2.3　矿物掺合料

混凝土矿物掺合料是指在配制混凝土拌合物过程中，直接加入的具有一定细度和活性的、用于改善新拌混凝土和硬化混凝土性能（特别是混凝土耐久性）的矿物细粉材料。它是一种以硅、铝、钙等一种或多种氧化物为主要成分，掺入混凝土中代替部分水泥、改善新拌混凝土和硬化混凝土性能，且掺量一般不少于5%的具有火山灰活性或潜在水硬性的粉体材料。

矿物掺合料绝大多数来自工业固体废渣，它们在混凝土胶凝组分中的掺量通常超过水泥用量的5%，细度与水泥细度相同或比水泥细度更细。混凝土掺合料的作用与水泥混合材相似，在碱性或兼有硫酸盐成分存在的液相条件下，许多掺合料可以发生水化反应，生成具有固化特性的胶凝物质。但由于掺合料的质量要求与水泥混合材的质量要求并不完全一样，所以，掺合料对混凝土性能的影响与混合材也并不完全相同。例如，利用粉煤灰水泥配制的混凝土和易性通常较差，而利用优质的Ⅰ级粉煤灰掺合料可以配制出高和易性的混凝土，用劣质的Ⅲ级粉煤灰掺合料配制的混凝土和易性比粉煤灰水泥还要差；此外，掺合料和混合材对强度和耐久性的影响也有所不同。目前，掺合料也被称为混凝土的“第二胶凝材料”或“辅助性胶凝材料”。

在混凝土中合理使用掺合料不仅可以达到节约水泥、降低能耗和成本的目的，而且可以改善混凝土拌合物的工作性，提高硬化混凝土的强度和耐久性。另外，掺合料的应用对于改善环境，减少二次污染，推动可持续发展的绿色混凝土，也具有十分重要的意义。

常用的混凝土掺合料有粉煤灰、矿渣微粉、硅灰、石灰石粉、沸石粉和偏高岭土超细粉等。由于掺合料的化学成分、矿物组成、致密程度（或孔隙结构）、颗粒形态、级配和细度各不相同，其对混凝土性能的影响差别也比较大。在混凝土配制过程中可以只掺入一种掺合料，也可以同时掺入多种掺合料。

（1）掺合料的分类

①根据掺合料的活性程度可分为有胶凝性（或称潜在水硬活性）的掺合料，如粒化高炉矿渣、高钙粉煤灰或增钙液渣、沸腾炉燃煤脱硫排放的废渣等；有火山灰活性的掺合料，如粉煤灰、原状的或焙烧的酸性火山玻璃和硅藻土、某些烧页岩和黏土，以及某些工业废渣（如硅灰）等；惰性掺合料，如细磨的石灰岩、石英砂、白云岩以及各种硅质岩石的产物等。

②根据掺合料的化学成分，在活性分类方法基础之上，将其分为酸性、中性和碱性掺合料。它可以更好地反映掺合料化学成分的影响。具体方法可以参照矿渣的碱性系数计算方法，对混凝土掺合料进行分类：

　　（2-6）

式中，M₀>1，表示碱性氧化物多于酸性氧化物，称为碱性掺合料；M₀=1，称为中性掺合料；M₀<1，称为酸性掺合料。

③根据掺合料吸水性的高低，可将其分为低吸水性、中吸水性、高吸水性和特高吸水性掺合料。具体分类方法可参照粉煤灰级别分类指标中需水量比的高低进行划分。其中，低吸水性掺合料的需水量比为<95%，中吸水性掺合料的需水量比为95%～105%，高吸水性掺合料的需水量比为105%～115%，特高吸水性掺合料的需水量比>115%。这一指标概括反映了掺合料的致密程度、粉磨细度（比表面积）、颗粒级配和表面形态等因素的影响。吸水性也是混凝土掺合料优化组合时应该考虑的一个重要因素。

（2）掺合料优势互补组合

根据掺合料酸碱性、活性和吸水性对混凝土性能的不同影响，以及混凝土性能的具体要求，将不同类别的掺合料进行优化组合，可以使混凝土的和易性、强度和耐久性得到全面改善和提高。一般确定混凝土掺合料优势互补的组合方法有以下三种：

①酸性掺合料与碱性掺合料合理组合。如碱性矿渣与酸性或中性粉煤灰、沸石等火山灰质掺合料的适当搭配组合。

②活性掺合料与惰性掺合料合理组合。如活性矿渣、硅灰、粉煤灰以及火山灰质掺合料与惰性石灰石或水泥石的适当搭配组合。

③高吸水性掺合料和低吸水性掺合料合理组合。如结构疏松、表面粗糙的火山灰质掺合料及高吸水性粉煤灰与结构致密的矿渣、石灰石及表面光滑的优质粉煤灰的适当搭配组合。

（3）掺合料的掺量

根据工程所处的环境条件、结构特点，混凝土中矿物掺合料占胶凝材料总量的最大百分率（β_b）宜按表2-9控制。

2.3.1　粉煤灰

粉煤灰又称飞灰（fly ash，FA），是用于煤炉发电厂排放出的烟道灰或对其风选、粉磨后得到的具有一定细度的产品。在燃煤发电厂燃炉中，挥发性物质和碳充分燃烧，大多数矿物杂质形成灰并随尾气排出。粉煤灰颗粒在燃烧炉中为熔融态，但在离开燃烧区后，熔融态粉煤灰被迅速冷却，固化成球体、玻璃质颗粒。粉煤灰一部分呈球形，表面光滑，由直径以微米计的实心和中空玻璃微珠组成，一部分为玻璃碎屑以及少量的莫来石、石英等结晶物质，如图2-13所示。由于其独特的矿物和颗粒特性，热能电厂生产的粉煤灰通常可以不需进行任何加工便可用作硅酸盐水泥的矿物掺合料。底灰的颗粒较粗、活性较低，因而通常需要磨细以提高其火山灰活性。

由于水泥和某些高活性矿物掺合料会引起水化反应加剧、凝结硬化过快、混凝土温升提高、显著增大混凝土收缩而引起开裂等一系列问题，因此，现代混凝土在许多情况下需要具有低反应活性的、易于加工而且具有良好需水行为的超细填料。粉煤灰正符合现代混凝土的上述要求，所以成为现代混凝土中最重要的矿物掺合料之一。

2.3.1.1　粉煤灰的分类及物理指标

从化学成分上来讲，粉煤灰有高钙灰（C类，一般CaO含量≥10%）和低钙灰（F类，CaO含量<10%）之分。F类粉煤灰是指由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉灰，C类粉煤灰是由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰。

