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水泥工艺学 第八章 掺混合材的水泥

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掺混合材的硅酸盐水泥

掺混合材的硅酸盐水泥

三种水泥各自特性
粉煤灰水泥
❖ 早期强度、水化热更低； 适用于大体积工程。
❖ 干缩小，抗裂性好。
▪粉煤灰表面致密的球形颗粒，流动性好，吸水量少。
四、 复合硅酸盐水泥
两种及以上混合材
磨细
硅酸盐水泥熟料
水硬性胶凝材料
复合酸盐水泥 P·Ｃ
适量石膏
❖通用水泥的主要品种之一； ❖混合材总掺量为15% ～ 50%； ❖允许≯8%的窑灰代替部分混合材。
（五）活性混合材的作用
➢ 活性混合材与水调和后，本身不会硬化或硬化极慢，强度 极低，在氢氧化钙溶液中显著水化，而在饱和的该溶液中 水化更快，水化反应：
▪ xCa(OH)2 + SiO2 + mH2O —— CaOSiO2(m +x) H2O ▪ yCa(OH)2 + A2O3 + nH2O —— CaOA2O3(n +y) H2O ➢ 掺混合材的硅酸盐水泥水化分两步： ▪第一步：水泥熟料的水化； ▪第二步：氢氧化钙与活性混合材中的活性组分反应生成
（二）混合材的分类
Hale Waihona Puke 分类活性混合材非活性混合材
特点：本身并不具有胶凝性质或胶结能
力很小，但与石灰、石膏一起，在常温下 能生成具有水硬性的水化产物。
常用品种：粒化高炉矿渣，粉煤灰
火山灰。
特点：不与水泥成分起化学作用或作用很
小， 掺入的作用主要是为了提高水泥的 产量，调整标号，减少水化热。 称为填充性混合材料。 常用品种：如石英、黏土、慢冷矿渣
灰
灰
硅
酸
酸
硅
硅
酸
盐
盐
酸
酸
盐
水
水
盐

1018掺混合材料的硅酸盐水泥教学内容

1018掺混合材料的硅酸盐水泥教学内容

1018掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥，是用硅酸盐水泥熟料，加入一定比例的混合材料和适量石膏，经共同磨细而制成的水硬性胶凝材料。

4.5.1混合材料在磨制水泥时所掺入的天然或人工的矿物材料，称为混合材料。

混合材料按其性能可分为活性混合材料(水硬性混合材料)和非活性混合材料(填充性混合材料)。

活性混合材料磨成细粉加水后并不硬化，与石灰加水拌和后，在常温下能生成具有胶凝性的水化物，既能在空气中硬化，又能在水中继续硬化。

常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料及粉煤灰等。

活性混合材料的主要成分是活性氧化硅和活性氧化铝，它们在氢氧化钙的溶液中发生水化反应：O mH S iO ·xCaO O H )x m (S iO )OH (xCa 22222=-++O nH O Al ·yCaO O H )y n (O Al )OH (yCa 2322322⋅=-++当液相中有石膏存在时，水化铝酸钙与石膏反应，生成水化硫铝酸钙。

这些水化产物，凝结硬化后，具有一定强度。

硅酸盐水泥熟料，掺入一定量的活性混合材料，可调整水泥性能，调节水泥标号，提高水泥产量，降低水泥成本，扩大使用范围，还能充分利用工业废渣，有利于环境保护。

非活性混合材料磨成细粉与石灰加水拌和后，不能或很少生成具有胶凝性的水化物，在水泥中仅起填充作用。

如石英砂、石灰石、粘土及慢冷矿渣等。

把它们掺入硅酸盐水泥熟料中，仅是为了提高水泥产量，降低水泥标号，以及减少水化热等。

4.5.2掺混合材料的硅酸盐水泥目前，我国生产的掺混合材料的硅酸盐水泥，主要有普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥(简称矿渣水泥)、火山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥)和粉煤灰硅酸盐水泥(简称粉煤灰水泥)等等。

1．普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料，再加入6％~15％混合材料及适量石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)，代号为P·O 。

第八讲 水泥2

第八讲 水泥2

水泥Ⅱ混合材料四种掺料水泥特种水泥石棉水泥制品（自学）浙江林学院园林学院龙江2008.101、什么是混合材料？掺混合材料有什么好处，应该注意什么问题？2、什么是复合硅酸盐水泥？3、各种掺料水泥的选用都有什么特点？4、特种水泥有哪几种？各有什么特点？水泥Ⅱ混合材料四种掺料水泥特种水泥石棉水泥制品（自学）浙江林学院园林学院龙江2008.10定义:在水泥生产过程中，为改善水泥性能，调节水泥标号，扩大使用范围而掺入的天然或人工的矿质原料称为混合材。

