（一）水泥

現(xiàn)在的水泥有以下四點特征：（1）早期強度高；（2）為保證水泥的高強與早強，水泥熟料被磨得更細，且其中的C3A、C3S含量偏高，水化熱大；（3）由于上述兩個原因，導致混凝土抗裂性能差，水泥的長期性能潛力變小、自愈合能力遭到削弱；（4）堿含量偏高，與外加劑的相容性問題突出。

越來越多的研究和工程實踐表明，水泥具有良好的顆粒級配并且保留一定比例的粗顆粒水泥熟料是保證一般結(jié)構(gòu)混凝土（某些特種混凝土除外）質(zhì)量的重要條件，因此《高性能混凝土應用技術指南》指出：“硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的比表面積不宜大于350m2/kg。”

除了水泥熟料粉磨過細以外，水泥生產(chǎn)中混合材超摻、混合材成分不明的問題十分突出，這些因素都增加了混凝土質(zhì)量控制難度和技術風險。因此，《高性能混凝土應用技術指南》鼓勵使用較粗的P·I或P·II硅酸鹽水泥，外摻優(yōu)質(zhì)礦物摻合料的膠凝材料配制高性能混凝土。

 

（二）細骨料

近年來，優(yōu)質(zhì)河砂資源逐漸枯竭，海砂、山砂、特細砂、再生骨料等地方資源被逐漸開發(fā)利用，機制砂將逐漸成為未來的主流。其中，海砂與機制砂的應用存在著一些不容忽視的問題。

（1）海砂的應用

在我國東部沿海地區(qū)，人口稠密，經(jīng)濟發(fā)達，工程建設量大，當河砂資源出現(xiàn)供給不足時，遠距離運輸河砂又會大大提高工程造價。與國外許多國家走過的路一樣，在陸砂資源短缺的情況下，人們開始將注意力轉(zhuǎn)向了當?shù)厣霸?-海砂。因此，沿海地區(qū)開采利用海砂是經(jīng)濟發(fā)展的客觀需要和歷史發(fā)展的必然。然而，海砂應用既有成功的經(jīng)驗，也有慘痛的教訓。誤用或偷用海砂建成的“海砂屋”，短短幾年就會出現(xiàn)混凝土開裂、鋼筋銹蝕，甚至導致房屋倒塌，觸目驚心。

海砂的合理與安全利用必須考慮到開采與應用兩個方面。

1)開采方面——規(guī)劃有序

海砂開采對海洋生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境存在影響。開采海砂，可能會破壞海洋生物群集中的各生物種類的棲息環(huán)境，破壞海底的生態(tài)環(huán)境，影響海水的鹽度、pH值、O2含量、營養(yǎng)鹽等；可能造成海域輸砂量失衡、附近海域流場、波場改變，使得海岸受到侵蝕，國土流失；在近海大規(guī)模開采海砂，可能會引起近海地質(zhì)環(huán)境的改變，甚至引起局部陸架的地質(zhì)災害。有的海砂礦產(chǎn)中含有大量的稀有金屬元素，如可能含有錳、銅、鎳、鈷等多種元素，還可能是鐵礦、鈦鐵石與鋯石等珍貴礦產(chǎn)的賦存地。如果此類極具冶金價值的海砂用于建筑用砂，是極大的資源浪費。因此，海砂的開采應由國家國土資源部門詳細勘探規(guī)劃，有計劃、有步驟地開采使用。盲目開采使用，后果十分嚴重。

2)應用方面——從嚴控制

海砂的應用應遵循從嚴控制原則。《海砂混凝土應用技術規(guī)范》JGJ206-2010中，“海砂混凝土”被定義為采用海砂全部或部分代替細骨料的混凝土，體現(xiàn)了從嚴控制的思想。

《海砂混凝土應用技術規(guī)范》JGJ206-2010中明確規(guī)定：用于配制混凝土的海砂應作凈化處理，且海砂不得用于預應力混凝土。其中凈化處理技術即為淡水沖洗。另外，還規(guī)定了配合比設計和生產(chǎn)過程中應檢測海砂混凝土拌合物的水溶性氯離子含量。由于氯離子檢測方法的不完善，中國建筑科學研究院組織編制了《混凝土中氯離子含量檢測技術規(guī)程》JGJ/T322-2013。

有效的凈化處理是安全使用海砂的關鍵前提。《高性能混凝土應用技術指南》中規(guī)定進一步規(guī)定海砂的水溶性氯離子含量不得大于0.025%，比現(xiàn)行行業(yè)標準《海砂混凝土應用技術規(guī)范》JGJ206-2010規(guī)定的0.03%更嚴。

（2）機制砂的應用

機制砂應用中一個突出的問題是“石粉”問題。機制砂的“石粉”含量并非越多越好，也并非越少越好。“石粉”含量的控制要求與MB值相關——MB值小，石粉含量可適當放寬。《高性能混凝土應用技術指南》規(guī)定：石粉含量不大于10%，MB值不大于1.2；石粉含量較高時，可將部分石粉計入膠凝材料用量設計配合比。

（三）粗骨料

《高性能混凝土應用技術指南》規(guī)定，對配制高性能混凝土的粗骨料各項指標要求如下：（1）針片狀顆粒含量不大于10%，有利于改善粗骨料粒型和級配，增進高性能混凝土性能；（2）堅固性指標不大于8%，有利于骨料的耐久性能，進而保證高性能混凝土的耐久性能；（3）吸水率不大于2%，有利于控制混凝土拌合物性能，也有利于硬化混凝土性能；（4）松散堆積空隙率不大于45%，有利于粗骨料緊密堆積，對混凝土性能和節(jié)約膠凝材料和外加劑具有重要意義。

