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計院有限責任公司（450002）

0 前言

在水泥生產過程中，為改善水泥性能、調節水泥標號而加到水泥中的礦物質材料，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，為水泥產量的提高，滿足社會需求做出了巨大貢獻。混合材的種類有很多，例如火山灰、粉煤、鋼渣、礦渣等多種。

1 傳統混合材的添加方法及其分類

1）凡是由硅酸鹽水泥熟料、粒化高爐礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為礦渣硅酸鹽水泥，代號P.S。水泥中粒化高爐礦渣摻加量按質量百分比計為20%～70%。

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

按照國家標準《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%，如果水泥經壓蒸安定性試驗合格，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4.0%。

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

按照國家標準《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%，如果水泥經壓蒸安定性試驗合格，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%。

3）凡是由硅酸鹽水泥熟料、粉煤灰、適量石膏磨細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量百分比計為20%～40%。

按照國家標準《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%，如果水泥經壓蒸安定性試驗合格，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、兩種或兩種以上規定的混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為復合硅酸鹽水泥（簡稱復合水泥），代號C.P。水泥中混合材料總摻加量按質量百分比應大于15%，不超過50%。允許用不超過8%的窯灰代替部分混合材料；摻礦渣時混合材料摻量不得與礦渣硅酸鹽水泥重復。

按照國家標準《復合硅酸鹽水泥》（GB12958-91）規定∶對于復合硅酸鹽水泥熟料中氧化鎂的含量不得超過5.0%，如果水泥經壓蒸安定性試驗合格，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。為了便于生產上的應用，對混合材作進一步的分類。分類的依據主要是根據國內外著名學者對水泥水化機理的基本看法，即水泥水化的驅動力之一是酸堿反應的觀點。

1）同時參照路用石料的化學分類方法。

2）根據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的分類方法分為活性和非活性兩類，在此基礎上又將其按化學成分進一步劃分為酸性、中性、堿性三類，與之對應的 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。

應當指出∶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，這里暫時按國家現有標準劃分其活性和惰性的類別。

3）試驗用混合材的化學成分

試驗用的混合材，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，其化學成分見表1。

表1 試驗用混合材的化學成分（%）

4）混合材的類別及組合方式對水泥強度的影響

針對不同酸堿性及活性的三類常用混合材，對混合材的性質及其相互搭配對水泥強度的影響進行了實驗，見表2。

通過試驗可以發現，不同性質的各類混合材對水泥早期強度和后期強度的影響截然不同，各有其特殊的規律。其中，堿性及中性惰性混合材對提高水泥的3 d強度有類似的效果，酸性及中性活性混合材對提高水泥的28 d強度有共同的趨勢;而堿性活性混合材對水泥各齡期強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行復摻，能夠使各類混合材的作用優勢得到均衡有效的發揮，達到強度互補的最佳組合方式。從而使水泥的早期強度和后期強度同時得到提高。

如表2所示，從第一組試驗數據中可以清楚地看到∶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，水泥的3 d抗壓強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（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的實驗數據∶矸石和沸騰爐灰分別于石灰石復摻，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抗壓強度仍明顯高于單摻矸石、沸騰爐灰和礦渣的水泥，28 d強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度的影響

表2中的第二組試驗數據，表明了石灰石與硅灰石尾礦對水泥強度的作用效果基本相似。兩者分別于礦渣搭配進行復摻，在混合材總量增加3%的情況下，均可顯著提高水泥的3 d強度，而使28 d強度有所降低。

第五組試驗序號1和序號2，則表明了沸石和礦渣復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抗壓強度有所提高，而3 d強度卻明顯下降。

從表2中第一、二、五組試驗數據還可以看到∶采用兩種性質相近的同類混合材，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行搭配。與不同類別且活性和酸性均差別較大的混合材進行搭配比較，效果相差甚遠。如屬于同一類別的矸石與粉煤灰相搭配的情況，水泥各齡期強度均低于矸石與硅灰石尾礦復摻的情況。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,水泥的某齡期強度有所改善，但均不能使水泥的3 d、28 d強度同時得到提高；與礦渣、矸石、石灰石三者同摻的情況相比，仍有明顯差距。

5）各類混合材的優化組合方法

根據上述實驗結果和分析,可以得出如下規律∶

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

②不同類別混合材的優化組合方法應以其酸性和堿性、活性與惰性的合理搭配為基礎，相組合的各類混合材性質差別越大,越有利于取其優勢，補其不足。

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

3 結論

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

[1]水泥混合材優化組合方法的研究.百度文庫[C].

[2]水泥中混合材摻量測定的不確定度及其應用.百度文庫[C].