济南大学无机非金属材料工艺学精品课程
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《无机非金属材料工程专业课程》实验教学大纲
课程名称：专业实验（professional experiment）
课程编号：041661
课程性质：独立设课
课程属性：专业课
实验教材或指导书名称：硅酸盐工业热工基础实验、水泥工艺实验、无机非金属材料实验（行业统编）
课程总学时：80 时 学分：5分实验学时：80时 实验学分：5分
面向专业：无机非金属材料工程专业
实验室名称：无机非金属材料工程实验室
一、课程简介：
《无机材料专业实验》是在学习了无机非金属材料专业基础课和一定的专业课之后，开设的一门指定的必修实验课程。课程的内容协及无机非金属材料生产过程操作、质量控制和产品的测试和检验，主要内容包括：燃料的性能检验、烟气的成分分析、水泥和熟料的物理性能检验和化学成分分析、粉体的密度、比表面积和粒度分布以及综合实验等。
二、课程实验目的与要求：
目的：通过《无机材料专业实验》课程的学习，巩固学生所学的基础理论知识，培养学生动手和独立操作的能力。
要求：掌握相关的分析和测试仪器设备的工作原理和正确的操作方法，培养学生对实验现象的观察、分析、归纳和总结的能力，并了解实验结果与实际生产和操作的关系，为今后从事有关的工作打下良好的基础。
三、考试（考核）方式：实验前预习情况占10%，实验过程操作规范程度和表现占40%，实验结果及实验报告占50%。
四、主要仪器设备及台（套）数：
马弗炉二台，氧弹测试仪二套，砂浆搅拌和成型设备三套，净浆搅拌设备四套。
五、主要参考书目：
1、朱 明等 硅酸盐工业热工基础实验 武汉 武汉工业大学出版社，1998年5月。
2、姜玉英 水泥工艺实验 武汉 武汉工业大学出版社，1996年8月。
3、孙晋涛 硅酸盐工业热工基础 武汉 武汉工业大学出版社，1999年5月。
4、林宗寿 无机非金属材料工学 武汉 武汉工业大学出版社，2003年1月。
5、施惠生 无机非金属材料实验 北京 化学工业出版社，2002年6月。
六、实验项目：
1、专业实验（一）
序号
实验项目名称
实 验 内 容
实验类型
计划学时
开出要求
实验者
类别
每组人数
1
煤的工业分析
测定煤的灰分、水分、挥发分和固定碳。
综合
4
必做
本科生
10
2
固体燃料的发热量测定
根据燃烧时贝克曼温度的变化计算燃料的各种发热量。
验证
4
必做
本科生
3
3
烟气的成分分析
分析烟气中CO2、O2、CO以及N2的百分含量。
验证
4
必做
本科生
2
4
气流压力、流速与流量测量
测量流动气体的压力、流速和注量。
验证
4
必做
本科生
5
5
水泥标准稠度、凝结时间、安定性的测定
检测样品的标准稠度、凝结时间、安定性。
验证
4
必做
本科生
3
6
水泥胶砂强度的测定
成型、养护和破型。
验证
4
必做
本科生
2
7
熟料游离氧化钙的测定
测定熟料中游离氧化钙的含量
验证
4
必做
本科生
1
8
水泥中三氧化硫的测定
离子交换法
验证
4
必做
本科生
1
9
混凝土力学性能实验
搅拌成型、脱摸养护、强度检测、塌落度试验
验证
4
必做
本科生
3
10
混凝土集料检测
砂、石的级配、砂子的细度摸数、含水量、含泥量测定
验证
4
必做
本科生
3
11
粉体的密度和比表面积的测定
测量样品的密度和比表面积。
验证
4
必做
本科生
1
12
粉体粒度分布的测定（沉降分析法）
用沉降法测定Pb微粒半径及分布。
验证
4
必做
本科生
4
2、专业实验室（二）
序号
实验项目名称
实 验 内 容
实验类型
计划学时
开出要求
实验者
类别
每组人数
综合性实验
1、原材料的制备和性能分析
配料计算，生料配合及粉磨，生料细度的测定，生料碳酸钙滴定值的测定。
综合
8
必做
本科生
6
2、合成或烧制过程
生料打饼、烘干、煅烧，各种设定温度下的生料易烧性的测定
综合
8
必做
本科生
6
3、过程的质量控制
