礦物外加劑作用機(jī)理及其關(guān)鍵技術(shù)

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normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>關(guān)鍵詞： 礦物外加劑；生態(tài)環(huán)境材料；關(guān)鍵技術(shù)；作用機(jī)理

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>中圖分類(lèi)號(hào)： TU528.044 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 0253-374X(2004)04-0494-05

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>Abstract ： In this paper ， research result s and application experiences of a kind of environmentallyf riendly supplementary cementitious material， composite mineral admixture are summarized。 Somemechanisms ，which determine mechanical behaviors ， rheologic properties and durability of concrete ，have been identified。based on these theoretical results ，key technologies of production and application of composite mineral admixture were developed。 At last ，the future of this new material is discussed。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>Key words： mineral admixture； environmentaly friendly material； key technology；functionary mechanism。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>　　

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>近年來(lái)，方興未艾的混凝土礦物外加劑是傳統(tǒng)混凝土領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新成就之一。 礦物外加劑是廢渣資源化的生態(tài)環(huán)境膠凝材料，是國(guó)家重點(diǎn)引導(dǎo)推廣生產(chǎn)和使用的生態(tài)建筑材料，并且已制定了產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》(GB/T18736—2002)中礦物外加劑的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)定義范疇是：?jiǎn)我换驈?fù)合的天然礦物或人造礦物材料，經(jīng)適當(dāng)?shù)墓に嚪勰ザ傻姆勰┎牧?，其摻入混凝土中可改善混凝土物理力學(xué)性能。 該規(guī)范中將礦物外加劑分為礦渣微粉、粉煤灰微粉、沸石微粉、硅灰及其他天然礦物或人造礦物材料。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>若按其作用效果可分為： ①改性型礦物外加劑，改善混凝土物理力學(xué)性能的第六組成；②功能型礦物外加劑，賦予混凝土特殊功能的第六組成。 礦物外加劑作為生態(tài)環(huán)境輔助膠凝材料主要用途有以下4個(gè)方面： ①水泥特殊混合材；②建筑砂漿輔助膠凝材料；③混凝土輔助膠凝材料；④建筑功能外加劑。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>1 　礦物外加劑研究與應(yīng)用進(jìn)展

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>1.1 　礦物外加劑發(fā)展三步曲

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>礦物外加劑的發(fā)展經(jīng)歷了以下3個(gè)階段[1]：

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(1)初級(jí)階段——摻合料20世紀(jì)70年代初到80年代中為礦物外加劑的初級(jí)階段。 該階段礦物外加劑標(biāo)志性成就是：粉煤灰作為摻合料用于預(yù)拌混凝土，粉煤灰超量替代水泥比例為10%～25%。其主要作用效果是：改善泵送混凝土的流變性，降低混凝土成本。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(2)成熟階段———礦物外加劑　

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>20世紀(jì)80年代中到90年代末，礦物外加劑發(fā)展進(jìn)入了成熟階段。 其標(biāo)志性成就有2個(gè)方面： ①硅灰作為礦物外加劑配制高強(qiáng)、超高強(qiáng)混凝土，摻量為水泥的5%～15%； ②礦渣微粉作為礦物外加劑等量替代水泥20%～60%，配制高強(qiáng)、超高強(qiáng)大流動(dòng)度、高耐久性混凝土。上述礦物外加劑的作用效果是： ①改善混凝土的力學(xué)性能；②改善混凝土流變性；③改善混凝土耐久性。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(3) 創(chuàng)新階段———特殊功能礦物外加劑　

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>21世紀(jì)礦物外加劑進(jìn)入了創(chuàng)新發(fā)展階段。其標(biāo)志性成就是：特殊功能礦物外加劑作為混凝土第六組分，賦予混凝土特殊功能，配制出功能混凝土。例如：建筑保溫功能混凝土、環(huán)境調(diào)濕功能混凝土、環(huán)境吸波混凝土、電磁波屏蔽混凝土等。其功能特征是環(huán)境生態(tài)型建筑材料，產(chǎn)品科技含量更上一層樓。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>1.2 　礦物外加劑生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)狀況

