第三章摻混合材的硅酸鹽水泥

定義：為改善硅酸鹽水泥的某些性能，同時達到增加產量和降低成本的目的，在硅酸鹽水泥熟料中，摻入一定數量的混合材料和適量石膏共同磨細的水硬性膠凝材料，稱為摻混合材料的硅酸鹽水泥。

分類：普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥及復合硅酸鹽水泥。（一）混合材料活性混合材料活性混合材料是具有較高的火山灰性或潛在的水硬性或兩者兼有，性能符合有關國家標準的礦物材料。火山灰性：指一種材料磨成細粉，單獨不具有水硬性，但在常溫下與石灰一起和水拌合后，能生成具有水硬性化合物的性能。潛在的水硬性：指將磨細的材料與水拌合后，在有少量激發劑的情況下，具有水硬性的性能。常用的活性混合材料：粒化高爐礦渣、火山灰質混合材料和粉煤灰。粒化高爐礦渣

粒化高爐礦渣是煉鐵高爐的熔融礦渣經急速冷卻而成的松軟顆粒，其粒徑一般為0.5～5mm。礦渣經水淬的原因，就是要使之形成無定形的玻璃體，具有熱力學不穩定性，因此具有活性。火山灰質混合材料凡是天然或人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成分，具有火山灰性的礦物材料，稱為火山灰質混合材料。如火山灰、凝灰巖、煤矸石渣等。粉煤灰

是以煤粉為燃料的火力發電廠從其鍋爐煙氣中收集下來的粉末，又稱飛灰。粉煤灰中含有較多的活性SiO2、Al2O3，具有較高的活性。非活性混合材料經磨細后加入水泥中不具有或只具有微弱的化學活性，在水泥水化中基本上不參加化學反應，僅起提高產量、降低水泥強度等級、節約水泥熟料的作用，因此又稱為填充性混合材料。如石英砂、石灰石、粘土等。（二）普通硅酸鹽水泥

凡由硅酸鹽水泥熟料、6%～15%混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥（簡稱普通水泥），代號P·O。水泥中混合材料摻量按質量百分比計，摻活性混合材料時，最大摻量不得超過15%，其中允許用不超過水泥質量5％的窯灰或不超過水泥質量8%的非活性混合材料來代替。普通硅酸鹽水泥強度等級分為42.5、42.5R、52.5、52.5R四個強度等級。普通硅酸鹽水泥強度標準（GB175－2007）

品種強度等級抗壓強度(MPa)抗折強度(MPa)3d28d3d28d普通硅酸鹽水泥

42.542.5R17.022.042.542.53.54.06.56.552.552.5R23.027.052.552.54.05.07.07.0由于混合材料的摻量較少，所以普通硅酸鹽水泥的性質與硅酸鹽水泥基本相同，略有差異，主要表現為：1.早期強度略低；2.耐腐蝕性略有提高；3.耐熱性稍好；4.水化熱略低；5.抗凍性、耐磨性、抗碳化性略有降低。（三）礦渣硅酸鹽水泥定義：簡稱礦渣水泥，由硅酸鹽水泥熟料和粒化高爐礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，代號P·S。水泥中粒化高爐礦渣摻加量按質量百分比計為>20%且≤70%，并分為A型和B型。A型礦渣摻量>20%且≤50%，代號P·S·A；B型礦渣摻量>50%且≤70%，代號P·S·B。粒化高爐礦渣礦物組成及結構由高爐礦渣經急冷成粒，稱為粒化高爐礦渣。化學成分以氧化鈣、氧化硅、氧化鋁、氧化鎂為主。具體見P122表2-3-2-1。礦渣存在潛在活性的原因：急冷形成玻璃體。但活性是潛在的，不能在純水中水化。礦渣活性的激發劑堿性激發劑為石灰或者水化時能夠析出氫氧化鈣的硅酸鹽水泥熟料。氫氧化鈣與礦渣中的活性二氧化硅和活性氧化鋁化合，生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣。硫酸鹽激發劑一般為石膏或者以硫酸鈣為主要成分的化工廢渣，如磷石膏、氟石膏。但需要有一定的堿性環境。堿性環境促使礦渣分散、溶解，并形成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，另外氫氧化鈣的存在使石膏能與礦渣中的活性氧化鋁化合，生成水化硫鋁酸鈣。