混合材：在水泥生产时，为改善水泥的性能，如强度和耐久性等而加入到水泥中，和水泥熟料、石膏一起粉磨的矿物材料。

活性混合材:在激发条件下（石灰或石膏的作用），加水拌合后，生成具有胶凝性的水化产物，既能在水中，又能在空气中发展并保持强度的矿物材料。

这一类材料包括有：粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰质材料等。

（尽可能具无定形态，而非晶态）。

具有火山灰性或潜在水硬性的材料，如矿渣、粉煤灰等。

水泥Ⅱ混合材料四种掺料水泥特种水泥石棉水泥制品（自学）浙江林学院园林学院龙江2008.10掺入目的：a.改善水泥的性能；b.增加品种；c.提高产量；d.节约熟料；e.降低成本。

非活性混合材－由于这类材料活性很低，即使在有激发条件下（碱或石膏）也不与水发生水化反应，也不具有水硬性胶凝性质的矿物材料不具有潜在水硬性的材料，如石灰石粉、慢冷矿渣等。

a.这类材料本身不具有潜在的水硬性或火山灰性，与水泥矿物组成不起化学作用b.掺入目的：扩展水泥标号、降低水化c.常用的有：磨细的石英砂、石灰石粉，磨细的高炉矿渣、尾矿粉水泥Ⅱ混合材料四种掺料水泥特种水泥石棉水泥制品（自学）浙江林学院园林学院龙江2008.10矿渣——磨细高炉矿渣矿渣：在炼铁炉中，浮于铁水的表面一层熔渣，排出时用水急冷，得到水淬矿渣，也叫粒状高炉矿渣。

×4200 ×2000磨细矿渣在显微镜下的形貌水泥Ⅱ混合材料四种掺料水泥特种水泥石棉水泥制品（自学）浙江林学院园林学院龙江2008.10火山灰质混合材火山灰质混合材根据不同的种类及化学成分、活性成分不同，其水化、凝结、强度各有不同。

建材掺混合材水泥PPT学习教案

建材掺混合材水泥PPT学习教案
15
粉煤粒灰径1～50微米，
呈玻璃质的实心或 空心球状颗粒。
化学成分： 活性
SiO2、Al2O3
第15页/共59页
16
粉煤灰的应用—— 水泥活性混合材
第16页/共59页
17
粉煤灰的应用——混凝土掺和料
第17页/共59页
18
粉煤灰的应用——大坝
第18页/共59页
19
粉煤灰的应用——路基
二灰土
如石灰石粉、砂岩、慢冷矿渣等 仅起增加水泥产量、调节水泥强度等级、
第2页/共59页
降低水化热的作用
3
活性混合材
本身加水不水化，不产生强度，但与石灰或石膏加水混合后，在 常温下可生成具有水硬性的水化物
具有火山灰活性或潜在水硬性 主要含活性SiO2和活性Al2O3，都为无定形非晶体（玻璃体）
修补工程、抢修工程
浆锚、喷锚支护、灌浆施工
快速堵漏
第42页/共59页
玻璃纤维增强水泥（GFRC） 43
4.3 快硬硅酸盐水泥
Rapid-hardening Portland Cement
定义－凡以硅酸盐水泥熟料和 适量的石膏磨细制成的，以3d
抗压强度表示标号的水硬性胶
凝材料 水泥标号
抗压强度（MPa）
第36页/共59页
37
熟料组成
化学组成
Al2O3 （大于50%）
矿物组成
铝酸一钙(CaO.Al2O3－CA)70％ 二铝酸一钙（ CaO.2Al2O3－CA2 ） 硅酸二钙C2S-少量
第37页/共59页
38
铝酸盐水泥的水化硬化
其水化速度快，生成物随环境温度而发生 变化，且晶型易转变。
凝C3A结的硬含化量快。，早期强度增进较快－通过增加熟料中C3S、