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(1) 改性型礦物外加劑已長(zhǎng)足進(jìn)展1996年同濟(jì)大學(xué)與湖南韶峰集團(tuán)合作研究開(kāi)發(fā)的“高性能混凝土復(fù)合摻合料”在北京通過(guò)了國(guó)家建材局組織并主持科技成果鑒定，是國(guó)內(nèi)首家實(shí)施工業(yè)化生產(chǎn)并在工程中應(yīng)用的科技成果，已故的吳中偉院士作為鑒定專(zhuān)家委員會(huì)主任對(duì)之給予了高度評(píng)價(jià)，該成果公告后在全國(guó)范圍掀起了研究礦渣微粉的熱潮。 1998年國(guó)內(nèi)第一個(gè)礦渣微粉標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)世：《砂漿、混凝土用?；V渣微粉》(DB31/T-35—1998)，上海市地方標(biāo)準(zhǔn))；1999年國(guó)內(nèi)第一個(gè)礦渣微粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)程問(wèn)世《粒化高爐礦渣微粉在水泥混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(DG/ TJ 08 - 501 —1999，上海市地方標(biāo)準(zhǔn))；2000年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》( GB/T18046—2002) 頒布；2002年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》( GB/T18736—2002)頒布，在該標(biāo)準(zhǔn)中正式將礦渣微粉命名為“礦物外加劑”，納入混凝土第六組分。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施標(biāo)志著礦物外加劑技術(shù)進(jìn)入了成熟的應(yīng)用階段，是國(guó)家引導(dǎo)的發(fā)展產(chǎn)業(yè)。2000年由同濟(jì)大學(xué)研究開(kāi)發(fā)的“高性能混凝土復(fù)合摻合料”獲得國(guó)家科技部、國(guó)家建設(shè)部等五部頒發(fā)的國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品證書(shū)，列入國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品推廣計(jì)劃。 近年，同濟(jì)大學(xué)根據(jù)建設(shè)工程的需求，開(kāi)發(fā)了高性能海工混凝土用礦物外加劑和道路混凝土用礦物外加劑。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>目前，國(guó)內(nèi)工業(yè)化生產(chǎn)的礦物外加劑種類(lèi)有：礦渣微粉、粉煤灰微粉、沸石微粉、硅灰及上述種類(lèi)復(fù)合礦物外加劑，其中礦渣微粉和粉煤灰微粉的生產(chǎn)應(yīng)用比較廣泛。 礦物外加劑在商品混凝土比較發(fā)達(dá)的大、中型城市已得到廣泛應(yīng)用，但在商品混凝土不普及的中小城市，尚未形成市場(chǎng)。 縱觀國(guó)內(nèi)生產(chǎn)狀況，生產(chǎn)廠家由于技術(shù)或設(shè)備的局限性，所生產(chǎn)的礦物外加劑品種較有限，且產(chǎn)品的品質(zhì)規(guī)格多為低檔品，尚不能滿(mǎn)足建設(shè)工程配制高性能混凝土的需求。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(2) 功能型礦物外加劑方興未艾功能型礦物外加劑的研究目前是研究熱點(diǎn)。 目前在同濟(jì)大學(xué)建筑材料研究所開(kāi)展研究的相關(guān)項(xiàng)目有：生態(tài)混凝土、仿生自愈合混凝土、自診斷機(jī)敏混凝土、電磁生態(tài)環(huán)境混凝土、壓電混凝土等。 國(guó)內(nèi)許多科研院所、高校亦開(kāi)展了功能型礦物外加劑的研究。 功能型礦物外加劑主要立足于環(huán)境友好、環(huán)境協(xié)調(diào)、環(huán)境保護(hù)，即圍繞生態(tài)環(huán)境材料主題展開(kāi)研究，具有品種多樣化、功能多元化特點(diǎn)。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2 　礦物外加劑特性與作用機(jī)理

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2.1 　礦物外加劑改善硬化混凝土力學(xué)行為機(jī)理

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>nth="12" Year="1899">2.1.1 　復(fù)合膠凝效應(yīng)[2～4]

