混合材在水泥中的添加方法

李曉朋 程華民 李占森 孫彥峰

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

0 前言

在水泥生產(chǎn)過程中，為改善水泥性能、調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號而加到水泥中的礦物質(zhì)材料，稱之為水泥混合材料，簡稱水泥混合材。

水泥混合材的添加具有悠久的歷史，為水泥產(chǎn)量的提高，滿足社會(huì)需求做出了巨大貢獻(xiàn)?；旌喜牡姆N類有很多，例如火山灰、粉煤、鋼渣、礦渣等多種。

1 傳統(tǒng)混合材的添加方法及其分類

1）凡是由硅酸鹽水泥熟料、?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為礦渣硅酸鹽水泥，代號P.S。水泥中?；郀t礦渣摻加量按質(zhì)量百分比計(jì)為20%～70%。

允許用石灰石、窯灰、粉煤灰和火山灰質(zhì)混合材料中的一種代替礦渣，代替數(shù)量不得超過水泥質(zhì)量的8%,代替后水泥中粒化高爐礦渣不得少于20%。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)《礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥與粉煤灰硅酸鹽水泥》（GB1344-92）對于火山灰水泥熟料中氧化鎂的含量不得超過5.0%，如果水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗(yàn)合格，則熟料中氧化鎂的含量允許放寬到6.0%?；鹕交宜嘀腥趸虻暮坎坏贸^4.0%。

2）凡是由硅酸鹽水泥熟料、火山灰質(zhì)混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，代號P.P。水泥中火山灰質(zhì)混合材料摻加量按質(zhì)量百分比計(jì)為20%～50%。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)《礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥與粉煤灰硅酸鹽水泥》（GB1344-92）規(guī)定∶對于火山灰水泥熟料中氧化鎂的含量不得超過.0%，如果水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗(yàn)合格，則熟料中氧化鎂的含量允許放寬到6.0%?；鹕交宜嘀腥趸虻暮坎坏贸^3.5%。

3）凡是由硅酸鹽水泥熟料、粉煤灰、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為粉煤灰硅酸鹽水泥，代號P.F。水泥中粉煤灰摻加量按質(zhì)量百分比計(jì)為20%～40%。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)《礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥與粉煤灰硅酸鹽水泥》（GB1344—92）規(guī)定∶對于火山灰水泥熟料中氧化鎂的含量不得超過5.0%，如果水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗(yàn)合格，則熟料中氧化鎂的含量允許放寬到6.0%。火山灰水泥中三氧化硫的含量不得超過3.5%。

4）凡是由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為復(fù)合硅酸鹽水泥（簡稱復(fù)合水泥），代號C.P。水泥中混合材料總摻加量按質(zhì)量百分比應(yīng)大于15%，不超過50%。允許用不超過8%的窯灰代替部分混合材料；摻礦渣時(shí)混合材料摻量不得與礦渣硅酸鹽水泥重復(fù)。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)《復(fù)合硅酸鹽水泥》（GB12958-91）規(guī)定∶對于復(fù)合硅酸鹽水泥熟料中氧化鎂的含量不得超過5.0%，如果水泥經(jīng)壓蒸安定性試驗(yàn)合格，則熟料中氧化鎂的含量允許放寬到6.0%。火山灰水泥中三氧化硫的含量不得超過3.5%。

2 各類混合材的優(yōu)化組合

隨著水泥品種的增加，可用作水泥混合材的種類越來越多。為了便于生產(chǎn)上的應(yīng)用，對混合材作進(jìn)一步的分類。分類的依據(jù)主要是根據(jù)國內(nèi)外著名學(xué)者對水泥水化機(jī)理的基本看法，即水泥水化的驅(qū)動(dòng)力之一是酸堿反應(yīng)的觀點(diǎn)。

1）同時(shí)參照路用石料的化學(xué)分類方法。

2）根據(jù)石料的酸堿性對其余瀝青粘附性的影響,而將石料按SiO2含量范圍即文章所采用的范圍劃分為酸、中、堿三類，將混合材不僅按傳統(tǒng)的分類方法分為活性和非活性兩類，在此基礎(chǔ)上又將其按化學(xué)成分進(jìn)一步劃分為酸性、中性、堿性三類，與之對應(yīng)的 SiO2含量分別為＞65%、52%～65%、＜52%。因此，水泥廠常用的各種混合材可歸納為以下三類∶

①堿性活性混合材∶如礦渣、增鈣液態(tài)渣等。

②酸性及中性活性混合材∶如沸石、火山渣、粉煤灰、沸騰爐灰、煤矸石等。

③堿性及中性惰性混合材∶如石灰石、硅灰石尾礦等。

應(yīng)當(dāng)指出∶上述各類混合材酸堿性的劃分雖然均按SiO2含量,既包括活性SiO2,也包括了惰性SiO2,而堿性惰性混合材中SiO2含量主要為惰性SiO2，這里暫時(shí)按國家現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)劃分其活性和惰性的類別。