3掺混合材料水泥

3掺混合材料水泥

水泥熟料 + 石膏 +
20～50%粒化高炉矿渣 50～70%粒化高炉矿渣
P·S·A
slag cement
P·S·B
石膏↑：①缓凝SO3≤3.5% ②激发剂
≤4%
用粉煤灰、山火灰等 代替时，有具体规定
P.S的细度、凝结时间及安定性均用P.O。 按GB175—2007其强度等级分为六个：
32.5 32.5R 42.5 42.5R 52.5 52.5R ρ=2.8～3.1g/cm3较硅酸盐水泥小。
强度等级按照国家标准（GB175-2007）分为：
32.5 32.5R 42.5 42.5R 52.5 52.5R
技术性质
❖特点
➢与硅酸盐水泥相近 ➢因为混合材料的掺量少，其矿物组成仍在硅 酸盐水泥的范围之内
❖不同点
➢细度采用筛余量表示
❖测量通过0.08mm的方孔筛的筛余量≯10% ➢强度等级
❖与同等级硅酸盐水泥强度要求一致
一、混合材料
定义
生产水泥时加入的人工 或天然矿物材料
调节水泥强度等级（合理使用）
改善水泥性能（增加品种）
作
用
降低成本（增加产量）
改善环境（废料利用）
Back
（一）种 类
按掺入水泥后的作用分为两类: ➢活性混合材料 (水硬性混合材料) ➢非活性混合材料（填充性混合材料）
按作用分
活性混合材料 (水硬性混合材料)
3. 配制无熟料水泥：（生态水泥：未来10年的发展方向）
4. 制造硅酸盐砼制品
二、普通硅酸盐水泥
普通水泥的定义 技术性质 强度要求 应用
Back
二、普通硅酸盐水泥
（Ordinary Portland cement）→P.O

水泥工艺学08(2011)

水泥工艺学08(2011)

3.水化和硬化 矿渣水泥的水化硬化过程较硅酸盐水泥复杂。其水化 硬化除取决于水泥熟料的水化硬化外，还取决于矿渣的活 性、掺量、水化作用。 采用湿热处理可以在很大程度上加速矿渣水泥的硬化速度； 矿渣活性越高，颗粒越细，掺量越少，水化硬化就越快。
School of Materials Science & Engineering
(2).掺混合材料的作用 提高水泥产量，降低水泥生产成本，节约能源，达到提 高经济效益的目的； 有利于改善水泥的性能，如改善水泥安定性、提高混凝 土的抗蚀能力、降低水泥水化热； 调节水泥标号，生产多品种水泥，以便合理使用水泥， 满足各项建设工程的需要； 利用工业废渣，减少环境污染，实现水泥工业生态化。
School of Materials Science & Engineering
(3)矿渣的活性： 影响矿渣活性的因素 ①化学成分：活性组分主要指：CaO Al2O3 MgO ②玻璃体的含量：越高越好 常用矿渣的活性激发剂 ①碱性激发剂。 石灰，熟料。原因能产生Ca(OH)2 ②硫酸盐激发剂。 石膏，工业副产石膏。原因能产生CaSO4
School of Materials Science & Engineering
8.4粉煤灰硅酸盐水泥 1.定义： 凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的 水硬性胶凝材料。粉煤灰掺量为20%～40%。代号：P·F 2.水化硬化 水化产物Ca(OH)2含量较少，且水化产物大部分为凝 胶相，C—S—H胶凝中C／S比较低。
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8.7提高掺混合材硅酸盐水泥早期强度的措施 1.适当提高熟料中C3S和C3A含量 2.控制混合材的质量和掺入量 3. 3.提高水泥的粉磨细度 4.适当增加石膏的掺入量 5.加入早强剂或减水剂

掺混合材的水泥

掺混合材的水泥

粉煤灰掺入量对水泥强度的影响
粉煤 灰掺 入量
/%
0
细度 /%
6.0
抗折强度/MPa 3d 7d 28d 6.3 7.0 7.2
抗压强度/MPa 3d 7d 28d 32.1 41.5 55.5
25 5.6 4.7 5.7 6.5 23.1 29.1 44.0
35 5.6 4.2 5.3 6.4 18.5 24.9 42.2
粒化高炉矿渣的活性评价
• 质量系数 K=（CaO%+MgO%+Al2O3%）/（SiO2%+MnO%+TiO2%）≮1.2 • CaO含量高，矿渣活性高 • Al2O3含量高，矿渣活性高 • MgO含量高，降低矿渣溶液的粘度，有利于矿渣活性
提高 • SiO2含量高，粘度大，形成低碱性硅酸钙。 • MnO使得矿渣形成锰的硅酸盐和铝硅酸盐，活性比硅
酸盐活性低。 • TiO2与CaO形成无活性的CaO ·TiO2
粒化高炉矿渣的活性
矿渣的活性主要取决于化学成分和成粒质量 ➢ 化学成分有关 ➢ 矿渣的熔融温度 ➢ 冷却速度：反玻璃化现象（900℃左右玻璃体转
变成晶体称反玻璃化），失去活性。
8.2 掺混合材的硅酸盐水泥
• 掺混合材硅酸盐水泥的基本组成材科是硅酸盐水 泥熟料并掺加各种混合材料，国家标准对各种水 泥的混合材料的品种和掺加量作了严格的规定， 为了确保工程混凝土的质量，凡国标中没规定的 混合材科品种，水泥厂严格禁止使用。
矿渣水泥的强度等级：32.5，32.5R，42.5，42.5R， 52.5，52.5R
矿渣水泥的生产：粒化高炉矿渣烘干后与硅酸盐 水泥熟料、石膏按一定比例送入磨内共同粉磨。 根据水泥熟料、矿渣的质量，改变熟料和矿渣的 配合比及水泥的粉磨细度，生产出不同强度等级 的水泥。