粉煤灰由于产地不一样，化学组成变化较大，其颗粒多数呈球形，表面光滑，色灰。低钙粉煤灰的表观密度一般为1800～2600kg/m³，松散堆积密度为600～1000kg/m³，粉煤灰成品根据细度、烧失量、需水量比、含水量和三氧化硫含量可划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级别，具体物理性质指标如表2-10所示。

细度和需水量比是评定粉煤灰品质的重要指标。粉煤灰中实心微珠颗粒最细、表面光滑，是粉煤灰中需水量最少、活性最高的成分，如果粉煤灰中实心微珠含量较多、未燃尽碳及不规则的粗粒含量较少时，粉煤灰较细，品质较好。未燃尽的碳粒颗粒较粗，会降低粉煤灰的活性，增大粉煤灰的需水性，是有害成分，一般用烧失量来评定。多孔玻璃体等非球形颗粒，表面粗糙、粒径较大，会增大粉煤灰的需水量，当其含量较多时，会使粉煤灰品质下降。SO₃是有害成分，应限制其含量。

2.3.1.2　粉煤灰的化学成分

粉煤灰的活性主要取决于玻璃体的含量，以及无定形氧化铝和氧化硅的含量。经过超高温处理后的粉煤灰通常含有60%～90%的玻璃体，而玻璃体的化学成分和活性又主要取决于钙的含量。我国大部分火力发电厂排放和生产的粉煤灰成分为：SiO₂（40%～60%）、Al₂O₃（20%～30%）、Fe₂O₃（5%～10%）、CaO（2%～8%）、烧失量（0.2%～8%）。SiO₂和Al₂O₃是粉煤灰中的主要活性成分，粉煤灰的烧失量主要是未燃尽的碳，其混凝土吸水量大，强度低，易风化，抗冻性差，为粉煤灰中的有害成分。

因烟煤生产的低钙粉煤灰含有铝硅玻璃体，其活性通常要低于高钙粉煤灰中的玻璃体。低钙粉煤灰中的晶体矿物主要有石英（SiO₂）、莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）、硅线石（Al₂O₃·SiO₂）、磁铁矿（Fe₃O₄）和赤铁矿（Fe₂O₃），这些矿物不具备任何的火山灰活性。高钙粉煤灰中的晶体矿物主要有石英（SiO₂）、铝酸三钙（3CaO·Al₂O₃）、硫铝酸钙（4CaO·3Al₂O₃·SO₃）、硬石膏（CaSO₄）、方镁石（f-MgO）、游离氧化钙（f-CaO）和碱性硫酸盐。除了石英和方镁石外，高钙粉煤灰中所有的晶体矿物均具有较高活性，这就是高钙粉煤灰比低钙粉煤灰具有更高活性的原因。高钙粉煤灰不仅具有火山灰活性，还有一定自硬性，如果没有石膏或其他外加剂的缓凝作用，还会加速水泥的凝结硬化。

2.3.1.3　粉煤灰的三大效应

（1）活性效应（火山灰效应）

粉煤灰是从燃煤电厂烟尘中收集到的一种细颗粒粉末，其成分主要是二氧化硅、氧化铝、氧化铁，形状为微细硅铝玻璃微珠，这些玻璃体单元（硅氧四面体、铝氧四面体和铝氧八面体）的聚合度较大，一般呈无规则的长链式和网络式结构，不易解体断裂。

粉煤灰的火山灰效应是指粉煤灰中的活性二氧化硅、活性氧化铝等活性组分与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等二次水化产物。其中，氢氧化钙可以来源于外掺的石灰，也可以来源于水泥水化时所析出的氢氧化钙。

水泥中的C₃S、C₂S在水化时析出Ca（OH）₂，粉煤灰处在这种碱性介质中，其硅铝玻璃体中的部分Si—O、Al—O键与极性较强的OH^-、Ca²⁺及剩余石膏发生反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙和钙矾石，从而产生强度。粉煤灰火山灰活性，其反应的过程主要是受扩散控制的溶解反应，早期粉煤灰微珠表面溶解，反应生成物沉淀在颗粒的表面上，后期Ca²⁺继续通过表层和沉淀的水化产物层向芯部扩散。但是，由于活性较高的硅铝玻璃球体表面致密且光滑，OH^-或极性水分子对它的侵蚀过程缓慢，因而上述反应过程非常缓慢，相应生成的水化产物数量较少，当粉煤灰掺量较大、水胶比较高时，混凝土的早期强度会有所降低。

（2）形态效应

粉煤灰中含有较多的表面光滑的球形玻璃微珠颗粒，由于粉煤灰玻璃微珠的“滚珠作用”，使得粉煤灰在混凝土中具有一定的减水作用，这将有利于减少混凝土的单方用水量，从而减少多余水在混凝土硬化后所形成的直径较大的孔隙。混凝土的需水量主要取决于混凝土固体材料混合颗粒之间的空隙，因此，在保持一定的稠度指标的条件下，若要降低混凝土的需水量，就必须减少固体材料混合颗粒之间的空隙。混凝土孔隙率的变化范围一般为10%～20%，其值越大，需水量就越大。在混凝土中应用粉煤灰，虽然减水量不如减水剂效果明显，但也有一定的效果，还可以改善新拌混凝土的流变性质。

粉煤灰的细度是影响混凝土和易性的主要因素，粉煤灰颗粒越细、球形颗粒含量越高，则需水量就越少。粉煤灰中细度大于45μm的颗粒越少，混凝土的和易性能越好。细度小于45μm的球形粉煤灰颗粒可以明显降低新拌混凝土的需水量。试验采用Ⅰ级粉煤灰替代50%水泥时发现，混凝土的需水量可以降低约20%。

（3）微集料填充效应（微集料效应）

粉煤灰的微细颗粒分布在水泥中，填充了水泥空隙和毛细孔隙，能产生致密势能，可以减少硬化混凝土的有害孔的比例，有效提高混凝土的密实性，该效应称为粉煤灰的微集料填充效应。由于粉煤灰在混凝土中活性填充行为的综合效果，粉煤灰通常具有提高混凝土致密度的作用。混凝土中使用优质粉煤灰，在新拌混凝土阶段，粉煤灰分散于水泥颗粒之间，有助于水泥颗粒“解絮”，改善和易性，提高拌合物抵抗离析和泌水的能力，从而使混凝土初始结构致密化；在硬化发展阶段，粉煤灰可以发挥物理填充料的作用；在硬化后，粉煤灰又发挥活性填充料的作用，改善混凝土中水泥石的孔结构特征。

