粉煤灰、矿粉

矿粉⏹⏹从1969年起，英国、德国等发达国家就开始了超细矿渣粉在混凝土中作为矿物掺合料的应用。

自上世纪90年代起，我国开始了超细矿渣粉的应用研究工作。

2000年，国家标准《用于水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046—2000正式颁布。

2002年，国家标准《高强、高性能混凝土用矿物外加剂》颁布实施。

在该标准中，正式将超细矿渣粉命名为“矿物掺合料”，纳入混凝土第六组分。

从此，超细矿渣粉作为一个独立的新产品横空出世，并立即被广泛地接受和应用。

1.矿粉的概念⏹磨细矿粉即磨细水淬高炉矿渣粉，又称矿渣微粉，其英文缩写为GGBS 或GGBFS⏹磨细矿粉是以高炉水淬矿渣为主要原料经干燥、粉磨处理而制成的超细粉末材料；是制备高性能水泥和混凝土的优质混合材。

2.矿粉的技术指标⏹矿粉的活性指数是采用标准试验测试确定的，简单的说：矿粉替代50%水泥，拌合制作标准砂浆试件，然后测试砂浆28天强度。

含矿粉砂浆强度与不含矿粉基准砂浆强度比，就是矿粉的活性指数。

⏹常用的S95是一个矿粉等级。

其中…S‟表示矿粉，来源于英文SLAG（矿渣）。

…95‟表示活性指数不小于95%。

⏹标准：S105/95/75，7天活性指数：不小于95、75、55，28天活性指数：不小于105、95、75⏹流动度比：小于85、90、95⏹密度。

2.8g/cm3，比表面积：不小于350m2/kg2.矿粉的技术指标⏹粒化高炉矿渣的质量可用质量系数K得大小来表示：⏹K=（CaO + Al2O3 + MgO）/（SiO2 + MnO + Ti O 2）⏹式中CaO 、Al2O3 、MgO、SiO2 、MnO 、Ti O 2为相应氧化物的重量百分数。

⏹质量系数反应了矿渣中活性组分与低活性和非活性组分之间比值。

质量系数越大，则矿渣的活性越好。

3.矿粉和粉煤灰的区别⏹（1）两者来源不同：粉煤灰来源于热电厂排放的烟气经收尘处理后收集得到的飞灰；而磨细矿粉则是由炼铁高炉排出的熔融态矿渣经水淬（粒化）后再进行干燥、磨细加工而得到的超细粉末。

1)混凝土拌和料和易性得到改善掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性，使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型，并可减少坍落度的经时损失。

(2)混凝土的温升降低掺加粉煤灰后可减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，因此施工时混凝土的温升降低，可明显减少温度裂缝，这对大体积混凝土工程特别有利。

(3)混凝土的耐久性提高由于二次水化作用，混凝土的密实度提高，界面结构得到改善，同时由于二次反应使得易受腐蚀的氢氧化钙数量降低，因此掺加粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐腐蚀性和抗镁盐腐蚀性等.同时由于粉煤灰比表面积巨大，吸附能力强，因而粉煤灰颗粒可以吸咐水泥中的碱，并与碱发生反应而消耗其数量。

游离碱数量的减少可以抑制或减少碱集料反应。

通常3既的粉煤灰掺量即可避免碱集料反应。

(4)变形减小粉煤灰混凝土的徐变低于普通混凝土。

粉煤灰的减水效应使得粉煤灰混凝土的干缩及早期塑性千裂与普通混凝土基本一致或略低，但劣质粉煤灰会增加混凝土的干缩。

(5)耐磨性提高粉煤灰的强度和硬度较高，因而粉煤灰混凝土的耐磨性优于普通混凝土。

但混凝土养护不良会导致耐磨性降低。

(6)成本降低掺加粉煤灰在等强度等级的条件下，可以减少水泥用量约10%～15%，因而可降低混凝土的成本。

两者的允许掺量不同：粉煤灰在水泥中的允许掺加量为20－40%，但在混凝土中最大掺量一般不超过35%；磨细矿粉在水泥或混凝土中的掺加量则可达20－70%。

一些欧洲国家甚至允许掺到85%。

两者在混凝土中的掺加方式不同：粉煤灰一般采用“超量”取代水泥方式以保证混凝土强度达标；磨细矿粉则通常采用“等量”取代水泥方式配制混凝土，其强度仍然可以满足设计要求。

