[原创]因事、因时、因地，科学利用——记第三届“全国混凝土矿物掺合料应用技术研讨会”

　　“积极推进矿物掺合料应用技术研究是提高混凝土质量的需要，是开展绿色建筑行动的需要也是实现混凝土企业转型的需要。”

研讨会现场

　　在7月25日开幕的第三届“混凝土矿物掺和料应用技术研讨会”上，来自国内各高校和研究机构的知名专家、学者就混凝土矿物掺合料技术的研究与应用展开深入探讨。江苏省混凝土协会会长顾炎晴提出上述三点“需要”，概括了在当前社会经济形势下，推进混凝土矿物掺合料应用技术研究的重要性。

江苏省混凝土协会会长顾炎晴

　　在我国，矿物掺合料技术已经应用多年，早在1985年渔子溪二级电站建设过程中，硅灰便作为矿物外加剂得到了有效应用，但是经过多年的发展，国内混凝土企业在应用技术和理念方面仍然存在诸多欠缺。

北京建筑大学宋少民教授

　　北京建筑大学宋少明教授认为，“混凝土是十分复杂的材料体系，可能是人类所用的最为复杂的材料之一。”或许正因为如此，混凝土矿物掺合料的科学利用才倍显艰难。

　　一方面，各种混凝土矿物掺合料由于自身性能的差异，在实际应用过程中，需要因时、因事、因地制宜，检测技术、施工技术、养护技术都要做到有效协调，大大增加科学使用矿物掺合料的实际难度；而在另一方面，国内部分地区混凝土企业在矿物掺合料使用过程中，单纯降低成本，片面注重强度，忽略其它性能，造成建筑物隐患重重，严重威胁建筑物安全和使用寿命。

　　因此，积极推进混凝土矿物掺合料应用技术研究，增进混凝土技术工作者和质量检测、监管、监理人员对矿物掺合料的认识和了解，提升矿物掺合料实际应用的科学性、合理性，成为提高建筑质量，延长建筑寿命，实现建筑节能，推动混凝土行业发展的重要内容。

　　用途：制备高性能混凝土

　　在现代建筑中，军事防护工程、超高层建筑、核工业废料等重点工程项目都对混凝土质量已经提出了更为严苛的要求，具有超高强、高韧性、高耐久性特质的混凝土成为当下所需。

　　虽然矿物掺合料可以有效提升混凝土性能，但是由于种类繁多，特性各异，通过传统办法制备的混凝土并不能满足建筑实际需求，因此如何科学利用矿物掺合料制备高性能混凝土，成为一大难题。

中南大学教授张云升

　　中南大学教授张云升表示，“普通活性粉磨混凝土（RPC）虽然具有超高强、超高耐久性、高韧性等特点，但是缺点也十分突出。其一，成本高昂、制备工艺复杂，实际施工难度大；其二，自收缩大，混凝土开裂风险加大；其三，缺乏完善的规范和标准。”

　　因此，利用科学手段制备超高性能混凝土是解决时下所需的关键。

　　张云升将超高性能混凝土定义为：一种以硅酸盐水泥和多种工业废渣为胶凝体系，以高强粗集料和钢纤维为增强相，采用常规制备技术所得抗压强度大于150Mpa，同时具有良好的流动性能、力学性能和耐久性能的低能耗生态型绿色环保建筑材料。

　　因此，环保、高强、耐久、易制是新型超高性能混凝土材料的基本要素。

　　试验结果显示，用FA+SL+SF取代C，采用天然砂取代石英砂并加入15mm粗骨料，采用普通湿拌、振动成型、标准养护，制备的超高性能混凝土，在坍落度、扩展度、表现密度、抗压和抗折强度等物理性能方面表现优越。

参会代表拍照记录

　　据张云升介绍，当砂率从0.4增加到0.5，混凝土抗压和抗折强度均有增加，但是在0.5到0.6之间，规律则出现不一；粗集料种类方面，掺有玄武岩的抗压、抗折强度最大，花岗岩次之，铁矿石最小；粗集料粒径对混凝土的影响表现为，随着粗料粒径的增加，抗压强度先增后减，其中10mm是抗压强度达到最高值，抗折强度呈下降趋势；在钢纤维掺合量方面，纤维量增加，力学性能明显增加，其中抗压强度增强30.2%-64.1%，抗折强度增强38.6%-111.1%。

