《溷凝土矿物外加剂》ppt课件

《《溷凝土矿物外加剂》ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《溷凝土矿物外加剂》ppt课件（122页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章 混凝土矿物外加剂,定 义,混凝土矿物外加剂是指以氧化铝,氧化硅和其他有效矿物为主要成分,在混凝土中可以替代部分水泥、改善混凝土综合性能,且掺量一般不小于5%的具有火山灰活性或者潜在水硬性的粉状材料. 主要有粉煤灰,磨细矿渣,硅粉,磨细沸石粉,偏高岭土,硅藻土,烧页岩等,混凝土矿物外加剂主要功能,1.改善混凝土和易性 2.降低混凝土水化温升 3.提高早期强度或增进后期强度 4.改善内部结构,提高抗腐能力 5.提高抗裂能力 6.提高混凝土耐久性,2.1 粉煤灰,煤粉炉燃烧煤粉时,从烟道气体中收集到经过一定加工得到的细粉状颗粒。 主要成分:SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO ； 一般呈

2、玻璃球状颗粒，粒径在：1-50m，比表面积达300-600m2/kg； 从物相上讲，粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物。,粉煤灰的应用概述,科学技术、社会发展的需求； 21世纪混凝土的挑战； 粉煤灰的利用障碍： 粉煤灰的品质； 对混凝土强度和耐久性的影响； 标准和规范； 粉煤灰中的有毒金属和氡,2.1.1 粉煤灰作用机理,粉煤灰作为有效的再生资源应用历史回顾。 粉煤灰的作用机理： 1. 火山灰活性效应 粉煤灰中的SiO2、Al2O3与水泥水化产生的Ca(OH)2反应生成有胶凝能力的水化硅酸钙，水化铝酸钙等填充骨料间形成紧密的混凝土结构。,2. 微骨料效应 混凝土微观结构：粗骨料之间由细骨料填

3、充，细骨料之间由水泥浆填充，水泥颗粒之间由水和水泥水化产物及毛细孔填充，其中胶凝孔和毛细孔占25-30%。,粉煤灰具有较小的粒经，在水泥水化中，均匀的分散在孔隙和胶凝体中，起到填充孔隙的作用，改善了孔结构，提高了混凝土的密实度；同时没水化的颗粒分散到胶体中，起到骨架作用。 改善了与粗细骨料之间的粘结性能和混凝土的微观结构。,3.形态效应 由于粉煤灰是玻璃球状颗粒，在水泥颗粒之间起到一定的润滑作用，在一定程度上降低了用水量，提高了流动性，更容易泵送、捣实。,2.1.2 粉煤灰的质量指标,级粉煤灰主要用于素混凝土,一般不用于钢筋混凝土,当用时必须做试验验证.,掺入粉煤灰后,消耗一部分Ca(OH)2

4、,降低了水泥的碱度,因而影响了水泥的抗碳化能力,降低对钢筋的保护作用,为了保证混凝土地耐久性,规定对粉煤灰最大用量的限制. 混凝土碳化的主要化学反应如下: CO2 + H20 H2C03 Ca(OH)2 + H2C03 CaC03+H2O 3Ca0 .2Si02.3H2O + 3H2C03 3CaC03+2SiO2+6H20 碳化的结果引起混凝土的收缩、强度提高、密实度增加和碱度降低，收缩易造成微细裂缝，强度提高、密实度增加对改善混凝土的微观结构和宏观性能都有积极的作用，但对于粉煤灰混凝土不太显著，最重要的是降低了混凝土空隙溶液中的pH值，从标准值12.513.5降低到完全碳化的8.3左右，碳

5、化导致钢筋的钝化膜破坏，不再对钢筋有保护作用。当钢筋周围混凝土的pH值低至约11.5时钢筋表面的钝化膜就已经变得不稳定，失去了对钢筋的保护作用。,粉煤灰取代水泥的最大用量,由于外加剂大量使用,特别是高强高性能混凝土地广泛应用,而烧失量,细度,需水量,只是一个间接指标,所以增加了比表面积,活性系数等可以直接反映粉煤灰应用性能的直接指标,高强高性能混凝土粉煤灰质量指标,2.1.3粉煤灰对于混凝土性能的影响,1.对新拌混凝土性能的影响 粉煤灰对胶凝材料需水量比的影响：,对塌落度的影响：,级粉煤灰可以提高流动性,而级粉煤灰则下降（见下页图）,其中玻璃微珠的含量,细度,以及烧失量(含碳量)都有直接影响,

