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摘要：本文利用常用的掺和料固体水玻璃，硅灰，磨细矿渣，钠米SiO2及高效减水剂复配来控制混凝土的耐久性，分析了28天的抗折，抗压以及28天耐酸性能。通过对碱激活（水玻璃、硅灰、磨细矿渣、钠米SiO2等掺合料）单掺、双掺条件下与高效减水剂复合掺入时的混凝土性能进行了试验研究，浅谈掺合料对混凝土耐久性的影响,选择最有效、最经济的对策。
一、概述
我国从70年代起，已经针对混凝土的耐久性，对一些主要劣化因素分项进行了长期研究，也有人提出一些耐久性设计、施工的建议条款，并在其中引进了英、欧、美、日等过或地区的耐久性设计标准，但难于结合我国各地区不同的具体暴露环境条件、原材料实况，因此在套用是存在着与具体使用环境条件、材料条件难于对应的缺点，使设计的针对性不强，准确性难于保证。
近年来，以R2O—RO—R2O3—SIO2系统为基础的碱激活性混凝土，以其早强，高强和优良的耐久性而得到了迅速的发展。随着高强，高致密胶凝材料需求量的增加，传统的混凝土受到了激烈的挑战。因为无论是改变其矿物主组成还是增加比表面积都不能满足这种要求。
长期以来，国内外对碱激活性混凝土的研究大多集中在耐久性方面，主要表现以下方面：（1）碱激活剂掺入量的影响。一般碱组分的掺入量一激活材料重量的3.0%~5.5%为最佳。（2）养护制度的影响。湿度，温度，养护时间等对碱激活性有着明显的影响。一般在较高温度或蒸汽压等加速养护条件下，碱激或混凝土能体现更好的质量稳定性。（3）外加剂的影响。外加剂对碱激活混凝土的耐久性发展有着重要的作用。
二、影响碱激活性混凝土性能的因素
影响碱激活性混凝土性能的因素很多，如矿渣的质量，矿渣的粉磨细度，水固比，养护制度，激发剂的种类和掺量等。
1、矿渣质量的影响：
从化学组成来看，对于用作硅酸盐混凝土或矿渣硅酸盐混凝土混合材的矿渣，要求其质量系数：K>1.2，碱度系数：M>1.0。一般认为，提高CaO和Al2O3的含量可以增加矿渣的活性，但过高的Al2O3含量又会降低混凝土的后强度。从物相组成来看，水淬粒化高炉矿渣中最主要的成分是玻璃相，但随粒化效果不同而出现数量不等的结晶相不同的玻晶比（即玻璃相/结晶相的含量之比）。矿渣的玻晶比越大，水硬活性就越高，但有人提出，完全玻璃化并不能得到最高活性的矿渣。综合了化学和物相组成两方面的观点，我们认为要获得最高活性的矿渣，应有一最佳的玻晶比。
2．矿渣粉磨细度的影响：
粒化高炉矿渣的活性不仅决定于其组成，而且在很大程度上也决定于其粉磨细度。矿渣粉磨越细，结构破坏越烈，带电性就越强。所以，随粉磨细度的增加，矿渣颗粒表面的活性中心增多，反而活性也就随之提高。当处于介质溶液，尤其是碱性介质溶液中时，由于强化了矿渣颗粒与介质溶液中离子的相互作用而表现出更高的活性。考虑到生产实际的需要，一般将比表面积控制在350—450m2/kg.