熟料煅烧，掌握高温炉的使用方法，熟料中游离CaO测定，熟料显微结构分析
综合
8
必做
本科生
6
4、制品的物理化学性能检测
水泥组成的确定，水泥粉磨，水泥全套物理检验
综合
8
必做
本科生
6
大纲编写人：邱树恒、陈益兰、黄永春
大纲审核人：李浩璇、张刚生
大纲批准人：童张法
《无机非金属材料专业基础实验》课程教学大纲
授课专业：无机非金属材料
学时数；48 学分数：2.5
一、课程的性质目的
这门实验课程是包含有《工程材料微观结构学》，《无机非金属材料测试方法》和《无机非金属材料科学基础》三门课程相应开出的实验。这门实验课程是无机非金属材料专业本科生的专业基础和专业技术课程，其教学任务是通过学生实施实验，正确理解课堂上学习的理论知识，建立抽象的立体思维能力，并培养学生的动手能力，学会分析材料显微结构和操作测量材料显微结构常用仪器；通过参观工业测试中心实验室，让学生了解现代最先进的测试材料性能垢仪器，这对学生消化对应的理论课上学到的抽象理论，提高学生分析问题、解决问题的能力均有极大的帮助。该实验课是无机非金属材料专业学生的必修课程。
二、课程教学内容
第一部分 《工程材料微观结构学》实验
实验一. 对称要素的认识 （3学时）
通过学生自己寻找7个品系的木模型对称要素，让学生正确理解什么是晶体的对称要素，对称要素有几种，怎样找出它们的存在位置。依据每个模型存在的对称要素，正确理解对称要素的组合原则，学会找出L4i和L6i对称要素的规则。通过这个实验，培养学生的空间想象能力，建立抽象的思维。
本实验难点在于如何掌握寻找对称要素，尤其是反伸轴对称要素的寻找方法。
实验二. 晶体定向，晶面符号和晶棱符号的确定（3学时）
首先利用模型讲解在晶体中如何确定x、y和z方向，依据米氏符号确定法则如何确定晶面符号，进而确定晶棱符号，然后由学生独立完成七个晶系模型的晶面和晶棱符号的确定。
难点在于如何用对称要素确定x、y和z三个方向。
实验三，矿物物性的认识（3学时）
给出十种常见的硅酸盐工业使用的矿物，要求学生鉴定它们物理性质和光学性质，包括形态，比重，莫氏硬度（断口），光泽，条痕，颜色和透明度等，学会使用莫氏硬度计和利用素烧瓷板鉴定条痕和透明度。
难点是解理程度的判定，条痕与透明度关系的规律性。
实验四. 偏光显微镜和单偏光镜下的观察（3学时）
指导学生正确使用偏光显微镜，学会自己调节光路，对焦和调节亮度，找出见克线，利用见克线测定矿物折射率相对大小，学会观察无机非金属材料工业常见原料矿物的形态，颜色，突起和糙面等的情况，掌握如何判定闪突起。
难点是见克线观察和利用见克线判定折射率高低。
实验五. 正交偏光镜下的观察（一）（3学时）
学会观察矿物的干涉色方法，如何确定干涉色的级序和色序，懂得如何使用补色器。
难点是干涉色级序的判定。
实验六. 正交偏光镜下的观察（二）（3学时）
学会怎样在偏光显微镜正交系统下测定矿物的多色性，吸收性，延性，消光性质和双晶类型。
难点是消光类型的确定。
实验七. 锥光镜下的观察（一）（3学时）
让学生认识什么是偏光显微镜锥光系统，由学生自己设置这个系统，并利用这个系统观察一轴晶的干涉图，用一轴晶的干涉图来测量光性正负。通过本实验，使学生掌握调节锥光系统的方法。
难点是锥光系统的建立和调节。
实验八. 锥光镜下的观察（二）（3学时）
学会利用锥光系统观察二轴晶干涉图，利用垂直Bxa切面和斜交光轴切面的干涉图，测定二轴晶的光性正负，2V角的确定。
难点是二轴晶的干涉图观察和光性正负测定。
实验九. 反光显微镜结构及其使用（3学时）
通过讲解反光显微镜结构和用途后，由学生自己操作。观察水泥熟料，陶瓷和玻璃光片试样，学会分析岩相结构。利用显微镜——摄象头——电视屏幕显示系统向学生讲解岩相结构与工艺关系，让学生掌握光片制备技术。
难点是岩相结构的分析。
第二部分 《无机非金属材料测试方法》实验
实验一. X射线衍射技术与定性相分析（3学时）
通过对X射线衍射测量技术，由学生制备试样，老师测试，最后由学生分析测试结果，找出试样中的物相组成。