2.3.1.4　粉煤灰对混凝土性能的影响

我国在20世纪50～60年代，曾尝试在混凝土中掺入粉煤灰以替代水泥，但并未取得满意效果，且出现了一些工程问题。主要体现在强度不足、抗渗性、抗冻性、抗碳化能力差等方面。因此，许多规范、标准均对粉煤灰的掺量进行限定，尤其是预应力混凝土构件中粉煤灰的掺量。这主要是因为传统混凝土中没有掺用减水剂，混凝土的水胶比较大（一般都高于0.50）。在这种情况下掺入粉煤灰，减少水泥的用量，就会使混凝土的凝结时间明显延缓、硬化速度减慢，表现为早期强度低、渗透性大等问题。

现今高效减水剂的应用已经非常普遍，混凝土所用水胶比，尤其是掺有矿物掺合料的混凝土水胶比已经很容易降到0.50以下，并且现在的水泥活性远高于20世纪80年代以前的水泥（因为早强矿物C₃S含量显著提高、粉磨细度更细）。因此掺加粉煤灰的混凝土，即使是掺量很大，与过去混凝土相比，其早期强度的发展速度也加快了很多。

（1）对新拌混凝土和易性的影响

由于粉煤灰的颗粒大多是球形的玻璃体，优质粉煤灰由于其“滚珠”作用，可以改善混凝土拌合物的和易性，减少混凝土的单方用水量，减小硬化后水泥浆体的干缩值，提高混凝土的抗裂性。当前绝大部分混凝土都是在搅拌站进行预拌生产的，由于搅拌站距离施工场地还有一定距离，通常要求混凝土的坍落度损失越小越好。图2-14显示了随着粉煤灰掺量增加，坍落度经时损失随之减小的规律。

掺入粉煤灰可以补偿细骨料中细屑的不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，同时粉煤灰作为水泥的取代材料，在同样的稠度下会使混凝土的用水量有不同程度的降低，因而掺用粉煤灰对防止新拌混凝土的泌水是有利的。

（2）对混凝土水化温升的影响

对于一些大型、超大型混凝土结构，其断面尺寸增大，混凝土设计强度等级提高，所用水泥强度等级提高，实行新标准后水泥粉磨得更细，这些因素的叠加，导致混凝土硬化过程温度升高明显加剧，温峰升高，这是导致许多混凝土结构在施工期间，模板刚拆除就发现存在大量裂缝的原因。粉煤灰混凝土可减少水泥的水化热，减少结构物由于温度而造成的裂缝。大掺量粉煤灰混凝土特别适合于大体积混凝土结构，在低水胶比的条件下，大掺量粉煤灰的混凝土可以明显降低水化温升。掺入30%的粉煤灰后，不仅温升可以降低近10℃，也可以使温度收缩和开裂的风险降低。

（3）对混凝土强度的影响

在一定掺量下，随着粉煤灰掺量的增加，可以通过降低混凝土的水胶比来保证早期强度（28d以前）不降低，而后期强度逐渐增加。粉煤灰对混凝土的强度有三重影响：减少用水量、增大粉体胶结料体积和通过火山灰反应提高后期强度。

在混凝土原材料和环境条件相同的条件下，掺粉煤灰混凝土的强度增长速度主要取决于粉煤灰的火山灰效应，即粉煤灰中玻璃态的活性氧化硅、氧化铝与水泥浆体中Ca（OH）₂作用生成碱度较小的二次水化硅酸钙、水化铝酸钙的速度和数量。当Ca（OH）₂薄膜覆盖在粉煤灰颗粒表面上时，粉煤灰便开始发生火山灰反应。由于在Ca（OH）₂薄膜与粉煤灰颗粒表面之间存在着水解层，钙离子要通过水解层与粉煤灰的活性组分发生反应，反应产物在层内逐渐聚积，水解层未被火山灰反应产物充满到某种程度时，不会使强度有较大提高。随着反应产物逐渐充满水解层，粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联系，强化混凝土界面过渡区，从而提高了混凝土的强度、抗渗性和耐磨性。掺优质粉煤灰的混凝土后期（90d或180d以后）强度一般均会超过基准混凝土。F类粉煤灰混凝土后期强度更高的原因是该粉煤灰与混凝土中析出的Ca（OH）₂缓慢反应，生成的水化产物结晶更好地填充了混凝土中的原始空隙，从而提高抗压强度。

（4）对混凝土抗冻性的影响

粉煤灰需水量比和烧失量较高时，会对混凝土抗冻性产生不利影响。当需水量比和烧失量较低且同时适当降低水胶比时，则可以起到改善混凝土抗冻性的效果。《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476—2008）中规定，掺粉煤灰的混凝土水胶比在0.50以下，粉煤灰最佳掺量应在20%～30%。此外，在等强度、等含气量条件下，掺粉煤灰混凝土的抗冻性会高于不掺粉煤灰混凝土。低水胶比的大掺量粉煤灰混凝土具有优异的抗冻性，中国水利水电科学研究院李金玉教授曾将等级同为C60的大掺量粉煤灰混凝土与纯水泥混凝土作对比，结果证明前者的抗冻性达到F1000，而后者仅为F250。大量试验也表明，只要水胶比低于0.40，中等强度大掺量粉煤灰混凝土90d后的抗冻性一般都能满足F300的要求。

（5）对混凝土抗碳化性能的影响

传统观点认为，掺粉煤灰会加剧混凝土的碳化，而碳化会降低混凝土的碱度，加速钢筋锈蚀，降低混凝土结构的耐久性。通过长期研究和工程实践，尤其是近年来的工程调研资料表明，防止掺粉煤灰混凝土碳化，首要因素是确保粉煤灰混凝土的密实性，即使是不掺粉煤但密实性差的混凝土也同样存在碳化问题。Mahotra说：“大掺量粉煤灰混凝土水胶比很低，碳化不成问题。”粉煤灰在混凝土中的掺量应通过试验确定，最大掺量宜符合表2-11的规定。

（6）对混凝土碱-骨料反应的影响

对早期强度要求较高或环境温度、湿度较低条件下施工的粉煤灰混凝土宜适当降低粉煤灰的掺量。特殊情况下，工程混凝土不得不采用具有碱-硅酸反应的活性骨料时，粉煤灰的掺量应通过碱活性抑制试验确定。

碱-骨料反应（alkali aggregate reaction，AAR）导致混凝土产生膨胀和开裂，当混凝土中掺入粉煤灰后，粉煤灰和水泥中的碱反应，从而能够防止这种过度的膨胀，可见，粉煤灰对抑制混凝土中的碱-骨料反应是有利的。粉煤灰对碱-骨料反应的抑制作用表现为对混凝土中碱和活性骨料成分活跃程度的控制，有些学者称为对有害成分的捆绑作用。必须提到的是，作为预防碱-骨料病害的技术措施，掺加粉煤灰含量必须达到足够的比例，建议掺加比例大于30%。图2-15所示为粉煤灰对砂浆碱-骨料反应的有效控制作用。

