所述，要提高混凝土質(zhì)量，防止堿骨料反應(yīng)，可采取如下措施：A、盡量降低水泥中堿含量；B、采取適當(dāng)粒徑的骨料，降低活性集料含量；C、控制水分進(jìn)入；D、根據(jù)實(shí)際情況摻加適量活性氧化硅或火山灰、粉煤灰等超細(xì)細(xì)。5、材料耐久性的評(píng)定對(duì)材料耐久性的評(píng)定，可根據(jù)某些指標(biāo)將材料劃分為若干等級(jí)，如混凝土的抗?jié)B等級(jí)、抗凍等級(jí)等。但是材料的耐久性又是一項(xiàng)綜合性質(zhì)，實(shí)際工程中材料破壞的原因往往不是孤立的一種因素，而是幾種因素的聯(lián)合作用。在具體工程環(huán)境下，不同類別的材料其抵抗破壞能力也各不相同。如石料在水中除了會(huì)發(fā)生滲透和降低強(qiáng)度等物理作用外，還可能受到環(huán)境水的侵蝕作用，在北方冬季，石料、混凝土甚至還要受到凍融的破壞。再有象有機(jī)質(zhì)材料瀝青、塑料等，在空氣、陽(yáng)光、溫度變化作用下，會(huì)出現(xiàn)老化變脆開裂等現(xiàn)象，而木材等常常會(huì)受到蟲類或微生物菌類的侵蝕引起腐朽破壞。

6、提高耐久性的措施在一定的環(huán)境條件下，合理選擇材料的正確施工，改善材料的使用條件，減輕外界作用對(duì)材料的影響，采取表面保護(hù)措施，或使用耐腐蝕材料，可以提高材料的耐久性。提高材料耐久性主要途徑：1）提高密實(shí)性，改善孔結(jié)構(gòu)2）合理選擇材料組成3）采用外加材料4）表層處理或涂覆綜上所述：1、高性能混凝土的核心是混凝土的耐久性。2、水泥混凝土耐久性從本質(zhì)來(lái)講關(guān)鍵在于：（1）混凝土結(jié)構(gòu)組份中的易受侵害組份的數(shù)量與性能；（2）孔隙率及孔結(jié)構(gòu)。提高混凝土的耐久性是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及水泥性能（水泥生產(chǎn)企業(yè)）、新拌混凝土的工作性能（商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)）、混凝土施工質(zhì)量（施工企業(yè)）等?？傊?、水泥企業(yè)應(yīng)產(chǎn)好水泥；2、商品混凝土企業(yè)應(yīng)用好水泥、拌好混凝土。注：施工不討論。一、傳統(tǒng)高鈣水泥的“三高一低”缺陷1、高能耗（1）熟料形成熱高碳酸鈣在水泥生料中所占比例約為80%左右，其分解形成氧化鈣的過(guò)程是一個(gè)強(qiáng)吸熱過(guò)程，是熟料煅燒過(guò)程中消耗熱量最多的一個(gè)環(huán)節(jié)。研究表明，在熟料煅燒過(guò)程中，碳酸鹽分解吸熱約占總吸熱的50%左右，有些甚至高于熟料的總形成熱。由此可見，生料中碳酸鈣含量越高，熟料形成熱越高。（2）燒成溫度高理論上純硅酸三鈣形成的溫度條件在1350～1345℃之間，且需一定的保溫時(shí)間（形成時(shí)間，工況下為燒成帶的長(zhǎng)度或燒成時(shí)間），雖然在工況下其形成溫度略有降低，但一般在1300℃以上。為保證燒成溫度和必要的燒成時(shí)間，工況下不得不增加燃料量，使系統(tǒng)熱耗增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年全國(guó)水泥總能耗折合標(biāo)煤1.47億噸，占全國(guó)能源消耗的4.74%，而我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)采比不足百年，可見節(jié)約能源勢(shì)在必行?！?產(chǎn)好水泥—高性能水泥2、高資源消耗生產(chǎn)1噸水泥熟料約需1.3噸左右石灰石2009年我國(guó)水泥產(chǎn)能已超過(guò)13億噸水泥/年按年水泥用量10億噸，熟料用量70%計(jì)算，年需水泥熟料量約7億噸，也就是說(shuō)年消耗石灰石9.1億噸。

據(jù)原國(guó)家建材局地質(zhì)中心統(tǒng)計(jì)，全國(guó)石灰?guī)r分布面積約43.8萬(wàn)KM2（未包括西藏和臺(tái)灣），約占國(guó)土面積的1/20，其中能供做水泥原料的石灰?guī)r資源量約占總資源量的1/4～1/3。目前我國(guó)已發(fā)現(xiàn)水泥石灰?guī)r礦點(diǎn)有七、八千處，已有探明儲(chǔ)量的有1286處，共計(jì)保有礦石儲(chǔ)量542億噸，其中石灰?guī)r儲(chǔ)量504億噸，占93%；大理巖儲(chǔ)量38億噸，占7%。如按已探明總儲(chǔ)量542億噸，年消耗量9.1億噸計(jì)算，我國(guó)水泥生產(chǎn)石灰石資源可用年限不足60年。同時(shí)，為了滿足環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡，防止水土流失，風(fēng)景旅游等方面的需要，特別是隨著我國(guó)小城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃的不斷完善和落實(shí)，可供水泥生產(chǎn)的石灰?guī)r開采量還將減少。3、高廢氣排放1.2.3高廢氣排放碳酸鈣分解形成氧化鈣的同時(shí)，放出大量CO2，與此同時(shí)由于高鈣時(shí)碳酸鈣分解所需熱量增加，燃料燃燒產(chǎn)生的CO2、CO、SO2、NOX等氣體也相應(yīng)增加，造成對(duì)大氣的污染。生產(chǎn)1噸水泥熟料，需排放粉塵20kg，排放CO21000kg，排放SO20.24kg，排放NOx0.15kg。年份粉塵（萬(wàn)噸）CO2（萬(wàn)噸）SO2（萬(wàn)噸）NOx（萬(wàn)噸）備注2002145051000122772003167058000139872010200070000168107預(yù)測(cè)水泥工業(yè)是粉塵、CO2和SO2的排放大戶，其排放量分別為全國(guó)工業(yè)生產(chǎn)總排放量的27.10%、21.8%和4.85%。CO2、SO2和NOx是造成地球溫室效應(yīng)和酸雨的有害氣體，應(yīng)想盡一切辦法減少這類氣體的排放。4、低耐久性（1）高氫氧化鈣生成（2）高水化熱硅酸鹽與水作用均生成水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠，并生成一定量的氫氧化鈣，C3S水化生成的氫氧化鈣含量比C2S高。水泥石中氫氧化鈣是重要的強(qiáng)度組份，但也是水泥石耐久性的關(guān)鍵。氫氧化鈣含量越高，越易受到環(huán)境淡水、酸性物等介質(zhì)的腐蝕，造成混凝土的破壞。反應(yīng)同時(shí)放出大量水化熱，在四種礦物中，從單礦物來(lái)講鋁酸三鈣水化熱最高，但在水泥中由于硅酸三鈣含量高，其水化放熱最高。高水化熱是造成混凝裂縫的重要因素。二、綠色高性能水泥目前部分水泥生產(chǎn)廠家對(duì)水泥的高性能化認(rèn)識(shí)不全面。在我國(guó)，水泥與混凝土分屬于兩個(gè)行業(yè)，生產(chǎn)水泥的技術(shù)人員不十分了解混凝土技術(shù)及進(jìn)展，更不注意如何使水泥的性能與配制混凝土技術(shù)相適應(yīng)，往往將高標(biāo)號(hào)、高比表面積的水泥認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)水泥的唯一標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果出現(xiàn)了水泥與外加劑相容性差，配制大體積混凝土?xí)r溫度應(yīng)力大、收縮大及耐久性差等問(wèn)題，甚至出現(xiàn)不應(yīng)該發(fā)生的所謂“水泥質(zhì)量”糾紛。水泥的高性能化應(yīng)包括以下三方面的含義：

