混合材料对建筑水泥水化反应的激发作用

（一）混合材料的作用及分类

在水泥生产过程中，为节约水泥熟料，提高水泥产量和增加水泥品种，同时也为改善水泥性能，调节水泥强度等级而加到水泥中的矿物质材料称为水泥混合材料。

在硅酸盐水泥中掺入一定量的混合材料，不仅具有显著的技术经济效益，同时可充分利用工业废料，保护环境，是实现水泥工业可持续发展的重要途径。

混合材料按其性能分为活性混合材料和非活性混合材料两大类。

1.非活性混合材料

常温下不能与氢氧化钙和水发生水化反应或反应很弱，也不能产生凝结硬化的混合材料称为非活性混合材料。非活性混合材料在水泥中主要起填充作用，掺入硅酸盐水泥中主要起调节水泥标号、降低水化热等作用。属于这类的混合材料有磨细石英砂、石灰石、黏土、慢冷矿渣及其他与水泥矿物成分不起反应的工业废渣等。

2.活性混合材料

常温下能与氢氧化钙和水发生水化反应，生成水硬性的水化物，并能够逐渐凝结硬化产生强度的混合材料称为活性混合材料。常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰等。

（1）粒化高炉矿渣

粒化高炉矿渣是炼铁高炉的熔融矿渣经水淬急冷形成的疏松颗粒，物相组成大部分为玻璃体，具有较高的化学潜能，故在激发剂的作用下具有水硬性。

粒化高炉矿渣主要化学成分为CaO、SiO2 和Al2O3。矿渣中的CaO 在高温冷却过程中能与SiO2 和Al2O3 结合形成硅酸二钙和铝酸钙等。一般认为，矿渣中主要的活性组分为玻璃体质的SiO2 和Al2O3 以及弱水硬性的硅酸二钙等。

（2）火山灰质混合材料(www.xing528.com)

火山灰质的混合材料是具有火山灰性的天然或人工矿物材料，泛指以活性SiO2 和活性Al2O3 为主要成分的活性混合材料。它的应用是从火山灰开始的，故而得名，其实并不仅限于火山灰。主要有天然的火山灰、凝灰岩、浮石，沸石岩、硅藻土、硅藻石和蛋白石等；人工的有烧页岩、烧黏土、煤渣、煤矸石、硅灰等。

（3）粉煤灰

粉煤灰是从燃煤火力发电厂的烟道气体中收集的粉尘，主要成分为SiO2 和Al2O3。从火山灰质混合材料泛指的定义讲，粉煤灰属于火山灰质混合材料，但粉煤灰一般为呈玻璃态的实心或空心的球状颗粒，表面结构致密，性质与其他的火山灰质混合材料有所不同，它是一种产量很大的工业废料，所以单独列出。

（二）活性混合材料的作用机理

粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰都属于活性混合材料，本身难于发生水化反应，但在氢氧化钙溶液中，就会发生如下化学反应：

生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙是具有水硬性的水化物。式中x、y 值取决于混合材料的种类、石灰和活性SiO2 及活性Al2O3 之间的比例、环境温度以及作用的时间等。对于掺常用混合材料的硅酸盐水泥，x、y 值一般为1 或稍大于1，为低碱性的水化物。

活性SiO2 和Ca（OH）2 相互作用形成无定形水化硅酸钙，再经过较长一段时间后，逐渐地转变为凝胶或微晶体。

活性Al2O3 和Ca（OH）2 相互作用形成水化铝酸钙，当液相中有石膏存在时，水化铝酸钙与石膏反应生成水化硫铝酸钙。

可以看出，氢氧化钙和石膏的存在使活性混合材料的潜在活性得以发挥，它们起着激发水化、促进凝结硬化的作用，故称为活性混合材料的激发剂。常用的激发剂有碱性激发剂（如石灰）和硫酸盐激发剂（如石膏）两类。

掺活性混合材料的水泥与水拌和后，首先是水泥熟料水化，然后是水泥熟料的水化物Ca（OH）2 与活性混合材料中的SiO2 及Al2O3 进行水化反应（一般称为二次水化反应）。因此，掺混合材料的硅酸盐水泥水化速度减慢，水化热降低，早期强度降低。