可见在混凝土中掺加适量粉煤灰，可以显著降低混凝土的水化温升，改善混凝土的细观结构，并有利于后期强度的发展，提高混凝土的耐久性。当然，混凝土中粉煤灰的最大掺量应该有一定的限制，过高的掺量除了造成强度降低之外，还可能会造成混凝土的贫钙现象甚至对混凝土的耐久性产生不利影响。迄今为止，大量试验表明，在一般情况下，如果按中国当前普通硅酸盐水泥产品质量现状考虑，混凝土中粉煤灰掺加量应不超过50%，这样才能够降低发生工程质量问题的风险。

2.3.1.5　粉煤灰在混凝土中应用时注意的问题

粉煤灰在混凝土中的应用在具有诸多技术优势的同时也存在一些问题。第一，优质粉煤灰可以改善混凝土拌合物的工作性，但坍落度过大时，粉煤灰颗粒易上浮发生泌浆；第二，低温下粉煤灰掺量较大时混凝土拌合物凝结缓慢，导致混凝土早期强度较低；第三，掺粉煤灰的混凝土早期孔隙率大，湿养护不够，碳化问题较突出，且表层混凝土失水影响水化，强度偏低，回弹值偏低；第四，对水敏感，在保湿欠缺的条件下，因内部黏度增加，阻碍持续泌水而加剧塑性开裂。

所以粉煤灰在混凝土中应用的技术措施为：

①对于中低强度等级的混凝土，在满足施工条件下，坍落度值应尽可能小。《混凝土质量控制标准》（GB 50164—2011）中要求泵送混凝土的坍落度设计值不宜大于180mm。

②成型时注意不要过度振捣，防止粉煤灰颗粒上浮。

③要注意水胶比，掺量越大，水胶比应越低，以确保掺入粉煤灰的混凝土强度，特别是早期强度。

④应注意及早、有效的养护以及足够的湿养护时间。浇筑后开始覆盖养护防止失水。湿养护时间也很重要，最好养护14d，至少7d，总之，要养护到混凝土实现较高抗渗性的龄期。这对于避免混凝土塑性开裂，控制早期碳化，提高混凝土面层质量意义重大。

在粉煤灰品种中除低钙粉煤灰外还有高钙粉煤灰，高钙粉煤灰是褐煤、次烟煤经粉磨和燃烧后，在烟道和气体中收集到的粉末。其氧化钙含量在10%以上，一般具有需水量低、活性高和可自硬等特点。与普通粉煤灰相比，高钙粉煤灰粒径更小，用作混凝土掺合料具有减水效果好、早期强度发展快等优点，但它含有一定量的游离氧化钙，按照经典理论解释，如果使用不当，会存在造成体积安定性不良的风险。实际上不必过分夸大这种风险，作为混凝土掺合料，除个别游离氧化钙含量过高的高钙灰外，高钙粉煤灰中游离氧化钙分布均匀，即便后期产生部分膨胀，在一定程度上也可以缓解混凝土结构中的部分收缩应力，对结构体积稳定性有可能起到有利作用，当然这方面的研究还有待进一步深入开展。

2.3.2　磨细矿渣

通常说的“磨细矿渣”全名应是“粒化高炉磨细矿渣粉”，是高炉炼铁过程中得到的以硅铝酸钙为主的熔融物，经淬冷成粒的副产品。矿渣是在炼铁炉中浮于铁水表面的熔渣，排出时喷水急冷而粒化得到水淬矿渣。生产矿渣水泥和磨细矿渣用的都是这种粒状渣，磨细矿渣是将这种粒状高炉水淬渣干燥后，再采用专门的粉磨工艺磨至规定细度（一般比表面积为400～600m²/kg）。磨细矿渣具有较高的潜在活性，其活性的大小与化学成分和水淬生成的玻璃体含量有关。随着粉磨技术的不断发展，磨细矿渣在混凝土中的应用越来越广泛。磨细矿渣等量替代水泥，在混凝土拌合时直接加入混凝土中，可以改善新拌混凝土及硬化混凝土性能。矿渣的成分除了玻璃体以外还含有少量硅酸二钙（C₂S）、钙铝黄长石（C₂AS）和莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）晶体矿物，具有一定的自硬性。

2.3.2.1　磨细矿渣的技术指标

图2-16为硅酸盐水泥、高铝水泥、矿渣、粉煤灰、玻璃的C-S-A三元相图，由图可知，矿渣的主要化学组成为CaO、SiO₂、Al₂O₃等。矿渣的化学成分和粉煤灰不同，CaO和SiO₂含量较高，CaO含量一般在40%以上，但Al₂O₃含量较低。

磨细矿渣中的一些有害物质含量不应超过国家标准的要求，如对钢筋有锈蚀作用的氯离子含量、影响混凝土碱-骨料反应的碱含量、影响混凝土体积稳定性的氧化镁和三氧化硫含量等。依据《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T 18046—2017）规定，磨细矿渣技术要求应符合表2-12的规定。

磨细矿渣的细度对混凝土性能影响较大，矿渣微粉的粒径分布、颗粒级配、颗粒形貌等特征参数与水泥基材料的流动性、密实性及力学性能也都有密切的关系。

矿渣的平均粒径随磨细矿渣比表面积的增大而减小，当比表面积为300m²/kg时，平均粒径为21.2μm；比表面积为400m²/kg时，平均粒径为14.5μm；比表面积为800m²/kg时，平均粒径为2.5μm，约为比表面积300m²/kg的矿渣粒径的1/8左右。

当磨细矿渣粒径大于45μm时便很难参与水化反应，因此用于高性能混凝土的磨细矿渣粉比表面积应不低于400m²/kg，以便充分地发挥其活性，减少泌水性。矿渣磨得越细，其活性越高，但掺入混凝土后，胶凝材料早期产生的水化热越大，越不利于控制混凝土的水化温升；当矿渣的比表面积超过400m²/kg后，用于更低水胶比的混凝土时，混凝土早期的自收缩随矿渣粉掺量的增加而增大；粉磨矿渣要消耗能源，成本较高；磨细矿渣磨得越细，掺量越大，则低水胶比的高性能混凝土拌合物越黏稠。因此，磨细矿渣的比表面积不宜过大。用于大体积混凝土时，磨细矿渣的比表面积应不超过420m²/kg；否则，应考虑增大矿渣掺量。