1、“单掺”矿粉时，可按等量取代原则并根据以下方法确定矿粉的合适掺量：(a)对于地上结构以及有较高早期强度要求的混凝土结构，掺量一般为20-30%；(b)对于地下结构、强度要求中等的混凝土结构，掺量一般为30-50%；(c)对于大体积混凝土或有严格温升限制的混凝土结构，掺量一般为50-65%；(d)对于有较高耐久性能要求的特殊混凝土结构（如海工防腐蚀结构、污水处理设施等），掺量可达50-70%。

粉煤灰\磨细矿粉对水泥胶砂性能影响的试验研究[摘要]本文通过对单掺粉煤灰10％-50％，单掺矿粉20％-70％和复掺30％-60％两种外掺料的水泥胶砂性能进行试验研究，并总结出复掺时的最佳掺量及最佳比例。

试验结果表明：单掺粉煤灰、矿粉及复掺均能提高胶砂流动度，但单掺时7d强度较低。

复掺40％-50％，粉煤灰掺量10％-15％时，复合效应达到最佳效果。

研究结果希望对优化混凝土的配合比设计，进一步研究复合胶凝材料的作用机理起到一定帮助作用。

[关键词]粉煤灰磨细矿粉胶砂性能影响规律最佳比例中图分类号：c33 文献标识码：a 文章编号：前言随着能源的日益紧张，和国家对环保、绿色可持续发展的新型建筑材料的支持，粉煤灰和矿渣两种工业废渣在经过进一步加工后已越来越受到广泛的应用。

粉煤灰是燃煤电厂中磨细煤灰在锅炉中燃烧后从烟道排出，被收尘器收集的物质，有大部分直径以µm计的实心（或）中空玻璃微珠以及少量的莫来石、石英等结晶物质所组成［1］。

矿渣是高炉炼铁过程中排出的非金属矿物熔渣，矿渣的化学成分与硅酸盐水泥相近似，仅cao含量稍低，热熔矿渣急剧冷却（水淬）而成的粒状矿渣，活性较高，冷却越迅速，活性越高。

β-c2s使矿粉具有微弱的自凝性。

对于大多数矿物掺合料，掺入混凝土中的效应一般都有微集料效应、形态效应、火山灰效应、界面效应，但不同的矿物掺和料在不同的效应形式下表现可能是正效应也可能是负效应，而这主要取决于矿物掺和料的物理形态、化学组成等特征，如果参合料物理性能、掺量比例控制得当，多元复合矿物参合料掺入混凝土所表现出的综合正效应应大于单矿物参合料。

所以掺合料对水泥胶砂性能的影响、最佳掺量，特别是在复掺时是怎样提高矿粉掺量，充分发挥矿粉的潜在活性，以及复配时体现出的优势互补作用都很值得我们作进一步研究。

原材料及试验方法2.1 原材料水泥：南京海螺水泥p.o42.5。

粉煤灰：华能南京电厂f类i级灰，细度：6.8%，烧失量：0.91%，需水量比：91%。

粉煤灰和矿粉对混凝土性能和强度的影响研究粉煤灰和矿粉是混凝土中主要的掺合料，拌和混凝土时掺加一定量的活性矿物掺合料可以改善混凝土性能。

将粉煤灰、矿粉在C35混凝土中单掺或双掺，并分别设置若干组不同掺量的粉煤灰、矿粉的混凝土试验。

通过观察混凝土和易性及不同龄期的混凝土强度变化，比较了粉煤灰、矿粉单掺时混凝土各项性能的差异。

通过复合掺入粉煤灰和矿粉，调节两者之间的掺加比例，充分发挥两者之间的综合功能。

标签：混凝土；粉煤灰；矿粉；和易性；强度0 引言随着混凝土技术的不断发展，矿物掺合料作为混凝土基本材料组分已经越来越普遍。

矿粉和粉煤灰均为火山灰质活性掺合料，且均为工业废渣收集加工而成，成本低于水泥。

它们中含有较多的活性SiO2、活性Al2O3，能与Ca（OH）2在常温下起化学反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙。