是用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的可大幅度提高各項(xiàng)物理性能的水泥。

可滿足混凝土性能的不同要求，顯著改善混凝土的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能，更有利于實(shí)現(xiàn)混凝土的對(duì)建筑工程質(zhì)量及各種施工條件的適應(yīng)性。

在配制混凝土?xí)r，能夠用最少的水泥用量來(lái)達(dá)到最滿意的工程質(zhì)量要求的混凝土性能目標(biāo)。

高性能水泥是與高性能混凝土（HPC）互相匹配和適應(yīng)的，并且體現(xiàn)在以這種水泥配制的混凝土具有高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性。

高工作性主要表現(xiàn)為高流動(dòng)性、高抗離析性、高保水性、高保塑性和高兼容性高強(qiáng)度表現(xiàn)為早期相對(duì)強(qiáng)度高，強(qiáng)度絕對(duì)值高，強(qiáng)度衰減期較長(zhǎng)高耐久性主要表現(xiàn)為高抗?jié)B性、高尺寸穩(wěn)定性、高抗蝕性和高抗堿集料反應(yīng)性等一種性能優(yōu)良的水泥應(yīng)當(dāng)是上述3個(gè)方面的綜合體現(xiàn)，而不是由某一方面性能指標(biāo)（例如強(qiáng)度）的高低來(lái)衡量的。因?yàn)橹苽涓咝阅芑炷脸艘笏鄰?qiáng)度以外，還取決于水泥對(duì)混凝土制備工藝的適應(yīng)性等因素。綠色高性能水泥是水泥工業(yè)的發(fā)展方向。水泥工業(yè)實(shí)現(xiàn)“新型工業(yè)化”戰(zhàn)略目標(biāo)，中心課題是資源、能源和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，而關(guān)鍵是圍繞水泥工業(yè)“綠化”進(jìn)程，利用高新技術(shù)合成綠色高性能生態(tài)水泥。綜上所述，綠色高性能水泥，是指盡量降低不可再生自然資源、能源的消耗，減少對(duì)環(huán)境的污染，更多地利用工業(yè)廢渣和二次能源，生產(chǎn)出高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性等使用性能優(yōu)越的水泥產(chǎn)品。三、水泥高性能化措施1、優(yōu)化熟料的礦物組成（1）關(guān)于C3SC3S水化快，在水化過(guò)程中產(chǎn)生層狀和凝膠狀Ca(OH)2，對(duì)水泥水化初始形成的纖維狀和片狀骨架空隙起填充密實(shí)作用。它是強(qiáng)度骨干，而且耐磨性好，干縮性小。但從3d到28d，水泥抗折強(qiáng)度的增進(jìn)率隨C3S含量的增加而減小，而抗壓強(qiáng)度的增進(jìn)率卻明顯增大，這就說(shuō)明水泥石的脆性增大，抗裂性變差。此外，C3S的水化放熱量及放熱速率都較大，僅次于C3A，這對(duì)大體積混凝土的施工是不利的。（3）關(guān)于C3AC2S水化速度慢，約為C3S的1/20。C2S的最大優(yōu)點(diǎn)是水化熱低，抗水性好，后期強(qiáng)度高，在1年之后可趕上C3S。此外，C2S的干縮性最小，水化28d后的收縮值約為C3S的1/4。也有人認(rèn)為C2S在水化早期對(duì)水泥石抗折強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于抗壓強(qiáng)度，它是低需水性水泥的主要礦物。（2）關(guān)于C2SC3A在水泥4種礦物中水化、凝結(jié)速度最快，是水泥石產(chǎn)生早強(qiáng)的主要礦物。但是，C3A強(qiáng)度絕對(duì)值不高，而且后期產(chǎn)生倒縮現(xiàn)象，C3A水化放熱量大且集中，水化后通過(guò)層間水的蒸發(fā)以及形成的水化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)型過(guò)程中體積縮小而產(chǎn)生較大的收縮。此外，C3A水化需水量較大，對(duì)水泥拌和物的流動(dòng)性不利；C3A含量高，水泥石的抗硫酸鹽侵蝕性能差。（4）關(guān)于C4AF

C4AF在四種礦物中是耐磨性好的。據(jù)試驗(yàn)，水泥中每增加1%C4AF，磨損系數(shù)減小0.014%～0.033。此外，C4AF與C3A相比，不僅有較高的早期強(qiáng)度，而且后期強(qiáng)度還能有所增長(zhǎng)，C4AF對(duì)抗折強(qiáng)度的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于抗壓強(qiáng)度，即脆性系數(shù)特別低。C4AF的另一個(gè)重要作用是生成凝膠狀鐵酸鹽，使水泥石具有較大的變形能力。但是C4AF過(guò)高，對(duì)熟料的煅燒和水泥粉磨都會(huì)造成很大的困難。（5）水泥熟料礦物組成的控制

1）高性能水泥熟料應(yīng)有足夠的硅酸鹽礦物含量，而熔劑礦物C3A和C4AF的總量不宜過(guò)高。一般地，要求C3S與C2S的合量在75%以上，C3A與C4AF的合量在20%左右，對(duì)應(yīng)的硅酸率在2.0～2.5之間。除大體積混凝土工程外，一般混凝土工程要求水泥有較高的早期強(qiáng)度，硅酸鹽礦物中C3S的含量可高一些。但從耐久性方面考慮，在保證水泥必要強(qiáng)度的情況下，應(yīng)盡可能降低C3S。

2）熔劑礦物中C3A含量高對(duì)水泥早期強(qiáng)度也是有利的，但過(guò)高會(huì)導(dǎo)致水泥早期水化熱過(guò)高而引起混凝土產(chǎn)生熱應(yīng)力開裂和降低抗硫酸鹽侵蝕性能等弊端。一般C3A在熟料中其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在8%～9%，最多不超過(guò)10%，相應(yīng)的IM為1.4～2.0。應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：（1）為提高低鈣硅酸鹽水泥的強(qiáng)度性能，在滿足C2S含量大于40%的條件下，應(yīng)適當(dāng)提高熟料中C3S含量，并相應(yīng)增加硅酸鹽礦物總量。（2）從混凝土高強(qiáng)化及高流動(dòng)性要求角度看，增加熟料中硅酸鹽礦物特別是C2S數(shù)量，減少中間相C3A、C4AF總量特別是C3A含量，是獲得低需水量、高流動(dòng)性低鈣硅酸鹽水泥的重要途徑。（3）為降低水泥水化熱，提高所形成熟料礦物中貝利特相的水化活性及混凝土的耐久性，應(yīng)降低中間相組成中的C3A含量。（4）在熟料中引入高早強(qiáng)礦物C4A3，是提高低鈣硅酸鹽水泥早強(qiáng)的重要途徑之一，并能改善低鈣水泥水化反應(yīng)初期的某些性能如抗碳化、抗?jié)B性等。但含C4A3低鈣硅酸鹽水泥的凝結(jié)時(shí)間控制問(wèn)題，還需開展深入研究。（6）對(duì)高性能低鈣水泥組份設(shè)計(jì)2、選擇合理的粉磨工藝