水化硬化過程首先是水泥熟料水化，然后，水化生成的Ca(OH)2和摻入的石膏分別作為礦渣的堿性激發劑和硫酸鹽激發劑，并與礦渣中的活性分相互作用，生成水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣或水化硫鐵酸鈣。（四）火山灰質硅酸鹽水泥定義：簡稱火山灰水泥，凡由硅酸鹽水泥熟料和火山灰質混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，代號P·P。水泥中火山灰質混合材料摻加量按質量百分比計為20％～50％火山灰的種類及化學成分按照人工和天然的進行分類天然的：火山灰、凝灰巖、硅藻土、硅藻石、蛋白石等。人工的：燒粘土、燒頁巖以及煤渣、粉煤灰、煤矸石渣等。按照火山灰與石灰結合的性質進行分類：含水硅酸質混合材料：以無定型的二氧化硅為主要成分，并含有結合水，與石灰的反應能力強，活性好，如硅藻土、硅藻石、蛋白石等。鋁硅玻璃質混合材料：以氧化硅為主要成分，含有氧化鋁和少量的堿性氧化物。它是由高溫熔體經急冷形成的，活性與玻璃體含量有關。粉煤灰屬于此類。燒粘土質混合材料：主要是脫水粘土礦物，成分以氧化硅和氧化鋁為主。燒粘土、煤矸石均屬此類。（五）粉煤灰硅酸鹽水泥定義：粉煤灰硅酸鹽水泥：簡稱粉煤灰水泥，凡由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，代號P·F。水泥中粉煤灰摻加量按質量百分比計為20％～40％。粉煤灰化學組成也屬于Al2O3—SiO2系統。（刪除掉了CaO)主要礦物組成是鋁硅玻璃體，此外還有少量的石英以及未燒盡的碳粒（以燒失量來表示）等。其中鋁硅玻璃體是其活性的主要來源。玻璃體特征：玻璃體的形態、大小和表面情況，對粉煤灰的性能影響很大。玻璃體有光滑的球形玻璃體、以及不規則的小顆粒等。其中球形顆粒可在水泥漿中起潤滑作用，故需水性小，而且活性大。水化硬化過程：首先是水泥熟料水化，然后，水化生成的Ca(OH)2通過液相擴散到球形粉煤灰玻璃體的表面，與玻璃體中的活性氧化硅和氧化鋁生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。當有石膏存在時，還可以生成鈣礬石。特點：球形玻璃體比較穩定，其表面又相當致密，不易水化（即使有氫氧化鈣存在）。故28d后，才初步開始水化，90d后才能大量水化。（六）礦渣、火山灰以及粉煤灰水泥的共性以及差異這三種水泥強度等級分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個強度等級。礦渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的強度標準強度等級抗壓強度(MPa)抗折強度(MPa)3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.0水化硬化過程：

這三種水泥與水拌和后，首先是水泥熟料水化，然后，水化生成的Ca(OH)2再與活性混合材料中的活性組分發生二次水化反應生成相應的水化產物。由該水化過程和活性混合材料的水化特點可知，摻活性混合材料的水泥較硅酸鹽水泥的凝結硬化速度慢、早期強度低。三種水泥的共性凝結硬化慢，早期強度低，后期強度高；對溫度敏感，適合高溫養護；抗軟水、海水和硫酸鹽腐蝕的能力較強；水化放熱量小；抗凍性和耐磨性較差三種水泥的特性礦渣水泥耐熱性較好，可用于高溫環境中；保水性差，易產生泌水，抗滲性差，干縮性大，不宜用于有抗滲要求的混凝土工程中。火山灰水泥保水性好，具有較高的抗滲性和耐水性，可用于有抗滲要求的混凝土工程。粉煤灰水泥干縮性小，抗裂性好，抗碳化能力差。（七）復合硅酸鹽水泥凡由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規定的混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材