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13
2023
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原材料质量控制——矿物掺合料
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原材料质量控制——矿物掺合料
矿物掺合料是指在混凝土搅拌过程中加入的，具有一定细度和活性的辅助胶凝材料。
矿物掺合料掺入混凝土中不仅可以取代部分水泥，改善新拌混凝土的工作性，而且能够提高硬化后混凝土的耐久性，是高强高性能和绿色混凝土必不可缺的组分。另一方面，混凝土中大量掺用矿物掺合料，可减少自然资源和能源的消耗，减少对环境的污染，有利于实现混凝土技术的可持续发展。
混凝土中常用的矿物掺合料主要有粉煤灰、矿渣粉、天然沸石粉、硅灰及其复合物等。粉煤灰、天然沸石粉和硅灰属于火山灰质材料。通常情况下其本身无胶凝性，但它们能与石灰或水泥熟料水化时释放出的Ca(OH)2 发生反应，生成具有胶凝性的水化产物，这一反应称为火山灰反应。而矿渣粉在活性方面不同于火山灰质材料，它存在着相当数量的水泥熟料矿物，可以直接与水反应形成水化产物，凝结硬化而产生强度，不需要其他物质的存在。其他物质的存在仅对这一反应起到一个促进作用。它与水的反应不属于火山灰反应，而是类似于水泥熟料的反应。因此，矿渣粉具有胶凝性，但不及水泥熟料。
由于矿物掺合料在混凝土中的应用一般取代部分水泥或细骨料，使其具有胶凝条件或自身就具有胶凝作用，因此，矿物掺合料与水泥一起被视为胶凝材料。
一、粉煤灰
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰的主要氧化物组成为：
SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。
1. 粉煤灰的形成
第一阶段。粉煤在开始燃烧时，其中气化温度低的挥发分，首先自矿物质与固体碳连接的缝隙间不断逸出，使粉煤灰变成多孔型炭粒。此时的煤灰，颗粒状态基本保持原煤粉的不规则碎屑状，但因多孔性，使其表面积更大。
第二阶段。伴随着多孔性炭粒中的有机质完全燃烧和温度的升高，其中的矿物质也将脱水、分解、氧化变成无机氧化物，此时的煤灰颗粒变成多孔玻璃体，尽管其形态大体上仍维持与多孔炭粒相同，但比表面积明显地小于多孔炭粒。
第三阶段。随着燃烧的进行，多孔玻璃体逐渐收缩而形成颗粒，其孔隙率不断降低，圆度不断提高，粒径不断变小，最终由多孔玻璃转变为密度较高、粒径较小的密实球体，颗粒比表面积下降为最小。不同粒度和密度的灰粒具有显著的化学和矿物学方面的特征差别，小颗粒一般比大颗粒更具玻璃性和化学活性。
最后形成的粉煤灰 (其中80% ～90%为飞灰，10%～20%为炉底灰) 是外观相似，颗粒较细而不均匀的复杂多变的多相物质。飞灰是进入烟道气灰尘中很细的部分，炉底灰是分离出来的比较粗的颗粒，或是炉渣。这些东西有足够的重量，燃烧带跑到炉子的底部。
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