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>礦物外加劑是根據(jù)復(fù)合膠凝效應(yīng)原理，遴選不同種類(lèi)膠凝特性互補(bǔ)的礦物組成礦物外加劑復(fù)合體系。復(fù)合膠凝效應(yīng)包括3方面作用：誘導(dǎo)激活效應(yīng)、表面微晶化效應(yīng)和界面耦合效應(yīng)。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(1) 誘導(dǎo)激活效應(yīng)

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>誘導(dǎo)激活是介穩(wěn)態(tài)復(fù)合相在水化過(guò)程中相互誘導(dǎo)對(duì)方能態(tài)躍過(guò)反應(yīng)勢(shì)壘，使介穩(wěn)態(tài)體系活化，使水化動(dòng)力學(xué)加速。 誘導(dǎo)激活是介穩(wěn)相離子基團(tuán)和分子的化學(xué)復(fù)合作用。 在此以介穩(wěn)態(tài)非典型玻璃相復(fù)合體系為例說(shuō)明：高鈣類(lèi)玻璃相(如礦渣) 與高鋁中硅玻璃相(如粉煤灰) 復(fù)合體系水化液相主要離子為Ca2+，AlO-2和SiO4-4，當(dāng)存在SO2-4時(shí)，則形成AFt。AFt是良好的膠凝產(chǎn)物，具有穩(wěn)定性好，溶度積小等特點(diǎn)，它的形成將消耗液相中的Ca2+和AlO-2，溶液中Ca2+ 濃度降低，促使高鈣玻璃相水解反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，AlO-2 濃度降低則促進(jìn)了高鋁中硅玻璃相水解。2類(lèi)玻璃相水化液相離子互補(bǔ)，使AFt形成反應(yīng)，不斷加速，同時(shí)也加速了高鈣玻璃相網(wǎng)絡(luò)配位離子Ca2+ 和高鋁中硅玻璃相網(wǎng)絡(luò)離子Al3+ 被持續(xù)萃取。上述過(guò)程循環(huán)反復(fù)，使玻璃相失去穩(wěn)定性，活性提高，使非典型玻璃相被相互誘導(dǎo)激活。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(2) 表面微晶化效應(yīng)

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>介穩(wěn)態(tài)復(fù)合體系在水化過(guò)程中若不存在外界干擾，系統(tǒng)中的水化產(chǎn)物只能借助熱力學(xué)起伏在某局部區(qū)域出現(xiàn)，即新相只能通過(guò)成核才能形成。 當(dāng)有另一復(fù)合相存在時(shí)，其微晶核作用降低了成核勢(shì)壘，產(chǎn)生非均勻成核，使水化產(chǎn)物在另一復(fù)合相表面沉淀析出，加速了水化過(guò)程。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(3) 界面耦合效應(yīng)

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>礦物外加劑復(fù)合體系通過(guò)誘導(dǎo)激活、水化硬化形成穩(wěn)定的凝聚體系，其顯微界面的粘結(jié)強(qiáng)度與其宏觀物理力學(xué)性能密切相關(guān)。 礦物外加劑的界面耦合效應(yīng)主要表現(xiàn)在界面嚙合作用、表面自由能變化和化學(xué)結(jié)合力改善[5]諸方面。普通混凝土的漿體與集料的界面是力學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)，界面區(qū)顯微結(jié)構(gòu)研究結(jié)果表明：礦物外加劑摻入混凝土中，可改善水泥漿- 集料界面區(qū)Ca(OH)2的取向度。差示熱分析(DSC)定量分析結(jié)果還表明：“礦物外加劑+水泥”體系的Ca(OH)2含量明顯低于純水泥體系。用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察水化產(chǎn)物形貌，發(fā)現(xiàn)摻礦物外加劑的水泥石Ca(OH)2的晶體尺寸相對(duì)比較小。礦物外加劑對(duì)水化產(chǎn)物Ca(OH)2數(shù)量、尺寸及空間分布排列的影響，均有利于界面粘結(jié)強(qiáng)度的改善。 因此，摻礦物外加劑的混凝土抗壓和抗折強(qiáng)度有顯著改善。 觀察礦物外加劑混凝土試件的破壞斷口，可以看到斷裂界面大部分是石子，漿體-集料界面不是主要破壞界面。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>nth="12" Year="1899">2.1.2 　微集料效應(yīng)[6，7]