略。另講授。

3、采用非熟料的其他組分對(duì)水泥進(jìn)行改性常規(guī)方法生產(chǎn)的硅酸鹽水泥很難同時(shí)滿足高性能水泥在工作性、強(qiáng)度、耐久性三方面的要求，即使采用新的粉磨技術(shù)將水泥磨得很細(xì)，滿足了強(qiáng)度密實(shí)性和砂漿流動(dòng)性要求，但對(duì)干縮性和水化熱卻非常不利。用混合材，配合外加劑（又稱第4組分）往往能使水泥性能達(dá)到比較理想的狀態(tài)。水泥熟料雖然具有很高的水化活性，但其成本高，且水泥放熱量大而集中，而輔助膠凝材料恰恰相反。試驗(yàn)表明，將輔助膠凝材料按適當(dāng)比例加入水泥中，在一定的條件下，將產(chǎn)生形貌效應(yīng)、填充效應(yīng)和活性效應(yīng)。例如，在水泥中摻磨細(xì)的礦渣和粉煤灰，由于粉煤灰具有球形粒子的外形特征，它與超細(xì)礦渣一起在水泥拌和物中起“潤(rùn)滑”作用，從而改善水泥拌和物的流動(dòng)性，降低需水量。由于粉煤灰和礦渣的摻入取代了部分水泥熟料，降低了膠凝材料的水化熱，提高了水泥混凝土的尺寸穩(wěn)定性。此外，磨細(xì)粉煤灰和礦渣微細(xì)粉還起微集料作用，提高了水泥石的密實(shí)度。

輔助膠凝材料的活性效應(yīng)輔助膠凝材料的活性效應(yīng)是在物理作用和化學(xué)作用下實(shí)現(xiàn)的物理作用：就是將輔助膠凝材料充分磨細(xì)，使其活性成分在水泥水化系統(tǒng)內(nèi)的溶解量和溶解速度提高，從而生成新的水化產(chǎn)物化學(xué)作用：是指沒有溶解的活性組分（通常為玻璃體和結(jié)晶體結(jié)構(gòu)）在水泥水化相中堿的作用下，結(jié)構(gòu)解體，產(chǎn)生等離子和離子團(tuán)，它們進(jìn)入溶液形成新的水化產(chǎn)物。但是，隨著輔助膠凝材料的摻量增加，熟料含量減少，水化生成的Ca(OH)2相應(yīng)減少，水化溶液中的堿度降低，則難以分解玻璃體網(wǎng)絡(luò)，輔助膠凝材料的活性得不到充分發(fā)揮，這時(shí)可在水泥中引入化學(xué)外加劑來(lái)解決。化學(xué)外加劑化學(xué)外加劑分為兩類一類是無(wú)機(jī)堿性物質(zhì)：它仍然是依靠提高溶液的堿濃度來(lái)破壞玻璃體結(jié)構(gòu)，但這類外加劑加入后，水泥中總體堿含量提高將可能導(dǎo)致水泥混凝土中堿集料反應(yīng)而影響混凝土的耐久性。因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限制在水泥中使用此類化學(xué)外加劑。另一類是有機(jī)化合物：它除了能分解玻璃體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，激發(fā)混合材的潛在活性外，還兼有助磨和減水等功效。目前已有部分產(chǎn)品得到應(yīng)用。綜上所述，要實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)的“綠化”，我們應(yīng)加強(qiáng)以下兩方面的工作：（1）進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)理論、低鈣（如貝利特水泥）等新組分水泥的研究或其他更廣泛的膠凝材料的研究，從本體上解決現(xiàn)有缺陷。（2）在現(xiàn)有組成設(shè)計(jì)和新型干法生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)新技術(shù)的消化和更新改造，優(yōu)化熟料質(zhì)量、優(yōu)化粉磨、改善混合材料等性能以現(xiàn)實(shí)多摻混合材的目的，從而達(dá)到低鈣、低消耗、高性能的目的?！?

拌好混凝土—新拌混凝土的工作性控制（1）新拌混凝土的基本要求1）易于拌和與運(yùn)輸；2）質(zhì)量均一、穩(wěn)定、易于澆注；3）易于振搗與密實(shí)；最好避免振搗、自密實(shí)、低燥音或無(wú)燥；4）澆注、密實(shí)、成型過(guò)程中不產(chǎn)生離析、分層；5）成型后的混凝土表面易于修整。（2）工作性新拌混凝土的粘聚性、稠度、流動(dòng)性、可泵性、易密實(shí)性、可修整性等綜合性能稱為混凝土的工作性工作性也可以定義為：制備充分密實(shí)而不產(chǎn)生分層離析的混凝土所需要的機(jī)械功（或能量）。（3）影響工作性的主要因素1）用水量與高效減水劑混凝土拌合物的初始狀態(tài)可看作是由膠凝材料、集料等固體顆粒與水組成的一種流體。其中水可以分成三部分：A、吸附在固體顆粒表面的吸附水；B、填充在固體顆粒間的填充水；C、多加的附加水（自由水）。分析與討論：a、附加水對(duì)固體顆粒的流動(dòng)起著分離、潤(rùn)滑的作用；因此水固比越大，拌合物塑性粘度越小，流動(dòng)性越大，易于拌和。但過(guò)多的自由水（附加水）將導(dǎo)致拌合物分層、離析。b、在水固比一定的條件下，固體顆粒堆積孔隙越少，需要的填充水越少，而附加水也就相應(yīng)增多，有利用拌合物的流動(dòng)。c、固體顆粒越細(xì)，表面積越大，需要的吸附水越多，自由水就越少，塑性粘度和屈服應(yīng)力將越大，拌和物流動(dòng)性降低。d、固體顆粒表面吸附膜的厚度與其物理、化學(xué)特性及電性能有關(guān)。采用高效減水劑可以改變固體顆粒，特別是膠凝材料顆粒的表面性能，防止顆粒聚集，并減小吸附水膜的厚度，增大拌合物的流動(dòng)性。一、混凝土的工作性（1）新拌混凝土的基本要求（2）工作性（3）影響工作性的主要因素1）用水量與高效減水劑2）集料配比與集料性質(zhì)主要包含三個(gè)方面：A、集料的總量；B、粗、細(xì)集料的比例；C、集料的性質(zhì)a、水灰比一定的條件下，集灰比增加將降低工作性；b、集料粒徑越小，需要越多的水泥才能保持較好的工作性；c、細(xì)集料偏少將使拌合物粗糙、容易分層，澆注和修飾困難；d、細(xì)集料偏多（砂率偏大），工作性在一定范圍內(nèi)會(huì)變好，但是經(jīng)濟(jì)性較差，混凝土收縮會(huì)增大，硬化混凝土對(duì)水、氣、介質(zhì)滲透能力降低；e、集料的幾何特征對(duì)拌合物的工作性影響也較大。球形集料有滾珠效應(yīng)，表面吸水少，利于工作性。多棱多角集料機(jī)械咬合強(qiáng)，不利于工作性。扁平與長(zhǎng)條狀集料，表面積-體積比高，需要較多的水和水泥，不利于工作性。光滑的比粗糙的更有利于工作性。多孔、吸水率高的將降低工作性。3）水泥與摻合料的特性A、水灰比不變時(shí)，增大水泥用量將明顯有利于工作性的提高，但過(guò)高的水泥用量不僅不經(jīng)濟(jì)，還會(huì)導(dǎo)致混凝土體積穩(wěn)定性變壞；B、膠凝材料越細(xì)，表面積越大，吸附水就越多，水化反應(yīng)消耗水的速度也越快；不利于工作性。C、水泥中C3A、C3S含量越高，水化反應(yīng)越快，消耗水的速度越快，也會(huì)降低工作性。D、拌合時(shí)水泥溫度越高，越不利于工作性。4）環(huán)境溫度環(huán)境溫度越高，水向環(huán)境蒸發(fā)速度以及水泥水化反應(yīng)速度越快，不利于工作性。因此高溫季節(jié)施工時(shí)需多用水，更多應(yīng)采措保水措施。5）經(jīng)時(shí)損失產(chǎn)生經(jīng)時(shí)損失的原因：拌合后由于水的蒸發(fā)、水被吸收和吸附，以及水泥的水化耗水，再加之新的水化產(chǎn)物的形成改變了顆粒的表面結(jié)構(gòu)，所以混凝土拌合后隨著時(shí)間的推移，其拌合物的工作性會(huì)發(fā)生降低，此降低稱為損失，即經(jīng)時(shí)損失。減小經(jīng)時(shí)損失的主要方法是摻加外加劑?！?

