水泥混合材料

一、水泥混合材料

在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等级而掺入水泥中的天然或人工的矿物材料，称为水泥混合材料。根据所加矿物材料的性质和作用不同，水泥混合材料通常分为活性混合材料和非活性混合材料两大类。

1．活性混合材料

（1）活性混合材料的主要类型　经磨细后，在常温下，与石灰（或与石灰和石膏）一起加水后能生成具有胶凝性的水化产物，既能在空气中又能在水中硬化的混合材料称为活性混合材料。生产水泥常用的活性混合材料主要有：

1）粒化高炉矿渣　粒化高炉矿渣是将高炉冶炼生铁时所得以硅酸钙与铝酸钙为主要成分的熔融矿渣，经水淬急速冷却而成的松软颗粒，颗粒粒径一般为0．5～5mm。其主要成分为CaO、Al₂O₃、SiO₂，通常占总量的90％以上，此外还有少量的MgO、FeO和一些硫化物等。矿渣的活性不仅取决于其活性成分（活性氧化铝和活性氧化硅）的含量，而且在很大程度上取决于内部结构。矿渣熔融体在淬冷成粒时，阻止了熔融体向结晶结构的转化而形成了玻璃体，储有较高的潜在化学能，从而使其具有较高的活性。在有少量激发剂的情况下，其浆体就具有一定的水硬性。含氧化钙较高的碱性矿渣，本身就具有弱的水硬性。

2）火山灰质混合材料　火山喷发时，随同熔岩一起喷发的大量碎屑沉积在地面或水中而成的松软物质，称为火山灰。火山灰由于喷出后即遭急冷，因此形成了一定量的玻璃体，这些玻璃体成分使其具有活性，它的成分也主要是活性氧化硅和活性氧化铝。火山灰质混合材料泛指具有火山灰质的天然或人工矿物材料，如天然的火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土、硅藻石、蛋白石等，属于人工的有烧黏土、煅烧的煤矸石、粉煤灰及硅灰等。

3）粉煤灰　粉煤灰是火力发电厂以煤粉做燃料，从其锅炉烟气中收集下来的灰渣，又称飞灰。其颗粒多呈玻璃态实心或空心的球形，表面光滑，粒径一般为0．001～0．05mm。粉煤灰的成分主要是活性氧化硅和活性氧化铝，其次还含有少量氧化钙。根据其氧化钙含量不同，又有高钙粉煤灰和低钙粉煤灰之分。前者氧化钙含量一般高于10％，本身就具有一定的水硬性。

（2）活性混合材料的作用　上述的活性混合材料，它们与水调和后，本身不会硬化或硬化极为缓慢，强度很低。但有石灰存在时，就会发生显著的水化，特别是在饱和的氢氧化钙溶液中水化更快，其水化反应一般认为是：

式中x值决定于混合材料的种类、石灰和活性氧化硅的比例、环境温度以及作用所延续的时间等，一般为1或稍大。n值一般为1～2．5。

同样，活性氧化铝与Ca（OH）₂也能相互作用形成水化铝酸钙。当液相中有石膏存在时，水化铝酸钙将进一步与石膏反应生成水化硫铝酸钙。这些水化物既能在空气中硬化，又能在水中继续硬化，并具有相当高的强度。可以看出，氢氧化钙和石膏的存在使活性混合材料的潜在活性得以发挥，氢氧化钙和石膏起着激发水化、促进凝结硬化的作用，故称为激发剂。常用的激发剂有碱性激发剂和硫酸盐激发剂两类，一般用作碱性激发剂的是石灰和能水化析出氢氧化钙的硅酸盐水泥熟料；硫酸盐激发剂主要是二水石膏或半水石膏，而且其激发作用必须在有碱性激发剂的条件下才能充分发挥。

2．活性混合材料

非活性混合材料是指不具有潜在的水硬性，与水泥矿物组成也不起化学作用的混合材料。它们掺入到水泥中仅起减少水化热、降低强度等级和提高水泥产量的作用。常用的有磨细石灰石粉、磨细石英砂、磨细块状高炉矿渣等。