2.3.2.2　磨细矿渣对混凝土性能的影响

（1）对混凝土拌合物和易性及凝结时间的影响

在水泥水化初期，胶凝材料系统中的矿渣微粉分布并包裹在水泥颗粒表面，能起到延缓和减少水泥初期水化产物相互搭接的隔离作用，从而可以改善混凝土的工作性。

磨细矿渣加入混凝土后，会延长混凝土的凝结时间。颗粒较粗的磨细矿渣容易导致混凝土的泌水增大。若磨细矿渣的比表面积大于水泥的比表面积，则泌水量就会减少。磨细矿渣的比表面积越大，减少泌水的效果越明显。当前S95级以上矿渣细度一般大于420m²/kg，不会提高胶凝材料系统的需水量，也不易造成混凝土泌水。混凝土在同样配合比的情况下，矿渣混凝土的坍落度经时损失小于普通混凝土，有利于预拌混凝土的泵送施工。

（2）对混凝土强度的影响

磨细矿渣的细度直接影响到磨细矿渣的增强效果，原则上磨细矿渣细度越细则混凝土增强效果越好，但过细则对混凝土体积稳定性产生负面影响。在配制C80以上高强混凝土时，才考虑采用比表面积大于500m²/kg的磨细矿渣粉。掺磨细矿渣的混凝土早期强度（3d、7d）与普通水泥混凝土相近，但由于磨细矿渣细度大于水泥细度，因此可填充水泥颗粒之间的空隙，使混凝土更加密实。再加上磨细矿渣活性的发挥，掺磨细矿渣的混凝土的后期强度（90d或更长）要比普通水泥混凝土高很多（抗压强度比约为130%），如图2-17所示。

（3）对混凝土温度裂缝的影响

混凝土在硬化过程中，水泥水化反应产生大量水化热，使混凝土内部温度升高，由于表面散热较快，在混凝土内部和表面之间形成较大温差，产生不均匀的温度变形和温度应力。同时降温速度过快也会产生温度应力，一旦拉应力接近混凝土即时抗拉强度时，就会产生温度裂缝。这种温度裂缝是混凝土早期开裂的主要因素之一，有时甚至是贯穿性的裂缝，对混凝土的耐久性十分不利。

过去的观念认为在混凝土中掺入磨细矿渣时，可以降低浆体的水化热，但这可能与试验方法有关。英国有试验研究表明，当混凝土体温高于40℃时，矿渣水化热高于水泥。美国有试验研究表明：磨细矿渣掺量在50%范围内并等量取代水泥时，胶凝材料的水化热并未降低反而升高，掺磨细矿渣通常不能明显改善混凝土的开裂敏感度。其原因就在于磨细矿渣粉磨细度过细且掺量偏少。只有在掺量进一步增大时，水化热才呈现下降趋势。这应该也是为什么国内一些工程掺用磨细矿渣配制混凝土浇筑大体积底板，并未取得预期防开裂效果的原因。美国混凝土学会相关委员会的报告认为：水淬高炉矿渣的活性一般较高，如需要显著降低温升，掺量要达到70%以上。对要求严格控温的大体积混凝土，磨细矿渣和粉煤灰复配也是理想的技术选择，可有效减少混凝土的早期温度开裂。

（4）对混凝土抗硫酸盐侵蚀的影响

混凝土硫酸盐侵蚀的表征现象为混凝土的膨胀、开裂、剥落和解体。膨胀、开裂通常与新形成的钙矾石和硫酸盐在混凝土中析晶膨胀有关，钙矾石是硫酸盐离子与高C₃A硅酸盐水泥浆体中的水化产物之间发生化学反应的产物。用磨细矿渣替代部分硅酸盐水泥，可以改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀性，原因如下：

①随着磨细矿渣的加入，混凝土拌合物中的C₃A含量降低，矿渣的取代率越大，C₃A含量降低得越多。

②由于形成水化硅酸钙，可溶性氢氧化钙减少，这样减少了形成硫酸钙的条件。

③抗硫酸盐腐蚀在很大程度上取决于混凝土的渗透性，掺加S95级以上磨细矿渣，混凝土抗渗性提高，从而防止了侵蚀性硫酸盐侵入，提高了混凝土的抗硫酸盐性能。磨细矿渣对混凝土抗渗性的提高主要是因为改善了混凝土的微观结构，使水泥浆体的孔隙率明显下降，强化了骨料的界面粘结力。

（5）对混凝土碱-骨料反应的影响

混凝土中掺入磨细矿渣可以抑制碱-骨料反应，一方面是因为磨细矿渣粉的掺入降低了单位体积混凝土中的碱含量；另一方面是由于其填充作用，更进一步提高了混凝土的致密性及抗渗性，在磨细矿渣混凝土中，由于渗透性降低，碱离子的活动能力也大大下降，这是阻止碱-骨料反应发生的重要因素。碱-骨料反应的抑制效果与磨细矿渣取代硅酸盐水泥的数量和矿渣的细度有关。在实际使用时，应按水泥碱含量的高低，找出抑制碱-骨料反应的磨细矿渣的最佳取代量。国外试验研究资料表明，如果水泥碱含量为1.0%～1.2%，抑制碱-骨料反应的有效取代量为50%；当水泥碱含量为0.8%以下时，抑制碱-骨料反应的有效取代量为40%。我国现行标准规定在计算混凝土的总碱量时，矿渣带入的有效碱量按照其总碱含量的50%计算。

2.3.2.3　磨细矿渣在混凝土中应用时注意的问题

①严格控制磨细矿渣的细度和掺量：磨细矿渣太粗会使混凝土黏聚性下降，出现离析和泌水，凝结时间延长，早期强度降低；太细会使混凝土早期水化热较大，容易产生开裂现象。

②注意养护：掺磨细矿渣的混凝土对养护条件要求较为苛刻，因此应加强混凝土的养护工作，充分发挥掺合料的作用。

③注意调整混凝土的凝结时间：磨细矿渣对混凝土的凝结时间与不掺磨细矿渣混凝土相比，具有一定的缓凝效果，初凝时间、终凝时间比基准混凝土推迟约1～2h。冬季施工时，应控制磨细矿渣粉的掺量并结合使用早强型减水剂来调整凝结时间。