研讨会现场

　　事实上，由于超高性能水泥基复合材料的优越性能，在许多着名工程项目中已经广泛采用该技术。北京财税大楼是我国首次使用超高强度混凝土的建筑。该大楼1996年建造，28天抗压强度达到127Mpa。而同样采用超高强度混凝土的国家大剧院，28天抗压强度也达到了117.9Mpa，而在世界其他国家和地区，超高性能水泥基复合材料也在广泛应用，极大提高了建筑物抗震、抗腐蚀性能，为提高建筑寿命，将少资源浪费做出了重大贡献。

　　困局：矿物掺合料使用中的问题

　　虽然矿物掺合料对于提高混凝土强度，提高混凝土耐久性、抗压性等方面提供了很多帮助，但是由于矿物掺合料种类、品质不同，在实际使用过程中一些问题依然存在。

清华大学教授廉慧珍

　　清华大学教授廉慧珍表示，目前矿物掺合料主要分为三大类，而且各自特性不一。

　　1、火山灰质：以无定形二氧化硅、三氧化二铝为主要成分，能在常温有水的条件先与石灰石反应生成水硬性产物的无机粉状材料；

　　2、有潜在水硬性的矿物掺合料：以铝硅酸盐玻璃体为主，含少量水硬性矿物，能被硫酸盐和碱性物质激发而生成水硬性产物的无机粉状材料；

　　3、其他：可与硅酸盐水泥某些组分反应，改善混凝土硬化前后某些性质的无机粉状材料和可以对混凝土拌合物改性并参与混凝土微结构形成的无机粉状材料。

　　因此，由于矿物掺合料分类不同，特性各异，给实际应用带来不小难度。

　　有基于此，廉慧珍认为，在矿物掺合料使用过程中必须将矿物特质和混凝土需求相结合，区别对待。在实际使用过程中有3点问题需要注意。

　　首先，化学活性越高，对混凝土早期强度影响越小，相同水胶比下抗碳化性能越强，但对混凝土降低升温作用就越小，自收缩越大；其次，并非任何矿物掺合料都适合磨细，矿渣粉磨越细，化学活性越高，但开裂敏感性越差；最后，抗化学腐蚀的能力与不同矿物掺合料本身吸附能力有关，所需参量也有差别。

研讨会现场

　　事实上，根据实验结果，以矿渣粉、粉煤灰、硅灰、石灰石粉为例，在用途、性能和产生的效果方面差异相当明显。

　　粉煤灰，自收缩小，抗裂性好，但化学活性低，早期反应慢，长期反应率最多只有20%多，因此抗碳化性差；相比之下，矿粉渣化学活性随比表面积增大而明显提高，抗碳化性相对粉煤灰更好，缺点是自收缩大，抗裂性差，表面积太大不利于混凝土升温的降低，而硅灰和石灰石粉同样有着各自的优缺点。

　　因此，廉慧珍强调，“矿物掺合料在使用过程中，必须当针对工程具体情况确定矿物掺合料产量，结合各自优缺点，适量使用，做到因事制宜、因时制宜、因地制宜。”

会间讨论

　　应对：矿物掺合料品质检验和控制

　　事实上，做好矿物材料的检验，合理控制配合比对于科学使用矿物掺合料尤为重要。

　　南京水利科学研究院丁建彤教高认为，由于不同厂家在生产工艺、生产环境以及原材料等因素存在差异，导致矿物掺合料品质出现波动，严重影响到矿物掺合料在混凝土施工过程中的应用。

南京水利科学研究院教高丁建彤

　　以粉煤灰为例。不同厂家出产的粉煤灰，平均粒径由3纳米到78纳米不等，烧失量从1.04%到5.5%相差达到4.1%，差异明显。因此，加大矿物掺合料检测力度，通过不同的质量评级，控制矿物掺合料是使用量成为推广矿物掺合料技术亟待解决的问题。

