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第三章 矿渣硅酸盐水泥 第一节 高炉矿渣 高炉矿渣是利用高炉制造生铁时得到的副产品，是由铁矿石中的土质成分和石灰石溶剂化合成的。随着冶金工业的发展，矿渣的年产量很大，现已成为水泥工业活性混合材的重要来源。矿渣的主要成分与硅酸盐水泥中的氧化物基本相同，只是氧化物之间的比例不同而已。 活性混合材的矿渣矿物成分 二氧化硅较少。 矿渣含氧化铝（7～20％），氧化铝是使矿渣具有活性和化学安定性的主要成分。的含量高，矿渣的活性大。因为，当碱性激发剂和硫酸盐激发剂存在时，剧烈反应生成水化铝酸钙和水化硫铝酸钙，使水泥获得较快增长的早期强度。 矿渣含氧化钙（30～50％），氧化钙是矿渣的主要成分之一，在矿渣中通常都结合成矿物，其含量越高，矿渣的活性也越大，但不能超过50％，因为当含量过高时，熔融矿渣粘度下降，容易析出晶相，影响活性。 碱性系数 一般可以根据矿渣的主要化学成分计算其碱性系数，并将矿渣分成酸性和碱性等类别： 当1时，为碱性矿渣； 当=1时，为中性矿渣； 当1时，为酸性矿渣。 矿渣的活性 矿渣中的结晶态矿物一般为：铝方柱石；钙长石；硅酸二钙和硅酸一钙等； 有较多“硫”存在时，有CaS、MnS、FeS出现； 有较多“镁”存在时，有镁方柱石、镁橄榄石、尖晶石等。 这些矿物中，除硅酸二钙外，其它矿物都几乎不具有胶凝性。 慢冷时转化成，活性要大大降低。慢速冷却的矿渣具有相对均衡稳定的结晶结构，原子、离子或分子等质点都按一定的规律整齐排列。 水淬处理急速冷却的矿渣，由于液相粘度很快加大，晶核来不及形成，并且晶体的成长受到阻碍，质点就不是非常严格的按一定次序排列，因此形成了玻璃态结构。它处于不均衡和热力学不稳定的状态，因而具有较高的活性。经水淬处理后得到的粒化矿渣，所具结构以玻璃体为主，含量一般在85％以上，所以，矿渣的活性虽然与晶体的种类和数量有关，但最主要的则决定于玻璃体的数量和性能。 玻璃体结构的几种学说 ⑴过冷液体结构：玻璃体是一种过冷液体，它是硅酸盐熔融物的一种特征，即在液态下急冷时有变成玻璃体的倾向。由于急冷，则离子团将大部分保持它们不规则的排列，同时随温度降低粘度增长也很快，这时矿渣就会从液态转变为一种刚度近似固体但却又没有发展成为晶体结构的状态。而玻璃体正是这种具有很高内部粘度的过冷液体，具备一定的固体机械强度。但玻璃体不稳定，有成为晶态的趋势，另外没有固定的熔点，加热时会软化并缓慢成为液态，只有在常温时可保持玻璃态，并具有一定的结构强度。 ⑵网络结构理论：查恰里阿逊等人认为玻璃体具有连续的网络结构。这个理论假定网络是由硅（铝）氧四面体组成，在网络中离子分散在网状结构的空穴中，并占据了很大的空间，铝离子既是网络的形成者，又是网络的变异者，它只能在一定的范围内替代硅离子，而在替代过程中，又会增大阳离子和氧离子之间的距离，使玻璃体形成比较敞开的网络，从而能接受更多需要占据较大空间的进入结构， 所以此时的网络表现出很高的活性。 ⑶微晶结构理论：假定在玻璃体中有一种“微不均匀体”，即认为玻璃体中存在着具有某种程度规则性的小区域（这区域包含了大部分的阳离子），但又有无规则排列的无定形区域（包含着一部分阴离子）。正是具有这些显微不均匀的结构，才呈现出较强的活性。 ⑷微晶子理论：认为粒化矿渣是由各种硅酸盐、铝酸盐的微小的不完整的“微晶子”聚集而成的。微晶子尺寸极度微小（颗粒在500～1000?），是极度变形的晶体，结晶程度低扭曲较大，始终处于介稳状态，有较高的化学潜能，所以具有一定的活性。 矿渣的活性及激发 根据矿渣玻璃的结构特征，可以认为矿渣本身的活性很小，一般不能单独与水作用，但其具有“潜在”的活性，而这种潜在活性的发挥，需有必要的激发条件——以石灰等物料的存在为必要条件。这些物料在正常的水灰比下起着激发活性、促使凝结硬化的作用，使矿渣的胶凝性能适当呈现出来，因而其被称为“激发剂”。 常用的激发剂有两类： 碱性激发剂和硫酸盐激发剂。 矿渣在溶液中，凝胶性增加，并发生显著的水化作用，使矿渣中硅氧四面体和铝氧四面体转变成相应的水化硅酸钙和水化铝酸钙。届时溶液中存在硫酸盐时会形成硫铝酸钙，使晶核变大。 所以，激发剂既能促进矿渣溶介，发挥其“潜在”活性，同时又能促进水化物的形成，生成的水化物再彼此交叉搭接形成结构网，使矿渣呈现出胶凝性来。 第二节 矿渣硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥—凡在硅酸盐水泥熟料中，加入20～70％的粒化高炉矿渣和适量石膏共同磨细，制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，简称矿渣水泥。矿渣水泥是我国使用最多的水泥品种之一，根据我国新近颁布的国家标准，强度等级可分成：32.5、32.5R；42.5、42.5R；52.5、52.5R。 首先是熟料矿