3）試驗(yàn)用混合材的化學(xué)成分

試驗(yàn)用的混合材，在以上三種類型中選擇了六種比較有代表性的常用混合材，其化學(xué)成分見表1。

表1 試驗(yàn)用混合材的化學(xué)成分（%）

4）混合材的類別及組合方式對水泥強(qiáng)度的影響

針對不同酸堿性及活性的三類常用混合材，對混合材的性質(zhì)及其相互搭配對水泥強(qiáng)度的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，見表2。

通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，不同性質(zhì)的各類混合材對水泥早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的影響截然不同，各有其特殊的規(guī)律。其中，堿性及中性惰性混合材對提高水泥的3 d強(qiáng)度有類似的效果，酸性及中性活性混合材對提高水泥的28 d強(qiáng)度有共同的趨勢;而堿性活性混合材對水泥各齡期強(qiáng)度的作用效果介于以上兩類之間。將上述混合材中酸堿性及活性差別均比較大的種類合力搭配進(jìn)行復(fù)摻，能夠使各類混合材的作用優(yōu)勢得到均衡有效的發(fā)揮，達(dá)到強(qiáng)度互補(bǔ)的最佳組合方式。從而使水泥的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度同時(shí)得到提高。

如表2所示，從第一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以清楚地看到∶利用矸石和粉煤灰分別于硅灰石尾礦相搭配，混合材總摻加量為15%時(shí)，水泥的3 d抗壓強(qiáng)度均高于單摻矸石或粉煤灰的水泥，這種情況在混合材摻量較高時(shí)（30%）,效果更加顯著。見表2中第三、四組及第五組序號1和序號3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)∶矸石和沸騰爐灰分別于石灰石復(fù)摻，以及礦渣，矸石和石灰石三者同摻，在混合材總量增加5%的情況下，水泥的3 d抗壓強(qiáng)度仍明顯高于單摻矸石、沸騰爐灰和礦渣的水泥，28 d強(qiáng)度也各有不同程度的提高或基本相等。

表2 混合材種類及組合方式對水泥強(qiáng)度的影響

表2中的第二組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，表明了石灰石與硅灰石尾礦對水泥強(qiáng)度的作用效果基本相似。兩者分別于礦渣搭配進(jìn)行復(fù)摻，在混合材總量增加3%的情況下，均可顯著提高水泥的3 d強(qiáng)度，而使28 d強(qiáng)度有所降低。

第五組試驗(yàn)序號1和序號2，則表明了沸石和礦渣復(fù)摻的效果與石灰石或硅灰石的作用恰好相反。在混合材總量增加5%的情況下，尚可使水泥的8 d抗壓強(qiáng)度有所提高，而3 d強(qiáng)度卻明顯下降。

從表2中第一、二、五組試驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以看到∶采用兩種性質(zhì)相近的同類混合材，以及雖然不是同類但其活性或酸堿性相差不大的混合材進(jìn)行搭配。與不同類別且活性和酸性均差別較大的混合材進(jìn)行搭配比較，效果相差甚遠(yuǎn)。如屬于同一類別的矸石與粉煤灰相搭配的情況，水泥各齡期強(qiáng)度均低于矸石與硅灰石尾礦復(fù)摻的情況。又如活性差別比較大但堿性相近的礦渣與石灰石，以及酸堿性差別比較大但活性相近的礦渣與矸石相搭配的情況，雖然與單摻礦渣相比,水泥的某齡期強(qiáng)度有所改善，但均不能使水泥的3 d、28 d強(qiáng)度同時(shí)得到提高；與礦渣、矸石、石灰石三者同摻的情況相比，仍有明顯差距。

5）各類混合材的優(yōu)化組合方法

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析,可以得出如下規(guī)律∶

①提高水泥早期（3 d）強(qiáng)度的有利條件是混合材的堿性和惰性同時(shí)具備；提高水泥后期（28 d）強(qiáng)度的有利條件是混合材的酸性與活性同時(shí)具備。

②不同類別混合材的優(yōu)化組合方法應(yīng)以其酸性和堿性、活性與惰性的合理搭配為基礎(chǔ)，相組合的各類混合材性質(zhì)差別越大,越有利于取其優(yōu)勢，補(bǔ)其不足。

③采用最佳的混合材組合方式，不僅能使水泥的早期強(qiáng)度、后期強(qiáng)度均有提高，而且可以較多地利用廉價(jià)混合材和增加混合材摻量,借以降低成本。

3 結(jié)論

通過以上的分析我們可以發(fā)現(xiàn)，水泥混合材的優(yōu)化組合，即混合材的酸性和堿性、活性與惰性的合理搭配，對水泥具有優(yōu)良的增強(qiáng)效果。

[1]水泥混合材優(yōu)化組合方法的研究.百度文庫[C].

[2]水泥中混合材摻量測定的不確定度及其應(yīng)用.百度文庫[C].