高爐水泥

礦渣又稱粒化高爐渣，是由高爐鍊鐵熔融的礦渣急冷時，來不及結晶而大部分形成的玻璃態物質，其主要組分為氧化鈣、氧化硅和氧化鋁，它具有較高的潛在活性，在激化劑的作用下，與水化合可生成具有水硬性的膠凝材料。

另外，由於礦渣粉的需水量比水泥小，摻入礦渣粉可降低混凝土的水膠比，減少混凝土泌水量，增加流動性，提高和易性、可泵性，因此保持良好的工作性。由於可等量取代30-70%的水泥，減少了水泥水化時的放熱，水化總熱量就會減少，從而降低混凝土的温升，避免因混凝土的温升過快而引起的混凝土開裂 ^[1]  。

摻礦渣粉的水泥水化反應主要是熟料礦物的水化反應、礦渣粉與氫氧化鈣和硫酸鈣的化學反應。水泥熟料水化後析出的氫氧化鈣，作為礦渣粉的鹼性激發劑與礦渣粉中的活性成分相互作用，生成纖維狀的水化硅酸鈣和鈣礬石等水化產物，而且水化硅酸鈣的凝膠結構具有比硅酸鹽水泥更為緻密的特徵，礦渣粉顆粒在硬化早期大部分像“晶核”一樣參與結構形成的過程，鈣礬石則在礦渣粉顆粒的四周圍繞表面生成，從而獲得最佳強度。相關研究表明：磨細礦渣粉作為水泥基材料的活性混合材，具有填充效應、火山灰效應和微集料效應，適量摻加能改善水泥漿體與集料界面的粘結強度，形成自身的緊密體系。但是，當混凝土或砂漿中加入較大摻量的磨細礦渣粉時，磨細礦渣粉對強度的貢獻起到主導性作用，而少量的水泥則在對強度貢獻的同時主要起激發劑作用，促使磨細礦渣粉進行水化和二次水化反應。

水泥最終是要作為混凝土的原材料之一用到混凝土工程中去。而影響混凝土強度的三要素是水泥本身的強度、水泥與集料的粘結強度、集料性能(級配組成、自身強度、形貌特徵等)。其中影響最大的是水泥砂漿與粗細骨料的粘結強度大小。

當水淬高爐礦渣經粉磨至比表面積超過每立方500立方米時，由於其玻璃體結構被破壞，從而使其潛在的活性被激發出來。在此情況下礦渣粉對混凝土強度的提高主要取決於火山灰效應和微集料效應。

礦渣粉活性的激發改變了它與粗細骨料的粘結強度。混凝土中摻人磨細礦渣粉後，在混凝土內部的鹼性環境中，礦渣細粉吸收水泥中水化時形成的氫氧化鈣，且能促進水泥進一步水化生成更多有利的凝膠，使接口區的氫氧化鈣晶粒變小，改善了混凝土的微觀結構，使水泥漿體的空隙率明顯下降，強化了集料接口的粘結力，從而使混凝土的強度大大提高。

形成細觀自緊密結構(即通過二次水化使結構密實度提高)。磨細礦渣的平均粒徑比水泥小得多，它的加入填充了水泥顆粒間的間隙，改變了水泥的顆粒級配，使混凝土形成細觀層次的自密實體系從而提高強度。當礦渣粉細度很小時，不但礦渣粉的潛在活性不能得到充分發揮，而且由於礦渣的摻人，相對減少了參與水化的水泥量，從而使水化產物更少，混凝土強度更低。

(1)水泥中摻入礦渣粉後，可有效降低水泥的水化熱，並且隨着礦渣粉摻量的增加，水化熱下降幅度增大，這樣可有效防止大體積混凝土因水化熱較高產生應力集中而導致混凝土開裂。

(2)可降低因鹼一集料(砂石等)反應而引起的混凝土體積膨脹開裂，從而降低對低鹼水泥的生產要求。

(3)因礦渣粉的摻入能降低混凝土的空隙率，從而增強了氯離子的抗滲透能力，形成對鋼筋的防腐保護層，比較適宜於海防工程。

(4)礦渣粉的摻入可降低水泥中鋁酸三鈣及可溶解氫氧化鈣的含量，因而降低了由於硫酸鹽侵蝕引起的混凝土體積膨脹。

(5)可抑制混凝土中高價鉻等重金屬的溶出。

(6)可減輕水泥及混凝土的顏色，礦渣摻量越多，水泥和混凝土的顏色越淺，故可作為價格昂貴的白水泥的替代品。