拌好混凝土—新拌混凝土的工作性控制一、混凝土的工作性二、高性能混凝土原材料的選擇（一）原材料性能與混凝土質(zhì)量

1、普通混凝土（四組份混凝土）的組成材料（1）水泥（2）粗集料（石子）（3）細(xì)集料（砂）（4）水2、普通混凝土中各組成材料的作用（1）水泥凈漿膠凝材料的作用1）包裹集料表面并填充集料空隙2）使混凝土拌合物具有適于施工的工作性能3）使硬化混凝土具有所需的強(qiáng)度、耐久性等重要性能硬化水泥漿的性能主要取決于水泥的性能、水灰比、水泥水化程等。（2）集料的作用1）作為廉價(jià)的填充材料，降低混凝土成本2）提供良好的體積穩(wěn)定性和更好的耐久性3）作為調(diào)節(jié)材料，減少水泥凈漿的發(fā)熱與干縮等不良作用集料的粒徑、級(jí)配、強(qiáng)度、有害雜質(zhì)的含量等都會(huì)影響混凝土的質(zhì)量與性能。（3）摻合料的作用（4）外加劑的作用（5）水的作用（二）水泥的選擇1、水泥品種的選擇配制一般的混凝土可以選用硅酸鹽水泥、普硅、礦渣、火山灰水泥及粉煤灰水泥、復(fù)合水泥等通用水泥。水泥的品種應(yīng)根據(jù)混凝土工程特點(diǎn)及所處的環(huán)境合理選擇，見下表。2、水泥強(qiáng)度等級(jí)的選擇（1）水泥的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)根據(jù)混凝土或砂漿的性能合理選擇。（2）高強(qiáng)度的水泥用于拌制高強(qiáng)混凝土；低強(qiáng)水泥用于配制低強(qiáng)度等級(jí)混凝土或砌筑砂漿。（3）水泥強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)與混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)相適應(yīng)，一般以水泥強(qiáng)度等級(jí)為混凝土強(qiáng)度等級(jí)的1.5～2倍較為經(jīng)濟(jì)，用強(qiáng)度過(guò)高的水泥配制低強(qiáng)度混凝土?xí)r或砂漿時(shí)，為保證和易性，可摻入適量的混合材料，如粉煤灰。（4）配制C60以上強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)混凝土，應(yīng)選用強(qiáng)度等級(jí)不低于52.5且質(zhì)量穩(wěn)定的水泥；用高強(qiáng)度的水泥配制低強(qiáng)度等級(jí)混凝土?xí)r，水泥用量偏少，混凝土的和易性不易保證，可在拌制混凝土?xí)r加入摻合料（如粉煤灰）加以改善。（1）集料的表觀密度（5）集料的有害物質(zhì)

（2）集料的吸水率與含水率（3）集料的粒形與強(qiáng)度（4）集料的粒度與級(jí)配（三）集料和水1、集料品質(zhì)與混凝土性能（6）集料的耐久性

集料的主要性質(zhì)及其對(duì)混凝土性能的影響砂的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)砂應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔、有害雜質(zhì)含量不超過(guò)限量項(xiàng)目ⅠⅡⅢ含泥量（按質(zhì)量計(jì)）（%）＜1.0＜3.0＜5.0粘土塊（按質(zhì)量計(jì)）（%）0＜1.0＜2.0云母（按質(zhì)量計(jì)）（%）＜1.0＜2.0＜2.0硫化物與硫酸鹽（按SO3質(zhì)量計(jì)）（%）＜0.5＜0.5＜0.5氯化物（按氯離子質(zhì)量計(jì)）（%）＜0.01＜0.02＜0.06堅(jiān)固性天然砂（硫酸鈉溶液浸漬5個(gè)循環(huán)后，其質(zhì)量損失）（%）＜8＜8＜10人工砂（單級(jí)最大壓碎指標(biāo)）（%）＜20＜25＜30人工砂的石粉含量（按質(zhì)量計(jì)）（%）MB值＜1.4或合格＜3.0＜5.0＜7.0MB值≥1.4或不合格＜1.0＜3.0＜5.0粗骨料的質(zhì)量要求（1）含泥量及有害雜質(zhì)粗骨料中的有害雜質(zhì)主要有：粘土、細(xì)屑、硫化物、硫酸鹽及有機(jī)物等項(xiàng)目Ⅰ級(jí)Ⅱ級(jí)Ⅲ級(jí)針片狀顆粒（按質(zhì)量計(jì)）（%）＜5＜15＜25泥（按質(zhì)量計(jì)）（%）＜0.5＜1.0＜1.5粘土塊（按質(zhì)量計(jì)）（%）0＜0.5＜0.7硫化物與硫酸鹽（按SO3質(zhì)量計(jì)）（%）＜0.5＜1.0＜1.0堅(jiān)固性（硫酸鈉溶液浸漬5個(gè)循環(huán)后的質(zhì)量損失（%）＜5＜8＜12（2）顆粒形狀卵石及碎石的形狀以接近卵形或立方體為較好。針狀顆粒和片狀顆粒不僅本身容易折斷，而且使空隙率增大，影響混凝土的質(zhì)量。粗骨料中針、片狀顆粒的含量不應(yīng)大于下表的規(guī)定。粗骨料的質(zhì)量要求（1）含泥量及有害雜質(zhì)（2）顆粒形狀（3）強(qiáng)度國(guó)標(biāo)規(guī)定，碎石或卵石的強(qiáng)度，可用巖石立方體強(qiáng)度和壓碎指標(biāo)兩種方法表示。在選擇采石場(chǎng)或?qū)Υ止橇蠌?qiáng)度有嚴(yán)格要求或?qū)|(zhì)量有爭(zhēng)議時(shí)，宜用巖石立方體強(qiáng)度作檢驗(yàn)。對(duì)經(jīng)常駐性的生產(chǎn)質(zhì)量控制則用壓碎指標(biāo)值檢驗(yàn)較為方便。1）抗壓強(qiáng)度用Φ50×50mm的圓柱體試件或邊長(zhǎng)為50mm的立方體試件，在水中浸泡48h，使試件達(dá)到水飽和狀態(tài)后進(jìn)行測(cè)定。要求抗壓強(qiáng)度≥45MPa。同時(shí)極限抗壓強(qiáng)度與所采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)之比不應(yīng)小于1.5。2）壓碎指標(biāo)表示粗骨料到的強(qiáng)度時(shí)，是將一定質(zhì)量氣干狀態(tài)下的10～20mm的石子裝入一定規(guī)格的圓筒內(nèi)，在壓力機(jī)上施加荷載到200KN，卸載后稱取試樣質(zhì)量(m0)，用孔徑為2.5mm的篩篩除被壓碎的細(xì)粒后稱取試樣的篩余量（m1）壓碎指標(biāo)表示石子抵抗壓碎的能力，壓碎指標(biāo)愈小，表示粗骨料抵抗受壓破壞的能力越強(qiáng)。項(xiàng)目Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類碎石壓碎指標(biāo)（%）＜10＜20＜30卵石壓碎指標(biāo)（%）＜12＜16＜16粗骨料的質(zhì)量要求（1）含泥量及有害雜質(zhì)（2）顆粒形狀（3）強(qiáng)度（4）堅(jiān)固性（體積穩(wěn)定性）項(xiàng)目Ⅰ級(jí)Ⅱ級(jí)Ⅲ級(jí)針片狀顆粒（按質(zhì)量計(jì)）（%）＜5＜15＜25泥（按質(zhì)量計(jì)）（%）＜0.5＜1.0＜1.5粘土塊（按質(zhì)量計(jì)）（%）0＜0.5＜0.7硫化物與硫酸鹽（按SO3質(zhì)量計(jì)）（%）＜0.5＜1.0＜1.0堅(jiān)固性（硫酸鈉溶液浸漬5個(gè)循環(huán)后的質(zhì)量損失（%）＜5＜8＜121)有抗凍要求的混凝土所用的粗骨料，要求測(cè)定其堅(jiān)固性。2)堅(jiān)固性可用硫酸鈉溶液浸漬法檢驗(yàn)。3)骨料越密實(shí)，強(qiáng)度越高，吸水率越小時(shí)，其堅(jiān)固性越好；而結(jié)構(gòu)疏松，礦物成分越復(fù)雜、不均勻，其堅(jiān)固性越差堅(jiān)固性指標(biāo)參見相關(guān)規(guī)范。2、混凝土拌和及養(yǎng)護(hù)用水A：不影響混凝土的凝結(jié)與硬化；B：無(wú)損于混凝土強(qiáng)度發(fā)展及耐久性；C：不加快鋼筋銹蝕；D：不引起預(yù)應(yīng)力鋼筋脆斷；E：不污染混凝土表面。1、對(duì)混凝土用水的質(zhì)量要求2、主要水源飲用水、地表水、地下水、海水以及經(jīng)適當(dāng)處理后的工業(yè)污水。3）海水中含有較多硫酸鹽和氯鹽，影響混凝土的耐久性和加速混凝土中鋼筋的銹蝕，因此對(duì)鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，不得采用海水拌制，4）對(duì)有飾面要求的混凝土，也不得采用海水拌制。5）工業(yè)污水經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可用于拌制混凝土。6）生活污水的水質(zhì)比質(zhì)復(fù)雜，不能用于拌制混凝土。7）對(duì)水質(zhì)有懷疑時(shí)，應(yīng)將待檢驗(yàn)水與蒸餾水分別做水泥凝結(jié)時(shí)間和砂漿或混凝土強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)。對(duì)比結(jié)果應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)定要求。1）拌制混凝土?xí)r宜采用飲用水。2）地表水和地下水常溶有較多的有機(jī)質(zhì)和礦物鹽類，必須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定合格后方可使用。（四）外加劑（略）加講授。注意以下幾個(gè)方面：1、必須做實(shí)驗(yàn)；2、必須考慮與水泥的相容性；3、必須考慮混凝土使用的工程環(huán)境；4、必須考慮混凝土拌制與施工環(huán)境。減水劑對(duì)水泥的適應(yīng)性（1）水泥中C3A、C3S的含量

