掺混合材的水泥,铝酸盐水泥,水泥的应用.

第二节掺混合材的硅酸盐水泥

一．水泥用混合材料

定义：在生产硅酸盐水泥的过程中，为了改善水泥的性质，调节水泥强度而加入水泥中的人工或天然矿物材料，称为水泥混合材料。

火山灰活性：混合材料磨成细粉并与石灰或石膏混合均匀，用水拌和后，在常温下可生成具有水硬性的水化物，这称为混合材料的火山灰活性。

1．分类

（1）非活性混合材料

也称为惰性混合材，主要起填充作用，可调节水泥强度，降低水化热及增加水泥产量等。主要有磨细石英砂、石灰石、粘土、缓冷矿渣等。

（2）活性混合材料

主要化学成分为活性二氧化硅、活性氧化铝。本身与水不起化学反应，但在有激发剂（硫酸盐或碱性）的情况下，能发生水化反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙。主要品种有：粒化高炉矿渣、火山灰质、粉煤灰等。

A粒化高炉矿渣

炼铁时为使铁矿石易熔加入石灰石作溶剂，高温下氧化钙与铁矿石中的黏土矿物生成硅酸盐与铝酸盐矿物，浮于铁水表面，排出用水急冷成为颗粒状、质地疏松、多孔的粒化高炉矿渣，又称水淬高炉矿渣。其玻璃体含量达80％以上，其矿物成分为硅酸钙，与水泥熟料矿物成分相似，差别是钙含量低、硅含量高。

B火山喷发时形成的一系列矿物材料统称为火山灰质混合材料，包括浮石、火山渣（灰）、凝灰岩1等。还有一些天然材料或工业废渣，由于其成分与火山灰材料相似，也称为火山灰质混合材料，如烧粘土2、粉煤灰、自燃煤矸石、硅藻土3(石)等。

按化学成分和活性来源将火山灰质混合材料分为三类：

(1) 含水硅酸质材料：以SiO

2

为主要活性成分，含有结合水，如硅藻土、蛋白石4和硅质渣5等。与石灰反应能力强，活性好，但需水量大、干缩大。

(2) 铝硅玻璃质材料：以SiO

2和Al

2

O

3

为主要活性成分，如火山灰、凝灰岩、浮石

和粉煤灰等。活性大小与化学成分、冷却速度有关。

(3) 烧粘土质混合材料：以Al

2O

3

为主要活性成分，如烧粘土、煤渣、自燃煤矸石

等．

1凝灰岩：火山喷出的渣、砾夹杂火山灰沉积后再经石化而成；

2烧粘土：含Al

2O3较高的黏土经600～800℃煅烧而成；

3硅藻土：由硅藻类微生物在水中死后残骸沉积而成；4蛋白石：由硅藻石微粒经硅质胶结材料胶结而成；5硅质渣：粘土经提取氧化铝后的残渣；

C粉煤灰是火力发电厂以煤粉作燃料，燃烧后收集起来的粒径为1～50μm的极

细灰渣颗粒，呈玻璃态实心或空心球状，由于其主要活性成分为SiO

2和Al

2

O

3，

所以也

把粉煤灰划归为火山灰质混合材料。属铝硅玻璃质。

2．活性混合材的水化

在常温下，活性混合材料与水拌合后．本身不会硬化或硬化极为缓慢，强度很低。

①但在Ca(OH)

2

的饱和溶液中，会发生显著的水化作用，生成具有水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙

式中：x 、y值随混合材料的种类、Ca(OH)

2和活性SiO

2

的比率、环境温度及作用

时间的变化而变化，一般为1或稍大，n、m值一般为l～2.5。

②当有石膏存在时．石膏可与上述反应生成的水比铝酸钙进一步反应生成水硬性的水化硫铝酸钙；

氢氧化钙或石膏的存在是活性混合材料的潜在活性得以发挥的必要条件，故称之为活性混合材料的激发剂。氢氧比钙称为碱性激发剂，石膏称为硫酸盐激发剂。碱性激发剂包括：石灰、水玻璃、碳酸钠等，硫酸盐激发剂有：硫酸钠、硫酸钾等。

活性混合材料的水化速度较水泥熟料慢，且对温度敏感、高温下水化速度明显加快，强度提高；低温下，水化速度很慢，故活性混合材料适合高温养护。

3．作用

（1）水泥混合材

（2）混凝土掺合料

二．掺混合材料的硅酸盐水泥水化特点

普通硅酸盐水泥混合材掺量少，各项性能与硅酸盐水泥相比略低。其他4种水泥的性能由于混合材掺量大，有其共性，品种不同又有各自特点。

1．共性

（1）凝结硬化慢、早期强度低，后期强度增长快—混合材料的二次反应。

（2）对温度敏感、适合蒸养

（3）水化热低、放热速度慢。熟料含量降低

（4）耐侵蚀性好。二次反应消耗了易被侵蚀的氢氧化钙。

火山灰质中Al2O3为主的耐腐蚀性差

（5）抗冻性差、耐磨性差。需水量大，孔隙多

（6）抗碳化性差。氢氧化钙少

2．个性

（1）矿渣硅酸盐水泥：易泌水，耐高温。

（2）火山灰硅酸盐水泥：需水量大，干缩大，不宜用于干燥环境，抗渗性好。

（3）粉煤灰硅酸盐水泥：早期强度很低，需水量小，干缩小，抗裂性好。

3．应用

第三节 铝酸盐水泥

讲授方法：将铝酸盐水泥与硅酸盐水泥相比较予以介绍。从原材料、矿物组成、水化特点、性质、用途等方面予以介绍。

铝酸盐水泥是一类快硬、高强、耐腐蚀、耐热的水泥，又称为高铝水泥。它以石灰岩和矾土为主要原料，配制成适当成分的生料，烧至全部或部分熔融所得的以铝酸钙为主要矿物的熟料，经磨细而成的水硬性胶凝材料。

一．主要矿物组成

（1）铝酸一钙，CA 。其特点是凝结不快，而硬化迅速，为铝酸盐水泥强度的主要来源。早强高，但后期增长缓慢

（2）二铝酸一钙，CA 2。其特点是凝结硬化慢，后期强度较高，但早期强度却很低。

（3）其次还有凝结迅速而强度不高的七铝酸十二钙，以及凝胶性差的铝方柱石。

二．水化反应及水化产物

（1）CA 和CA 2的水化反应随温度的不同可形成性能差异很大的水化产物。

CAH 10 <20℃

CA 、CA 2＋H 2O C 2AH 8 20～30℃

C 3AH 6 >30℃