④注意调整混凝土单方用水量：磨细矿渣与高效减水剂复合使用时，具有辅助的减水作用，所以在保证混凝土初始坍落度相同的情况下，可以适当减少混凝土单方用水量。

2.3.3　硅灰

硅灰（silica fume，SF）是铁合金厂在冶炼硅铁合金或工业硅时，通过烟道收集的以无定形二氧化硅为主要成分的粉体材料。硅灰又称为凝聚硅灰、微硅粉。

除了在耐火材料中使用外，硅灰在高强混凝土和超高强混凝土中的应用也越来越广泛。硅灰混凝土多用于有特殊要求的混凝土工程，如高强度、高抗渗、高耐久性、耐侵蚀性、耐磨性及对钢筋无侵蚀的混凝土中。

2.3.3.1　硅灰的技术指标

由于硅灰是生产硅铁和工业硅的副产品，其生产条件相似，所以各国硅灰的物理性质和化学成分相似。

（1）颜色

热回收系统装置的不同，收集到的硅灰的含碳量及颜色也不相同。带热回收系统装置回收到的硅灰，由于回收系统温度较高（700～800℃），能使硅灰中所含的大部分碳都燃烧掉，收集的硅灰含碳量很少（一般小于2%），产品呈白色或灰白，而不带热回收系统装置回收到的硅灰，含碳量一般较高，产品颜色较深。

（2）物理指标

表2-13为硅灰的技术要求指标。由表2-13可见，硅灰的表观密度约为水泥的2/3，堆积密度却只有水泥的1/6左右。硅灰的比表面积可达15000m²/kg以上，颗粒形状是球形的，如图2-18所示。平均粒径约0.1～0.2μm，比水泥颗粒细两个数量级。

（3）化学成分

所产生的硅合金的类型不同，硅灰中SiO₂的含量也就不同，其中最高可达90%～98%，最低的只有25%～54%。用于混凝土中的硅灰SiO₂含量应大于85%，并且绝大部分呈非晶态。非晶态SiO₂越多，硅灰火山灰活性越大，在碱性溶液中反应能力也就越强。优质硅灰中高达98%以上的组分都是无定形SiO₂，具有很高的潜在活性。表2-14是我国湖北、天津、贵州三地硅灰的化学成分。

三种硅灰均为灰白色粉末，表观密度为2.1～2.2g/cm³，三种硅灰的颗粒组成和比表面积接近，平均粒径0.1～0.2μm，约80%颗粒的粒径在4μm以下，比表面积为15000～20000m²/kg。

2.3.3.2　硅灰对混凝土性能的影响

由于硅灰颗粒细度较细，比表面积较大，具有SiO₂纯度高、火山灰活性高等物理化学特点。把硅灰作为矿物掺合料加入混凝土中，必须配以高效减水剂，方可保证混凝土的和易性。硅灰使用时会引起早期收缩过大的问题，一般掺量为胶凝材料总量的5%～10%，通常与其他矿物掺合料复合使用。在我国，因其产量低，目前价格很高，一般当混凝土强度低于80MPa时，都不考虑掺加硅灰。硅灰对混凝土的性能会产生多方面的良好效果，无定形和极细的硅灰对高性能混凝土有益的影响主要表现在物理和化学两个方面：物理方面，硅灰的加入主要起超细填充料的作用，提高混凝土的密实度；化学方面，在早期水化过程中起晶核作用，并有很高的火山灰活性，且能提高混凝土的耐磨性和抗腐蚀性。

（1）对水化热的影响

表2-15是用直接法测定的胶凝材料的水化热，从表中可以看出，用硅灰替代等量水泥后，系统3d和7d水化放热大大增加。需要控制早期水化放热的混凝土工程，在选择材料时应该特别注意这一点。

（2）对混凝土拌合物和易性的影响

混凝土拌合物有时会出现离析、泌水现象，拌合物出现泌水层、浮浆层导致混凝土匀质性变差，从而影响混凝土结构质量。在混凝土中掺入硅灰在保证混凝土拌合物流动性的前提下，可以显著改善混凝土拌合物的黏聚性和保水性。故硅灰适用于配制高流态混凝土、泵送混凝土以及水下灌注混凝土。

（3）对混凝土强度的影响

当硅灰与高效减水剂配合使用时，硅灰与水化产物Ca（OH）₂反应生成水化硅酸钙凝胶，填充水泥颗粒间的空隙，改善界面结构及粘结力，形成密实结构，从而显著提高混凝土的强度。一般硅灰掺量为5%～10%，便可配出抗压强度达100MPa的超高强混凝土。

硅灰混凝土的早期强度高，常用在抢修工程和高层、大跨度、耐磨等特殊工程上。掺硅灰的高强混凝土抗冲磨强度能提高3倍，在水下工程中使用更能突出其优势。

（4）对混凝土抗渗性、抗化学侵蚀性的影响

硅灰颗粒细小，颗粒密堆积，可以填充水泥颗粒之间的空隙。可以减少泌水，减少毛细孔并减小平均孔径，使结构更加密实。硅灰的掺量在5%～10%时，可以获得良好的使用效果。因掺入硅灰会使混凝土拌合物变得更加黏稠，故应采用高效减水剂来保证硅灰和水泥的分散，有效地阻止有害离子的侵入和腐蚀作用。因此，掺入硅灰能够使混凝土的抗渗性、抗化学腐蚀性等耐久性显著提高，而且对钢筋的耐腐蚀性也有所改善。

（5）对混凝土抗冻性的影响

关于硅灰对混凝土抗冻性的影响，国内外的大量试验研究表明，在等量取代水泥的情况下，硅灰掺量小于15%的混凝土，其抗冻性基本相同，有时还会提高（如掺量5%～10%时），但硅灰掺量超过20%时会明显降低混凝土的抗冻性。在高性能混凝土中，从减少早期塑性收缩、自收缩和干燥收缩方面考虑，一般把硅灰掺量控制在胶凝材料总量的10%以内，这时由于气泡间距系数降低，抗冻性往往有所提高。

（6）对混凝土碱-骨料反应的影响

碱-骨料反应是骨料中的活性二氧化硅或某些碳酸盐矿物在潮湿的环境下与水泥、外加剂、掺合料等中的碱性物质进一步发生化学反应生成吸水膨胀产物，导致混凝土结构产生膨胀、开裂甚至破坏的现象。当向混凝土中掺入硅灰后，硅灰和水泥中的碱反应，能够防止这种过度的膨胀。国内外试验研究表明，硅灰对抑制混凝土中的碱-骨料反应是有利的。在计算混凝土中的总碱量时，硅灰带入的有效碱量按照其总碱含量的50%计算。

2.3.4　偏高岭土超细粉

偏高岭土超细粉是以高岭土（Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O）类矿物为原料，在适当的温度下（600～900℃）煅烧后经粉磨形成的以无定形铝硅酸盐为主要成分的产品。偏高岭土超细粉经脱水、分解，一部分形成无定形的二氧化硅和氧化铝；另一部分仍是无水铝硅酸盐结晶。偏高岭土是一种白色粉末，平均粒径为1～2μm。经热处理的偏高岭土留下了许多孔隙，大大增加了其比表面积。