掺混和材料的硅酸盐水泥

掺混和材料的硅酸盐水泥

• （3）、火山灰质水泥的性能及应用 • 1）、火山灰水泥凝结硬化缓慢，早期强度低，后期强度 高。 • 2）、火山灰水泥具有良好的抗渗性、耐水性及一定的抗 腐蚀能力。 • 3）、火山灰水泥保水性差。 • 4）、火山灰水泥具有较低的水化热，适用于大体积工程。 • 3、粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥，代号PF • （1）、定义及技术性质 • 定义：凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，适量石膏磨细制成 的水硬性胶凝材料，即为矿渣硅酸盐水泥。 • 技术要求见教材表2-14、2-15所示 • （2）、粉煤灰水泥的水化、硬化过程与矿渣水泥相似， 首先是水泥熟料水化成为水化物，再由粉煤灰与水泥的水 化物发生反应。但这个过程也有不同之处，粉煤
掺活性混合材料的硅酸盐水泥与水拌和后， 首先是水泥熟料水化，然后水化生成的 ca(OH)2再与活性混合材料中的活性组分发 生二次水化反应生成相应的水化产物。由 该水化过程和活性混合材料的水化特点可 知，掺活性混合材料的水泥较硅酸盐水泥 的凝结硬化速度慢、早期强度低。
• 一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥 • 定义：凡由硅酸盐水泥熟料、0—5%的石灰 石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水 硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。即国外的 波特兰水泥 Portland cement 分为不掺混合 材料PI和掺不超过5%混合材料PII
第五节
掺混合料的硅酸盐水泥
在水泥生产过程中加人的人工的或天然的 矿物材料称为水泥混合材料。为改善硅酸 盐水泥的某些性能，同时达到增加产量降 低成本的目的，在硅酸盐水泥熟料中掺加 适量的各种混合材料与石膏共同磨细制得 的水硬性胶凝材料，称为掺混合材料水泥。
பைடு நூலகம்
混合材料按其在水泥中所起的作用，分为活性混合材 料和非活性混合材料。 1.活性混合材料 在常温条件下，能与Ca(OH)2或水泥发生水化反应 的混合材料称为活性混合材料。活性混合材料能参 与水泥的水化反应，明显改善水泥的性能。常用的 活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料 和粉煤灰。 2.非活性混合材料 在常温条件下，不能与Ca(OH)2或水泥发生水化反 应的混合材料称为非活性混合材料。非活性混合材 料不参与水泥的水化反应，仅起到提高产量、降低 成本、调整水泥强度等级、降低水化热和改善新拌 混凝土和易性的作用，所以也称为填充性混合材料。 磨细的石灰石、石英砂、粘土、慢冷矿渣及各种废 渣都属于非活性混合材料。

