《胶凝材料学》课件

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1、胶凝材料学第五章掺混合材料的硅酸盐水泥第一节混合材料一、混合材料的定义及分类1、定义：在生产水泥时，为改善水泥的性能，调节水泥的强度等级，而加到水泥中去的人工的和天然的矿物材料，称为水泥的混合材料。2、种类：按性质划分：活性混合材料和非活性混合材料。3、活性混合材料：凡是天然的或人工矿物材料，磨成细粉，加水后本身不硬化，但在激发剂的作用下，在常温下，不但能在空气中，也能在水中硬化的，称为活性混合材料。活性混合材料有粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰、烧页岩、沸石等。4、非活性混合材料凡是天然的或人工矿

2、物材料，磨成细粉，与水泥成分不起化学作用（即无化学活性）或化学作用很小，在水泥中主要起填充作用的，称为非活性混合材料，如石灰石、石英砂、慢冷矿渣及各种工业废渣等。第二节活性混合材料一、高炉矿渣高炉矿渣是冶炼生铁时的副产品。（一）粒化高炉矿渣的形成将冶炼生铁时形成的熔融废液进行急冷即可形成主要成分为玻璃体的粒化高炉矿渣。（二）高炉矿渣的化学组成和矿物组成1、CaO：含量为30%~50%矿渣玻璃体结构中的网络调整剂。其数量增加，可降低网络形成离子的聚合度，对矿渣活性有利。含量过多，使熔融矿渣黏度下降

3、，增加冷却时的析晶能力。2、Al2O3：含量为5%~15%，有的高达30%水淬后成为玻璃体。含量越高，矿渣的活性越大。当氧化钙和氧化铝含量都高时，矿渣的活性最大。3、SiO2：一般为30%~40%氧化硅含量较高时，熔融体粘度较大，冷却时易形成低碱高硅玻璃体，使玻璃结构中网络形成剂增加，降低矿渣活性。4、MgO：一般低于15%氧化镁一般为玻璃结构的网络调整剂，不会产生安定性不良的现象。氧化镁可以增加熔融矿渣的流动性，有助于提高矿渣粒化质量，从而提高矿渣的活性和质量。5、矿物组成慢冷矿渣中会析出钙长

4、石、硅酸二钙、硅酸一钙、镁方柱石、镁橄榄石等晶体。除了硅酸二钙之外，其它晶体不具胶凝性，所以慢冷矿渣没有活性。急冷过程中，液相黏度很快加大，晶核来不及形成，因此形成玻璃体结构使急冷的粒化高炉矿渣具有活性。（三）粒化高炉矿渣中玻璃体的结构1、矿渣玻璃体的形成矿渣的急冷成粒过程即由熔融态转变为玻璃态（一种无定型的固态）的过程。玻璃体不能排列成为稳定的晶体形态，仍保持着原有熔体的结构特征。玻璃体的内能较晶体相高，它有转变为稳定晶相的倾向。所以玻璃体处于介稳状态。2、玻璃体结构的形成网络形成剂构成网络结

5、构，可以单独形成玻璃，其氧化物单键强度大于335kJ/mol。如[SiO4]4-（Si-O单键强度为444）。网络调整剂不能单独形成玻璃，处在网络之外，但能改变网络结构，其氧化物单键强度小于250kJ/mol，如Ca-O（134）、Mg-O（232、155）。单键强度介于250~335kJ/mol的作用介于网络形成剂和网络调整剂之间，为中间剂，如[AlO4]5-为网络形成剂，六配位的Al为网络调整剂。2、矿渣玻璃体的结构：矿渣玻璃是以网络形成离子所组成的[SiO4]4-四面体为基本结构单元，[S

6、iO4]4-之间由“桥氧”连接成空间网络，而四配位的Al3+以[AlO4]5-四面体的形式参与组成网络。Ca2+、Mg2+以及六配位的Al3+等网络改变离子处于网络链条之外，但又以一定的配位状态分布于网络结构中。（四）矿渣的结构与其活性的关系分为三个结构层次1、第一层次—矿渣的结构：由玻璃相和结晶相组成。结构特征参数：玻晶比=玻璃相含量/结晶相含量该值越大，矿渣的水硬性越高。2、第二层次—玻璃相的结构：CaO含量差异很大特征参数：网络调整剂含量/网络形成剂含量。随着该比值的提高，矿渣玻璃相的水硬

7、性增加。3、第三个层次—玻璃相的网络结构特征参数：网络结构的聚合度，用平均桥氧数来衡量。该值越小，网络结构中[SiO4]4-、[AlO4]5-链的聚合度越低，矿渣的水硬性增加。在聚合度相同时，参与组成网络的[AlO4]5-越多，网络结构的稳定性减弱，矿渣的水硬性增加。（五）矿渣质量的评定1、质量系数：K=(CaO+MgO+Al2O3)/(SiO2+MnO+TiO2)质量系数反映了粒化高炉矿渣的结构本质，该值越大，网络调整剂含量较高，所以矿渣活性较高。K不得小于1.2。2、强度指标：R=100f/

8、[f0(100-M)]f：矿渣硅酸盐水泥的28d抗压强度f0：不掺矿渣的硅酸盐水泥的28d抗压强度M：矿渣掺入百分数R=1，矿渣无活性，R>1，认为有活性。R值越大，矿渣的活性越高。二、火山灰质混合材料（一）定义：凡天然的或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质原料磨成细粉，单独加水不硬化，但与石灰混合后，再加水拌合后，不仅能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化的，称为火山灰质混合材料。（二）种类：按其成因分为两类1、天然火山灰质混合材料：（1）火山灰：火山喷发出的细粒碎屑疏松沉淀物。（2）凝灰