通過(guò)對(duì)水泥單礦物C3A、C4AF、C3S和C2S對(duì)減水劑溶液等溫吸附的研究證明，對(duì)減水劑的吸附活性鋁酸鹽大于硅酸鹽，其吸附活性順序是：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。由于C3A對(duì)減水劑的選擇吸附，使吸附量顯著增大，這樣就會(huì)降低減水劑的減水作用。

當(dāng)C3A與二水石膏（CaSO4·2H2O）同時(shí)存在時(shí)，由于形成鈣礬石使減水劑的吸附量有所下降。

高效減水劑在不同C3A含量的水泥上的吸附等溫線也表明隨著水泥中C3A含量增高，對(duì)減水劑的吸附增大，因此減水劑作用減小。（2）減水劑對(duì)石膏溶解度的影響1）木鈣和糖蜜減水劑用于二水石膏調(diào)凝劑的水泥混凝土中時(shí)，其凝結(jié)正常，但是當(dāng)用于硬石膏（CaSO4）作調(diào)凝劑的水泥中就會(huì)產(chǎn)生異常凝結(jié)（假凝）。其原因是木鈣和糖蜜減水劑對(duì)二水石膏和硬石膏的溶解度影響程度不同。因此可溶性SO3不足，生產(chǎn)鈣礬石減少，使水泥產(chǎn)生假凝。

但是，在此情況下C3A含量小于8%時(shí)不會(huì)產(chǎn)生假凝；而C3A大于8%時(shí)則會(huì)產(chǎn)生假凝。2）木鈣和多元醇系減水劑使所有的石膏溶解度降低；3）羥基羧酸基和醚系減水劑，除氟石膏外，使其他石膏的溶解度提高。（3）水泥的堿含量水泥的堿（K2O+Na2O）含量對(duì)減水劑的作用有較大影響。實(shí)驗(yàn)表明，在C3A含量相同的情況下，堿含量不同的水泥，摻減水劑時(shí)的凈漿流動(dòng)度隨堿含量增加而減小。

此外，水泥的堿含量高還可新拌混凝土使凝結(jié)時(shí)間縮短、早期強(qiáng)度提高，而后期強(qiáng)度降低。（4）水泥混合材的影響吸附實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)高效減水劑NF的吸附活性：C3A＞C3A+石膏＞煤矸石＞C3S＞礦渣，我國(guó)的硅酸鹽水泥中大多摻有礦渣、火山灰、粉煤灰、煤矸石等混合材。由于混合材的品種和性質(zhì)不同，影響減水劑的作用。通常摻粉煤灰和礦渣有利于提高水泥凈漿流動(dòng)性，而減水劑對(duì)摻煤矸石混合材的水泥分散效果較差。此外，摻膨脹劑時(shí)也影響減水劑的作用效果。（5）水泥的比表面積水泥的比表面積影響減水劑摻量，比表面積越大，高效減水劑摻量越大，流動(dòng)性提高越大。研究表明，水泥的比表面積影響摻外加劑水泥石強(qiáng)度，隨著比表面積增大、水泥石強(qiáng)度提高。摻減水劑時(shí)，水泥合適的比表面積應(yīng)在450～600m2/kg，這時(shí)得到最高的強(qiáng)度。我國(guó)鐵道科學(xué)院的研究也證明，用高效減水劑配制高強(qiáng)混凝土?xí)r，水泥比表面積在500m2/kg較為合適?？偵纤觯瑢?duì)減水劑，特別是高效減水劑，用于C3S高、C3A低、含堿量低和比表面較高的硅酸鹽水泥時(shí)適應(yīng)性較好。（五）礦物摻合料1、礦物摻合料的定義、作用與分類（1）礦物摻合料1）礦物摻合料——是指在配制混凝土?xí)r加入的能改變新拌混凝土和硬化混凝土性能的無(wú)機(jī)礦物細(xì)粉。2）摻量——它們的摻量通常大于水泥用量的5%，細(xì)度與水泥細(xì)度相同或比水泥細(xì)度更細(xì)。3）摻合料與外加劑主要不同之處——在于其參與了水泥的水化過(guò)程，對(duì)水化產(chǎn)物有所貢獻(xiàn)。4）作用——在配制混凝土?xí)r加入較大量的礦物摻合料，可降低溫升，改善混凝土工作性能，增進(jìn)后期強(qiáng)度，并可改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高混凝土耐久性和抗腐蝕性。尤其是礦物摻合料對(duì)堿集料反應(yīng)的抑制作用引起了人們的重視。因此，國(guó)外將這種材料稱為輔助材料，已成為高性能混凝土不可缺少的第六組分。（2）礦物摻合料的分類1）按礦物摻合料的來(lái)源分可分為天然、人工和工業(yè)廢料三大類。類別品種天然類火山灰、凝灰?guī)r、沸石粉、硅質(zhì)頁(yè)巖等人工類水淬高爐礦渣、燒頁(yè)巖、偏高嶺土等工業(yè)廢料類粉煤灰、硅灰等2）按礦物摻合料的化學(xué)活性分1）有膠凝性（或稱潛在水硬活性）的如?；郀t礦渣、高鈣粉煤灰或增鈣液渣、沸騰爐燃煤脫硫排放的廢渣等。2）有火山灰活性的火山灰活性是指本身沒有或極少有膠凝性，但在有水存在時(shí)，能與氫氧化鈣在常溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝性的組分。如粉煤灰、原狀的或焙燒的酸性火山玻璃和硅藻土、某些燒頁(yè)巖和粘土，以及某些工業(yè)廢渣（如硅灰）等。3）惰性摻合料如細(xì)磨的石灰?guī)r、石英砂、白云巖以及各種硅質(zhì)巖石的產(chǎn)物。（3）礦物摻合料在混凝土中的作用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面1）形態(tài)效應(yīng)利用礦物摻合料的顆粒形態(tài)在混凝土中起減水作用，有的學(xué)者稱之為“礦物減水劑”。如優(yōu)質(zhì)的粉煤灰，其玻璃珠為混凝土和砂漿的流動(dòng)起“滾珠軸承”作用，因而有減水作用。2）微集料效應(yīng)利用礦物摻合料中的微細(xì)顆粒填充到水泥顆粒填充不到的孔隙中，使混凝土中漿體與集料界面缺陷減少，致密性提高，大幅度提高混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性能。3）化學(xué)活性效應(yīng)利用礦物摻合料的膠凝性或火山灰性，將混凝土中尤其是漿體與集料界面處大量的氫氧化鈣晶體轉(zhuǎn)化成對(duì)強(qiáng)度及致密性更有利的C-S-H凝膠，改善界面缺陷，提高混凝土強(qiáng)度。不同礦物摻合料因其自身性質(zhì)不同，在混凝土中所體現(xiàn)的三個(gè)效應(yīng)各有側(cè)重。2、粉煤灰A、粉煤灰的組成及其火山灰性質(zhì)1、組成與性質(zhì)：（1）化學(xué)組成粉煤灰的主要成分是氧化硅、氧化鋁玻璃體，粉煤灰具有火山灰性，即它能在堿性環(huán)境下溶解，與氧化鈣、氫氧化鈣等反應(yīng)。水泥中主要礦物水化能釋放大量石灰，提供鈣離子生成膠凝物質(zhì)水化物。（2）礦物組成粉煤灰中的礦物是以高嶺石為代表的粘土礦物在高溫熔融狀態(tài)下，經(jīng)快速冷卻形成的，它含有莫來(lái)石、α-石英、磁鐵礦、赤鐵礦等結(jié)晶礦物，以及70～85%的以硅、鋁氧化物為主要成分的玻璃體。3、火山灰性質(zhì)一般來(lái)說(shuō)，粉煤灰中的結(jié)晶礦物不具有火山灰活性，玻璃體活性較高，粉煤灰中CaO含量越高，其活性越高。討論