难点是试样中物相的确定。
实验二. 透射电镜及试样显微电子图象观察（3学时）
讲解透射电镜的结构原理和基本操作方法，了解如何制备试样，观察一些材料透射电子图象，分析其微观结构特征。
难点是分析透射电子图象特征。
实验三. 扫描电镜及试样的显微电子图象观察（3学时）
让学生了解扫描电镜的结构和基本原理，掌握制备试样的方法和基本要求，观察无机材料扫描电镜显微电子图象特征，学会分析SEM图。
难点是扫描电镜的显微结构图象的分析。
第三部分 《无机非金属材料科学基础》实验
实验一、粘土的ξ—电位测定（3学时）
要求学生掌握粘土颗粒带电的原因和带电的电性，及其影响因素，这是理论课的内容和要求。
该实验是通过测定粘土-水悬浮液中粘土颗粒的运动速度来计算粘土颗粒的ξ—电位，因此这种方法成为电泳法。本实验用到的设备有直流稳压电源、数字式电压表、生物显微镜、电泳槽、白金电极、微距摄像头、21英寸彩色电视机以及制备好的粘土—水悬浮液。
在开始试验前要求学生认真观看该实验的多媒体教学片，然后经过实验教师的再次示范及强调注意事项后，学生才能够开始动手进行实验操作。
实验结束后一周内学生要提交实验报告.
实验二. 粘土的差热分析（3学时）
在本实验中学生需要掌握差热分析的工作原理，这在多媒体教学片中有所论述。
本实验是通过连续测定粘土样品在恒速升温过程中热量的转移来确定粘土的脱水温度，进而判断样品为何种粘土。本实验需要用到的实验设备有卧式管式电炉、自偶变压器、热电偶、数/模转换卡、计算机及数据采集和绘图程序、打印机等。
在实验操作前学生需要认真观看本实验的多媒体教学片，然后经过实验教师的再次示范及交待注意事项后方可进行实验操作。
实验结束后一周内学生要提交实验报告。
实验三 淬冷法研究相平衡（3学时）
有关相图及相平衡的理论知识学生应该在相应的理论课中已经学过，本实验的目的是通过二氧化硅-氧化钠系统中某个组成的样品在指定高温下达到相平衡后的结构来验证书本上对应相图的状态，进而理解相图上任一点均代表系统状态的结论。同时经过本实验的学习和训练，学生能够掌握如何把样品的高温结构保留到常温进行结构分析的方法。
本实验需要用到的设备有立时管式电炉、可控硅温度控制器、白金坩埚、自偶变压器、偏光显微镜、微距摄像头、21英寸彩色电视机等。
在实验操作前学生需要认真观看本实验的多媒体教学片，然后经过实验教师的再次示范及交待注意事项后方可进行实验操作。
实验结束后一周内学生要提交实验报告。
实验四 失重法研究固相反应速度常数（3学时）
本实验的原理是热失重分析方法，该方法的原理将在本实验的多媒体教学片中有所论述，学生必须认真学习和掌握。
本实验用到的设备有立时管式电炉、可控硅温度控制仪、白金坩埚、千分之一精度的电子天平、计算机及相应的数据处理和作图程序。
在实验操作前学生需要认真观看本实验的多媒体教学片，然后经过实验教师的再次示范及交待注意事项后方可进行实验操作。
实验结束后一周内学生要提交实验报告。
三、课程教学的基本要求
在这门基础实验课程中进行的教学环节是实验原理和要求的讲解，实验操作的显示，学生自己动手做实验，记录实验结果和实验现象，书写实验报告，老师批改每份报告并给出成绩。要求学生在实验前先预习，在实验过程运用学过的理论知识，掌握正确的实验方法，书写实验报告要求规范和整洁，并能结合理论知识分析实验结果。通过基础实验课，能够让学生牢固掌握理论知识。实验教师在指导学生进行操作时必须做到“细心、耐心、诚心”（三心形象），尤其要注意学生在实验过程中的违规操作和电、热的安全问题。教师在指导实验过程中要做到主动提问、提示和解释，同时还要辅导学生分析实验结果，如有机会还应该向学生介绍计算机编程进行数据采集、处理、显示的原理。实验完成后学生按时上交实验报告。本课程一共48学时。考核方式是依据实验操作认真程度，考勤情况和实验报告成绩,给出一个综合成绩。
四. 建议教材与教学参考书
[1] 曹德光编，硅酸盐岩相学实验指导书及实验报告，广西大学西教材科印，1999.