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(1) 自緊密堆積效應(yīng)混凝土體系可理解為連續(xù)級(jí)配的顆粒堆積體系，粗集料間隙由細(xì)集料填充，細(xì)集料間隙由水泥顆粒填充，水泥顆粒之間的間隙，則需更細(xì)的顆粒來(lái)填充。 礦物外加劑的最可幾粒徑在10μm 左右，可起到填充水泥顆粒間隙的微集料作用，使混凝土形成細(xì)觀層次的自緊密體系。 因此，合理的顆粒群級(jí)配是礦物外加劑的重要品質(zhì)指標(biāo)。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(2) 形狀因子效應(yīng)

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>礦物外加劑顆粒的形狀和表面粗糙度對(duì)緊密堆積及界面粘結(jié)強(qiáng)度有密切的關(guān)系。 顆粒群形狀具有較高的圓度是礦物外加劑的物理品質(zhì)指標(biāo)。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>上述2個(gè)方面物理和化學(xué)的綜合作用，使摻礦物外加劑的混凝土具有致密的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的界面粘結(jié)性能，表現(xiàn)出良好的物理力學(xué)性能。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2.2 　礦物外加劑改善混凝土和易性機(jī)理

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>nth="12" Year="1899">2.2.1 　礦物外加劑輔助減水機(jī)理[5，8]

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>礦物外加劑輔助減水作用是以下3個(gè)方面綜合作用效果： ① 流變學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明，水泥漿的流動(dòng)性與其屈服應(yīng)力τ0 密切相關(guān)，屈服應(yīng)力τ0 愈小，流動(dòng)性愈好，表現(xiàn)為新拌混凝土坍落度大。 而礦物外加劑可顯著降低水泥漿屈服應(yīng)力，因此可改善混凝土的和易性。 ②礦物外加劑顆粒群的定量體視學(xué)分析結(jié)果表明，礦物外加劑的顆粒最可幾直徑在6～8μm ，圓度在0.2～0.7 范圍。顆粒直徑愈小，圓度愈大，即顆粒形狀愈接近球體。礦物外加劑顆粒直徑顯著小于水泥且圓度較大，它在新拌水泥漿中具有軸承效果，可增大水泥漿的流動(dòng)性。 ③ 由于礦物外加劑具有較高的比表面積，會(huì)使水泥漿的需水量增大，因此礦物外加劑本身并沒(méi)有減水作用，它只有與減水劑復(fù)合作用時(shí)，前2個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)才得到發(fā)揮，使水泥漿和易性獲得進(jìn)一步改善，表現(xiàn)出輔助減水效果。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>nth="12" Year="1899">2.2.2 　礦物外加劑改善坍落度損失機(jī)理[9]

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>礦物外加劑對(duì)坍落度損失改善機(jī)理可歸結(jié)為以下3個(gè)方面作用：