第五节 掺混合材料的水泥

第五节 掺混合材料的水泥

3、常用混合材的活性及评定 （1）粒化高炉矿渣 高炉炼铁时的熔融渣经急冷粒化而得，故 称粒化高炉矿渣，简称矿渣。
组分及活性：
易形成低活 性的低碱性 硅酸钙和高 硅玻璃而降 低矿渣活性。
CaO、Al2O3、MgO、SiO2（30~40%）
形成C2S的 主要组分
在激发剂作用下， 与Ca(OH)2和石 膏反应，生成水 化铝酸钙等。 增加熔融矿渣 的流动性，促 使矿渣粒子化， 利于活性。
R=1时-----矿渣无活性； R值越高，矿渣活性越好
国家标准对粒化高炉矿渣质量要求
（1）质量系数K不应小于1.2
（2）MnO2不得超过4%；
（3）块状矿渣以质量计，不得超过5%，最大 直径不得超过10cm； （4）不得混有外来夹杂物，金属铁应严格控制。
用途
1）广泛用于地上、地下或水中混凝土工程；
因此，水泥生产中在烘干矿渣时，必须注 意避免温度过高（900℃），以免矿渣产生 “反玻璃化”现象而结晶，失去活性。
活性评定方法
化学分析法：K 物理法：直接测定矿渣硅酸盐水泥强度的方法。 用强度比值R来评定矿渣的活性。
R 矿渣硅酸盐水泥的 28 天抗压强度 100 不掺矿渣的硅酸盐水泥 的28 天抗压强度（ 100 - 矿渣掺入百分数）
3、性能特点和用途
相对熟料含量小，一般密度较硅酸盐水泥 小，所以水泥的凝结时间比硅酸盐水泥长，早 期强度低，但长期强度增进率大，因为后来混 合材料的二次水化使水化产物增多之故。 故不宜冬天露天施工。
此类水泥水化热比硅酸盐水泥低，耐水、 耐热较好，抗硅酸盐性能优于硅酸盐水泥， 抗冻性及抗大气稳定性差。
用途
与一般矿渣水泥相同，根据本身特
点，还较适用于具有抗渗要求的混凝土

03-混合材料与掺混合材料水泥

03-混合材料与掺混合材料水泥

本次授课主要内容混合材料定义混合材料掺入的目的混合材料的分类掺混合材料的硅酸盐水泥品种3.2.1 混合材料（1）耐腐蚀性差—硅酸盐水泥水化后，含有较多的氢氧化钙和水化铝酸三钙，因此耐软水和耐化学腐蚀性差，不能用于海港工程、抗硫酸腐蚀工程。

（2）耐高温性差—氢氧化钙在600℃以上会分解成氧化钙和二氧化碳，高温后水泥石再次受潮时，氧化钙会与水反应，体积膨胀，造成水泥石破坏。

不能用于工业窑炉和高温炉基础工程。

（3）水化热大—由于硅酸盐水泥中铝酸三钙和硅酸三钙的含量高，水化热较大，不能用于大体积混凝土工程，由于混凝土的导热系数低，形成较大温差，产生温度应力，造成混凝土破坏。

3.2.1 混合材料钙质石灰石硅质黏土校正原料铁矿粉粉磨生料煅烧熟料石膏混合材料粉磨水泥1450℃（1）混合材料的定义在水泥生产过程中，为改善水泥性能，调节水泥强度等级而加入的人工或天然的矿物材料，称为水泥混合材料。

（2）混合材料掺入的目的1）调节水泥性能，增加水泥品种。

2）节约、利废。

粉煤灰、矿渣等。

3）调节强度，掺加混合材料后可降低水泥的强度等级。

“十二五”末年产生量为5.7亿吨（3）混合材料的分类活性混合材料：混合材料磨成细粉与水拌合后，本身不具有胶凝性质，或者胶结能力很小，但磨细的混合材料与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起加水拌合后，在常温下能生成水硬性胶凝材料的水化产物。

（潜在水硬性或者火山灰特性）主要作用：改善水泥性能。

非活性混合材料：加入水泥中不与水发生反应。

主要作用：降低水泥强度、提高产量、降低成本。

（4）常用的活性混合材料1）粒化高炉矿渣—水淬矿渣（blast furnace slag ）冶炼铁的熔融矿渣，经急速冷却（水淬）后得到的质地疏松、多孔的玻璃体，内部具有较大化学潜能，易发生化学反应。

主要化学成分：SiO 2、Al 2O 3、CaO 、MgO 等。

粒化高炉矿渣的活性由质量系数评定：矿渣微粉SEM 图片≥85%2322CaO MgO Al O SiO MnO TiO m m m k m m m ++=++（4）常用的活性混合材料火山灰特性材料SiO2-CaO-Al2O3Tertiary diagram2）火山灰质混合材料（pozzolanic addition ）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形成的松软物，称为火山灰。