[2] 杨淑珍等编，无机非金属材料测试武汉工业大学出版社，1991.
[3] 南京玻璃纤维研究设计院编，玻璃测试技术，中国建筑工业出版社，1987.
[4] 无机非金属材料教研室，《专业基础实验之二指导书》，2001年启用
[5] 陆佩文主编，《硅酸盐物理化学》，东南大学出版社出版，1991.1
混凝土在荷载作用下与非荷载作用下均会产生变形。当变形达到一定水平时，非荷载下的变形一般表现为收缩，收缩较大并受到约束时将产生裂缝；荷载作用下的变形分为短期荷载作用下的挠度变形及长期荷载作用下的变形——徐变。混凝土结构在非荷载作用下的裂缝分类包括：
水泥化学收缩、混凝土自收缩、塑性收缩裂缝、沉降裂缝、干缩裂缝、碳化收缩、温度裂缝、沉陷裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝以及碱骨料反应等。
1、 水泥化学收缩
水泥在水化过程中，熟料矿物转变为水化产物，固相体积增加，但水泥水化产物的固体体积，比反应前水泥-水体系的总体积减小。由此产生的体积减缩称为水泥化学收缩。化学收缩的幅度一般为7%。水泥的化学收缩贯穿于水泥水化的全过程，且正比于水泥水化的程度。主要在早期28d。水泥化学收缩特点是不能恢复，对混凝土结构强度没有破坏作用，但在混凝土内部可能产生微细裂缝。
在硬化混凝土的结构形成、硬化过程中，水泥浆体产生的化学收缩受到骨料的阻碍，因此，混凝土的收缩量较水泥浆体低得多。由于骨料的阻碍，水泥浆体在骨料-水泥石界面产生收缩，导致界面为混凝土最薄弱环节。硬化混凝土在未受荷载时，体内即存在着大量的微孔隙、裂缝。图1展示了硬化水泥浆体微观形貌，扫描电镜SEM表明其内部存在大量微孔隙。
2、混凝土自收缩
混凝土的自收缩是指混凝土进入硬化阶段后，即便是在保持恒温、与外界无水分交换的条件下，混凝土宏观体积亦将逐渐减少。混凝土自收缩主要是由水泥水化时矿物组分与混凝土中的水分结合形成水化产物导致。由此引起混凝土内部自由水分减少、从而产生毛细管张力造成体积收缩。自收缩在混凝土内部相当均匀的发生。
自收缩对于现代混凝土具有重要意义。高性能混凝土如高强混凝土存在的主要问题之一是混凝土的自收缩。由于内部干燥失水导致高性能混凝土因自收缩而产生裂缝较为普遍。由于混凝土结构相当密实，以至于外部水分难以进入混凝土内部补充水分，可能产生即使采用水养护条件，但是混凝土内部仍然处于干燥状态的情况。
3、塑性收缩裂缝
塑性收缩是指混凝土在终凝前因水分蒸发速率过大而在混凝土表面产生的收缩裂缝。无论是新拌混凝土还是硬化混凝土，置放于干燥环境中时，混凝土中的水分将产生蒸发、干燥。新拌混凝土由于泌水以及水分的蒸发效应，体内逐渐形成一些毛细通道，当表层混凝土水分蒸发后在混凝土表面形成毛细管凹液面，随着水分的降低，毛细管凹液面产生的表面张力导致混凝土体积产生收缩。由于此时混凝土已初步凝结硬化、本体失去塑性变形能力而强度极低，无法抵抗体积收缩，因此产生塑性开裂。
塑性收缩裂缝的特点是：裂缝的走向具有随机性状，呈现龟裂状形态。塑性收缩裂缝一般在混凝土水分较多、日光暴晒、干热、大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。较短的裂缝一般长20~750px，较长的裂缝可达2~3mm，宽1~5mm。深度一般不大，但薄板结构可能贯穿。
影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、养护条件：包括环境温度、相对湿度以及风速等。
主要预防措施：严格控制水灰比。
4、沉降裂缝
沉降裂缝是指混凝土在浇注以后，产生离析：骨料趋于下沉，而水则趋于上浮，水分上升形成在混凝土表面的泌水，若水分的上升遇到钢筋或粗骨料阻碍，将积聚于钢筋或骨料下部形成高水灰比区域即所谓水囊，混凝土的沉降因受到钢筋限制收缩时，沿钢筋形成开裂。在大厚度的梁-板构件中，混凝土的塑性沉降受到模板或顶部钢筋的抑制会形成裂缝。
沉降裂缝一般发生在混凝土浇筑后数小时内。混凝土浇筑速度过快时易于产生沉降裂缝。混凝土施工规范规定了混凝土的浇筑速度不宜过快，其目的是防止混凝土产生沉降裂缝。
