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13
2023
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原材料質量控制——礦物摻合料
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原材料質量控制——礦物摻合料
礦物摻合料是指在混凝土攪拌過程中加入的，具有一定細度和活性的輔助膠凝材料。
礦物摻合料摻入混凝土中不僅可以取代部分水泥，改善新拌混凝土的工作性，而且能夠提高硬化后混凝土的耐久性，是高強高性能和綠色混凝土必不可缺的組分。另一方面，混凝土中大量摻用礦物摻合料，可減少自然資源和能源的消耗，減少對環境的污染，有利于實現混凝土技術的可持續發展。
混凝土中常用的礦物摻合料主要有粉煤灰、礦渣粉、天然沸石粉、硅灰及其復合物等。粉煤灰、天然沸石粉和硅灰屬于火山灰質材料。通常情況下其本身無膠凝性，但它們能與石灰或水泥熟料水化時釋放出的Ca(OH)2 發生反應，生成具有膠凝性的水化產物，這一反應稱為火山灰反應。而礦渣粉在活性方面不同于火山灰質材料，它存在著相當數量的水泥熟料礦物，可以直接與水反應形成水化產物，凝結硬化而產生強度，不需要其他物質的存在。其他物質的存在僅對這一反應起到一個促進作用。它與水的反應不屬于火山灰反應，而是類似于水泥熟料的反應。因此，礦渣粉具有膠凝性，但不及水泥熟料。
由于礦物摻合料在混凝土中的應用一般取代部分水泥或細骨料，使其具有膠凝條件或自身就具有膠凝作用，因此，礦物摻合料與水泥一起被視為膠凝材料。
一、粉煤灰
粉煤灰是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細灰，粉煤灰的主要氧化物組成為：
SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰是我國當前排量較大的工業廢渣之一，隨著電力工業的發展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理，就會產生揚塵，污染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學物質還會對人體和生物造成危害。
1. 粉煤灰的形成
第一階段。粉煤在開始燃燒時，其中氣化溫度低的揮發分，首先自礦物質與固體碳連接的縫隙間不斷逸出，使粉煤灰變成多孔型炭粒。此時的煤灰，顆粒狀態基本保持原煤粉的不規則碎屑狀，但因多孔性，使其表面積更大。
第二階段。伴隨著多孔性炭粒中的有機質完全燃燒和溫度的升高，其中的礦物質也將脫水、分解、氧化變成無機氧化物，此時的煤灰顆粒變成多孔玻璃體，盡管其形態大體上仍維持與多孔炭粒相同，但比表面積明顯地小于多孔炭粒。
第三階段。隨著燃燒的進行，多孔玻璃體逐漸收縮而形成顆粒，其孔隙率不斷降低，圓度不斷提高，粒徑不斷變小，最終由多孔玻璃轉變為密度較高、粒徑較小的密實球體，顆粒比表面積下降為最小。不同粒度和密度的灰粒具有顯著的化學和礦物學方面的特征差別，小顆粒一般比大顆粒更具玻璃性和化學活性。
最后形成的粉煤灰 (其中80% ～90%為飛灰，10%～20%為爐底灰) 是外觀相似，顆粒較細而不均勻的復雜多變的多相物質。飛灰是進入煙道氣灰塵中很細的部分，爐底灰是分離出來的比較粗的顆粒，或是爐渣。這些東西有足夠的重量，燃燒帶跑到爐子的底部。
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