代表提问

　　丁建彤认为，矿物掺合料品质检测，关键在于检测内容的全面性和指标严格控制。在粉煤灰质量检测过程中，需要在含水率、烧失量、细度、密度、粒型、活性指数、需水量比、安定性等方面进行定时定量检测，临时或新灰源每天或每90吨取样一次，超过6个月的老灰源每天或每360吨取样检测一次，可以有效提高矿物掺合料的质量控制效果。

　　发展：高性能矿物掺合料

　　随着研究的深入，普通矿物掺合料的缺陷开始凸显，以3种常见掺合料为例。

　　粉煤灰：早期水化活性较低，影响混凝土早期强度，同时混凝土易碳化、抗冻后表面易脱落。

　　矿粉：一方面，增大混凝土拌合物泌水；另一方面，增大混凝土收缩，加大建筑物开裂风险。

　　硅灰：水化反应快，导致混凝土早期温度提高；此外，增大混凝土早期收缩，加大建筑物开裂风险。

　　与此同时，现代混凝土同样存在许多问题未能解决。第一，低水胶比复杂胶凝体系混凝土的粘度调控问题；第二，常温或者低温条件下混凝土早强问题；第三，严酷条件下混凝土的耐久性保持与提升问题；第四，满足特殊需求的特种混凝土设计与制备问题。

　　基于普通矿物掺合料，无法完美的解决现代混凝土工作性、力学性、耐久性等方面的需要，开发高性能矿物掺合料成为混凝土行业发展的必然。

江苏省建筑科学研究院教高刘加平

　　江苏省建筑科学研究院刘加平教高表示，“要解决现代混凝土使用过程中遇到的种种难题，胶凝体系的改善是关键，矿物掺合料的高性能和功能化是重要技术措施。”

　　而实际上，在应对现代建筑物中混凝土使用问题中，高性能矿物掺合料的确优势明显。

　　第一、颗粒之间作用力大是导致混凝土粘度大的根本原因，用于粘度调控的高性能矿物掺合料可减小颗粒间作用力，有效降低混凝土粘度。

　　第二、超早强矿物掺合料的加入有利于混凝土氯离子扩散系数的降低，提高混凝土的抗氯离子的能力的同时，提高混凝土的抗冻能力。

　　第三、现代混凝土服役环境日趋复杂，城市污水、工业废水处理设施以及矿山、尾矿具有强酸腐蚀的环境，混凝土腐蚀严重，而在西部盐碱地带盐腐蚀现象强烈，混凝土破坏严重，耐酸混凝土用高性能矿物掺合料可有效提高混凝土抗酸腐性能。

　　第四、高速铁路、桥梁、人性道板振动负荷大，用普通混凝土制备存在严重缺陷，耐久性难以保证，活性粉磨混凝土用高性能矿物掺合料将有效提高混凝土耐久性。

会间讨论

　　事实证明，高性能矿物掺合料的应用可以有效提升混凝土性能，对延长建筑寿命、节省水泥用量、消耗废弃物将发挥重要作用。可以满足现代建筑结构对混凝土工作性能、力学性能、耐久性能等各项指标的更多、更高要求。

　　结语：根据实际科学利用

　　随着建筑业的不断发展，单纯注重成本和强度的矿物掺合料使用观念，实际已经无法满足现在建筑的需求。文中，各方专家就高性能矿物掺合料的研制，高性能混凝土的制备以及矿物掺合料应用过程中需要注重的问题等各方面做了详细阐述，实际为我国混凝土矿物掺合料应用的精细化发展提供了帮助。

　　正如廉慧珍教授所言，混凝土企业需要真正认识到每一种矿物掺合料的特殊性能，结合使用目的、使用环境、使用时间等因素充分考量，科学制定矿物掺合料使用配比，才是提升混凝土性能的有效途径。

　　矿物掺合料有一种魔力，可以让普通混凝土实现高强、耐磨、耐久、抗酸碱等目的，但是缺乏科学的使用，仍然难以真正达到改善混凝土质量的目的。