3 水固比的影响：
有作者研究水固比对碱激活性混凝土的影响，水固比增加，强度下降。有关资料报道，系统中由于碱组分的影响而使和易性增加。
4 激发剂的影响：
研究结果表明，碱金属氧化物比CaO有更大的激发能力。但由于它们在水化过程的不同时期所起的作用不同，因而人们倾向于复合激发剂。至今为止，在所研究的激发剂中以硅酸钠和水玻璃的激发效果最好，当用水玻璃作激发剂时，一般认为其模数和掺和量都应有一恰当的范围。
碱激发剂的掺量对碱激活性混凝土的性能也有重要的影响。在一定范围内，混凝土的强度随掺量而增加。但是，必须注意到过高的碱掺量可能引起的碱—集料反应的危险性，尤其是在使用活性集料的情况下。
三．试验所用原材料
1、水泥：鹤林P.O 52.5 水泥，化学见表1。
2、磨细矿渣：重庆钢铁公司磨细水淬高炉矿渣。化学成分见表1。
3、细集料：标准沙。
4、外加剂：SP4固态，奈系高效减水剂。
5、水玻璃：固体
6、水：自来水。
表1胶凝材料化学成分（%）及烧失量
胶凝材料 SiO2 AL2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO SO3 烧失量 比表面积（cm2/g）
水泥 24.0 8.15 5.89 0.59 54.91 1.36 1.57 1.9 3000
磨细矿渣 32.64 14.06 2.42 2.90 39.35 7.13 ─ ─ 8800
四、试验方案
1、配合比
表2试验方案
组别 胶凝材料 标准砂 水 掺和料 外加剂
普通525 矿渣 纳米SiO2 水玻璃 硅灰 减水剂
1 500g --- 1350g 200g --- --- --- 2g
2 500g --- 1350g 200g --- 10g --- 2g
3 500g --- 1350g 200g --- 20 --- 2g
4 500g --- 1350g 200g --- 40g --- 2g
5 500g --- 1350g 200g --- 25g 25g 2g
6 500g --- 1350g 200g 15g 25g --- 2g
7 250g 250g 1350g 200g --- --- --- 2g
8 250g 250g 1350g 200g --- 25g --- 2g
9 250g 250g 1350g 200g --- 50g --- 2g
10 250g 250g 1350g 200g --- 25g 25g 2g
注：凝結28天，泡酸28天，水灰比0.4。
2、试验结果分析
图一：掺和料为水玻璃凝结28天抗折，抗压试验
从1—6组试验中我们可以看出碱激活混凝土和硅酸盐混凝土相比其强度表现出更大的波动性。碱激活混凝土的强度对碱的性能是敏感的，而且各种交叉因素对对碱激活性混凝土强度发展是非常重要的。另外碱激活混凝土因大量利用工业废渣，成分和性质的波动都较大。不同的水玻璃比例表现出不同的火山灰性，体现出不同的适应性。
图二：掺和料为碱矿渣凝结28天抗折，抗压试验
从7—10组试试验看出对28天强度，因素的影响顺序为：硅灰掺量→水泥用量→外加剂→误差→砂率，硅灰掺量的影响显著。砂率和外加剂的影响被误差所淹没。
图三：掺和料为水玻璃泡酸28天抗折，抗压试验
从1—6组试验中我们可以看出水玻璃含量的逐渐增多其抗酸的性能也逐渐变好。
图四：掺和料为碱矿渣泡酸28天抗折，抗压试验
从7—10组试验中我们可以看出在稀酸溶液中浸泡28天，强度不但没有降低，反而有大幅度的提高，说明碱矿渣有良好的抗稀酸的能力
五、结语
掺合料作为碱激活剂的混凝土早期强度高，耐久性优良，在许多方面显示了硅酸盐水泥所不具备的优良性质。成为水泥家族重要的一员。碱矿渣是优选的活性混合材料，由于碱矿渣具有活性和微集料填充的双重效应，在胶凝材料一定的前提下，碱矿渣取代水泥用量大，混凝土早期强度稍有下降，但后期强度明显提高，混凝土表现密度增加。
1、胶凝材料和掺和料的选择
有必要对水泥，粉煤灰，高炉矿渣，硅灰进行化学和物理分析，以评估它们对不同配比的混凝土的适应性。应注意，越来越多的证据证明从本质上讲水泥含量不是耐久性方面的指数。因此应尽量少用胶泥材料，以使混凝土具有和易性，其质量有连续性。尽量降低水泥含量将限制过多水化热的产生，这样就降低了生产早期热开裂的风险。胶凝材料应采用著名厂家的产品，并须对其质量进行日常的控制试验。
工程上为提高混凝土的耐久性能，可以采用混合水泥混凝土，用普通硅酸盐水泥/粉煤灰，普通硅酸盐水泥/高炉矿渣。通常粉煤灰占胶凝材料总量的25%—35%，矿渣可占胶凝材料的50%—80%。实际应用的比例随材料的性质和详细的配合比设计而变。在各种环境下，使用混合水泥的混凝土在耐久性能方面比使用纯普通硅酸盐水泥的混凝土要好。对于所有腐蚀性强，很强和及强的环境，建议使用粉煤灰或矿渣。