（1）粉煤灰的化學(xué)成分和礦物組成對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不同的影響，粉煤灰中的SO3有利于混凝土的早期強(qiáng)度。粉煤灰中只是那些在水泥堿性環(huán)境中迅速溶解SiO2才能發(fā)生火山灰反應(yīng)，只有可溶性硅才能與氫氧化鈣生成發(fā)展強(qiáng)度的水化硅酸鈣，故粉煤灰中可溶硅是粉煤灰潛在活性的指標(biāo)。由于煤種不同，粉煤灰中CaO含量不同，高鈣粉煤灰或增鈣粉煤灰的玻璃體由于CaO的存在也不同于普通粉煤灰具有較高的活性，與普通粉煤灰混凝土比較，高鈣粉煤灰和氧化鈣含量高的增鈣粉煤灰有較高的強(qiáng)度。（2）火山灰反應(yīng)與其它化學(xué)反應(yīng)是一樣的，可以用提高溫度和摻加其他化學(xué)速凝劑加速其反應(yīng)。2、作用與原理1）物理作用是由于粉煤灰具有玻璃微珠的顆粒特征，對(duì)減少混凝土用水量、增大混凝土的流動(dòng)性、提高混凝土的密實(shí)度具有優(yōu)良的物理作用效果。2）化學(xué)作用主要是由于其硅、鋁玻璃體在常溫常壓下，可與水泥水化生成的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有膠凝作用的C-S-H水化產(chǎn)物，具有潛在的化學(xué)活性，這種潛在的活性效應(yīng)只有在較長(zhǎng)齡期才會(huì)明顯地表面出來(lái)，對(duì)混凝土后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)較為有利B、粉煤灰的工程品質(zhì)1、影響粉煤灰活性的主要因素粉煤灰品質(zhì)對(duì)其活性影響很大，一般認(rèn)為，粉煤灰在混凝土中的活性與其化學(xué)成分、礦物組成和細(xì)度有關(guān)。主要有以下幾個(gè)方面：（1）細(xì)度粉煤灰越細(xì)與Ca(OH)2接觸的面積就越大，火山灰反應(yīng)較為迅速，反應(yīng)較為完全，粉煤灰活性就越高，試驗(yàn)證明粉煤灰活性與微細(xì)顆粒含量有關(guān)，摻粉煤灰混凝土強(qiáng)度與粉煤灰中小于45μm顆粒含量有關(guān)。粉煤灰磨細(xì)可以獲得較多小于45μm的顆粒數(shù)量，活化粉煤灰顆粒表面減少較粗粉煤灰數(shù)量，磨細(xì)可使粉煤灰較為均勻，磨細(xì)時(shí)還可以調(diào)節(jié)硫酸鹽的含量，使混凝土具有較高的強(qiáng)度。（2）燒失量粉煤灰的燒失量包括碳、二氧化碳、水的含量，一般來(lái)說(shuō)干粉煤灰中的二氧化碳和水的含量沒有很多意義，燒失量主要是碳的含量。其影響主要有兩方面：1）多孔碳粒比表面積大，吸附能力強(qiáng)，強(qiáng)度低，加入混凝土后增加混凝土的需水量，還會(huì)導(dǎo)致外加劑量的大幅度增加；對(duì)硬化混凝土來(lái)說(shuō)，碳粒影響了水泥漿的粘接強(qiáng)度，成為混凝土中強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)，易增大混凝土的干縮值；同時(shí)降低混凝土的抗凍性，影響硬化后的混凝土性能；燒失量大的粉煤灰?guī)Ш谏?，也?huì)影響到混凝土的色澤。2）粉煤灰可以吸附大量的松香熱聚物，多孔碳粒和玻璃體都能吸附較多的引氣劑，尤其是多孔碳粒的吸附量更大，為達(dá)到相同的含氣量，需要增加引氣劑的量；粉煤灰質(zhì)輕，同重量的粉煤灰顆粒數(shù)量要比水泥多，摻粉煤灰混凝土的外加劑用量需要量增加。B、粉煤灰的工程品質(zhì)1、影響粉煤灰活性的主要因素（3）需水量粉煤灰的需水量與其顆徑分布及多孔顆粒含量有關(guān)，如粉煤灰需水量增加將對(duì)混凝土的和易性和強(qiáng)度有較大影響，是影響粉煤灰強(qiáng)度的最顯著的摻數(shù)。（4）硫酸鹽含量粉煤灰中的硫酸鹽含量，用SO3的重量百分?jǐn)?shù)表示，SO3可以生成鈣礬石有利于混凝土的早期強(qiáng)度，但SO3過(guò)量時(shí)會(huì)生成過(guò)多的鈣礬石會(huì)導(dǎo)致混凝土的體積安定性不良，各國(guó)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了SO3的限值。B、粉煤灰的工程品質(zhì)2、粉煤灰的品質(zhì)指標(biāo)粉煤灰受煤種、煤粉細(xì)度、燃燒條件和收塵方式等條件的限制，成分波動(dòng)很大，GB1596-91規(guī)定用于混凝土和砂漿的粉煤灰的分級(jí)及品質(zhì)指標(biāo)如下：