掺混合材的硅酸盐水泥

掺混合材的硅酸盐水泥
②石膏掺量↑, ③粉磨细度↑ 。 (3)技术指标: 3d抗压强度表示,分325,375,425
三个标号。
(4)应用:配制早强,高强度等级的混凝土,适用于紧急抢修工程,低温施工工程和高强度等级的混凝土预制 构件等。
• 四.中热水泥,低热水泥和低热矿渣水泥
• (1)定义
• ①中热水泥(P·MH) 以适当成分的硅酸盐水泥熟料,加入适量的石膏,磨细制成的具有中等水化热的 水硬性胶凝材料。
灰等), ③粉煤灰。 组成与结构:活性SiO2,活性Al2O3,活性Fe2O3 。
无定型玻璃体结构。
• 二.普通硅酸盐水泥 • 1.定义:由硅酸盐水泥熟料,6﹪～15﹪混合材料,适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料(P·O) 。 • 2.技术要求: • ①初凝≮45min终凝≯10h 。 • ②共分6个强度等级。见表3－6。 • ③其余基本同硅酸盐水泥。 • 3.性能(与硅酸盐水泥比较) • 早期硬化稍慢,水化热略低,强度稍有下降,抗冻性,耐磨性,抗碳化性能略低,耐腐蚀性能稍好。应用范
• 使用时还应注意: • ①不得与硅酸盐水泥,石灰等混合,否则将产生瞬凝。 • ②以最低稳定强度设计。 • 试件在50±2℃水中养护,以7天和14天强度值低者来确定。 • ③一般不宜蒸汽养护,必须时养护温度不得高于50℃。
谢谢
掺混合材的硅酸盐水泥
1
一.混合材料 定义:在水泥生产过程中,掺入的天然或人工矿物材料。 目的:节约能源,利用工业废料,降低成本,增加品种,改善性能等。 分类:活性混合材料和非活性混合材料。 (一)非活性混合材料 组成:SO2,Al2O3,Fe2O3。 结构:为结晶结构,常温下不能与石灰进行反应。 品种:石英砂,石灰石,粘土,慢冷矿渣等。
•
干缩率不得大于0.10% 。

水泥工艺学第八章水化和硬化

水泥工艺学第八章水化和硬化

第二节
硅酸盐水泥的水化
水泥颗粒与水接触时，其表面的熟料矿物立即与水发生水 解或水化作用，生成一系列的水化产物并放出一定的热量。 水泥的水化过程与熟料中C3S水化过程基本相似，一般可 分为三个阶段： 第一阶段：钙矾石形成期：C3A率先水化，在石膏存在的条 件下，迅速形成钙矾石，放热出现第一个高峰。 第二阶段： C3S水化期： C3S开始迅速水化，大量放热，出现 第二个放热峰。
第八章 硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥用适量的水拌合后，便形成能粘结砂石集 料的可塑浆体，并通过水化作用凝结硬化成具有 强度的石状体。 水泥的水化和硬化是水泥熟料中各种矿物水化 反应的结果，它包含一系列的物理和化学变化过 程，并伴随着水化热的放出。
第一节
一、硅酸三钙
熟料矿物的水化
1、常温下C3S的水化反应
3、AFt（钙矾石）
一般呈六方柱状或针状晶体，结晶良好，属三方晶系。 有些以空心管状存在，在硬化浆体中，晶粒细小，不易分 辨，甚至可能转变为无定形。
4、 AFm
在适宜的水化条件下，能形成较好的六方片状AFm ， 晶体为层状结构，属于三方晶系。但多数情况下形成结晶 较差的AFm。
5、孔及其结构特征
孔的类型、分布、孔隙率
1、C-S-H凝胶 xCaO·SiO2·yH2O
（1）组成不固定：随CaO浓度、水灰比、水化龄期而变化。 （2）结构：聚合度不同的凝胶体（固体凝胶），结晶度极差。 （3）形貌：水化龄期不同，形貌也不同，包括：纤维状粒子、 网络状粒子、等大粒子、斑驳状粒子。
2、C H
结晶较好的层状结构体，属于三方晶系，呈六角片状， 其形态与水灰比、外加剂及温度因素有关。
一、浆体结构的形成和发展
1882年，法国化学家提出“结晶理论”。 1892年，德国化学家提出“胶体理论”。 俄国学者对以上两种理论加以综合发展，认为 水泥的硬化是溶解、胶化和结晶的结果。 此外，世界上还有很多专家通过不同的研究， 从不同角度提出了许多观点。 从各种观点可以看出，水泥的凝结和硬化是一 个很复杂的过程，不同的化学组成和水化条件都 会对凝结硬化产生极其复杂的影响。只用一种单 一的方法或样品研究所得到的结果只能是片面的。

掺混合材料的硅酸盐水泥(水泥外加剂)

掺混合材料的硅酸盐水泥(水泥外加剂)

