矿物掺合料对混凝土耐久性的影响及应用

一、引言

混凝土是一种广泛应用于建筑、土木工程领域的建筑材料。它主要由水泥、砂、石子、水以及必要的添加剂组成，通过混合、浇筑、养护等工艺过程形成具有一定强度和耐久性的固体材料。混凝土因其优异的性能和广泛的应用领域而成为现代建筑工程的重要组成部分 ^[1-4]_i 。

矿物掺合料是指在混凝土、砂浆等建筑材料中添加的具有胶结、填充、改善性能等作用的矿物粉末。根据来源和性能特点，矿物掺合料可以分为以下几类：1. 活性矿物掺合料：包括粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉、磷渣粉、天然火山灰等。这些掺合料具有潜在的胶结性能，能与水泥水化产物发生二次水化反应，提高混凝土的强度和耐久性。2. 非活性矿物掺合料：包括石膏、石灰、矿渣等。这些掺合料主要起填充和调节水泥用量作用，对混凝土性能影响较小。矿物掺合料作为一种替代水泥的混合材料，因其环保、节能等优点逐渐受到关注。矿物掺合料主要包括粉煤灰、矿渣粉、硅灰等，它们可以提高混凝土的性能，降低混凝土的成本，同时有利于环境保护和资源利用。

研究矿物掺合料对混凝土耐久性的影响的目的和意义在于，通过探索矿物掺合料在混凝土中的作用，提高混凝土的耐久性能，从而为建筑行业提供更加优质、环保和可持续的建筑材料。矿物掺合料主要包括矿渣、粉煤灰、膨胀剂等，它们可以替代部分水泥，降低混凝土的成本，同时提高混凝土的力学性能和耐久性能。

综上所述，研究矿物掺合料对混凝土耐久性的影响具有重要的理论和实际意义。通过优化矿物掺合料的种类和比例，可以提高混凝土的力学性能和耐久性能，降低混凝土结构的安全隐患，促进建筑行业的可持续发展。未来，随着矿物掺合料研究的深入，有望为混凝土结构的设计、施工和维护提供更加科学、合理和高效的方法。

二、矿物掺合料的种类及其性能

1. 粉煤灰

混凝土中粉煤灰掺合料的性能主要表现在以下几个方面：强度：粉煤灰的掺入可以提高混凝土的强度。粉煤灰的加入可以提高混凝土的抗冻性能，同时降低制作过程中的水化热。此外，粉煤灰的化学成分特性还可以激发减水剂的减水效果。工作性能：粉煤灰掺合料可以改善混凝土的工作性能。文献指出，粉煤灰的掺加直接影响到混凝土的流动性、可泵性等性能。耐久性：粉煤灰掺合料对混凝土的耐久性有显著影响。文献表明，粉煤灰和矿粉的掺入可以降低混凝土的早期收缩和开裂性能。此外，文献比较了粉煤灰和矿粉不同掺入比例对混凝土常规性能的影响，以确定最佳掺入比例。环境友好性：粉煤灰掺合料具有环保优势。作为一种工业废弃物，粉煤灰的合理利用有助于减少环境污染和节约资源。综上所述，混凝土中粉煤灰掺合料的性能表现在强度、工作性能、耐久性和环境友好性等方面。粉煤灰的合理掺入可以提高混凝土的综合性能，满足不同工程需求。

2. 矿渣粉

混凝土掺合料是指将某些材料与混凝土中的水泥混合 , 以改善混凝土的性能。其中 , 矿渣粉是一种常用的混凝土掺合料 , 来源于高炉炼铁过程中产生的副产品。矿渣粉具有以下性能 : 提高混凝土的抗压强度 : 矿渣粉可以取代部分水泥 , 提高混凝土的抗压强度 , 同时减少水泥用量 , 降低成本。改善混凝土的耐久性:矿渣粉中的硅酸盐和铝酸盐可以与水泥中的氢氧化钙反应,形成水化产物,提高混凝土的抗侵蚀性、抗渗透性和抗碳化性。降低混凝土的收缩和膨胀 : 矿渣粉可以缓解水泥混凝土的收缩和膨胀 , 提高混凝土的稳定性。节约资源、减少污染 : 矿渣粉是高炉炼铁的副产品 , 利用矿渣粉可以减少对石灰石等自然资源的开采, 同时减少环境污染。

三、矿物掺合料对混凝土收缩及开裂性能的影响

矿物掺合料对混凝土收缩及开裂性能的影响主要表现在以下几个方面

矿物掺合料可以降低混凝土的收缩率，改善其抗裂性能。矿物掺合料中的活性成分能与水泥水化时析出的 Ca(OH)2 发生二次水化反应，生成新的水化产物，从而减少混凝土中的毛细孔数量，降低混凝土的收缩率。

矿物掺合料的加入会影响混凝土的水胶比，进而影响混凝土的抗压强度和收缩性能。水胶比过低时，混凝土和易性变差，抗压强度降低；水胶比过高时，过量的自由水在混凝土中迁移、泌水，留下孔隙，降低混凝土的密实度和整体强度，容易导致混凝土开裂。

不同矿物掺合料的活性、细度和微观形貌对其掺量的变化也会对混凝土抗压强度产生显著影响。因此，通过试验研究来确定掺合料最佳掺量是很有必要的。

总之，矿物掺合料对混凝土收缩及开裂性能的影响取决于多种因素，如矿物掺合料的种类、掺量、水胶比以及养护条件等。在实际工程应用中，合理选择矿物掺合料类型和掺量，优化混凝土配合比，对提高混凝土的抗裂性能具有重要意义。

四、结论与展望

矿物掺合料在混凝土中的重要作用：矿物掺合料能有效改善混凝土的性能，提高混凝土的抗压强度、抗折强度、抗渗透性能等。同时，矿物掺合料还能提高混凝土的耐久性，抵抗各种破坏因素，如冻融循环、钢筋锈蚀、碳酸盐化、淡水溶蚀、盐类侵蚀、碱- 集料反应、酸碱腐蚀作用等。

矿物掺合料混凝土的发展趋势：随着对环保和可持续发展的重视，矿物掺合料混凝土的发展趋势表现为：

（1）高强度、高性能混凝土：通过优化矿物掺合料的种类和比例，提高混凝土的强度和耐久性。

（2）绿色、环保混凝土：研发利用工业废渣、建筑垃圾等废弃物制备矿物掺合料，降低混凝土生产对环境的影响。

矿物掺合料混凝土在我国的应用前景十分广阔，具体表现在：

（1）大规模推广：随着技术的不断进步，矿物掺合料混凝土在我国的大规模推广将成为可能。

（2）节约资源、降低成本：利用工业废渣、建筑垃圾等废弃物制备矿物掺合料，有利于资源再利用和降低混凝土生产成本。

参考文献：

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刘洋甫（1997-），男，汉，河南省南阳，研究生，研究方向：土木工程