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(1) 從流變學(xué)角度分析，摻高效減水劑混凝土坍落度損失較快的原因，是由于其中水泥漿的屈服應(yīng)力τ0 隨時(shí)間推移迅速增大之故，τ0值與坍落度損失之間具有很好的相關(guān)性。 礦物外加劑可顯著降低水泥漿的屈服應(yīng)力τ0，由于初始τ0相對(duì)亦較小，使τ0值在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)維持在較低的水平上，使水泥漿處于良好的流動(dòng)狀態(tài)，從而有效地控制了混凝土的坍落度損失。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(2) 混凝土坍落度損失原因之一是由于水分蒸發(fā)?；炷猎谶\(yùn)輸和施工過(guò)程中氣泡不斷外溢，伴隨著水分蒸發(fā)，混凝土坍落度值經(jīng)時(shí)下降。 摻高效減水劑的混凝土由于用水量大幅度減少，而水分蒸發(fā)量與不摻減水劑的混凝土基本相近，因此摻高效減水劑混凝土中單位體積的水分蒸發(fā)率相對(duì)較大，使其坍落度損失加快。摻礦物外加劑的新拌混凝土具有良好的粘聚性，且泌水性很小，其原因是礦物外加劑的比表面積為400～value="600" UnitName="m2" w:st="on">600m2·kg-1 ，其大比表面積對(duì)水分的吸附作用，起到了保水作用，減緩了水分的蒸發(fā)速率，因此有效地抑制了混凝土坍落度損失。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(3) 混凝土坍落度損失與水泥水化動(dòng)力學(xué)有關(guān)。 隨著水化時(shí)間的推移，水泥水化產(chǎn)物的增長(zhǎng)，使混凝土體系的固液比增大，自由水量相對(duì)減少，凝聚趨勢(shì)加快，致使混凝土坍落度值下降較快。 在高溫及干燥條件下這種現(xiàn)象更甚。 礦物外加劑在改善混凝土性能的前提下，可等量替代水泥30%～50%配制混凝土，大幅度降低了混凝土單位體積水泥用量。 礦物外加劑屬于活性摻合料，但與水泥熟料相比，則為低水化活性膠凝材料。 大摻量的礦物外加劑存在于新拌混凝土中，有稀釋整個(gè)體系中水化產(chǎn)物的體積比例的效果，減緩了膠凝體系的凝聚速率，從而可使新拌混凝土的坍落度損失獲得抑制。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2.3 　礦物外加劑改善混凝土耐久性機(jī)理

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>由上述分析可知，摻礦物外加劑的混凝土可形成比較致密的結(jié)構(gòu)，而且顯著改善了新拌混凝土的泌水性，避免形成連通的毛細(xì)孔。孔結(jié)構(gòu)分析表明：摻礦物外加劑的水泥石，孔隙率低于基準(zhǔn)試樣，且最可幾孔徑相對(duì)較小。 因此礦物外加劑可改善混凝土的抗?jié)B性[2，10] 。 同理，由于水泥石結(jié)構(gòu)致密，二氧化碳難以侵入混凝土內(nèi)部，所以，礦物外加劑混凝土具有優(yōu)良的抗碳化性能[11] 。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3 　礦物外加劑關(guān)鍵技術(shù)

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3.1 　礦物外加劑生產(chǎn)技術(shù)

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>nth="12" Year="1899">3.1.1 　優(yōu)化配伍礦物外加劑復(fù)合體系[6，12]

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>根據(jù)復(fù)合膠凝效應(yīng)原理，遴選礦物外加劑組成優(yōu)化配比。 一般地說(shuō)，礦渣與火山灰質(zhì)材料具有膠凝特性互補(bǔ)效果，在水化過(guò)程中可相互誘導(dǎo)激發(fā)，提高復(fù)合體系的膠凝活性。礦物外加劑的微晶核效應(yīng)可改善水化產(chǎn)物在空間的均勻分布，加速膠凝材料水化動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。 根據(jù)結(jié)晶成核理論可知：水化產(chǎn)物在復(fù)合相表面上形成球冠胚團(tuán)的能量變化如下式：