掺混合材料的硅酸盐水泥(水泥外加剂）一、混合材料掺入到水泥或混凝土中的人工或天然矿物材料称为混合材料。

（一）非活性混合材料常温下不能与氢氧化钙和水反应，也不能产生凝结硬化的混合材料，称为非活性混合材料。

在水泥中主要起到调节标号、降低水化热、增加水泥产量、降低成本等作用。

主要使用的有石灰石、石英砂、缓慢冷却的矿渣等。

（二）活性混合材料常温下可与氢氧化钙反应生成具有水硬性的水化产物，凝结硬化后产生强度的混合材料，称为活性混合材料。

它们在水泥中的主要作用是调整水泥标号、增加水泥产量、改善某些性能、降低水化热和成本等。

常用活性混合材料有：1.粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣又称水淬高炉矿渣。

其活性来自非晶态的（即玻璃态的）氧化硅和氧化铝，称为活性氧化硅和活性氧化铝。

2.火山灰质混合材料常见火山灰质混合材料有：（1）含水硅酸质混合材料：主要有硅藻土、硅藻石、蛋白石和硅质渣等。

其活性来源为活性氧化硅。

（2）铝硅玻璃质混合材料：主要有火山灰、浮石、凝灰岩等。

其活性来源为活性氧化硅和活性氧化铝。

（3）烧黏土质混合材料：主要有烧黏土、炉渣、煅烧的煤矸石等。

其活性来源主要为活性氧化铝和少量活性氧化硅。

掺此类活性混合材料的水泥的耐硫酸盐腐蚀性差，因水化后，水化铝酸钙含量较高。

3.粉煤灰粉煤灰是煤粉锅炉吸尘器所吸收的微细粉尘。

灰份经熔融、急冷成为富含玻璃体的球状体。

其活性来源主要为活性氧化铝和少量活性氧化硅。

（三）掺活性混合材料的硅酸盐水泥的水化特点掺活性混合材料的硅酸盐水泥在与水拌和后，首先是水泥熟料矿物水化，之后，水泥熟料矿物的水化产物氢氧化钙与活性混合材料发生水化（亦称二次反应）产生水化产物。