6、当加入外加剂时,由于碳粒对于外加剂的吸附作用很强,导致外加剂作用效果下降,流动性受到严重影响。,粉煤灰对塌落度损失的影响：,粉煤灰对混凝土泌水和离析的影响：,2.对混凝土强度的影响,粉煤灰对胶砂强度的影响：,分析得出： 抗压、抗折强度随龄期的增加而增大，掺量增加而减少。随龄期的增加，粉煤灰对强度的不利影响将逐渐减少。,粉煤灰对混凝土的强度影响,不同品质粉煤灰的影响：,对于级粉煤灰,在掺量较小时,不仅强度提高,早期强度也不下降.当掺量较高时,早期强度有所下降。,粉煤灰混凝土对于养护温度非常敏感,在养护温度较低时,早后期强度都下降,当温度提高,有利于粉煤灰活性的激发,特别是对大体积混凝土,高温高湿

7、环境中使用时,极为有利于混凝土强度发展.,级粉煤灰在工程中应用较多,其发展类似于级,但是早期强度较低,由于其活性较小,一般采用超量取代,而级则不需要； 级粉煤灰只用于较低强度混凝土结构,对于高强度等级特别是预应力混凝土结构很少使用； 原理分析：,3.对于混凝土耐久性的影响,抗冻性：,抗渗性：,粉煤灰的加入,减少了Ca(OH)2,其形态效应和填充效应有利于孔隙的细化和孔隙率的降低,以及孔隙的均匀分布。 (1)当配比合理、养护条件适当,并采用优质粉煤灰,抗冻性随着粉煤灰掺量增加而提高；,(2)高水灰比、低强度混凝土中掺粉煤灰，使抗渗性下降，而低水灰比，高强度混凝土中，特别在减水剂或者引气剂存在时，

8、可以提高混凝土的抗渗性； (3)抗硫酸盐性能提高(Ca(OH)2降低以及填充效应). (4)抗碳化能力下降(Ca(OH)2降低大于填充效应)。 (5)护筋性的无变化；,4.对于水化热的影响,可以降低水化热和混凝土水化温升。 1 m3混凝土中美100kg纯硅酸盐水泥可使混凝土内部温升(8-12 ) .而加入粉煤灰后发热量只有其17%,并且延缓放热的时间。,5.对收缩和抗裂性的影响 掺入粉煤灰后,能抑制混凝土的自收缩,早期收缩和总的干燥收缩,掺量越高,降幅越大。 由于收缩量的降低,抗裂性相应提高。,粉煤灰在工程中的应用,水工混凝土中应用 1959年三门峡水利枢纽,2.2粒化高炉矿渣,矿渣：是冶金工

9、业的副产品。但它们的化学成分、结构和性能各不相同。,2.2粒化高炉矿渣,主要成分:SiO2,Al2O3, CaO ,含有大量玻璃球状颗粒，具有潜在的水硬性.当粒经大于45m,很难参与水化反应.因此要求用于高性能混凝土的矿粉的比表面积大于400m2/kg(小于45m),2.2.1矿粉的技术性质和技术指标 矿渣的碱度 M=1为中性 M1碱性 由于碱性矿渣的胶凝性能比酸性矿渣好,因此,M值越大,反映矿渣的活性越好.,粒化高炉矿渣质量指标,高强高性能混凝土矿粉质量指标,2.1.2 矿粉的作用机理,(1)胶凝效应 矿粉中玻璃态活性组分SiO2,Al2O3,经过机械粉磨激活,与水泥水化析出的Ca(OH)2

10、,进行二次反应,在表面生成具有胶凝性能的水化铝酸钙,水化硅酸钙。（诱导激活、表面晶化效应和界面耦合效应）,2.微骨料效应 类似与粉煤灰的微骨料作用。 (填充与骨架作用),2.2.3 矿粉对混凝土性能的影响,(1)对和易性的影响 矿粉可以显著降低混凝土的屈服应力,同时比表面积比较大,对于水的吸附能力强改善了混凝土的粘聚性,减小坍落度损失,并且随掺量增加而增强,这对于高层施工和远距离泵送有利.,(2)对强度的影响 对于优质的S105和级矿粉,适当的掺量不仅后期强度提高,早期强度也不下降.对于级,S75,S95矿粉,混凝土早期强度稍有下降.养护温度的影响同粉煤灰. 目前常用的是级和S95矿粉,一般采

11、用等量取代.,(3)对耐久性的影响 矿粉的加入,减少了Ca(OH)2,其胶凝效应和填充效应有利于孔隙的细化和孔隙率的降低,以及孔隙的均匀分布,从而提高混凝土地抗碳化,抗冻性,抗腐蚀性能. 矿粉能抑制碱骨料反应,由于矿粉对碱阳离子的物理吸附,二次水化,碱度降低对碱阳离子的综合作用等,(4)对水化热的影响 在一定程度可以降低水化热和混凝土水化温升,并推迟温度峰出现的时间,但是比粉煤灰稍差,且矿粉越细,效果越差.,(5)对收缩和抗裂性的影响 对自收缩的影响与细度有关,当比表面积较小时,能减少自收缩,但较大时,可能自收缩增大. 对早期收缩和总的干燥收缩的影响同粉煤灰的作用. 由于自收缩,早期收缩,总的

