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。

普通硅酸盐水泥的技术要求为：
（1）细度：筛孔尺寸为80μm的方孔筛的筛余不得超过10%。

（2）凝结时间：初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h。

（3）强度与强度等级：根据抗压和抗折强度，将普通水泥划分为32.5、42.5、52.5及32.5R、42.5R、52.5R等6个强度等级。

各龄期强度不得低于表2.2中的数值。

其他技术要求与硅酸盐水泥相同。

由于混合材料的掺入量较小，故普通硅酸盐水泥的性质和用途与硅酸盐水泥基本相同，略有差异。

其主要差别表现为：
（1）早期强度略低。

（2）耐腐蚀性稍好。

（3）水化热略低。

（4）抗冻性及抗渗性较好。

（5）抗碳化性略差。

（6）耐热性较好。

（7）耐磨性略差。

三、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥
（一）定义
（1）矿渣硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、（20%～70%）粒化高炉矿渣、适量石膏组成。

允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替粒化高炉矿渣，代替量不得超过水泥质量的8%，替代后水泥中粒化高炉矿渣不得小于20%。

代号P•S。

（2）火山灰质硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、（20%～50%）火山灰质混合材
料和适量石膏共同磨细制成。

代号P•P。

（3）粉煤灰硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、（20%～40%）粉煤灰和适量石膏共同磨细制成。

代号P•F。

（二）技术要求
矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥的强度等级划分有32.5、42.5、52.5及32.5R、42.5R、52.5R等六个等级。

各龄期的抗压强度和抗折强度应不低于表2.3中的数值。

矿渣硅酸盐水泥的三氧化硫含量不得超过 4.0%，火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥不得超过 3.5%。

细度、凝结时间、体积安定性、氧化镁含量的要求与普通硅酸盐水泥相同。

表2.3矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥各等级、各龄期强度值
（三）性质与应用
对比这三种水泥可以看出三者的化学组成或化学活性基本相同，因而这三种水泥的大多数性质相同或接近。

同时由于三种活性混合材料的物理性质和表面特征等有些差异，又使得这三种水泥分别具有某些特性。

这三种水泥与硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥相比具有以下特点：
1.三种水泥的共性
（1）早期强度低、后期强度高。

其原因是水泥熟料相对较少，且活性混合材料水化慢、故早期强度低，后期由于二次反应的不断进行和水泥熟料的不断水化，水化产物不断增多，强度可赶上或超过同强度等级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

这三种水泥不适合早期强度要求高的混凝土工程，如冬季施工、要求早期强度的现浇工程等。

（2）对温度敏感，适合高温养护。

这三种水泥在低温下水化明显减慢，强度低；采用高温养护时可加速活性混合材料的水化，并可加速水泥熟料的水化，故可大大提高早期强度，且不影响常温下后期强度的发展。

而硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，利用高温养护虽可提高早期强度，但后期强度的发展受到影响，即比一直在常温下养护的混凝土强度低。

这是因为在高温下这两种水泥的水化速度
很快，短时间内即生成大量的水化产物，这些产物对水泥熟料的后期水化起到了阻碍作用。

因此硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥不适合高温养护。

（3）耐腐蚀性好。

水泥熟料少及活性混合材料的水化（即二次反应）使水泥石中的易受腐蚀成分水化铝酸钙，特别是氢氧化钙的含量大为降低。

因此耐腐蚀性好，适合于耐腐蚀性要求较高的工程如水工、海港、码头等工程。

（4）水化热少。

水泥中熟料相对含量少，因而水化放热量少，尤其早期水化放热速度慢，适合用于大体积混凝土工程中。

（5）抗碳化性较差。

因水泥石中氢氧化钙含量少。

不适用于二氧化碳浓度高的工业区厂房，如翻砂车间。

（6）抗冻性较差。

矿渣及粉煤灰易泌水形成连通孔隙，火山灰一般需水量大，会增加内部孔隙含量，故这三种水泥的抗冻性较差。

但矿渣硅酸盐水泥较其他两种稍好。

2.三种水泥的特性
（1）矿渣硅酸盐水泥：泌水性大，抗渗性差，干缩较大，但耐热性较好。

泌水性大造成了较多的连通孔隙，从而使抗渗性降低。

矿渣本身耐热性高且矿渣水泥水化后氢氧化钙的含量少，故耐热性较好。

适合于有耐热要求的混凝土工程，不适合于有抗渗要求的混凝土工程。

（2）火山灰质硅酸盐水泥：保水性好、抗渗性好，但干缩大、易开裂和起粉、耐磨性较差。

这主要是因为火山灰质混合材料内部含大量微细孔隙。

适用于有抗渗要求的混凝土工程，但不宜用于干燥环境。

（3）粉煤灰硅酸盐水泥：泌水性大，易产生失水裂纹、抗渗性差、干缩小、抗裂性较高。

这是由于粉煤灰的比表面积小，对水的吸附力较小，拌和需水量少的缘故。

不宜用于干燥环境和抗渗要求的混凝土，常用五种水泥的组成、性质及应用的异同见表2.4。

表2.4五种常用水泥的组成、性质及异同点
（四）复合硅酸盐水泥的性质及应用
由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上混合材料（16%～50%）、适量石膏磨细而成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称为复合水泥）。

允许用不超过8%的窑灰代替部分混合材料。

掺粒化高炉矿渣时混合材料的掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。

活性混合材料除前述三大类外（GB/T203的粒化高炉矿渣，GB/T1596的粉煤灰，GB/T2847的火山灰质混合材），还可以使用粒化精炼铬铁渣（JC/T417）、粒化增钙液态渣（JC/T454）；非活性混合材料可使用石灰石、砂岩、钛渣等。

复合硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h；强度等级有32.5、42.5、52.5和32.5R、42.5R、52.5R，各强度等级各龄期的强度见表2.5。

表2.5 复合水泥各强度等级、各龄期强度最低值
复合硅酸盐水泥的早期强度高于矿渣硅酸盐水泥（或火山灰质硅酸盐水泥或粉煤灰硅酸盐水泥），接近普通硅酸盐水泥。

其余性质与矿渣硅酸盐水泥（或火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥）基本相同，应用范围也基本相同。