（四）礦物摻合料

傳統(tǒng)摻合料如粉煤灰、礦渣粉日益緊俏，供需矛盾逐漸突出。因此，摻合料種類范圍逐漸擴大，磷渣、鋼渣、爐渣、鋼鐵渣粉逐漸走上歷史舞臺。天然火山灰、沸石、浮石、凝灰?guī)r、石灰石粉、其他巖石粉等天然礦物材料以及超細礦渣粉、超細粉煤灰、微珠等礦物摻合料逐漸向深加工方向發(fā)展。礦物摻合料的復合化也逐漸成為摻合料技術發(fā)展的一個必然趨勢。

（1）近年來粉煤灰應用中的突出問題

1）“真假粉煤灰”

按照現(xiàn)行的標準難以判定粉煤灰的純度。表1為某地煅燒煤矸石粉按照現(xiàn)行粉煤灰標準的指標測試結(jié)果。由表可以看出，該煅燒煤矸石粉完全符合粉煤灰鑒定的指標要求。因此，根據(jù)現(xiàn)有標準，難以判斷粉煤灰的純度，甚至無法區(qū)分真假粉煤灰。

2）“脫硫灰”

采用循環(huán)流化床鍋爐工藝可以高效燃燒高硫煤，為了減少SO2的排放，往往需要采取脫硫措施，產(chǎn)生的粉煤灰即CFB脫硫粉煤灰。它含有大量的硫化物或硫酸鹽（如石膏等），不同于傳統(tǒng)的粉煤灰。未經(jīng)測試貿(mào)然用于混凝土，會造成嚴重的混凝土開裂和崩解現(xiàn)象。現(xiàn)行的粉煤灰標準雖有SO3含量限制，但對“脫硫灰”的檢驗判定缺乏針對性。

3）“脫硝灰”

為了減少燃煤過程中NOx的排放，需要在燃煤過程中進行“脫硝”處理，脫硝工藝不當可能會造成粉煤灰中殘留一部分的NH4+，當粉煤灰與水泥攪拌時，遇到堿性環(huán)境就會釋放出NH3（氨氣），在混凝土塑性階段產(chǎn)生大量氣體。

4）“浮黑灰”

現(xiàn)代燃煤工藝中，為了提高燃煤效率或電廠的某些特殊操作要求，會在燃煤過程中添加柴油或者其他油性物質(zhì)作為助燃劑，這些助燃劑不能完全燃燒，會在粉煤灰中存留油分。特別是粉煤灰經(jīng)過分選后，收集的粉煤灰會含有更多的未燃盡油分，用于拌制混凝土，這些油分上浮，在混凝土中容易漂浮的黑色油狀物。這種粉煤灰被稱為“浮黑灰”，見圖1。

 

5）礦物摻合料的深加工

粉煤灰的深加工一種方法就是通過粉磨達到超細化。粉磨后的超細粉煤灰的2000倍、10000倍SEM圖見圖2、圖3。

由圖4可以看出，超細粉煤灰的粒度分布主要集中在10μm左右，比表面積在700m2/kg左右。表2為超細粉煤灰（UFA）與I級粉煤灰標準要求的各項指標對比。發(fā)現(xiàn)需水量比并不提高，而活性指數(shù)大大提高，28d活性指數(shù)達到104%。

獲得超細粉煤灰的另一種途徑就是通過“選”：將某些燃煤鍋爐工藝產(chǎn)生的很細的粉煤灰，通過物理手段進行分選，獲得極細的那一部分，被稱之為“微珠”。其微觀形態(tài)和粒度分布見圖5。陳樂雄等研究了微珠在混凝土中的應用。

微珠的球狀形態(tài)及微粒徑尺度，使其具有良好的減水、填充增強作用。明顯改善混凝土或砂漿的流動度，并降低拌合物粘度，因此，在高強混凝土的超高層泵送總，微珠往往是一個重要的可選擇技術手段。中建商品混凝土公司利用微珠配制高強混凝土，不同微珠摻量的新拌混凝土如圖7、圖8所示。

除超細粉煤灰以外，超細礦渣粉也是一種常用的礦物摻合料。其各項指標見表4。超細礦渣粉主要特點是能夠提供較高的強度、特別是早期強度。

（2）礦物摻合料的復合化

優(yōu)質(zhì)礦物摻合料日益稀缺、低品質(zhì)摻合料難以應用，復合摻合料性能優(yōu)于單一摻合料且價格便宜，功能型（早強型、改善流動型）復合摻合料存在很大市場需求。礦物摻合料的復合化可以實現(xiàn)資源綜合利用，解決摻合料供給問題；可以取長補短，發(fā)揮幾種摻合料的協(xié)同作用（礦物摻合料具有超疊加效應）；可以解決預應力構(gòu)件對早期張拉強度的要求，解決大流態(tài)及自密實混凝土的技術需求。因此，復合化是摻合料技術發(fā)展的一個趨勢。

《高性能混凝土應用技術指南》中規(guī)定，復合摻合料是指采用兩種或兩種以上的礦物原料，單獨粉磨至規(guī)定的細度后再按一定的比例復合、或者兩種及兩種以上的礦物原料按一定的比例混合后粉磨達到規(guī)定細度，并符合規(guī)定活性指數(shù)的粉體材料。摻合料的復合并不是簡單地兩種或幾種摻合料混合，還需要考慮以下幾點問題：

1)考慮活性成分與惰性成分的搭配；

2)考慮微顆粒的級配分布；

3)考慮水化反應速度與產(chǎn)物（如凝膠類和結(jié)晶類）的匹配；

4)考慮化學激發(fā)作用；

5)考慮低品質(zhì)與高品質(zhì)資源的搭配利用。

《高性能混凝土應用技術指南》中規(guī)定的高性能混凝土用復合摻合料技術要求見表5。