这些成分有助于混合料的硬化，增加强度。

此外，粉煤灰和矿粉中存在大量球形玻璃状颗粒，这些颗粒是拌和物和易性得以改善的主要原因。

同时粉煤灰、矿粉的粒度比水泥颗粒的小，能够填充于水泥颗粒的空隙，构成最密堆积，有利于强度的发展[1]。

在混凝土中掺入一定量的活性矿物掺合料取代部分水泥，充分利用粉煤灰的“三大效应”和矿粉良好的填充效应及活性。

可起到节约成本、改善环境、改善混凝土工作性能、提高抗压强度和耐久性能。

1 原材料1.1 水泥采用临沂沂东中联水泥有限公司生产的P.O42.5级水泥，标准稠度用水量为28%，28d抗压强度为47.8MPa。

1.2 粉煤灰采用华能日照电厂的F类Ⅰ级粉煤灰，45μm方孔筛筛余为8.5%，需水量比为95%，表观密度为2.15g/cm3。

1.3 矿粉采用日照普泰矿粉有限公司生产的S95级矿粉，比表面积为450m2/kg，28d 活性指数为98%。

1.4 砂和碎石采用沂河河砂，细度模数为2.4的Ⅱ区中砂，含泥量为1.9%，泥块含量为0.5%；采用5-31.5mm连续级配碎石，含泥量为0.5%，泥块含量为0.4%，压碎值指标5.4%，针片状颗粒含量为5.0%。

矿粉矿渣是冶炼生铁的副产品，其主要成分为Cao、、和Mgo以及少量的Feo和硫化物。

应用于水泥混凝土领域的矿渣通常是经高温下水淬或空气急冷工艺而得，急冷后的矿渣呈0.5—5mm的颗粒形状，也称粒化高炉矿渣，内部富含玻璃体，还含有钙铝镁黄长石和少量的硅酸一钙和硅酸二钙，因此具有微弱的自水硬性。

但是当其粒径大于45pm时，矿渣颗粒很难参与到水化反应。

矿粉就是粒化高炉矿渣经过粉磨后的粉体材料，由于其本身兼具有胶凝性和火山灰活性，既可以作为水泥掺合材，也可以经过加工后作为混合材直接掺入混凝土中。

矿粉对于各种收缩的影响仍然存在着较大的争议，已有的研究结果都是基于有限材料在实验室得出的结论，没有深入揭示矿粉对于各种收缩的影响机理。

粉煤灰粉煤灰主要的化学成分是和及，其质量随煤种、煤粉细度、炉膛温度、收尘选粉效率而波动。

大量研究表明，影响粉煤灰质量的主要因素是其化学成分、矿物组成、细度和颗粒级配等，这些因素决定了粉煤灰的物理、力学性能，如密度、比表面积、需水量、28天抗压强度比等。

煤粉经燃烧、冷却的过程中会形成一些晶体，如a一石英、莫来石、磁铁矿、赤铁矿、生石灰、硫酸钙、氧化镁等，其中大部分是惰性的，粉煤灰的活性主要来源于急冷形成的大量非晶态玻璃相。

粉煤灰的颗粒特征赋予了粉煤灰许多优良的效应。

当细小的煤粉掠过炉膛高温区时，会立即燃烧，到炉膛外面受到骤冷将把熔融时因表面张力作用形成的园珠形态保持下来，粉煤灰的这种球形颗粒具有滚珠轴承的效果，赋予粉煤灰以独有的形态减水效应。

粉煤灰颗粒主要有两种，一种是玻璃微珠，一种是碳粒，优质粉煤灰中玻璃微珠是主要的，这种微珠的强度很高，薄壁空心微珠(漂珠)已可承受700MPa的静水压力，实心微珠和高铁微珠的强度更高，因此，粉煤灰颗粒是一种很好的微集料，填充于水泥基体中可提高基体的强度和耐久性，但微集料效应的发挥取决于粉煤灰火山灰活性的发挥程度。

粉煤灰玻璃微珠的结构为:最外层为一玻璃体组成的壳，壳体表面或次表面有一些盐的沉积，接近表面处交错排列着晶相，主要是莫来石，内部则为含有一些小气泡的玻璃质基体，表面玻璃体富钙，内部玻璃体富硅，富钙玻璃体活性高，与水容易质子化，富硅玻璃体不大会参与火山灰反应，主要起微集料作用。