12、干燥收缩的减小,对于提高抗裂性有利. 注:S75级矿粉会增大混凝土的泌水,且早期强度低,对抗裂性不利.,3.工程应用,北京地铁复八线工程,广州地铁工程,上海经贸大厦基础工程等大量掺入粉煤灰.东海大桥,杭州湾大桥矿粉掺量达30-50%.,北京地铁复八线工程,广州地铁工程,上海东海大桥,东海大桥32公里，杭州湾大桥35.67公里，浙江造5年，上海用2年,2.3 硅灰,工业窑炉烟道排除的硅蒸气,在空气中氧化,而收集到无定型(玻璃态)SiO2粉末. 用勃氏法测得比表面积3400-4700m2/kg,用氮吸附测得比表面积18000-22000m2/kg,高强高性能混凝土掺硅灰质量指标,2.3.1硅灰对混

13、凝土性能的影响,1.对混凝土和易性的影响 由于比表面积大,吸附水的作用对于玻璃形态效应,因而使流动性显著下降,粘聚性和保水性提高.,2.对混凝土强度的影响 硅灰对提高混凝土早期和后期强度均十分显著,但是随掺量的增加,混凝土施工性能下降,收缩增大,脆性增加,抗裂性下降.,3.对混凝土耐久性的影响 其作用同矿粉,但是抑制碱骨料反应,抗硫酸盐腐蚀性能由于矿粉 另一个特点其抗氯离子渗透性显著改善.,4.对混凝土收缩和抗裂性的影响 硅灰有严重增大混凝土自收缩,早期收缩和总收缩的趋势,抗裂性下降.,硅灰在混凝土中的应用,硅灰由于对混凝土收缩和抗裂性的不利影响,很少单独使用,一般和粉煤灰,矿粉复合使用.,2

14、.4 沸石粉,一定纯度的沸石岩经粉磨至规定细度的粉末.主要成分SiO2和Al2O3,分别为65-75%和10-15%可溶性硅及铝分别不低于10%和8%. 沸石粉是一种多孔结构,其评价重要指标是吸铵值,反映了沸石总交换能力,而沸石的含量等于铵离子交换容量和理论交换容量之比. 吸铵值越大,沸石岩的强度活性越高,对钾钠离子和氯离子的吸附能力越强.,沸石粉的火山灰活性反应 在碱性条件下, Si3+-O-Si3+6OH-2SiO(OH)3- Si3+-O-Si3+6OH-2SiO(OH)3- +Al(OH)4 - 分解产物与Ca2+结合生成水化硅酸钙(CSH)和水化铝酸钙(CAH) 天然沸石粉活性较高,

15、当煅烧后,活性下降;当磨细后,强度进一步提高.,1.沸石粉对混凝土性能的改性作用,(1)对混凝土和易性的影响 由于沸石粉吸附拌和水,混凝土拌和物的坍落度有所降低,坍落度经时损失大,但坍落度随掺量的增加而减小.因此采用与高效减水剂或者粉煤灰双掺进行调整坍落度.,(2)对混凝土强度的影响 掺入沸石粉后,早期强度降低,且取代水泥量越大,强度降低的幅度越大.但是后期强度有所提高.主要是早期活性高的C3S和C3A较少.后期沸石中的SiO2, Al2O3在碱激发下与CH反应,同时,沸石粉具有蓄水能力,有利于后期水化.,(3)抑制碱骨料反应的性质 碱骨料反应是碱离子与活性骨料在颗粒表面反应,引起局部能量集中

16、,膨胀应力过大,使局部混凝土膨胀开裂. 而沸石粉均匀分散在混凝土各个部位,将局部反应强度分解.同时可以钾钠离子进行离子交换,降低了碱度.,(4)沸石粉高性能混凝土抗碳化和钢筋锈蚀的性能 掺沸石粉后,粘聚性好,无离析和泌水现象,因此孔隙率低,降低CO2的扩散速率.但是碱度降低,有可能导致钢筋生锈.,2.5 偏高岭土,在我国运用不多. 偏高岭土是高岭土在700-800轻烧,经轻烧脱水粉磨得到的白色粉末.SiO2和Al2O3在90%以上,Al2O3达30-45%.其SiO2和Al2O3活性极高,称为超级火山灰.,偏高岭土（Metakaolin）是高岭土在适当温度下脱水后形成的无定形无水硅酸铝1。 高岭土在 600900之间进行热处理， 使高岭土中存在于硅氧四面体和铝氧八面体结构间的 OH-基脱去， 这种脱去 OH-基的高岭土， 虽然仍能保持原先的层状结构， 但其原子间