序號(hào)指標(biāo)級(jí)別ⅠⅡⅢ1細(xì)度（0.045mm方孔篩篩余%）≤12≤20≤452需水量比（%）≤95≤105≤1153燒失量（%）≤5≤8≤154含水量（%）≤1≤1不規(guī)定5三氧化硫（%）≤3≤3≤3C、粉煤灰對(duì)新拌混凝土的影響粉煤灰的物理化學(xué)性質(zhì)，包括粉煤灰的化學(xué)成分、礦物組成，含碳量（燒失量）、細(xì)度以及粉煤灰取代的水泥的數(shù)量均會(huì)對(duì)新拌混凝土性能產(chǎn)生影響。摻加粉煤灰可改善混凝土的和易性，增加混凝土的粘性，減少離析與泌水。粉煤灰混凝土易于振動(dòng)搗實(shí)，易于終飾抹面。摻加粉煤灰是混凝土的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，抹面時(shí)間也要相應(yīng)推遲，對(duì)模板的側(cè)壓力也要增大，摻加粉煤灰會(huì)降低由于水化熱帶來(lái)的混凝土溫度升高，摻加引氣劑同時(shí)摻加粉煤灰會(huì)對(duì)其空氣含量產(chǎn)生影響，為達(dá)到規(guī)定要求的含氣量，需要增加引氣劑的摻量。1、和易性一般采用超量取代法設(shè)計(jì)粉煤灰混凝土，粉煤灰混凝土中的膠凝物質(zhì)－水泥和粉煤灰數(shù)量增加，粉煤灰比重較輕，同樣重量的粉煤灰的體積大于水泥的體積，故粉煤灰混凝土中膠凝材料數(shù)量要比水泥混凝土多，膠凝材料的漿體體積增加將使混凝土具有較好的粘性，粉煤灰的球形顆粒將有利于混凝土的流動(dòng)性能，這些都將改善混凝土的和易性。注：超量取代法——為達(dá)到摻粉煤灰后混凝土基準(zhǔn)混凝土等強(qiáng)度的目的，粉煤灰采用超量取代，其摻入量等于取代水泥的質(zhì)量×粉煤灰超量系數(shù)。粉煤灰的品質(zhì)越好，超量系數(shù)越小，通常：Ⅰ級(jí)的超量系數(shù)為1.0～1.4；Ⅱ級(jí)的超量系數(shù)為1.2～1.7；Ⅲ級(jí)的超量系數(shù)為1.5～2.0。C、粉煤灰對(duì)新拌混凝土的影響2、泌水摻加粉煤灰會(huì)減少混凝土的泌水，粉煤灰混凝土膠凝材料增加，粉煤灰含有較多的細(xì)微顆粒，有助于截?cái)嗷炷羶?nèi)泌水通道。3、凝結(jié)時(shí)間由于粉煤灰火山灰性質(zhì)，摻加粉煤灰后要推遲混凝土的凝結(jié)時(shí)間，隨著粉煤灰摻量增加，凝結(jié)時(shí)間推遲較長(zhǎng)，如摻加粉煤灰要增加混凝土的用水量，則凝結(jié)時(shí)間要進(jìn)一步延長(zhǎng)，當(dāng)然不同的粉煤灰對(duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間有不同的影響。4、泵送性能摻加粉煤灰可以改善泵送性能，粉煤灰與水泥細(xì)度相近或者比水泥還細(xì)，粉煤灰的球性顆粒與光滑的表面以及粉煤灰在混凝土中的緩慢的水化反應(yīng)，均有利改善新拌混凝土的泵送性能。摻加粉煤灰混凝土和易好，減少了泌水，粘聚性強(qiáng)，提高抗離析能力，提高新拌混凝土的穩(wěn)定性，保持混凝土可泵性和勻質(zhì)性。摻加粉煤灰混凝土坍落度損失小，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)了允許的運(yùn)輸時(shí)間和運(yùn)送距離，擴(kuò)大了泵送混凝土或商品混凝土的應(yīng)用范圍。摻加粉煤灰不僅改善混凝土的泵送性能，而且還可節(jié)約水泥，延長(zhǎng)泵送機(jī)械使用壽命。當(dāng)細(xì)集料缺乏較細(xì)顆粒成分或混凝土水泥用量不足，尤其要摻加粉煤灰以補(bǔ)充混凝土中必要的微細(xì)顆粒成分。C、粉煤灰對(duì)新拌混凝土的影響5、終飾抹面由于粉煤灰混凝土凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，所以終飾抹面時(shí)間也要適當(dāng)延長(zhǎng)，如果沒有注意這點(diǎn)，過(guò)早抹面將會(huì)造成疏松的軟弱的表面。凝結(jié)時(shí)延長(zhǎng)，將增加產(chǎn)生塑性收縮裂縫的趨向。大流動(dòng)度粉煤灰混凝土將有相當(dāng)數(shù)量的很輕的未燃碳粒和空心微珠上浮聚集于表面，易產(chǎn)生軟弱表面，均應(yīng)注意防止。6、對(duì)引氣的影響增加粉煤灰摻量或者粉煤灰中含量增加，均將減少引氣產(chǎn)生的含氣量。在其他相同的條件下，與空白引氣混凝土比較，為達(dá)到規(guī)定要求的含氣量，粉煤灰混凝土要比空白混凝土摻加更多的引氣劑，粉煤灰對(duì)引氣量的影響一般歸咎于粉煤灰的碳粒，碳粒吸附一部分外加劑，減少氣泡生成。D、粉煤灰對(duì)硬化混凝土的影響1、強(qiáng)度粉煤灰對(duì)硬化混凝土的影響與其火山灰性質(zhì)有關(guān)。研究表明，粉煤灰混凝土后期有良好的強(qiáng)度發(fā)展，但早期強(qiáng)度較低，28天齡期有可能達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，對(duì)混凝土工程施工帶來(lái)不利影響?；炷了嘤昧枯^多或采用超量取代法均有利于粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度，當(dāng)摻加粉煤灰同時(shí)摻加減水劑或高效減水劑，粉煤灰混凝土可以獲得較好的強(qiáng)度增長(zhǎng)，其28天齡期可以達(dá)到與空白混凝土同等的強(qiáng)度。摻粉煤灰混凝土的抗拉強(qiáng)度(劈裂抗拉強(qiáng)度或抗折強(qiáng)度)與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，基本上與普通混凝土相同。2、耐磨性抗壓強(qiáng)度、養(yǎng)護(hù)、終飾抹面和集料性能是影響混凝土耐磨性的主要因素，對(duì)于粉煤灰混凝土，飾面與養(yǎng)護(hù)更為重要。一般來(lái)說(shuō)，粉煤灰混凝土的表面的耐磨性稍低于普通混凝土，其側(cè)面則與普通混凝土有相同的抗沖刷和耐磨性?？箾_刷強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度有關(guān)，摻減水劑與粉煤灰混凝土的抗沖刷強(qiáng)度不低于未摻粉煤灰的混凝土，摻減水劑與粉煤灰混凝土強(qiáng)度較高時(shí)，其抗沖刷強(qiáng)度也比普通混凝土高。3、水化熱無(wú)論是應(yīng)用等量取代法或超量取代法，摻粉煤灰混凝土的水化溫升均將低于普通混凝土，目前粉煤灰廣泛用于降低大體積混凝土內(nèi)部水化溫度，對(duì)于不配筋的大體積混凝土，因水化熱使溫度升高后，最大可以承受冷卻溫度下降25℃不至于使混凝土開裂。4、干縮與徐變摻加常用摻量的粉煤灰，一般對(duì)混凝土的干縮沒有明顯的影響，由于混凝土的干縮是其水泥漿體積的函數(shù)，加入粉煤灰通常會(huì)增加水泥漿的體積(含粉煤灰)，如果用水量保持相同，摻粉煤灰混凝土的干縮會(huì)有少量增加。徐變的速度與大小決定于環(huán)境溫度、濕度、混凝土強(qiáng)度、彈性模量、集料用量、加荷時(shí)的混凝土齡期，持續(xù)徐變應(yīng)力對(duì)加荷時(shí)混凝土強(qiáng)度之比等。