我國有12個(gè)省擁有火山灰資源，并且儲(chǔ)量豐富，但由于不同地域火山灰成因各異，其化學(xué)成分、礦物組成和物理性能差別較大，對(duì)混凝土性能的改善效果也不盡相同，所以火山灰僅在火山灰含量豐富的地區(qū)有少量應(yīng)用，利用水平低。
我國西南地區(qū)，眾多工程在建或即將建設(shè)，作為混凝土摻合料的粉煤灰資源相對(duì)緊缺，而云南騰沖、龍陵一帶分布有大量天然火山灰，資源豐富。將火山灰應(yīng)用于混凝土工程，部分或全部取代粉煤灰作為混凝土摻合料，可達(dá)到改善和提高混凝土的性能，降低工程造價(jià)的目的。
天然火山灰質(zhì)材料是指經(jīng)磨細(xì)加工的火山灰或火山渣、玄武巖、凝灰?guī)r、浮石巖、沸石巖、安山巖、硅藻土等具有火山灰活性的天然礦物質(zhì)粉體材料。天然火山灰質(zhì)材料是自身不具有或只有微弱水化活性的硅酸鹽或硅鋁酸鹽材料，常溫下，在有水的條件下，可與氫氧化鈣反應(yīng)，生成凝膠性物質(zhì)。
與粉煤灰類似，天然火山灰同樣具有形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，天然火山灰用作混凝土摻合料的可行性是毋庸置疑的，問題的關(guān)鍵是選擇合適來源的火山灰材料，合理確定其生產(chǎn)工藝和物理化學(xué)特性參數(shù)，精心設(shè)計(jì)混凝土配合比，以獲得性能優(yōu)良的高性能綠色混凝土。
天然火山灰質(zhì)材料簡介
天然火山灰質(zhì)材料微觀圖
天然火山灰質(zhì)材料是指以具有火山灰性質(zhì)的天然礦物材料為原料磨細(xì)制成的粉體，主要包括：
1、火山灰或火山渣：火山噴發(fā)的細(xì)粒碎屑的疏松沉積物。
2、玄武巖：火山爆發(fā)是巖漿噴出地面驟冷凝結(jié)而成的硅酸鹽巖石。
3、凝灰?guī)r：由火山灰沉積形成的致密巖石。
4、天然沸石巖（沸石）：以堿金屬或堿土金屬的含水鋁硅酸鹽礦物為主要成分的巖石。
5、天然浮石巖（浮石）：熔融的巖漿隨火山噴發(fā)冷凝而成的具有密集氣孔的火山玻璃巖。
6、安山巖：一種中性的鈣堿性火山巖，常與玄武巖共生。
天然火山灰質(zhì)材料都含有一定數(shù)量的活性二氧化硅、活性氧化鋁等成分，這些活性成分在有水的環(huán)境下，能與氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣等產(chǎn)物，這個(gè)反應(yīng)稱為火山灰反應(yīng)。
天然火山灰質(zhì)材料在建筑上的應(yīng)用已經(jīng)有數(shù)千年的歷史，在埃及、羅馬、希臘等很多歷史建筑上都能看到它們的身影，有些建筑至今已有2000多年的歷史，足見這種材料的耐久性。
混凝土或硅酸鹽水泥中加入天然火山灰質(zhì)材料能夠降低水化熱，控制大體積混凝土的溫升。同時(shí)，還能夠提高混凝土抵御硫化物腐蝕的能力，降低堿骨料反應(yīng)的影響。
有些天然火山灰質(zhì)材料還能大幅度降低混凝土的滲透性，提高其強(qiáng)度。
混凝土用天然火山灰質(zhì)材料技術(shù)要求
在我國和大多數(shù)，天然火山灰普遍作為混合材用于水泥的生產(chǎn)，且有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。GB/T2847“用于水泥中的火山灰質(zhì)混合材料”對(duì)用作水泥混合材的天然火山灰材料進(jìn)行了規(guī)定，其中的技術(shù)條款主要偏重于粉煤灰等人工火山灰材料，且對(duì)水泥混合材的技術(shù)要求主要從滿足水泥強(qiáng)度的角度考慮，缺乏針對(duì)火山灰作為混凝土摻合料的相關(guān)技術(shù)規(guī)定。DL/T5273－2012“水工混凝土摻用天然火山灰質(zhì)材料技術(shù)規(guī)范”和JG/T315－2011“水泥砂漿和混凝土用天然火山灰質(zhì)材料”詳細(xì)規(guī)定了作為礦物摻合料使用的天然火山灰質(zhì)材料的技術(shù)要求。