5、干缩裂缝
随着周围工作环境湿度的变化，混凝土将产生干湿变形，表现为干缩湿胀。
当混凝土在水中硬化时，体积产生轻微膨胀，这是由于凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚，胶体粒子间的距离增大所致。混凝土吸水产生的微膨胀量很小，对混凝土性能一般无不利影响。
混凝土在干燥环境中的失水将导致混凝土产生收缩。若混凝土置于不饱和空气中，因水分散失将引起体积减缩。水泥凝胶颗粒的吸附水发生部分蒸发，凝胶体因失水将产生不可逆干缩。
表面物理化学young公式表明：毛细孔径越细，产生收缩的表面张力越大。混凝土是多孔体系。随混凝土水分蒸发，不同孔径内水分的蒸发产生的表面张力令混凝土在不同阶段产生不同的收缩。干缩裂缝的产生原因：系混凝土内外水分蒸发速率不同引起：混凝土表面暴露于干燥空气中，水分蒸发快，产生毛细张力、变形大，内部湿度变化较小变形较小，对表面干缩变形产生约束，形成较大拉应力而产生裂缝。环境相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝出现在混凝土养护结束后的一段时间。
大面积混凝土工程，若不采取措施，每隔3~5m即产生一条裂缝，此现象为典型的干缩裂缝行为。混凝土体积变化受到约束时，如浇筑在老混凝土或坚硬岩基上的新混凝土、两端固定梁、高配筋率梁等，都可能产生裂缝。干缩裂缝系由外向内发展，多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05~0.2mm之间，但有时裂缝宽度也会很大，甚至会贯穿整个构件。大体积混凝土中平面部位多见，较薄的梁板中多沿其短向分布。
干缩裂缝是混凝土工程中常见而且影响比较大的一种裂缝形式。干缩裂缝降低了混凝土的抗渗性，易于引起钢筋的锈蚀，降低混凝土的耐久性。干缩裂缝对于民用建筑工程的使用性能有一定影响，可能影响建筑物的抗渗性，对建筑物的外部观感影响较大。对于道路工程，在荷载的交替作用下，在干缩裂缝处易于诱发结构混凝土破坏。
混凝土干缩影响因素：水泥品种、水泥用量、细度及品种。
减少干缩的材料为减缩剂。减缩剂可以有效减少干缩裂缝。
6.混凝土碳化收缩
在有水分条件下，水泥的水化产物氢氧化钙与大气中的二氧化碳发生化学反应，生成碳酸钙-碳化。碳化对于混凝土具有三种效应：碳化使混凝土产生收缩；碳化使混凝土表面密实、局部硬化，在无损检测技术中是影响回弹检测的主要因素之一；碱度降低导致钢筋锈蚀。
碳化速度取决于混凝土的密实度、水泥用量、介质的相对湿度以及二氧化碳的浓度。碳化作用只有在适中的湿度（约50%）才会较快地进行。
7.混凝土的温度裂缝
水泥水化过程中, 产生大量的水化热：当水泥用量在350～550 kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500～27500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高。由于混凝土是热的不良导体，当混凝土的体积较大时，水化热积聚在混凝土内部不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，从而形成内外较大温差。较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力（实践证明当混凝土温差达到25℃~26℃时，混凝土内便会产生大致在10MPa左右的拉应力）。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面将产生裂缝。
温度裂缝产生原因：
(1)大体积混凝土水化热引起的内外温差
(2)在拆模前后，若表面温度降低很快，造成温度陡降，形成的温差将导致裂缝的产生。
(3)当混凝土内部达到最高温度后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值为内部温差。
三种温差都会产生温度裂缝。水化热引起的内外温差（1）是温度裂缝产生主要原因。