不同标号混凝土水泥、粉煤灰、矿粉、砂、石用量不同标号混凝土的水泥、粉煤灰、矿粉、砂、石用量会根据混凝土的强度等级和工程要求而有所不同。

一般情况下，混凝土的配合比可以参考以下比例：
- 水泥：根据混凝土的设计强度等级确定，一般情况下，每立方米混凝土需要200~450千克水泥。

- 粉煤灰：在一些强度等级要求不高的混凝土中，可以适量添加粉煤灰以减少水泥用量。

一般情况下，粉煤灰的使用量为水泥用量的15~30%。

- 矿粉：矿粉是一种细颗粒物料，可以替代部分水泥用量，提高混凝土的工作性能和抗裂性能。

根据具体工程要求，矿粉的使用量一般为水泥用量的5~20%。

- 砂：砂是混凝土中的骨料之一，用于填充水泥和矿粉之间的空隙。

根据混凝土的配合比，砂的使用量一般为水泥用量的2~2.5倍。

- 石：石是混凝土中的骨料之一，用于提供混凝土的强度和承载力。

根据混凝土的配合比，砂的使用量一般为水泥用量的3~4倍。

需要注意的是，以上用量只是一个大致的范围，实际应根据具体的工程要求和实验试验结果进行调整，以达到设计要求。

另外，还要根据原材料的质量及供应情
况进行适当调整。

矿粉以及矿粉+粉煤灰对混凝土性能的影响1，矿粉比表面积在430～520m2/kg之间,掺量在30%～40%范围,增强效应表现得最为显著。

2，单掺矿粉会使混凝土的粘聚性提高,凝结时间有所延长,泌水量有增大的迹象,可能对混凝土泵送带来一定的不利影响。

3，矿粉和?级粉煤灰复配配制混凝土,可以充分发挥二者的“优势互补效应”,使混凝土的坍落度增加,和易性和粘聚性变好,泌水也得到了改善,同时混凝土成本可显著降低。

(2)矿粉以及矿粉+粉煤灰对混凝土耐久性的影响1)降低混凝土水化热。

对要求严格控温的大体积混凝土，矿粉和粉煤灰复配是理想的矿物掺合料组合，降低了混凝土的水化热，可以有效地减少混凝土早期温缩裂缝的出现。

2)大幅度提高了混凝土抗渗性能。

3)保证了抗碳化能力。

在达到相同强度的条件下掺矿粉混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土具有相同的抗碳化能力。

4)保证了抗冻融能力。

矿粉混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土在强度和含气量相同的条件下抗冻融能力基本相同;适当掺加引气剂，适当的含气量和间距系数对提高混凝土的抗冻融能力十分必要。

5)混凝土收缩。

考虑前3d的自收缩，无论是配制c30混凝土，还是配制c50混凝土，采用单掺矿粉，与基准混凝土相比，收缩值均无明显变化。

6)混凝土抗裂性能。

矿粉与粉煤灰复掺改善抗裂性效果优于矿粉单掺。

混凝土早期强度对混凝土早期抗裂性有重要影响，混凝土24h强度越高，混凝土早期越易开裂。

混凝土早期抗裂性与早期强度之间可能存在一个临界值，小于该强度值，混凝土不易开裂，大于该强度值，混凝土容易开裂。

该值与环境条件及约束状态有关。

粉煤灰、矿渣粉及二者复合使用存在的问题尽管粉煤灰与矿渣粉复合使用能够优势互补,但不是随便复合就能够达到应有的目的。

为了更好地发挥二者各自的优势,应选择合适的复合方式和复合比例。

本人根据以往的使用经验认为:最佳方案是?级粉煤灰与比表面积400m2/kg以上的矿渣粉复合,配制低强度等级混凝土时矿渣粉的量大于粉煤灰的量,配制高强度等级混凝土时粉煤灰的量大于矿渣粉的量;其次是?级粉煤灰与350～400m2/kg矿渣粉复合,配制低强度等级混凝土时粉煤灰的量大于矿渣粉的量;配制高强度等级混凝土时矿渣粉的量大于粉煤灰的量;最后是?级粉煤灰与比表面积350～400m2/kg的矿渣粉复合或?级粉煤灰与400m2/kg以上的矿渣粉复合,前者比较适合配制高强度等级混凝土,后者比较适合配制低强度等级混凝土。

水玻璃激发粉煤灰、矿粉活性的试验探究粉煤灰和矿粉是比较典型的可以被激发剂激发而发生水化、产生强度的胶凝材料。

利用粉煤灰、矿粉取代混凝土中的部分水泥和细集料，较好地改善混凝土的某些性能并节约水泥，一直是人们研究、关注的课题，而发挥粉煤灰、矿粉的活性或活性成分，却是充分利用粉煤灰和矿粉作用的关键。