天然火山灰質(zhì)材料品質(zhì)要求/%
DL/T5273和JG/T315對(duì)天然火山灰質(zhì)材料的技術(shù)要求大同小異。整體上看，JG/T315的性能指標(biāo)要求要高于DL/T5273。
主要差異是對(duì)火山灰質(zhì)材料需水量或流動(dòng)度比上。DL/T5273考慮水工混凝土行業(yè)習(xí)慣，參照DL/T5055－2007“水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范”，提出了需水量的要求;JG/T315考慮到流動(dòng)度比測(cè)定起來快捷、方便，參照GB/T18046《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》，采用流動(dòng)度比指標(biāo)，而且針對(duì)不同種類的天然火山灰質(zhì)材料，規(guī)定了不同的指標(biāo)值。另外一個(gè)主要差別是DL/T5273規(guī)定對(duì)SiO2、Al2O３、Fe2O３三者總比例提出了要求，JG/T315則沒有。
總體而言，DL/T5273和JG/T315的實(shí)施，對(duì)天然火山灰質(zhì)材料的應(yīng)用起到了積極的推動(dòng)作用。
天然火山灰質(zhì)材料的質(zhì)量控制
作為混凝土礦物摻合料使用的天然火山灰質(zhì)材料，要特別關(guān)注細(xì)度、需水量比/流動(dòng)度比、燒失量、28d活性指數(shù)、SO3含量、SiO2+Al2O3+Fe2O3、堿含量等指標(biāo)的穩(wěn)定性，嚴(yán)格控制其波動(dòng)范圍。比如，DL/T5273就規(guī)定了天然火山灰質(zhì)材料的勻質(zhì)性要求。
天然火山灰質(zhì)材料的勻質(zhì)性要求
為了有效控制天然火山灰質(zhì)材料質(zhì)量，可從以下幾個(gè)方面加以控制:
(1)大量隨機(jī)抽樣測(cè)試天然火山灰生產(chǎn)廠家的成品火山灰的品質(zhì)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測(cè)質(zhì)量波動(dòng)情況。
(2)選取品質(zhì)波動(dòng)范圍較大的火山灰，測(cè)試其主要品質(zhì)指標(biāo)，評(píng)估品質(zhì)波動(dòng)對(duì)膠砂和混凝土性能的影響。
(3)根據(jù)實(shí)際使用對(duì)象的工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，提出火山灰勻質(zhì)性控制指標(biāo)，嚴(yán)格規(guī)定取樣測(cè)試頻率及試驗(yàn)內(nèi)容。
摻火山灰混凝土與摻粉煤灰混凝土的對(duì)比
摻火山灰混凝土試驗(yàn)配合比參數(shù)
摻粉煤灰混凝土試驗(yàn)配合比參數(shù)
摻火山灰混凝土耐久性能試驗(yàn)結(jié)果
由于火山灰是由粒徑不一的片狀或板狀等不規(guī)則體組成，不同于粉煤灰的球形，沒有滾珠軸承作用，因此火山灰的需水量比大于粉煤灰。火山灰質(zhì)材料的特點(diǎn)是疏松，顆粒有空腔，內(nèi)比表面積大，易吸水、易反應(yīng)，所以標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較大，要達(dá)到泵送流動(dòng)性要求需水較多，水灰比加大對(duì)混凝土強(qiáng)度有影響。
針對(duì)火山灰需水量大的特點(diǎn)，在混凝土的配制中主要采取以下措施：
1、采用緩凝高效減水劑，提高相對(duì)摻量，以降低混凝土單位用水量和膠凝材料用量。
2、采用三民質(zhì)火山灰，提高火山灰的加工工藝水平，進(jìn)一步降低需水量比。
