从公元前2世纪开始，天然混凝土由天然火山灰、石灰、碎石混合而成，1824年烧制硅酸盐水泥，1850年出现钢筋混凝土，1940年采用预应力混凝土技术。混凝土技术发展迅速，为建设高层建筑和桥梁、港口、水库等工程提供了物质基础。

1.高炉矿渣微粉

高炉矿渣微粉是高炉冶炼生铁时排出的一种炉渣。高炉冶炼生铁时，高炉加入的燃料除铁矿石和原料(焦炭)外，还加入助熔剂白云石。当炉温达到1400~1600℃时，熔剂与铁矿石高温反应生成生铁和炉渣。矿渣在高温状态通过水淬而成，玻璃体含量多。高炉渣由脉石、灰渣、助熔剂等不能进入生铁的杂质组成，是一种易熔混合物。

高炉矿渣属于硅酸盐质材料，根据高炉矿渣化学成分中碱性氧化物的含量，分碱性矿渣、中性矿渣和酸性矿渣。它们以矿渣碱性氧化物和酸性氧化物的比值M来判别：

M=(氧化钙+氧化镁+氧化铝)/二氧化硅.

M>1为碱渣;M<1为酸性渣;M=1为中性渣。酸性矿渣的胶凝性差，而碱性矿渣的胶凝性较好。

2.　矿渣微粉

颗粒化高炉渣经粉磨机械磨削后的细粉称为渣粉，由于水淬急冷后的渣粉结构处于高能状态，不稳定，潜在活性大。研磨后，在硫酸盐和碱性活化剂的作用下，潜在活性得到充分发挥。因此，磨细矿渣是提高其活性极为有利的技术措施。

矿渣微粉在混凝土中的作用机理

矿渣微粉作为混凝土的矿物掺合料，是传统混凝土领域的技术创新。加入到混凝土中可以改善硬化混凝土的物理力学性能、和易性和耐久性。

1.　矿渣微粉改善硬化混凝土力学性能机理

复合胶凝性能

矿渣微粉根据复合胶凝效应原理，选用胶凝性能互补的不同种类矿物，形成矿物掺合料复合体系。复合胶凝效应包括以下三个方面的作用：

诱导激活效应

诱导活动是介质稳定复合在水化过程中，相互诱导对方的能量，越过反应势垒，活化介质稳定体系，加快水化动力学，诱导活动是介质稳定相离子基团和分子的化学复合作用。例如，在高钙玻璃相和高铝中硅玻璃相复合系统的水化液相中，硫酸盐存在时，主要离子Ca2+、AlO2-和SiO4-形成矾土。AFt是一种良好的胶凝产物，它的形成消耗了液相中的CA2+和AlO2-，降低了溶液中Ca2+和AlO2-的浓度，促进了高钙玻璃相和高铝中硅玻璃的形成两种玻璃相的水合液相离子相互补充，加速了AFt产物。这样，玻璃相失去了稳定性，活性增加，使得非典型玻璃相可以相互诱导和激活。

表面微晶化效应

如果亚稳态复合体系的水化过程没有外界干扰，体系中的水化产物只能借助热力学涨落出现在某一局部区域，即只能通过成核形成新相。当存在另一种复合相时，其微晶成核降低了成核屏障，产生不均匀成核，使水化产物沉淀在另一种复合相表面，加速水化过程。

界面耦合效应

矿渣粉复合体系经诱导活化和水化硬化后形成稳定的粘结体系，其微观界面的粘结强度与宏观物理力学性能密切相关。

界面耦合作用来源于啮合作用，分子间作用力及表面自由能和化学结合。复合化学反应对粘结强度的贡献是通过产物形成特定的界面微结构来实现的。

文献中指出由两种以上混合材与熟料组成的复合凝聚体系，可抑制Ca(OH)2在骨料界面生成，在界面区形成富硅的致密结构，显著改善界面粘结强度。

2，　微集料效应

自紧密堆积效应

混凝土系统可以理解为连续级配置的粒子堆积系统，即粗集料间隙由细集料填充，细集料间隙由水泥粒子填充，水泥粒子间隙需要更细的粒子填充。矿渣微粒的粒径大可达10μm左右。它可以起到微集料填充水泥颗粒之间空隙的作用，使混凝土形成一个细观层次的自密实体系。实验结果表明：掺矿渣微粉混凝土容重大于未掺矿渣微粉的基准混凝土容重。

形状效应

渣粒的形状和表面粗糙度与紧密堆积和接口粘结强度有密切关系。

3.矿渣微粉改善混凝土和易性机理

矿渣微粉辅助减水机理

矿渣微粉辅助减水作用是以下三个方面综合作用的效果。

流变学原理的应用

水泥浆的流动性与其屈服应力τ0密切相关，屈服应力τ0愈小流动性愈好。表现为混凝土拌合物坍落度大，矿渣微粉可显著降低水泥浆屈服应力，因此可以改善混凝土拌合物的和易性。

矿渣微粉的微珠轴承润滑效果

矿渣通过粉磨过程变成微粉，其颗粒的棱角大部分被磨圆，颗粒形貌比较接近鹅卵石。矿渣微粉颗粒群的定量体视学分析结果表明：矿渣微粉颗粒可几直径在6～10μm，圆度在0.2～0.7范围。颗粒直径愈小，圆度愈大，即颗粒形貌愈接近于球体。因此，矿渣微粉在新拌混凝土中具有微珠轴承润滑效果，可增大水泥浆的流动度。

辅助减水效应

由于矿渣微粉具有较高的比表面积，会使水泥浆的需水量增大，因此矿渣微粉本身并没有减水作用，它只有与减水剂复合作用时，以上两方面优势才得以发挥，使水泥浆和易性获得进一步改善，表现出辅助减水效果。

3.　矿渣微粉改善坍落度损失的机理

从流变学的角度分析，配合高效减水剂混凝土。

坍塌度损失快的原因是其中水泥浆的屈服应力tau0随着时间的推移迅速增大。τ0值与坍落度损失之间具有良好的相关性。矿渣微粉可显著降低水泥浆的屈服应力τ0，并使之在较长的时间内维持在较低的水平上，从而有效地控制了混凝土坍落度的损失。

混凝土坍塌度损失的另一个原因是水分蒸发，运输和施工中气泡不断溢出，随着水分蒸发，混凝土坍塌度值经常下降。掺高效减水剂和不掺高效减水剂的混凝土在水分蒸发量上大致相近。由于配合高效减水剂混凝土中单位体积的水分蒸发率比较大，使其崩溃度损失加快。混合渣粉的新混凝土粘结性好，泌水性小。原因是矿渣微粉的比表面积约为400~600m2/kg，大比表面积矿渣微粉对水的吸收起到保水作用，减缓水泥的蒸发速率。从而有效地抑制混凝土的坍落度损失。

水泥水化动力学也影响混凝土坍落度的降低。水化产物的增加，使混凝土体系的固液比增加，自由水相对减少，凝结倾向加速，导致混凝土坍落度值迅速下降。炉渣微粉虽然是一种活性掺合料，但其早期水化活性比水泥熟料慢，当炉渣微粉等量取代混凝土中30%~50%的水泥时，可以减少混凝土单位体积水泥用量，减缓混凝土胶凝凝结速度，从而抑制新拌混凝土坍落度损失。