一、矿物参合料的定义与发展

 

矿物掺合料的狭义定义是不同于生产水泥时与熟料一起磨细的混合材料的，它是指在混凝土（或砂浆）搅拌前或搅拌中加入的、具有一定细度和活性的用于改善新拌合硬化混凝土性能（特别是混凝土耐久性）的某些矿物类产品
 

参合料按其性质可分为两类，即活性掺合料（或称水硬性掺合料）和非活性掺合料或称非水硬性掺合料）。目前使用的矿物掺合科绝大多是具有一定活性的固体工业废渣，如粉煤灰、磨细矿渣、硅灰、磨细石灰石等。而复合矿物掺合料是指这些矿物掺合料的复合物。
 

矿物掺合料的发展经历了以下三个阶段：
 

第一阶段为初级阶段。20世纪70年代中期至80年代中期为矿物参合料的初级阶段，该阶段矿物参合料标志性成就是粉煤灰作为掺合料用于预拌混凝土，粉煤灰超量替代水泥比例为10%~25%,其主要作用效果是改善泵送混凝土的流变性，降低混凝土成本。
 

第二阶段为成熟阶段。20世纪80年代中期至90年代末期，矿物参合料的发展进入了成熟阶段，其标志性成就有两方面：一是硅灰作为矿物掺合料配制高强、超高强混凝土，撞量为水泥的5%~15%;二是磨细矿渣作为矿物参合料等量替代水泥20%~60%,配制高强、大流动度、高耐久性混凝土
 

第三阶段为创新阶段。进入21世纪矿物掺合料进入了创新发展阶段。
 

二、矿物掺合料的作用机理

矿物掺合料特别是磨细矿物掺合料用作混凝土的掺合料能改善或提高混凝土的综合性能，其作用机理在于磨细矿物掺合料在混凝土中具有微集料效应、微晶核效应、火山灰效应和形态效应等。
 

(1)微集料效应
 

混凝土可视作持续配合比的颗粒物沉积管理体系，粗骨料的间缘由细骨料添充，细骨料的间隙由沉颗粒物添充，而水泥颗粒物之间，间隙则需要更细的颗粒物来添充。按照Aim和Gif模型理论，巴掺有极细矿物质渗合料的水泥基材料系統当作多元化系統，则在该系統中普遍存在着1个最严密沉积。其值在于极细矿物质掺合料颗粒物与水泥颗粒物的直徑比，该比率越小，最值越大。磨粉矿渣的细度比水泥微粒还细，当部分水泥被替换后，这些微粒就被补充到水泥微粒之间的空原中，使水泥微粒具有较好的配比，形成致密的结构和细观层次的自严密的沉积管理体系。
 

(2)微晶核效应
 

磨细矿物参合料的胶凝性虽然与硅酸盐水泥相比较弱，但它为水泥水化体系起到微晶核效应的作用，加速水泥水化反应的进程并为水化产物提供了充裕的空间，改善了水泥水化产物分布的均匀性，使水泥石结构比较致密，从而使混凝土具有较好的力学性能。
 

(3)火山灰效应
 

混凝土中掺入磨细矿物掺合料，在混凝土内部的碱环境中，磨细矿物掺合料吸收水泥水化时形成的氢氧化钙，且能促进水泥进一步水化生成更多有利的C-S-H凝胶，使集料接口区的氢氧化钙晶粒变小。
 

(4)形态效应
 

有些磨细矿物掺合料，如粉煤灰颗粒是煤粉在高温燃烧过程中形成的，绝大多数为玻璃微珠，这些玻璃体光滑、致密、粒细，比表面积小又有级配，能减少颗粒间的内摩阻力，从而减少混凝土的用水量，起到减水作用。
 

三、绿色高性能混凝土