偏高岭土超细粉的主要成分是无定形的二氧化硅和氧化铝，其含量达到90%以上，特别是氧化铝含量比较高。其原子排列不规则，呈热力学介稳状态；存在大量的化学断裂键，表面能很大。在适当激发剂作用下具有较高的胶凝性，与硅灰相似，而且需水量要小于硅灰，而增强效果与硅灰相差不大。有试验研究表明，偏高岭土超细粉的火山灰活性大小与高岭土的纯度（即高岭石的含量）、热处理温度、升温速度和保温时间等因素有关。

掺入偏高岭土超细粉可提高混凝土的配制强度等级，这是因为在碱激发条件下，偏高岭土超细粉中的活性SiO₂和Al₂O₃迅速与水泥水化生成的Ca（OH）₂反应，生成具有一定胶凝性能的水化硅酸钙和水化铝酸钙，并减少了粗骨料周围的Ca（OH）₂层，凝胶产物填充于晶体骨架之间，使混凝土的结构更加致密，早期强度和后期强度都相应提高。有试验研究表明，混凝土中加入偏高岭土超细粉后增强效果较为明显，后期强度会赶上甚至超过硅灰。

偏高岭土超细粉作为一种活性微细掺合料除了具有火山灰效应，还具有填充效应，掺入偏高岭土超细粉使孔隙变小，界面趋于密实，使水泥石与骨料界面的粘结力增强。同时，由于偏高岭土超细粉具有较高的比表面积，亲水性好，加入混凝土中，可改善混凝土拌合物的黏聚性和保水性，减少泌水。高性能混凝土必须具有优异的耐久性，用适量偏高岭土超细粉取代水泥可以很好地改善混凝土的抗渗性、抗冻性和耐蚀性等耐久性能。由于活性偏高岭土超细粉对钾、钠和氯离子的吸附作用，还能有效地抑制碱-骨料反应。而且掺偏高岭土超细粉的混凝土的自收缩和干燥收缩都较小，同时有较好的抗碳化性能，能进一步提高混凝土的耐久性。

偏高岭土超细粉作为活性掺合料，性能优良，但掺量并不是越多越好。一般随偏高岭土超细粉掺量的提高，混凝土的坍落度有所下降，因此需要适当增加用水量或高效减水剂用量。《高性能混凝土应用技术规程》（CECS 207—2006）中规定：偏高岭土超细粉等量取代水泥的最大用量不宜大于15%。偏高岭土超细粉作为一种新型活性矿物掺合料，具备许多其他掺合料不具备的优点，但是目前在国内的研究和应用都比较少。我国高岭土资源丰富，分布广且质量较稳定，偏高岭土超细粉制备简单，价格低廉，而且活性和硅灰相近，开发与应用前景良好。

总之，现代混凝土科学中最突出的两大成就：其一是高效外加剂的生产和应用；其二是矿物细粉掺合料的研究、应用与发展。前者的开发和应用将混凝土生产技术带入多组分技术平台，为后者的广泛应用创造了技术条件；后者的重要意义远远超过了过去仅仅为节约水泥的经济意义和利用废弃资源的环保意义，矿物细粉掺合料可以使混凝土微观、细观结构更加致密，凝胶品质得到很大改善，强度、稳定性大大提高，混凝土的各项性能全面提升，使得混凝土的结构寿命提高到500～1000年成为可能。

2.3.5　沸石粉

天然沸石岩即沸石凝灰岩，是在长期压力、温度和水作用下，一部分已经发生沸石化的凝灰岩。天然沸石岩的沸石含量差异很大，低的有30%，高的可达90%。沸石粉是天然沸石岩磨细而成的一种火山灰质材料，颜色为白色，具有很大的内表面积。沸石岩是火山灰质铝硅酸盐矿物，化学成分以SiO₂为主，占60%左右，Al₂O₃占15%～20%。沸石岩中具有火山灰活性的恰好是其中无定形的凝灰岩，能与水泥水化析出的氢氧化钙作用，生成C-S-H和C-A-H。其火山灰活性次于硅灰，优于粉煤灰。

我国是天然沸石资源丰富的国家，目前已发现的矿床或矿点400多处，已探明储量超过100亿吨，预测储量可达到500亿吨。沸石作为一种廉价并容易开采的矿物，用来作为混凝土用矿物掺合料具有普遍的适用性和经济性。目前，天然沸石有四十多种，可用于配制混凝土的主要是斜发沸石和丝光沸石。产地不同的沸石粉的化学成分差异较大，一般沸石粉中SiO₂和Al₂O₃总量约占80%。

用于混凝土中的沸石粉，细度宜控制在与水泥一致或稍粗。天然沸石粉对于混凝土的强度效应首先来源于矿物组成、特殊的三维空间架状结构和较大内表面积等方面。沸石粉中含有SiO₂和Al₂O₃，在碱性激发下，沸石粉能与水泥水化时析出的Ca（OH）₂反应生成水化硅酸钙胶凝体，促进水泥水化反应的进行；另一方面，由于天然沸石本身具有网格状结构，内部充满了大小均匀的孔穴和通道，并有很大的开放性，经磨细后具有较大的比表面积，自然状态下能吸附大量的水分子和气体，并与大气相对湿度平衡。当掺入混凝土中时可以吸收混凝土中多余的拌合用水，克服混凝土经时泌水性，使混凝土黏性增加，集料裹浆量提高，因此能改善混凝土的工作性。

沸石粉作为混凝土的掺合料作用效果明显，其作用机理与沸石粉的特性密切相关。沸石粉加入到水泥混凝土中之后，在搅拌初期，由于沸石粉的吸水，一部分自由水被沸石粉吸走。因此，要达到相同的坍落度和扩展度，水和减水剂的用量必须有所增加。但如果掺加量不大则不会影响混凝土的强度，且可以提高拌合物的黏度，拌合物比较均匀、和易性好、泌水性减少，从而可提高混凝土的和易性和抗渗性。在混凝土硬化过程中，当水泥进一步水化需水时，先前被沸石粉所吸附的水分又会重新排出，起到内养护的作用，从而促进水化，减少自收缩程度。

因此，沸石粉在混凝土中最有价值的应用是强化混凝土界面和减少高强混凝土的自收缩。此外，由于沸石粉的掺入可代替部分的水泥，使混凝土中的水泥用量减少，在一定程度上也可以抑制混凝土碱-骨料反应的危害和降低混凝土的水化热。

