第二節(jié)摻合料技術(shù)指標(biāo)的數(shù)字量化

    隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，尤其是高強(qiáng)、高性能混凝土的廣泛應(yīng)用，礦物摻合料已成為高性能混凝土所必需的一種獨(dú)立組分和功能性材料。礦物摻合料對(duì)提高混凝土強(qiáng)度、工作性、耐久性以及其他物理力學(xué)性能，降低混凝土水化溫升，抑制堿-集料反應(yīng)起到至關(guān)重要的作用。

    混凝土摻合料是指在拌合混凝土過(guò)程中摻入的，用以替代部分水泥、改善混凝土和易性，提高混凝土強(qiáng)度和耐久性的礦物質(zhì)材料，也稱為礦物外加劑。這類材料中的活性組分(無(wú)定形SiO₂和Al₂O₃等)通過(guò)與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)₂之間發(fā)生二次水化反應(yīng)，形成類似于水泥水化產(chǎn)物的物質(zhì)，起到密實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)、增加強(qiáng)度和改善耐久性的作用。通常使用的有粉煤灰、磨細(xì)粒化高爐礦渣粉、磨細(xì)天然沸石粉和硅粉；此外，還有磨細(xì)硅質(zhì)頁(yè)巖、磨細(xì)煅燒偏高嶺土及其他磨細(xì)工業(yè)廢渣等。礦物摻合料的比表面積一般應(yīng)大于350m²/kg。比表面積大于600m²/kg的稱為超細(xì)礦物摻合料，其增強(qiáng)效果更優(yōu)，但對(duì)混凝土早期塑性開裂有不利影響。
    在混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們主要考慮摻合料的反應(yīng)活性和填充效應(yīng)。反應(yīng)活性用活性系數(shù)表示，本書定義活性系數(shù)指同樣質(zhì)量的摻合料產(chǎn)生的強(qiáng)度與對(duì)比試驗(yàn)水泥強(qiáng)度的比值。填充效應(yīng)用填充系數(shù)表示，本書定義填充系數(shù)為礦物摻合料的比表面積與表觀密度的乘積除以對(duì)比試驗(yàn)水泥的比表面積與表觀密度的乘積所得商的二次方根。

    粉煤粉是煤粉在爐中燃燒后的灰燼，主要來(lái)源于火力發(fā)電廠。粉煤灰為細(xì)粉狀，呈灰色或灰白色 (含水時(shí)為黑灰色)。氧化鈣含量小于10%的粉煤灰稱為低鈣粉煤灰，氧化鈣含量大于10%的粉煤灰稱為高鈣粉煤灰。我國(guó)絕大多數(shù)電廠的粉煤灰均屬于低鈣粉煤灰，部分電廠排放高鈣粉煤灰。部分電廠排放的增鈣粉煤灰(人工增鈣)也屬于高鈣粉煤灰。按粉煤灰的排放方式可分為干排灰和濕排灰，在混凝土生產(chǎn)中干排灰的質(zhì)量?jī)?yōu)于濕排灰。

（一）混凝土用粉煤灰的技術(shù)要求

    粉煤灰的性能變化很大，而且與許多因素有關(guān)，例如煤的品種和質(zhì)量、煤粉細(xì)度、燃點(diǎn)、氧化條件、預(yù)處理及燃燒前的脫硫、粉煤灰的收集和存儲(chǔ)方法等。
    我國(guó)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）把粉煤灰按照煤種分為F類(由無(wú)煙煤或煙煤燃燒收集的粉煤灰)和C類(由褐煤或次煙煤煅燒收集的粉煤灰，氧化鈣含量一般大于10%)。把拌制混凝土和砂漿用的粉煤灰按其品質(zhì)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)等級(jí)，具體要求見表1。

表1  GB/T1596對(duì)粉煤灰的具體要求

除《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）之外，《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/T18736）中也對(duì)粉煤灰技術(shù)性能提出了要求。以下根據(jù)我國(guó)粉煤灰的具體情況，介紹GB/T18736對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土用粉煤灰的性能要求。

1.粉煤灰的化學(xué)性質(zhì)和品質(zhì)要求

    粉煤灰的活性主要決定于玻璃體的含量，以及無(wú)定形氧化鋁和氧化硅的含量。表2列出了幾種粉煤灰的化學(xué)成分全分析結(jié)果。

表2  幾種粉煤灰的化學(xué)成分（%）

    由表2中的數(shù)據(jù)可以看出，粉煤灰由于產(chǎn)地不一樣，化學(xué)組成變化較大，因此在生產(chǎn)高強(qiáng)高性能混凝土?xí)r應(yīng)注意選擇粉煤灰，特別是注意以下成分對(duì)混凝土性能的影響。
（1）SiO₂、_.Al₂O₃和Fe₂0₃含量
    我國(guó)大部分火力發(fā)電廠排放和生產(chǎn)的粉煤灰其成分為:Si0₂ 占40%～50%，Al₂0₃ 占20%～35%，F(xiàn)e₂0₃ 占5%～10%，Ca0占2%～5%，燒失量占3%～8%。對(duì)近40個(gè)大型電廠粉煤灰的統(tǒng)計(jì)得出的化學(xué)成分變動(dòng)范圍如表3所示。