温差裂缝（2）多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝。气温的降低将在混凝土表面引起拉应力，当拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。混凝土的内部湿度变化很小，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化：如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。
温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而干缩裂缝的粗细变化不太明显。
温度应力的形成过程分为三个阶段：
早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。
中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止。
晚期：混凝土完全冷却以后的时期。
作为工业副产品粉煤灰的排放量十分巨大，大掺量粉煤灰混凝土能够充分地利用工业废渣粉煤灰的潜在活性，减少水泥用量，降低混凝土生产成本变废为宝，化害为利，节约堆放粉煤灰的大量宝贵土地更大程度地发挥高性能优势，改善混凝土工作性、耐久性和物理力学性能。大掺量粉煤灰混凝土既能节约水泥，又能消耗大量的粉煤灰，对于减轻环境负荷十分有效。大掺量粉煤灰混凝土作为一种新型材料，具有自身独特的优越性，随着对其性能的研究，大掺量粉煤灰混凝土的各项性能不断得到改善，一定会在各项建设拥有广阔的应用前景。1.粉煤灰的主要作用
粉煤灰在混凝土中的主要作用表现在以下几个方面:
(1)填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，由于粉煤灰的容重(表观密度)只有水泥的2/3左右，而且粒形好(质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠)，因此能填充得更密实，在水泥用量较少的混凝土里尤其显著。
(2)对水泥颗粒起物理分散作用，使其分布得更均匀。当混凝土水胶比较低时，水化缓慢的粉煤灰可以提供水分，是水泥水化更充分。
(3)粉煤灰和富集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应，不仅生成具有胶凝性质的产物(与水泥中硅酸盐的水化产物相同)，而且加强了薄弱的过渡区，对改善混凝土的各项性能有显著作用。
(4)粉煤灰延缓了水化速度，减小混凝土因水化热引起的温升，对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。
(5)粉煤灰高性能混凝土的性能粉煤灰是一种呈玻璃态实心或空心的球状微颗粒，比水泥粒子小得多，比表面积极大，表面光滑致密，其成分主要是活性氧化硅或氧化铝。掺入混凝土中的粉煤灰主要产生以下几方面影响:
1.活性效应:在常温下，由于粉煤灰的水化反应比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到补偿，所以混凝土早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移，粉煤灰中活性部分SiO2和AI2O3与水泥水化生成的Ca(OH)2发生反应，生成大量水化硅酸凝胶。粉煤灰外部的一些水化产物在成长过程中也会象树根一样伸入颗粒空隙中，填充空隙，破坏界面区Ca(OH)2的择优取向排列，大大改善了界面区，促进了混凝土后期强度的增长。
2.微集料密实填充及颗粒形态效应:均匀分散在混凝土中的粉煤灰颗粒不会大量吸水，不但起着滚珠作用，而且与水泥粒子组成了合理的微级配，减少填充水数量，影响系统的堆积状态，提高堆积密度，具有减水作用，使新拌混凝土工作性优良，硬化混凝土微结构更加均匀密实。而且，不会发生泌水离析现象，可施工性和抹面性好，抗渗性、抗冻性好。
