高性能混凝土中常用礦物細摻料介紹及其作用

現代高性能混凝土（HPC）中礦物細摻料作為除水泥、粗集料、細集料、外加劑、拌合水外第六組分，起著不可或缺的作用。它們不僅可取代部分水泥，還可提高混凝土的綜合性能及加快資源循環利用。目前混凝土中常用礦物細摻料包括：粉煤灰、礦渣粉、硅灰、石灰石粉和沸石粉。

粉煤灰是燃煤電廠中磨細煤灰在鍋爐中燃燒后從煙道排出、被收塵器收集到的物質，其表面積在250~7000m2/kg，尺寸從幾百微米到幾微米，通常為球形顆粒，主要成分為SiO2、Al2O3和Fe2O3。

礦渣粉是煉鐵過程中所產生的工業副產品。在煉鐵過程中，氧化鐵在高溫下還原成金屬鐵，并將礦石中SiO2、Al2O3等雜質與石灰等溶劑化合成礦渣使之與鐵水分離，這些熔融狀態的礦渣經急速冷卻后形成粒化高爐礦渣，其主要成分為CaO、SiO2和Al2O3。

硅灰又稱凝聚硅灰或硅粉，是電弧冶煉硅金屬或硅鐵合金時的副產品。硅鐵廠在冶煉硅金屬時，將高純度的石英、焦炭投到電弧爐內，在溫度高達2000℃下，石英被還原成硅的同時，約有10-15%的硅化為蒸汽，在煙道內隨氣流上升，遇O2氧化成SiO2，最后冷凝成極細微的顆粒。

石灰石粉是石灰巖經破碎、研磨后形成的一種灰質材料，該資源豐富，其主要成分為CaCO3。

沸石粉是天然沸石巖磨細后形成的一種火山灰質材料，含有大量的活性SiO2和Al2O3，其火山灰活性次于硅灰，優于粉煤灰。

礦物摻合料是經超細粉磨工藝制成的，在新拌水泥漿中，可增大水泥漿的流動性，還可有效控制混凝土的坍落度損失。

礦物摻合料的比表面積為350~1500m2/kg，由于大比表面積顆粒對水的吸附，起到了保水的作用，減弱了泌水性，從而使混凝土黏聚性明顯改善。

研究表明水泥和礦物細摻料顆粒間可以發生一種”填充效應”，顆粒間的空隙減小，使空隙水減少，自由水增加，從而提高漿體的流變性。由下圖對比可見，使用細摻料的混凝土，和易性良好、具有較多的漿體及良好的包裹性。

礦物細集料在混凝土拌合物中也起著物理填充作用。

粉煤灰、礦渣粉、石灰石粉、沸石粉的顆粒尺寸在1-100um之間，與水泥的顆粒尺寸相當，未完全水化前，他們的作用是填充在砂子之間的空隙里，提高混凝土的密實度，從而增加混凝土抗壓強度及綜合性能，其顆粒填充效應示意圖如下圖所示。

硅灰的顆粒尺寸在0.1-0.5um，這樣的微粒可填充在水泥、粉集料及它們的水化產物間的微小空隙里。研究表明，摻用硅灰后，可使水泥石中50nm以上的孔明顯減少。