目前，国内外关于粉煤灰和矿粉的活性激发方法主要有物理细磨、单掺化学激发剂、加钙处理等。

通过大量研究人们发现粉煤灰和矿粉的活性在碱性介质或酸性介质，特别是碱性介质中可以得到激发，同时也找到一些激发粉煤灰和矿粉活性的方法和途径，但存在难以快速、充分和经济地激发其活性的问题，表现在粉煤灰和矿粉成型制品早期强度比较低。

因此寻找激发粉煤灰和矿粉活性优化方法，成为现在矿物充分利用的重要课题。

文章在研制出一种矿粉- 粉煤灰水泥基材料的基础上，针对该种水泥基材料，采取对粉煤灰物理细磨和添加水玻璃化学激发剂结合的方法，进一步通过实验研究粉煤灰、矿粉替代水泥胶凝材料制作轻型节能混凝土砌块时，水玻璃掺量对粉煤灰、矿粉及水泥组成的胶凝体系力学性能的影响和粉煤灰、矿粉活性激发作用机理等问题。

1 原材料及试验方法1. 1 原材料水泥: 采用广西柳州鱼峰水泥有限公司生产的P. O42. 5级普通硅酸盐水泥。

粉煤灰( Ⅰ) : 柳州电厂II 级粉煤灰，密度为2. 24g /cm3，比表面积423m2 /kg。

矿粉: 柳州市鱼峰水泥有限公司生产的磨细矿粉，密度2. 64g /cm3，比表面积462m2 /kg。

砂子: 柳江河沙，中砂。

激发剂: 水玻璃。

减水剂: MN -Ⅱ型高效减水剂，柳州市威安混凝土助剂厂，减水率20%左右。

1. 2 试验方法试验的主要目的是确定粉煤灰- 矿粉矿物掺合料在完成物理细磨激活后，进一步选择激发剂水玻璃激活，制作轻型混凝土砌块的优化结果，最终找到一条有效激发粉煤灰和矿粉活性的方法。

因此按照《普通混凝土配合比设计规程》( JGJ55 - 2011) 并结合矿粉-粉煤灰水泥基材料研究成果，设计胶凝材料450g( 水泥、粉煤灰、矿粉掺量分别占胶凝材料总质量的70%、15%、15%) ，砂子1350g，胶砂比1: 1. 5; 减水剂取胶凝材料总质量的5%，水灰比为0. 4; 水玻璃用量分别按总胶凝材料质量的3%、4%、5%、6%、7%，配合比设计方案见表2。

粉煤灰、矿粉等在混凝土中起的作用主要是增加混凝土的和易性，增加混凝土的干缩性、抗
裂性，调节混凝土强度等级，在混凝土拌合时掺入天然的或人工的能改善混凝土性能的粉状矿物质，而且耐腐蚀，早期强度高。

简介：
矿粉：主要化学组分为CaO Si02、AI2O3、Fe2O3等。

在混凝土中的作用有：减少水泥用量、改善混凝土的工作性、降低水化热、增进后期强度、改善混凝土的内部结构，提高抗渗和抗腐蚀能力。

混凝土掺入磨细矿粉后能延缓胶凝材料的水化速度，使混凝土的凝结时间延长，这一性质对高温季节混凝土的输送和施工有利。

粉煤灰：是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。

我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：Si02、AI2O3、FeO、Fe2O3、CaO、Ti02等。

在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料；减少了用水量；改善了混凝土拌和物的
和易性；增强混凝土的可泵性；减少了混凝土的徐变；减少水化热、热能膨胀性；提高混凝土抗渗能力。

混凝土中掺加矿粉的好处
1. 水泥的细度很大，水化完成后收缩也是比较大的，混凝土中的粗骨料可以约束收缩，
减小混凝土开裂；如果在混凝土中掺入过多的水泥，粗骨料的约束收缩作用下降，
混凝土内部裂缝会增多，结构出现破坏，强度降低。

2. 掺了矿粉有的混凝土强度7d可以达到设计强度的100%。

也就是掺矿粉的龄期可以大大缩
短。

3. 掺矿粉不是一味的的好处，掺了太多，会使得外加剂粘度太大。

4. 矿粉的保水性较差，遇上一些细度不达标的矿粉用于混凝土中，会产生严重的离析、
泌水。