3交互作用:水泥、粉煤灰、外加剂等不同粉料间会产生物理、化学的交互作用。例如，水泥水化生成的Ca(OH)2是粉煤灰的活性激发剂，而被激发了的粉煤灰一旦水解，降低液相碱度，又会进一步促进未水化水泥水化。又如混凝土坍落度经时损失的原因之一是随着水化反应的进行，高效减水剂的浓度降低，通过SEM观察，发现超细粉末的粉煤灰颗粒存在大量比表面积相当大的微珠以及一定量的多孔海绵状的不规则小块，可吸附外加剂，是外加剂的理想载体由于粉煤灰水化反应缓慢，吸附在其上的高效减水剂在短时间内不会起作用，之后才随粉煤灰的水化得以逐渐释放，因此新拌粉煤灰混凝土的坍落度经时损失小。另外，目前生产的水泥含碱量不断提高，粉煤灰的使用大大节约水泥熟料，抑制碱--骨料反应；水泥中C3A含量少，水化产生的热量少，减少了混凝土构件由于内外温差过大而引起其表面开裂的危险粉煤灰水化消耗大量Ca(OH)2,混凝土不耐蚀成分减少，因而耐化学侵蚀性比普通混凝土强得多。同时徐变、干缩等变形性能也优于普通混凝土综上所述，大掺量粉煤灰高性能混凝土具有令人满意的工作性、耐久性，力学性能也能达到设计要求，尽管早期强度低，但后期强度高，强度储备大。用高质量的粉煤灰取代部分水泥可大大改善新拌混凝土的工作性，因为:(1)粉煤灰是由大小不等的球状颗粒的玻璃体组成，表面光滑致密，在混凝土拌合物中能起滚珠作用；(2)新拌混凝土中水泥颗粒易聚集成团，粉煤灰的掺入可有效分散水泥颗粒，释放更多的浆体来润滑骨料(3)能减少用水量，使混凝土的水灰比降到更小水平，减少泌水和离析现象(4)具有良好的保水性，有利于泵送施工良好的工作性可大大改善混凝土的外观质量，同时也是混凝土内在质量的保证大掺量粉煤灰混凝土的良好的工作性能，对于解决目前混凝土存在的许多问题有很重要的作用。通过对粉煤灰掺量不同的新拌高性能混凝土进行坍落度试验表明，掺加粉煤灰对混凝土工作性的改善十分明显，各掺量粉煤灰混凝土的坍落度均大于基准混凝上。取代率大于40%以后，随着掺量的提高，由于粉煤灰的密度比水泥小，胶凝材料体积增大，需水量会有所上升，但即使粉煤灰掺量高达70%,混凝土坍落度仍大于基准混凝土。同时，在实践中可看到粉煤灰高性能混凝土的粘聚性·保水性好，无离析泌水现象。
2.粉煤灰在混凝土中的机理分析
(1)粉煤灰的形态效应
粉煤灰的主要矿物组成是海绵状玻璃体，铝硅酸盐玻璃微珠，这些球状玻璃体表面光滑、粒度细，质地致密，内比表面积小，不仅使水泥浆需水量小，而且它们往往填充水泥浆体孔隙中，使混凝土密实性大大提高，或者在相同用水量的情况下，可增大流动性，改善和易性和可泵性。
(2)粉煤灰的微集料效应
粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中，阻止了水泥颗粒的相互粘聚，而处于分散状态有利于水化反应的进行，同时减少了用水量，硬化后混凝土孔隙率降低，使密实度得以提高。
(3) 粉煤灰的活性效应
粉煤灰的活性效应也称火山灰效应，粉煤灰中的活性成份SiO2和AI2O3与水泥和石灰的水化产物在水溶液中发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，继而与石膏反应生成水化硫铝酸钙。上述这些反应几乎都是在水泥浆孔隙中进行的，大大降低了混凝土内部的孔隙率，改变了孔结构，提高了混凝土的密实度。
长期以来 ，国内外的混凝土中常掺有一定量粉煤灰，但作为水泥的替代材料，绝大多数情况下是以如下三种方式应用的:在旱期强度要求很低，长期强度大约在2535MPa的大体积混凝土中，大掺量的替代水泥使用在结构混凝土里较少量的替代水泥(10%~25%)在强度要求很低的回填或道路基层里大量使用。由于高效减水剂的应用，使混凝土的水胶比可以大幅度降低，从而使掺用粉煤灰的性能能够大幅度的提高。
大掺量粉煤灰混凝土作为一种新型材料，具有自身独特的优越性，但是目前应用范围不大，这与人们的传统观念及技术上的差距有关。随着该项技术不断完善，大掺量粉煤灰混凝土一定会在各项建设中大显身手人类要寻求与自然和谐，大掺量粉煤灰混凝上必将以其优良的性能在保护环境、协调人类与自然的关系等方面起到积极的作用，拥有广阔的应用前景。
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