混合材在水泥中的添加方法

李晓朋 程华民 李占森 孙彦峰

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

0 前言

在水泥生产过程中，为改善水泥性能、调节水泥标号而加到水泥中的矿物质材料，称之为水泥混合材料，简称水泥混合材。

水泥混合材的添加具有悠久的历史，为水泥产量的提高，满足社会需求做出了巨大贡献。混合材的种类有很多，例如火山灰、粉煤、钢渣、矿渣等多种。

1 传统混合材的添加方法及其分类

1）凡是由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，代号P.S。水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为20%～70%。

允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种代替矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%,代替后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20%。

按照国家标准《矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥与粉煤灰硅酸盐水泥》（GB1344-92）对于火山灰水泥熟料中氧化镁的含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。火山灰水泥中三氧化硫的含量不得超过4.0%。

2）凡是由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥，代号P.P。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为20%～50%。

按照国家标准《矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥与粉煤灰硅酸盐水泥》（GB1344-92）规定∶对于火山灰水泥熟料中氧化镁的含量不得超过.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。火山灰水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。

3）凡是由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥，代号P.F。水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为20%～40%。

按照国家标准《矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥与粉煤灰硅酸盐水泥》（GB1344—92）规定∶对于火山灰水泥熟料中氧化镁的含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。火山灰水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。

4）凡是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号C.P。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于15%，不超过50%。允许用不超过8%的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。

按照国家标准《复合硅酸盐水泥》（GB12958-91）规定∶对于复合硅酸盐水泥熟料中氧化镁的含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。火山灰水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。

2 各类混合材的优化组合

随着水泥品种的增加，可用作水泥混合材的种类越来越多。为了便于生产上的应用，对混合材作进一步的分类。分类的依据主要是根据国内外著名学者对水泥水化机理的基本看法，即水泥水化的驱动力之一是酸碱反应的观点。

1）同时参照路用石料的化学分类方法。

2）根据石料的酸碱性对其余沥青粘附性的影响,而将石料按SiO2含量范围即文章所采用的范围划分为酸、中、碱三类，将混合材不仅按传统的分类方法分为活性和非活性两类，在此基础上又将其按化学成分进一步划分为酸性、中性、碱性三类，与之对应的 SiO2含量分别为＞65%、52%～65%、＜52%。因此，水泥厂常用的各种混合材可归纳为以下三类∶

①碱性活性混合材∶如矿渣、增钙液态渣等。

②酸性及中性活性混合材∶如沸石、火山渣、粉煤灰、沸腾炉灰、煤矸石等。

③碱性及中性惰性混合材∶如石灰石、硅灰石尾矿等。

应当指出∶上述各类混合材酸碱性的划分虽然均按SiO2含量,既包括活性SiO2,也包括了惰性SiO2,而碱性惰性混合材中SiO2含量主要为惰性SiO2，这里暂时按国家现有标准划分其活性和惰性的类别。

3）试验用混合材的化学成分

试验用的混合材，在以上三种类型中选择了六种比较有代表性的常用混合材，其化学成分见表1。

表1 试验用混合材的化学成分（%）

4）混合材的类别及组合方式对水泥强度的影响

针对不同酸碱性及活性的三类常用混合材，对混合材的性质及其相互搭配对水泥强度的影响进行了实验，见表2。

通过试验可以发现，不同性质的各类混合材对水泥早期强度和后期强度的影响截然不同，各有其特殊的规律。其中，碱性及中性惰性混合材对提高水泥的3 d强度有类似的效果，酸性及中性活性混合材对提高水泥的28 d强度有共同的趋势;而碱性活性混合材对水泥各龄期强度的作用效果介于以上两类之间。将上述混合材中酸碱性及活性差别均比较大的种类合力搭配进行复掺，能够使各类混合材的作用优势得到均衡有效的发挥，达到强度互补的最佳组合方式。从而使水泥的早期强度和后期强度同时得到提高。

如表2所示，从第一组试验数据中可以清楚地看到∶利用矸石和粉煤灰分别于硅灰石尾矿相搭配，混合材总掺加量为15%时，水泥的3 d抗压强度均高于单掺矸石或粉煤灰的水泥，这种情况在混合材掺量较高时（30%）,效果更加显著。见表2中第三、四组及第五组序号1和序号3的实验数据∶矸石和沸腾炉灰分别于石灰石复掺，以及矿渣，矸石和石灰石三者同掺，在混合材总量增加5%的情况下，水泥的3 d抗压强度仍明显高于单掺矸石、沸腾炉灰和矿渣的水泥，28 d强度也各有不同程度的提高或基本相等。

表2 混合材种类及组合方式对水泥强度的影响

表2中的第二组试验数据，表明了石灰石与硅灰石尾矿对水泥强度的作用效果基本相似。两者分别于矿渣搭配进行复掺，在混合材总量增加3%的情况下，均可显著提高水泥的3 d强度，而使28 d强度有所降低。

第五组试验序号1和序号2，则表明了沸石和矿渣复掺的效果与石灰石或硅灰石的作用恰好相反。在混合材总量增加5%的情况下，尚可使水泥的8 d抗压强度有所提高，而3 d强度却明显下降。

从表2中第一、二、五组试验数据还可以看到∶采用两种性质相近的同类混合材，以及虽然不是同类但其活性或酸碱性相差不大的混合材进行搭配。与不同类别且活性和酸性均差别较大的混合材进行搭配比较，效果相差甚远。如属于同一类别的矸石与粉煤灰相搭配的情况，水泥各龄期强度均低于矸石与硅灰石尾矿复掺的情况。又如活性差别比较大但碱性相近的矿渣与石灰石，以及酸碱性差别比较大但活性相近的矿渣与矸石相搭配的情况，虽然与单掺矿渣相比,水泥的某龄期强度有所改善，但均不能使水泥的3 d、28 d强度同时得到提高；与矿渣、矸石、石灰石三者同掺的情况相比，仍有明显差距。

5）各类混合材的优化组合方法

根据上述实验结果和分析,可以得出如下规律∶

①提高水泥早期（3 d）强度的有利条件是混合材的碱性和惰性同时具备；提高水泥后期（28 d）强度的有利条件是混合材的酸性与活性同时具备。

②不同类别混合材的优化组合方法应以其酸性和碱性、活性与惰性的合理搭配为基础，相组合的各类混合材性质差别越大,越有利于取其优势，补其不足。

③采用最佳的混合材组合方式，不仅能使水泥的早期强度、后期强度均有提高，而且可以较多地利用廉价混合材和增加混合材掺量,借以降低成本。

3 结论

通过以上的分析我们可以发现，水泥混合材的优化组合，即混合材的酸性和碱性、活性与惰性的合理搭配，对水泥具有优良的增强效果。

[1]水泥混合材优化组合方法的研究.百度文库[C].

[2]水泥中混合材掺量测定的不确定度及其应用.百度文库[C].