由水化过程可知，掺活性混合材料的硅酸盐水泥的早期强度较硅酸盐水泥低。

二、普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、（6%～15%）活性混合材料和适量石膏组成。

其中非活性混合材料的掺量不得大于10%，窑灰不得大于5%。

代号为P•O。

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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。
➢ 对水泥性能无害； ➢ 有些非活性混合材不仅仅起填充作用，可与水
泥的矿物发生反应，提高早期强度，但是对后 期强度无益。
生产水泥使用混合材：增产水泥、降低成本、 又可改善水泥的性能。
粉煤灰的化学 成分及波动范 围
➢SiO2 35%-60% ➢Al2O3 13%-40% ➢CaO 2%-5%
➢Fe2O3 2%-12% ➢未燃尽炭(以烧失量表示)约1％-24％ ➢玻璃体含量为50％-80％ ➢晶体部分主要是莫来石 (3 Al2O3 ·2SiO2)、石英(α-SiO2)，还 有赤铁矿、磁铁矿
外，为了降低冶炼温度，还要加入相当数量的 石灰石和白云石作为熔剂。
• 密度为2.3—2.8g／cm3 • 颗粒形状：经水或空气急冷处理便成粒状颗粒
，多呈疏松多孔结构
物理性质：体积密度只有800kg／m3，其玻璃体含量一 般在85％以上，粒化高护矿渣单独水化时具有微弱的 水硬性，但与水泥、石灰、石膏在一起水化时却有很 大的水硬性。
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8.1.1 火山灰质混合材
定义：凡以SiO2、Al2O3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，称为火山灰质 混合材。
火山灰质混合材的分类 天然：火山灰、凝灰岩、浮石、沸石岩、硅藻 土和硅藻石、蛋白石 人工：工业副产品或废渣，如烧页岩、煤矸石、 烧粘土、煤渣、硅灰
•按国家标准GB2847—2005规定，其比值R值应 大于65％
•此外，对人工火山灰质混合材，其烧失量不得 超过10％，SO3不得超过3.5％。
8.1.2 粉煤灰
• 定义：系火力发电厂煤粉锅炉收尘器所补集 的烟气中的微细粉尘。
• 粉煤灰具有一定活性的火山灰质混合材。
粉煤灰的形貌
粉煤灰的化学组成
火山灰质混合材料的性能：
➢火山灰质混合材料的化学组成：以SiO2、 Al2O3为主，其含量占70%左右，CaO含量低 ，多在5%以下。
➢矿物组成：波动大，玻璃体含量一般在 40%-50%。
➢物理性能：比表面积大，需水量大，制品 干缩性大。
火山灰质混合材的活性评价：
• 化学法：化学方法是将含30％火山灰的水泥20g 与100ml水制成混浊液，于40土1℃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，OHˉ为横坐标，在火山灰活性图(图1— 9—1)上面的点。
第八章 掺混合材的水泥
➢混合材料的种类及其活性检定（掌握） ➢火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥、矿渣 硅酸盐水泥水化、硬化过程、性质及其用途（了解） ➢提高掺混合材硅酸盐水泥早期强度的措施（了解）
8.1 混合材料的分类
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，
87.1
的水泥
93.6 100 90.5 100 94.5 100
粉煤灰的活性指数
H28=(R/R0) ×100%
H28— 活性指数，单位为百分数（%） R — 试验胶砂28d抗压强度，单位为MPa R0 — 对比胶砂28d抗压强度，单位为MPa
8.1.3 粒化高炉矿渣
• 高炉矿渣是冶炼生铁的废渣。 • 高炉炼铁生产时，除了铁矿石和燃料(焦炭)之
➢当试验点落在曲 线下方时，说明该 试验材料能与熟料 水化析出的 Ca(OH)2作用，即 具有火山灰性。
➢反应试验点落在 曲线上方，说明该 材料不与Ca(OH)2 反应，不具有火山 灰性。
• 物理法：即强度对比试验法。最常用最能直 接衡量混合材活性的是水泥胶砂强度试验法 ，以火山灰材料抗压强度比来衡量。其含义 是：R比=（掺30%火山灰的水泥28d抗压强度 ）/（硅酸盐水泥28d抗压强度）
➢掺30％粉煤灰的水泥3个月抗压强度增进率才相当硅 酸盐水泥28d的增进率，也说明粉煤灰活性此时才明显 地发挥出来 。
水泥抗压强度增进率/%
水泥
28天 3月
6月 1年
硅酸盐水泥 88.8
98.2
99.3 100
掺30%粉煤灰 63.4
81.8
的水泥
掺30%沸石的 67.0
81.9
水泥
掺30%页岩渣 69.7
粉煤灰的水化
➢ 由于粉煤灰经高温熔融，结构非常致密，因此水化 速度比较慢。
➢粉煤灰颗粒经过一年时间大约只有三分之一水化，在 28d以前，粉煤灰活性发挥稍低于沸石、页岩渣等火山 灰材料，但三个月以后的长龄期，与一般火山灰材料 相当。说明粉煤灰颗粒外层的致密熔壳，在Ca(OH)2不 断作用下，需三个月的时间逐步地受到侵蚀，将内部 表面暴露出来，积极地参与水化作用。
粉煤灰的活性来源
1）从物理相结构上看，主要来自低铁玻璃体，含量 越高，活性也越高；石英、莫来石、赤铁矿、磁铁 矿不具有活性，含量多则活性下降；
2）从化学成分上看，活性主要来自SiO2和Al2O3 ，含 量越高，活性也越高；
3）粉煤灰越细，表面能越大，化学反应面积越大，活 性也越高；
4）颗粒形状对活性也有影响，细小密实球形玻璃体含 量越高，标准稠度需水量低，活性也高。不规则的多 孔玻璃体含量多，粉煤灰标准稠度需水量增多，活性 下降。未燃碳粒增多、需水量增多，由其制成的粉煤 灰水泥强度也低。
化中学前组三成者：占含 90有％S以i上O2、。A另l2外03还、含Ca有O、少M量gO的等M氧gO化、物Fe，O和其 一些硫化物，如CaS、MnS、FeS等。在个别情况下，还 可能含有TiO2、P205和氟化物等。
矿（硅（物 酸C2aC组一OaO成 钙·A·：(lCM2铝OagO3O方···柱2S2SSi石iOOiO2（2)2），2）C、M、ag硅OO镁含酸·橄A量二l榄2多O钙石时3（·（还S2i有2OCM2a镁）OgO方、··柱S钙SiO石i长O2 2）石）、
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三 大类：（1）各种工业炉渣(粒化高炉矿渣、钢渣、 化铁炉渣、磷渣等) （2）火山灰质混合材料（3） 粉煤灰
活性混合材常用的激发剂
➢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CaSO4为