2、使用粉煤灰和高炉矿渣的特殊优点包括：
①降低热量的产生，从而减低热开裂的风险；
②长期强度更大；
③更好的抗氯化物，硫酸盐和碳酸腐蚀能力；
除粉煤灰和高炉矿渣外，还使用硅灰可进一步降低腐蚀性物质的穿透。由于其成本高，故当地条件分析或大气条件分析表明存在很大的耐久性危险，而采用其它保护措施的代价也很高是，可考虑硅灰。
参考文献
（1）杨静、覃维祖，粉煤灰对高性能混凝土的影响，《混凝土与水泥制品》1998.No.5
（2）叶青，纳米SiO2与硅粉的火山灰活性的比较，《混凝土》2001.No.3
（3）王冲、蒲心诚，超细矿物掺合料对新拌混凝土的增塑减水机理分析，《混凝土》2001.No.8
（4）叶青，纳米复合水泥结构材料的研究与开发，《建筑石膏与胶凝材料》2001.No.1
（5）杨坪、彭振斌，硅粉在混凝土中的应用探讨，《混凝土》2002.No.1
（6）覃维祖，混凝土组分的复合与相容性，《施工技术》1998.No.5
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
一、概述
我国从70年代起，已经针对混凝土的耐久性，对一些主要劣化因素分项进行了长期研究，也有人提出一些耐久性设计、施工的建议条款，并在其中引进了英、欧、美、日等过或地区的耐久性设计标准，但难于结合我国各地区不同的具体暴露环境条件、原材料实况，因此在套用是存在着与具体使用环境条件、材料条件难于对应的缺点，使设计的针对性不强，准确性难于保证。
近年来，以R2O—RO—R2O3—SIO2系统为基础的碱激活性混凝土，以其早强，高强和优良的耐久性而得到了迅速的发展。随着高强，高致密胶凝材料需求量的增加，传统的混凝土受到了激烈的挑战。因为无论是改变其矿物主组成还是增加比表面积都不能满足这种要求。
长期以来，国内外对碱激活性混凝土的研究大多集中在耐久性方面，主要表现以下方面：（1）碱激活剂掺入量的影响。一般碱组分的掺入量一激活材料重量的3.0%~5.5%为最佳。（2）养护制度的影响。湿度，温度，养护时间等对碱激活性有着明显的影响。一般在较高温度或蒸汽压等加速养护条件下，碱激或混凝土能体现更好的质量稳定性。（3）外加剂的影响。外加剂对碱激活混凝土的耐久性发展有着重要的作用。
二、影响碱激活性混凝土性能的因素
影响碱激活性混凝土性能的因素很多，如矿渣的质量，矿渣的粉磨细度，水固比，养护制度，激发剂的种类和掺量等。
1、矿渣质量的影响：
从化学组成来看，对于用作硅酸盐混凝土或矿渣硅酸盐混凝土混合材的矿渣，要求其质量系数：K>1.2，碱度系数：M>1.0。一般认为，提高CaO和Al2O3的含量可以增加矿渣的活性，但过高的Al2O3含量又会降低混凝土的后强度。从物相组成来看，水淬粒化高炉矿渣中最主要的成分是玻璃相，但随粒化效果不同而出现数量不等的结晶相不同的玻晶比（即玻璃相/结晶相的含量之比）。矿渣的玻晶比越大，水硬活性就越高，但有人提出，完全玻璃化并不能得到最高活性的矿渣。综合了化学和物相组成两方面的观点，我们认为要获得最高活性的矿渣，应有一最佳的玻晶比。
2．矿渣粉磨细度的影响：
粒化高炉矿渣的活性不仅决定于其组成，而且在很大程度上也决定于其粉磨细度。矿渣粉磨越细，结构破坏越烈，带电性就越强。所以，随粉磨细度的增加，矿渣颗粒表面的活性中心增多，反而活性也就随之提高。当处于介质溶液，尤其是碱性介质溶液中时，由于强化了矿渣颗粒与介质溶液中离子的相互作用而表现出更高的活性。考虑到生产实际的需要，一般将比表面积控制在350—450m2/kg.
3 水固比的影响：
有作者研究水固比对碱激活性混凝土的影响，水固比增加，强度下降。有关资料报道，系统中由于碱组分的影响而使和易性增加。
4 激发剂的影响：
研究结果表明，碱金属氧化物比CaO有更大的激发能力。但由于它们在水化过程的不同时期所起的作用不同，因而人们倾向于复合激发剂。至今为止，在所研究的激发剂中以硅酸钠和水玻璃的激发效果最好，当用水玻璃作激发剂时，一般认为其模数和掺和量都应有一恰当的范围。
碱激发剂的掺量对碱激活性混凝土的性能也有重要的影响。在一定范围内，混凝土的强度随掺量而增加。但是，必须注意到过高的碱掺量可能引起的碱—集料反应的危险性，尤其是在使用活性集料的情况下。
三．试验所用原材料
1、水泥：鹤林P.O 52.5 水泥，化学见表1。
2、磨细矿渣：重庆钢铁公司磨细水淬高炉矿渣。化学成分见表1。
3、细集料：标准沙。
4、外加剂：SP4固态，奈系高效减水剂。
5、水玻璃：固体
6、水：自来水。
表1胶凝材料化学成分（%）及烧失量
胶凝材料 SiO2 AL2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO SO3 烧失量 比表面积（cm2/g）