粉煤灰對(duì)混凝土徐變的影響取決于粉煤灰對(duì)混凝土極限強(qiáng)度和強(qiáng)度增長(zhǎng)速度的影響，一定膠凝材料體積(水泥＋粉煤灰)的粉煤灰混凝土與同體積水泥的普通混凝土相比，由于28天齡期以前的混凝土強(qiáng)度較低，其相應(yīng)的齡期的徐變應(yīng)變也較大，然而與普通混凝土(未摻粉煤灰)等強(qiáng)度的粉煤灰混凝土在此后所有齡期的徐變應(yīng)變均小于普通混凝土。E、粉煤灰混凝土的耐久性1、透水性摻加粉煤灰后混凝土內(nèi)微細(xì)顆粒成分增加，和易性改善，泌水減少，粉煤灰和水泥的反應(yīng)產(chǎn)物填塞混凝土中的孔隙均有利于混凝土的孔結(jié)構(gòu)。研究表明摻加粉煤灰的水泥石的透水性，在28天至90天養(yǎng)護(hù)齡期內(nèi)，其透水性有顯著降低。摻加粉煤灰的混凝土管28天齡期的透水性高于普通混凝土管，但6個(gè)月養(yǎng)護(hù)齡期后，則比普通混凝土管的透水性要低很多。2、抗凍性無(wú)論是摻粉煤灰或是沒有摻粉煤灰的混凝土的抵抗凍融損害的能力，均取決于混凝土內(nèi)是否有適宜的空氣體系，集料是否堅(jiān)固，取決于齡期、水化程度、水泥石的強(qiáng)度和混凝土的濕度條件等。對(duì)于粉煤灰混凝土，還要求粉煤灰有合乎要求的燒失量和細(xì)度。由于粉煤灰混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，需要更多的膠凝材料(水泥＋粉煤灰)來(lái)達(dá)到相應(yīng)的28天齡期的消化程度，同時(shí)，摻加粉煤灰需要增加引氣劑的用量。應(yīng)該注意選擇配合比，使混凝土第一次受到凍融作用時(shí)的強(qiáng)度不低于24MPa，在這種情況下，摻粉煤灰與不摻粉煤灰混凝土的抗凍性沒有顯著的差別。使用除冰鹽時(shí)，粉煤灰混凝土可能會(huì)剝落損失較多的表面砂漿，砂漿損失只限于表面薄層，不與內(nèi)部破壞發(fā)生關(guān)系，它表示粉煤灰混凝土抹面不良或養(yǎng)護(hù)不足。E、粉煤灰混凝土的耐久性3、粉煤灰混凝土的碳化與鋼筋銹蝕由于摻加粉煤灰后減少了水泥中熟料數(shù)量，同時(shí)火山灰反應(yīng)又會(huì)消耗混凝土的氫氧化鈣，人們很自然懷疑摻加粉煤灰后導(dǎo)致混凝土堿度降低，使混凝土易于碳化，鋼筋的鈍化不再得到保證而產(chǎn)生銹蝕。但試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，這種影響是很小的。隨著粉煤灰摻量增加混凝土中的氫氧化鈣含量減少，但混凝土中的pH值降低不多，粉煤灰要吸收90%的氫氧化鈣才能把pH值降低到9.5，可以認(rèn)為摻加粉煤灰后，對(duì)混凝土中鋼筋的實(shí)際防銹能力沒有明顯的變化。同樣摻加粉煤灰后對(duì)混凝土的抗碳化能力影響也不大，如果在摻加粉煤灰的同時(shí)摻加減水劑可以保持混凝土的抗碳化能力。1）直接影響：摻加粉煤灰減少了水泥中的C3A含量，粉煤灰火山灰反應(yīng)消耗Ca(OH)2，粉煤灰也可能與水泥中的鋁酸鹽反應(yīng)，所以粉煤灰對(duì)于抗硫酸鹽性能影響的程度取決于粉煤灰的用量，粉煤灰的性質(zhì)（低鈣粉煤灰或高鈣粉煤灰）和水泥的性質(zhì)（C3A含量），一般來(lái)說(shuō)，低鈣粉煤灰改善混凝土的抗硫酸鹽性能。2）間接影響：粉煤灰的火山灰反應(yīng)減少游離Ca(OH)2，產(chǎn)物—水化硅酸鈣填充了水泥石中毛細(xì)管孔隙，降低混凝土的滲透性，從而減少了硫酸鹽溶液的侵入，故加粉煤灰一般可以提高混凝土的抗硫酸鹽性能。同樣這與混凝土配合比設(shè)計(jì)，膠凝材料總用量，水灰比以及養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)。4、抗硫酸鹽侵蝕過(guò)量的水溶性硫酸鹽能夠損害混凝土，這種損害是由于硫酸鹽與水泥水化釋放出來(lái)Ca(OH)2和水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng)生成硫鋁酸鈣，反應(yīng)產(chǎn)物比反應(yīng)物具有較大的體積、導(dǎo)致膨脹、引起混凝土破壞。在混凝土中摻加粉煤灰可以增加混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能，粉煤灰增加混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能可以從兩方面解釋：E、粉煤灰混凝土的耐久性5、堿—集料反應(yīng)粉煤灰是減少或消除混凝土中堿—集料反應(yīng)的一種材料。首先，摻加粉煤灰可以直接稀釋混凝土中的水溶性堿的濃度。其次，粉煤灰與水泥水化釋放出來(lái)的Ca(OH)2反應(yīng)，有效地降低孔隙溶液中的pH值，因而降低集料中硅與堿的反應(yīng)性。第三，粉煤灰中高度反應(yīng)的無(wú)定性體（玻璃體）迅速消耗水泥中的堿，生成非膨脹的鈣—堿—硅膠。最后，粉煤灰有助于降低混凝土的透水性，減少水分向混凝土中滲透，阻止堿—集料反應(yīng)。粉煤灰對(duì)改善混凝土中堿—集料反應(yīng)作用的程度決定于粉煤灰的類型與數(shù)量以及粉煤灰自身的含堿量，在一般情況下，要改善對(duì)堿—集料反應(yīng)的影響，至少要摻加25%的粉煤灰，根據(jù)水泥含堿量與集料的類型或許要摻加50%的粉煤灰，此時(shí)混凝土早期強(qiáng)度很低，設(shè)計(jì)配合比必須仔細(xì)加以考慮。雖然粉煤灰能夠減少或消除混凝土中堿—集料反應(yīng)的危險(xiǎn)，但是對(duì)于減少堿—碳酸鹽反應(yīng)則沒有什么幫助。6、海水侵蝕在海洋環(huán)境中，混凝土受到幾種破壞因素的綜合作用，包括物理的和化學(xué)的侵蝕作用，破壞作用的嚴(yán)重與否隨混凝土所處環(huán)境所包含的因素而變化，因此很難就海水對(duì)粉煤灰混凝土的侵蝕作用作明確的回答，然而，從前述摻加粉煤灰后，各種單個(gè)因素對(duì)粉煤灰混凝土的影響可以推斷，摻加粉煤灰對(duì)海水環(huán)境中的混凝土耐久性是有益的。F、粉煤灰混凝土的工程應(yīng)用1、大體積混凝土粉煤灰混凝土首先應(yīng)用的一個(gè)方面是大體積混凝土工程，現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用于混凝土大壩建設(shè)。為控制水泥水化引起的溫度升高，要求盡可能減少混凝土的水泥用量，摻加粉煤灰取代水泥可以減少水泥用量降低水化升溫，同時(shí)摻加粉煤灰可避免混凝土常常發(fā)生的大量泌水和離析的傾向，可以提高混凝土的抗?jié)B性。摻加粉煤灰還有利于防止硫酸鹽侵蝕和堿－骨料反應(yīng)。

2、泵送混凝土混凝土的可泵性與混凝土的和易性、流動(dòng)性和終飾抹面性能密切相關(guān)，改善了混凝土的和易性就是改善了混凝土的可泵性，粉煤灰混凝土用于泵送混凝土有如下優(yōu)點(diǎn)：粉煤灰的細(xì)微顆粒有助于填充空隙，其球形顆粒有利于減摩阻力，有人證明，粉煤灰改善泵送性能等于同重量水泥的兩倍。坍落度大于15cm的混凝土常常引起混凝土離析導(dǎo)致堵管，摻加粉煤灰可減少泵送要求的坍落度，泵送混凝土需要增加細(xì)骨料的用量以利泵送，由于細(xì)骨料用量增加，要求增加水泥用量以保持有相等的坍落度、水灰比和強(qiáng)度，摻加粉