表3  我國(guó)粉煤灰的化學(xué)成分（%）

    SiO₂和Al₂O₃是粉煤灰中的主要活性成分。由于我國(guó)多數(shù)電廠粉煤灰的 (SiO₂十Al₂O₃)均在60%以上，(SiO₂十Al₂O₃十Fe₂0₃)的含量都大于70%，故GB/T 18736標(biāo)準(zhǔn)對(duì)粉煤灰 (SiO₂十Al₂O₃十Fe₂0₃)的含量不做規(guī)定，而是通過(guò)活性指數(shù)試驗(yàn)來(lái)直接確定粉煤灰的活性。
（2）CaO含量
    高鈣粉煤灰是指火力發(fā)電廠采用褐煤、次煙煤作為燃料而排放的一種氧化鈣成分較高的粉煤灰。高鈣粉煤灰既含有一定數(shù)量水硬性晶體礦物，又含有潛在活性物質(zhì)，即除二氧化硅和氧化鋁外，一般還含有10%以上氧化鈣，具有需水量比低、活性高和水硬性、自硬化等特點(diǎn)。在低鈣粉煤灰中，CaO絕大部分被結(jié)合在玻璃相中。在高鈣粉煤灰中，CaO除大部分被結(jié)合外，還有一部分是游離的。通常高鈣粉煤灰的顏色偏黃，低鈣粉煤灰的顏色偏灰。
    與普通低鈣粉煤灰相比，高鈣粉煤灰粒徑更小，用作水泥混合材或混凝土摻合料具有減水效果好、早期強(qiáng)度發(fā)展快的特點(diǎn)，但是由于其中含有一些游離氧化鈣，如果使用不當(dāng)，可能會(huì)造成體積安定性不良的后果，生產(chǎn)水泥制品時(shí)出現(xiàn)產(chǎn)品變形、開裂、潰散，給建筑帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。
（3）燒失量
    粉煤灰的燒失量主要是含碳量，即粉煤灰中的未燃盡煤粒。粉煤灰中未燃盡的碳可按燒失量指標(biāo)來(lái)估量。粉煤灰的含碳量與鍋爐性質(zhì)與燃燒技術(shù)有關(guān)，含碳量越高，其吸水越大，活性指數(shù)越低。粉煤灰中含有未燃的碳，當(dāng)燒得透時(shí)，其含量可能少到1%～2%，但也可能高到20%以上。在混凝土中使用引氣劑的經(jīng)驗(yàn)表明，粉煤灰燒失量過(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)混凝土中含氣量的控制。
    在高強(qiáng)高性能混凝土中，含碳量還會(huì)影響外加劑的作用效果。鑒于碳的種種不利影響，對(duì)于用在高性能混凝土中的粉煤灰要求燒失量含量越少越好。因此，GB/T18736規(guī)定I級(jí)粉煤灰的含碳量應(yīng)小于5%，Ⅱ級(jí)粉煤灰的含碳量小于8%。由于燃煤技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)絕大多數(shù)粉煤灰的燒失量能夠滿足≤5%的要求，有關(guān)指標(biāo)見表4。

表4  幾家電廠粉煤灰的燒失量和SO₃指標(biāo)

（4）SO₃含量
    用含硫量高的母煤燒成的粉煤灰申含有較多的硫酸鹽，其含量一般以SO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，此值通常在0.5%～1.5%之間，有些高鈣粉煤灰的硫酸鹽含量達(dá)30%。由于SO₃含量過(guò)高，可能生成破壞性的鈣礬石，因此，我國(guó)規(guī)范把粉煤灰中的SO₃視為有害成分而限制，GB/T18736中規(guī)定該值應(yīng)不大于3%。表4也給出了幾種粉煤灰的SO₃指標(biāo)。
（5）有效堿 (Na₂O、K₂O)含量
    Na₂O和K₂O都能加速水泥的水化反應(yīng)，而且對(duì)激發(fā)粉煤灰化學(xué)活性以及促進(jìn)粉煤灰與Ca(OH)₂的二次反應(yīng)有利，但是，Na₂O和K₂O含量的增加，會(huì)增加單方混凝土中的堿含量。GB/T18736中規(guī)定:對(duì)于各種礦物外加劑均應(yīng)按GB/T176的測(cè)試方法測(cè)定其總堿量，并于使用說(shuō)明書中予以說(shuō)明，以便根據(jù)工程要求選用。這主要是考慮到單方混凝土總堿含量是由水泥、礦物外加劑、化學(xué)外加劑等各組分堿含量之和確定的，可以通過(guò)多種途徑來(lái)控制混凝土的總堿含量。在其他組分堿含量得到控制的條件下，可以使用堿含量稍高的粉煤灰，而仍然把總堿量控制在要求的范圍內(nèi)。所以，GB/T18736中沒有對(duì)粉煤灰的有效堿含量直接提出指標(biāo)要求，這樣便于工程中靈活操作。

未完待續(xù)..........