水泥 24.0 8.15 5.89 0.59 54.91 1.36 1.57 1.9 3000
磨细矿渣 32.64 14.06 2.42 2.90 39.35 7.13 ─ ─ 8800
四、试验方案
1、配合比
表2试验方案
组别 胶凝材料 标准砂 水 掺和料 外加剂
普通525 矿渣 纳米SiO2 水玻璃 硅灰 减水剂
1 500g --- 1350g 200g --- --- --- 2g
2 500g --- 1350g 200g --- 10g --- 2g
3 500g --- 1350g 200g --- 20 --- 2g
4 500g --- 1350g 200g --- 40g --- 2g
5 500g --- 1350g 200g --- 25g 25g 2g
6 500g --- 1350g 200g 15g 25g --- 2g
7 250g 250g 1350g 200g --- --- --- 2g
8 250g 250g 1350g 200g --- 25g --- 2g
9 250g 250g 1350g 200g --- 50g --- 2g
10 250g 250g 1350g 200g --- 25g 25g 2g
注：凝結28天，泡酸28天，水灰比0.4。
2、试验结果分析
图一：掺和料为水玻璃凝结28天抗折，抗压试验
从1—6组试验中我们可以看出碱激活混凝土和硅酸盐混凝土相比其强度表现出更大的波动性。碱激活混凝土的强度对碱的性能是敏感的，而且各种交叉因素对对碱激活性混凝土强度发展是非常重要的。另外碱激活混凝土因大量利用工业废渣，成分和性质的波动都较大。不同的水玻璃比例表现出不同的火山灰性，体现出不同的适应性。
图二：掺和料为碱矿渣凝结28天抗折，抗压试验
从7—10组试试验看出对28天强度，因素的影响顺序为：硅灰掺量→水泥用量→外加剂→误差→砂率，硅灰掺量的影响显著。砂率和外加剂的影响被误差所淹没。
图三：掺和料为水玻璃泡酸28天抗折，抗压试验
从1—6组试验中我们可以看出水玻璃含量的逐渐增多其抗酸的性能也逐渐变好。
图四：掺和料为碱矿渣泡酸28天抗折，抗压试验
从7—10组试验中我们可以看出在稀酸溶液中浸泡28天，强度不但没有降低，反而有大幅度的提高，说明碱矿渣有良好的抗稀酸的能力
五、结语
掺合料作为碱激活剂的混凝土早期强度高，耐久性优良，在许多方面显示了硅酸盐水泥所不具备的优良性质。成为水泥家族重要的一员。碱矿渣是优选的活性混合材料，由于碱矿渣具有活性和微集料填充的双重效应，在胶凝材料一定的前提下，碱矿渣取代水泥用量大，混凝土早期强度稍有下降，但后期强度明显提高，混凝土表现密度增加。
1、胶凝材料和掺和料的选择
有必要对水泥，粉煤灰，高炉矿渣，硅灰进行化学和物理分析，以评估它们对不同配比的混凝土的适应性。应注意，越来越多的证据证明从本质上讲水泥含量不是耐久性方面的指数。因此应尽量少用胶泥材料，以使混凝土具有和易性，其质量有连续性。尽量降低水泥含量将限制过多水化热的产生，这样就降低了生产早期热开裂的风险。胶凝材料应采用著名厂家的产品，并须对其质量进行日常的控制试验。
工程上为提高混凝土的耐久性能，可以采用混合水泥混凝土，用普通硅酸盐水泥/粉煤灰，普通硅酸盐水泥/高炉矿渣。通常粉煤灰占胶凝材料总量的25%—35%，矿渣可占胶凝材料的50%—80%。实际应用的比例随材料的性质和详细的配合比设计而变。在各种环境下，使用混合水泥的混凝土在耐久性能方面比使用纯普通硅酸盐水泥的混凝土要好。对于所有腐蚀性强，很强和及强的环境，建议使用粉煤灰或矿渣。
2、使用粉煤灰和高炉矿渣的特殊优点包括：
①降低热量的产生，从而减低热开裂的风险；
②长期强度更大；
③更好的抗氯化物，硫酸盐和碳酸腐蚀能力；
除粉煤灰和高炉矿渣外，还使用硅灰可进一步降低腐蚀性物质的穿透。由于其成本高，故当地条件分析或大气条件分析表明存在很大的耐久性危险，而采用其它保护措施的代价也很高是，可考虑硅灰。
参考文献
（1）杨静、覃维祖，粉煤灰对高性能混凝土的影响，《混凝土与水泥制品》1998.No.5
（2）叶青，纳米SiO2与硅粉的火山灰活性的比较，《混凝土》2001.No.3
（3）王冲、蒲心诚，超细矿物掺合料对新拌混凝土的增塑减水机理分析，《混凝土》2001.No.8
（4）叶青，纳米复合水泥结构材料的研究与开发，《建筑石膏与胶凝材料》2001.No.1
（5）杨坪、彭振斌，硅粉在混凝土中的应用探讨，《混凝土》2002.No.1
（6）覃维祖，混凝土组分的复合与相容性，《施工技术》1998.No.5
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。