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>　

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>令f(θ) = (2 + cosθ)( 1 - cosθ)2/ 4 ， 則有ΔG*=ΔG·f (θ) 。 其中，ΔG 為均勻成相時(shí)生成半徑為r的球狀胚團(tuán)的能量變化， f (θ) 表征了復(fù)合體系中復(fù)合相對(duì)水化產(chǎn)物結(jié)晶成核的影響。 分析f (θ) 關(guān)系式可獲得礦物外加劑復(fù)合體系優(yōu)化配伍的啟迪。由于接觸角變化范圍為0 ≤θ ≤180°， 而cos θ的變化區(qū)間為[ -1，1] ，根據(jù)f (θ) 的表達(dá)式可知：0 ≤f (θ) ≤1。 由此可見(jiàn)，在水化過(guò)程中復(fù)合相的存在具有降低水化產(chǎn)物成核勢(shì)壘的共性， f (θ) 隨θ增大而增大，θ的大小反映了復(fù)合相表面自由能的大小。 因此選擇θ小的、表面自由能高的介穩(wěn)相作為復(fù)合組成，可顯著降低水化產(chǎn)物的成核勢(shì)壘。 一般說(shuō)，硅灰的表面自由能較高，容易在其表面產(chǎn)生大量的水化產(chǎn)物晶核， 并在其表面形成較多的無(wú)規(guī)則排列的水化產(chǎn)物微晶層，從而增大了相界面的粘結(jié)力。根據(jù)流變學(xué)原理，將不同流變特性的材料復(fù)合，使其配制的新拌混凝土具有較小的屈服應(yīng)力和適當(dāng)?shù)恼扯?I>，表現(xiàn)出大流動(dòng)度而不離析的特性。 例如：礦渣微粉與石灰石微粉復(fù)合可增加混凝土粘度， 改善混凝土的泌水性[13] 。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>nth="12" Year="1899">3.1.2 　優(yōu)化組合不同工藝性能的粉磨設(shè)備

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>礦物外加劑一般需要超細(xì)粉磨工藝，故首先必須選擇合適的粉磨機(jī)械和粉磨工藝。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)礦物外加劑廠家中大型的粉磨設(shè)備是國(guó)外進(jìn)口的立式磨，投資規(guī)模上億元。立式磨產(chǎn)量高，產(chǎn)品比表面積在400～430m2·kg-1范圍時(shí)，粉磨能耗比較經(jīng)濟(jì)。 國(guó)外主要是用立式磨單獨(dú)粉磨水泥混合材。 但是若要求比表面積大于430 m2·kg-1 ，則能耗陡然上升。顯然，這類(lèi)工廠工藝設(shè)計(jì)人員在設(shè)備選型方面存在誤區(qū)，如果不進(jìn)行工藝改造，投資上億元的粉磨設(shè)備一般只能生產(chǎn)低品質(zhì)的礦物外加劑產(chǎn)品。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>目前國(guó)內(nèi)比較多的礦物外加劑生產(chǎn)企業(yè)是中小水泥廠轉(zhuǎn)產(chǎn)或兼產(chǎn)，其生產(chǎn)設(shè)備是利用原有水泥磨和生料磨進(jìn)行內(nèi)部襯板和磨球級(jí)配調(diào)整，產(chǎn)品單位能耗比較高，只能生產(chǎn)低品質(zhì)的礦物外加劑產(chǎn)品。由于礦物外加劑尚無(wú)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較合適的粉磨生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)品能耗居高不下，多數(shù)廠家只能生產(chǎn)低品質(zhì)的產(chǎn)品，客觀上困擾了礦物外加劑的發(fā)展。解決這一瓶頸的技術(shù)途徑在于：根據(jù)顆粒級(jí)配原理，將不同工藝性能的粉磨設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化組合，以滿(mǎn)足礦物外加劑技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)成本2方面要求。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>nth="12" Year="1899">3.1.3 　控制礦物外加劑顆粒群特征參數(shù)

