混合材料的种类与特性

第三节　混合材料的种类与特性

磨制水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料称为混合材料。混合材料按其性能不同，可分为活性混合材料和非活性混合材料两大类，其中活性混合材料用量最大。硅酸盐水泥熟料中掺入大量混合材料制成的水泥，不仅可调节水泥强度等级、增加产量、降低成本，还可调整水泥的性能，扩大水泥品种，满足不同工程的需要。

一、活性混合材料

磨细的混合材料与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起，加水拌合后能发生化学反应，生成有一定胶凝性的物质，且具有水硬性，这种混合材料称为活性混合材。常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、粉煤灰及火山灰质混合材料等。

（一）粒化高炉矿渣

以水淬粒化高炉矿渣为主要材料，可掺加少量石膏磨制而成一定细度的粉体，称作磨细粒化高炉矿渣粉，简称矿渣粉。

高炉矿渣主要化学成分为CaO、SiO₂、Al₂O₃，少量的MgO、Fe₂O₃及其他杂质。水淬矿渣中玻璃体含量达85%以上，因此储有大量化学潜能。此外，矿渣中还含有钙镁铝黄长石和很少量的硅酸一钙和硅酸二钙等晶体，因此，矿渣具有微弱的自身水硬性。粒化高炉矿渣的活性主要来自玻璃体结构中的活性SiO₂和Al₂O₃，它们在与水作用时，尤其是在碱性激发剂Ca（OH）₂的作用下，会使玻璃体中的Ca^2＋、、Al^3＋、等离子进入溶液，生成新的水化产物，即水化硅酸钙、水化铝酸钙等，从而产生强度。通常，将粒化高炉矿渣经干燥、磨细后得到比表面积大于300 m²／kg的矿渣粉，用于水泥和混凝土中。超细磨的矿渣粉的比表面积可达600～1000 m²／kg。

国家标准《用于水泥和混凝土中粒化高炉矿渣粉》（GB／T　18046—2008）将矿渣粉分为S105、S95和S75三个等级，并规定矿渣粉的技术性能应符合表5－5的要求。

表5－5　粒化高炉矿渣粉技术指标

（二）粉煤灰

粉煤灰是火力发电厂以煤粉作燃料而从烟囱中排出的灰尘颗粒，故又称为飞灰。粉煤灰实际上也属于火山灰质混合材料，故其水硬性原理与火山灰质混合材料相同。

图5－5　扫描电子显微镜观察到的粉煤灰球形颗粒

粉煤灰按煤种分为F类和C类。F类粉煤灰是由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰，也称低钙灰。C类粉煤灰是由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%，也称高钙灰。

国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB／T 1596—2005）规定，用于水泥中的粉煤灰应符合表5－6中的技术要求。一般来说，粉煤灰的含碳量越低、5～45μm的细颗粒含量越多、低铁玻璃体越多、细小而密实球形玻璃体（图5－5）的含量越高时，其质量越好，活性越大。

表5－6　水泥用粉煤灰技术要求

（三）火山灰质混合材料

火山灰质混合材料按其成因分为天然的和人工的两类。天然的火山灰质混合材料有：火山灰（火山喷发形成的碎屑）、凝灰岩（由火山灰沉积而成的致密岩石）、浮石（火山喷出时形成的玻璃质多孔岩石）、沸石（凝灰岩经环境介质作用而形成的一种以含水铝硅酸盐矿物为主的多孔岩石）、硅藻土（由极细的硅藻介壳聚集、沉积而成的生物岩石）等。人工的火山灰质混合材料有：煤矸石（煤层中炭质页岩经自燃或煅烧后的产物）、烧页岩（页岩或油母页岩经自燃或煅烧后的产物）、烧黏土、煤渣和硅质渣（由矾土提取硫酸铝后的残渣）等。火山灰质混合材料的活性成分也是活性SiO₂和活性Al₂O₃，它们必须有激发剂存在时才具有水硬性。国家标准《用于水泥中的火山灰质混合材料》（GB／T　2847—2005）规定，水泥用火山灰质混合材的SO₃含量不得超过3.5%；火山灰活性试验必须合格；水泥胶砂28 d抗压强度比不小于65%。对于人工的火山灰质混合材料还规定其烧失量不得超过10%。放射性物质含量应符合GB　6566规定。

二、非活性混合材料

凡不具有活性或活性甚低的人工或天然的矿质材料经磨成细粉，掺入水泥中仅起调节水泥性质、降低水化热、降低强度等级、增加产量的混合材料，称为非活性混合材料，又称填充性混合材料。此类混合材料中质地坚实的有石英岩、石灰岩、砂岩等磨成的细粉；质地较松软的有黏土等。另外，凡不符合技术要求的粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料及粉煤灰等均可作为非活性混合材料使用。