试验表明，沸石粉代替10%的水泥配制的混凝土在3d、7d以及28d的强度均高出掺入同等量粉煤灰、磨细矿渣粉混凝土强度的20%左右。强度的提高主要是由于有效水胶比的降低和界面的强化作用。混凝土的强度随沸石粉掺量而变化，其中取代量为10%时，混凝土强度提高幅度最大。沸石粉的技术要求见表2-16。

2.3.6　石灰石粉

石灰石粉一般是以生产石灰石碎石和机制砂时产生的细砂和石屑为原料，通过进一步粉磨而制成的粒径不大于10μm的细粉，因为在混凝土中具有良好的减水和分散效应而被关注和应用。

国外对石灰石粉的研究、开发和利用比较早，常用磨细石灰石粉配制自密实混凝土、大体积混凝土等。美国《Admixtures for Concrete and Guide for Use of Admixtures in Concrete》（ACI 212.1R—81）中指出，石灰石粉可以作为混凝土的矿物掺合料。在国外，石灰石粉用于大型工程的实例已经很多，如法国的西瓦克斯核电站建设使用石灰石粉配制C50混凝土。

我国于2013年颁布了首个关于石灰石粉在混凝土中应用的标准《石灰石粉混凝土》（GB/T 30190—2013）。近年来的研究和应用证实，石灰石粉作为混凝土矿物掺合料的组成部分应用于混凝土中缓解粉煤灰的供应不足是切实可行的，已成为一种新型混凝土矿物掺合料。

我国石灰石资源分布十分广泛，价格低廉，尤其是南方及西南某些地区缺少矿渣和粉煤灰，而石灰石资源非常丰富，且石灰石的硬度较低，易于粉磨。石灰石粉取代水泥在降低造价成本、减小混凝土水化温升、降低单方用水量、提高资源利用率以及保护生态环境等方面有突出的作用。石灰石粉主要化学成分是CaCO₃，通常被认为是惰性材料，在混凝土中起填充作用。但有些研究发现石灰石粉不完全是一种惰性掺合料，CaCO₃对C₃A与C₄AF的水化反应具有加速作用，可以生成碳铝酸盐（三碳水化铝酸钙和单碳水化铝酸钙）。同时，石灰石粉可作为水化硅酸钙（C-S-H）的成核基体，降低成核位垒，加速水泥水化。

石灰石粉对混凝土性能的影响主要取决于其产品质量。根据《石灰石粉混凝土》（GB/T 30190—2013）和《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》（JGJ/T 318—2014）规定，用作混凝土掺合料的石灰石粉技术指标需满足表2-17的要求。

（1）石灰石粉对混凝土和易性能的影响

在临界掺量范围内，随着石灰石粉掺量的增加，混凝土的初始坍落度不断增加，且坍落度经时损失减少。这是因为石灰石粉取代水泥后，填充了水泥颗粒间的空隙，置换出原本填充在水泥颗粒空隙中的自由水，加厚了颗粒之间的水层。另一方面由于石灰石粉的形态效应，可以起到“滚珠”的作用，从而增加混凝土的流动性。石灰石粉的掺入则减少了水泥用量，延缓胶凝材料水化速度，降低了混凝土的坍落度经时损失。此外，由于石灰石粉比重较轻，在胶凝材料总质量不变的情况下，掺加石灰石粉使粉体体积增加，增加混凝土的含浆量，改善混凝土的和易性，减少了泌水和离析的发生。

（2）石灰石粉对混凝土力学性能的影响

有试验研究表明，把石灰石粉磨细到与水泥相近的细度，随内掺的石灰石粉掺量的增加，混凝土的抗压强度逐渐减小；而外掺石灰石粉时，混凝土的抗压强度随其掺量增加而增加。国内外学者研究表明：适量的石灰石粉取代水泥时，混凝土的早期强度有所提高，后期强度发展较好，但掺量不能超过一定界限，否则对混凝土强度发展不利。有些学者认为，石灰石粉能提高混凝土早期强度的原因是石灰石粉促进水泥早期水化，增加水泥水化的有效水胶比，实际有效水胶比的增大导致水泥石中的毛细孔增多，从而降低混凝土后期强度。而另外有些学者认为混凝土早期强度提高的原因在于石灰石粉参与了水泥的水化，生成碳铝酸盐（三碳水化铝酸钙和单碳水化铝酸钙）。同时石灰石粉的细度对混凝土力学性能影响明显，细度越大，越能发挥其活性效应和填充效应，混凝土的强度越高。

（3）石灰石粉对混凝土耐久性能的影响

掺入超细石灰石粉可以减少混凝土单方用水量，减少混凝土塑性收缩和干燥收缩，降低混凝土的开裂敏感性。超细石灰石粉可以明显减小混凝土孔隙率，提高混凝土密实性。一般认为将石灰石粉用作矿物掺合料，可以提高混凝土的抗氯离子渗透性，减少钢筋锈蚀程度，且石灰石粉越细，作用效果越明显。石灰石粉能提高混凝土的抗氯离子渗透性的主要原因是石灰石粉能改善孔结构，减少混凝土中大孔比例，对界面有一定的改善作用。

石灰石粉抗硫酸盐侵蚀能力不如粉煤灰那样强，主要是因为在低温条件下（低于5℃）存在发生碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀的可能性，所谓碳硫硅钙石型侵蚀，是指硫酸盐与混凝土或砂浆中的碳酸盐和水泥水化产生的水化硅酸钙凝胶反应生成无胶结作用的碳硫硅钙石（CaCO₃·CaSiO₃·CaSO₄·15H₂O），随着水化硅酸钙的不断消耗，胶凝材料逐渐变成“泥质”。但当掺量不超过胶凝材料的25%、水胶比低于0.40时，发生此类侵蚀的风险比较低。尽管如此，仍然建议在低温硫酸盐环境下，混凝土中应慎重使用石灰石粉。

石灰石粉作为混凝土矿物掺合料掺入到混凝土中，其颗粒较细，可以填充水泥颗粒之间的空隙。当然，颗粒较粗的石灰石粉（10～75μm）如果需水行为较好，我们也提倡使用，最主要的是要看混凝土的性能和要求。总之，充分利用石灰石粉与低品质粉煤灰复合使用，可以显著降低混凝土的单方成本，并可以解决粉煤灰供应不足的问题。虽然石灰石粉在低温硫酸盐环境下存在缺陷，但是世界上并没有一种放之四海而皆准的材料，我们需要做的是把材料用在适当的地方，以物尽其用，这对于混凝土技术与产业走低碳发展模式具有十分重要的意义。