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>目前礦物外加劑標(biāo)準(zhǔn)涉及生產(chǎn)工藝的參數(shù)為比表面積，這是產(chǎn)品的最基本要求。 大多數(shù)廠家均以此作為生產(chǎn)控制唯一的工藝參數(shù)，不少生產(chǎn)廠家對(duì)礦物外加劑作用原理一知半解，在生產(chǎn)工藝上片面地追求超細(xì)粉磨，結(jié)果耗費(fèi)了大量能源，但產(chǎn)品的活性指數(shù)僅有限提高。 品質(zhì)優(yōu)良的礦物外加劑產(chǎn)品需要控制其顆粒群特征參數(shù)[14]：比表面積、顆粒群級(jí)配和顆粒形狀因子。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>目前工廠常用檢測(cè)礦物外加劑比表面積的方法是勃氏透氣法，許多廠家反映該方法對(duì)檢測(cè)比表面積比較低(300 m2·kg-1左右) 的礦物外加劑，其復(fù)演性尚可，但檢測(cè)比表面積較高的礦物外加劑時(shí)，數(shù)據(jù)離散性大、復(fù)演性差。這表明：勃氏透氣法不適用于礦物外加劑的品質(zhì)檢驗(yàn)。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>《高強(qiáng)、高性能混凝土用礦物外加劑》規(guī)范中推薦采用激光粒度分析儀檢測(cè)礦物外加劑顆粒群級(jí)配，根據(jù)顆粒群級(jí)配可計(jì)算顆粒群的比表面積，但其不能獲得顆粒群形狀因子。 激光粒度分析儀價(jià)格為十多萬(wàn)元，對(duì)于中小型企業(yè)是不小的投資。圖像分析儀是比較適合檢測(cè)礦物外加劑顆粒群特征參數(shù)的手段，它可同時(shí)測(cè)定礦物外加劑3個(gè)顆粒群特征參數(shù)，方法簡(jiǎn)便，分析結(jié)果直觀。目前國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)和數(shù)碼相機(jī)價(jià)格已比較低，通過(guò)自己組裝圖像分析儀則價(jià)格在1 萬(wàn)元以下，一般企業(yè)是可以承受的。建議廠家采用圖像分析儀作為礦物外加劑品質(zhì)的檢測(cè)方法。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>控制礦物外加劑顆粒群特征參數(shù)的技術(shù)途徑有[13] ：通過(guò)不同類(lèi)型粉磨機(jī)械組合和助磨劑技術(shù)，控制礦物外加劑顆粒群級(jí)配與形貌，使之與水泥組合的顆粒群級(jí)配曲線盡可能地接近理想最緊密堆積級(jí)配曲線，同時(shí)降低礦物外加劑顆粒表面粗糙度，提高其圓度系數(shù)。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>nth="12" Year="1899">3.1.4 　礦物外加劑性能調(diào)節(jié)助劑

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>在粉磨過(guò)程中摻入性能調(diào)節(jié)助劑，使礦物外加劑滿(mǎn)足所需的特性。 通過(guò)選擇合適的調(diào)節(jié)助劑提高和改善礦物外加劑性能是比較經(jīng)濟(jì)而有效的技術(shù)途徑，這是礦物外加劑技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3.2 　礦物外加劑應(yīng)用技術(shù)

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>目前多數(shù)礦物外加劑生產(chǎn)廠家在經(jīng)營(yíng)思維上沿襲了水泥生產(chǎn)和銷(xiāo)售的慣性，只考慮生產(chǎn)出合格的礦物外加劑產(chǎn)品，至于如何應(yīng)用礦物外加劑是用戶(hù)的事。 但是礦物外加劑是新型的膠凝材料，用戶(hù)亦缺乏經(jīng)驗(yàn)。 筆者根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料及經(jīng)驗(yàn)，提供以下應(yīng)用技術(shù)思路以供參考。為了確保礦物外加劑混凝土具有良好的物理力學(xué)性能，宜根據(jù)礦物外加劑特性選用化學(xué)外加劑，以達(dá)到以下效果：

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(1) 降低礦物外加劑混凝土粘度以改善泵送性能礦物外加劑具有較高的比表面積，往往會(huì)使混凝土粘度增大，因此應(yīng)選擇合適的化學(xué)外加劑以調(diào)整混凝土的粘度，確?；炷辆哂辛己玫谋盟托?。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>(2) 提高礦物外加劑混凝土早期強(qiáng)度大摻量礦物外加劑混凝土早期強(qiáng)度相對(duì)較低，生產(chǎn)時(shí)可通過(guò)調(diào)整礦物外加劑的組成，改善其早期強(qiáng)度。 應(yīng)用時(shí)宜選用早強(qiáng)型化學(xué)外加劑。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>4 　結(jié)語(yǔ)

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>礦物外加劑屬于新型生態(tài)環(huán)境材料，大有發(fā)展前景。 礦物外加劑有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，是建材業(yè)和冶金業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的經(jīng)濟(jì)生長(zhǎng)點(diǎn)。 礦物外加劑的發(fā)展趨勢(shì)是：改性型向功能型發(fā)展。 礦物外加劑的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)均有待提高。

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