水泥知识详解

第一节水泥混合材料

在磨制水泥时，为改善水泥性能、调节水泥标号、增加水泥产量、降低能耗而掺入水泥中的人造或天然矿物材料，称为水泥混合材料．目前所用的混合材料中，大部分是工业废渣，因此，水泥中掺加混合材料又是废渣综合利用的重要途径，有利于环境保护。所以生产掺混合材料的水泥，在技术上和经济上都具有重大的意义，并且还有巨大的社会效益。我国目前所生产的水泥中，大多数为掺混合材料的水泥，所用混合材料的数量约占水泥产量的1/3^-1/4 。

一、混合材料的分类

水泥工业所使用的混合材料品种很多，通常按照它的性质分为活性和非活性两大类。凡是天然的或人工的矿物质材料，磨成细粉，加水后本身不硬化（或有潜在水硬活性），但与激发剂混合并加水拌和后，不但能在空气中而且能在水中继续硬化者，称为活性混合材料。

按照成分和特性的不同，活性混合材料可分为各种工业炉渣（粒化高炉矿渣、钢渣、化铁炉渣、磷渣等）、火山灰质混合材料和粉煤灰三大类，它们的活性指标均应符合有关的国家标准或专业标准。常用的激发剂有两类，碱性激发剂（硅酸盐水泥熟料和石灰）；硫酸盐激发剂（各类天然石膏或以CaSO ；为主要成分的化工副产品，如氟石膏、磷石膏等）。

非活性混合材是指活性指标达不到活性混合材要求的矿渣、火山灰材料、粉煤灰以及石灰石、砂岩、生页岩等材料。一般对非活性混合材的要求是对水泥性能无害。有些非活性混合材，仅起填充作用，如砂岩，它不含与Ca(OH) ：起反应的组分，但可改善水泥的颗粒组成，可能对水泥强度提高有利。但有些非活性混合材不仅仅起填充作用，

本溪钢铁公司41.47 6. 41 2.08 0.99 43.30 5.20 ─

石家庄钥铁公司38.13 12. 22 0.73 1.08 35.92 10.33 1.10

武汉钢铁公司38.83 12. 92 1.46 1.95 38.70 4.63 0.05

重庆钢铁公司27.02 15. 13 2.08 17.74 33.15 2.31 ─

从上表可以看出，粒化高炉矿渣的化学成分与水泥熟料相似，只是氧化钙含量低而Si0 2 ：偏高。各种粒化矿渣的化学成分差别很大，同一工厂生产的矿渣，化学成分也不完全一样。矿渣中的CaO,SiO2,A1203 等氧化物主要形成玻璃体。只含少量晶体矿物，主要有铝方柱石(2Ca0 · A1203 · Si02 ) 、钙长石(Ca0 · A1203 · 2Si02 ) 、硅酸二钙(2Ca0 · Si02 ) 、硅酸一钙(Ca0 · Si02 ），Mg 0 含量多时还有镁方柱石(2Ca0 · Mg0 · 2Si02 ）、镁橄榄石(2MgO · Si02 ）。

矿渣的活性主要取决于化学成分和成粒质量，根据GB203-?8 ，对粒化高炉矿渣的质量要求是：

质量系数= ≮ 1. 2

从上式可以看出,CaO 含量高的矿渣活性高，因为Ca0 是}-CzS 的主要成分。A1203 含量高，矿渣活性高，因为它在碱及硫酸盐的激发下，强烈地与Ca (OH ）：及CaSO ；结合，生成水化硫铝酸钙及水化铝酸钙o Mg0 在一定范围内可降低矿渣溶液的粘度，促进矿渣玻璃化，从而对提高矿渣活性有利Si02 含量增加，矿渣活性下降，因为它使矿渣形成低碱性硅酸钙和高硅玻璃体．另外Si0 ：含量高的矿渣粘度大，易于形成玻璃体。Mn0 使矿渣形成锰的硅酸盐和铝硅酸盐，其活性比钙硅酸盐和铝硅酸盐的活性低。Ti02 与Ca0 作用生成无活性的Ca0 · Ti0 ：，消耗了对矿渣活性有利的CaOo 铁含量太高，因为矿渣质地坚硬，还影响磨机产量。

矿渣的成粒质量对活性影响也很大。成粒质量除与其化学成分有关外，还与矿渣的熔融温度和冷却速度有关。一般说来，矿渣熔融温度越高，冷却速度越快，则矿渣玻璃体含量越高，活性就越好，质量越高。因此，为获得活性高的矿渣，就必须把熔渣温度

迅速急冷到800 ℃以下，我国多用水淬法，即将熔融矿渣直接倾入水池水淬。由于从水池中取出的矿渣会有一定量的水分，而矿渣内含有,B-C,S 矿物，所以它的贮存时间不宜超过三个月。同时在烘干矿渣时，必须避免温度过高，以防止粒化矿渣产生“反玻璃化现象"( 900 ℃左右玻璃体转变的晶体称为反玻璃化）而结晶，失去它的活性。

三、火山灰质混合材

凡以Si02, A120, 为主要成分的矿物质原料，磨成细粉拌水后本身并不硬化，但与石灰混合，加水拌和成胶泥状后，既能在空气中硬化又能在水中硬化者，称为火山质混合材。用于水泥中的火山灰质混合材料，必须符合GB2847-81 的有关规定。火山灰质混合材按其成因可分为天然的和人工的两大类。

天然的火山灰质混合材有：火山灰、凝灰岩、浮石、沸石岩、硅藻土和硅藻石。人工的主要是工业副产品或废渣，如烧页岩、煤歼石、烧粘土、煤渣、硅质渣。火山灰质混合材的化学成分以5102 , A1203 为主，其含量占70 ％，而Cao 较低，多在 5 ％以下。其矿物组成随其成因变化较大，天然火山灰的玻璃体含量一般在400o-50 ％。比表面积大，表面能大，参加化学反应的作用面积也大。但同时也带来易吸附水，在拌制水泥混凝土时需水量大的缺点。此外，需水量大还带来干缩性大的缺点。

实验表明，我国目前所采用的火山灰质混合材料的活性一般都不如矿渣，而天然的一类又不如人工的。因为人工的一类经过受热后粘土质矿物中分解出游离Si0 ：和

A120 ：，活性有不同程度提高之故。如以硅酸盐水泥强度为100 ％，掺30 ％火山灰材料后，在28d 龄期，人工的一类的相对强度为84 肠，而掺天然火山灰的一类只有80 ％。一年龄期，人工的一类接近 1 占。％，天然的一类约90 ％。火山灰质混合材的活性的评价有两种方法，一种是化学法，另一种是物理法。

化学方法是将含30 ％火山灰的水泥20g 与100m 1 水制成混浊液，于40 士

20C 的条件下养护7d 或14d ，到养护龄期时，将溶液过滤，滴定溶液中的CaO, OH