一、膠凝材料的定義和分類
在物理、化學的作用下，能從漿體變成堅硬的石狀體，並能膠結其他物料而具有一定機械強度的物質，統稱為膠凝材料。它可以分為無機和有機兩大類。瀝青和各種樹脂屬有機膠凝材料。
無機膠凝材料按照其硬化條件，又可分為水硬性和非水硬性兩類，水硬性膠凝材料在拌水後既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，通常稱為水泥，如矽酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等。非水硬性膠凝材料只能在空氣中硬化而不能在水中硬化，故又稱氣硬性膠凝材料，如石灰、石膏、耐酸膠結料
中間相填充在阿利特、貝利特之間的物質通稱中間相，它可包括鋁酸鹽、鐵酸鹽、組成不定的玻璃體和含鹼化合物以及游離氧化鈣和方鎂石。但以包裹體形式存在於阿利特和貝利特中的游離氧化鈣和方鎂石除外。中間相在熟料緞燒過程中，熔融成為液相，冷卻時，部分液相結晶，部分液相來不及結晶而凝固成玻璃體。
（一）鋁酸鈣
熟料中鋁酸鈣主要是鋁酸三鈣，有時還可能有七鋁酸十二鈣。在摻氟化鈣作礦化劑的熟料中可能存在 c 11 a 7 · caf2 ，而在同時摻氟化鈣和硫酸鈣作礦化劑低溫燒成的熟料中可以是 c 11 a 7 · caf2 和 c 4 a 2 s 而無 c 3 a 。純 c 3 a 為等軸晶系，無多晶轉化。
c 3 a 也可固溶部分氧化物，如 k2o,na20 , si02 , fe203 等，隨固溶的鹼含量的增加，立方晶體的 c,a 向斜方晶體 ncb a, 轉變。
結晶完善的 c 3 a 常呈立方、八面體或十二面體。但在水泥熟料中其形狀隨冷卻速率而異。氧化鋁含量高而慢冷的熟料，才可能結晶出完整的大晶體，一般則溶入玻璃相或呈不規則微晶析出。
c 3a 在熟料中的潛在含量為 7-15 ％。純 c 3a 為無色晶體，密度為 3. 04g /cm 3 ，熔融溫
度為 15330c , 反光鏡下，快冷呈點滴狀，慢冷呈矩形或柱形。因反光能力差，呈暗灰色，故稱黑色中間相。
c 3a 水化迅速，放熱多，凝結很快，若不加石膏等緩凝劑，易使水泥急凝；硬化快，強度 3d 內就發揮出來，但絕對值不高，以後幾乎不增長，甚至倒縮。乾縮變形大，抗硫酸鹽效能差。
（二）鐵相固溶體
鐵相固溶體在熟料中的潛在含量為 10-18 ％。熟料中含鐵相較複雜，有人認為是 c 2f - c 8a 3f 連續固溶體中的乙個成分，也有人認為是 c 6a 2f -c6af2 連續固溶體的一部分。在一般矽酸鹽水泥熟料中，其成分接近 c,af ，故多用 c, af 代表熟料中鐵相的組成。
也有人認為，當熟料中 mg0 含量較高或含有 caf2 等降低液相粘度的組分時，鐵相固溶體的組成為 c 6a 2f 。若熟料中 a1203/fe203<0. 64 ，則可生成鐵酸二鈣。
鐵鋁酸四鈣的水化速度早期介於鋁酸三鈣和矽酸三鈣之間，但隨後的發展不如矽酸三鈣。早期強度類似於鋁酸三鈣，後期還能不斷增長，類似矽酸二鈣。抗衝擊效能和抗硫酸鹽效能好，水化熱較鋁酸三鈣低，但含 c, af 高的熟料難磨。
在道路水泥和抗硫酸鹽水泥中，鐵鋁酸四鈣的含量高為好。
含鐵相的水化速率和水化產物性質決定於相的 a1203/fe203 比，研究發現 :c 6a 2f 水化速度比 c,af 快，這是因為其含有較多的 a1203 之故 c6af2 水化較慢，凝結也慢 c 2f 的水化最慢，有一定水硬性。
（三）玻璃體
矽酸鹽水泥熟料鍛燒過程中，熔融液相若在平衡狀態下冷卻，則可全部結晶出 c 3a ,c 4 af 和含鹼化合物等而不存在玻璃體。但在工廠生產條件下冷卻速度較快，有部分液相來不及結晶而成為過冷液體，即玻璃體．在玻璃體中，質點排列無序，組成也不定．其主要成分為 a1 2 0 3 、 fe 2 o , ca0 ，還有少量 mgo 和鹼等．玻璃體在熟料中的含量隨冷卻條件而異，快冷則玻璃體含量多而 c,a,c,af 等晶體少，反之則玻璃體含量少而 c,a,c,af 晶體多．據認為，普通冷卻熟料中，玻璃體含量約為 200-21 ％；急冷熟料玻璃體約 800-22 ％；慢冷熟料玻璃體只有 0 ～ 2 ％。
鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣在鍛燒過程中熔融成液相，可以促進矽酸三鈣的順利形成，這是它們的乙個重要作用。如果物料中熔劑礦物過少，則易生燒使氧化鈣不易被吸收完全，從而導致熟料中游離氧化鈣增加，影響熟料的質量，降低窯的產量並增加樵料的消耗。如果熔劑礦物過多，物料在窯內易結大塊，甚至在迴轉窯內結圈，在立窯內結爐瘤等，嚴重影響迴轉窯和立窯的正常生產。
三游離氧化鈣和方鎂石
游離氧化鈣是指經高溫鍛燒而仍未化合的氧化鈣，也稱游離石灰。經高溫鍛燒的游離氧化鈣結構比較緻密，水化很慢，通常要在 3d 後才明顯，水化生成氫氧化鈣體積增加 7.9 ％，在硬化的水泥漿中造成區域性膨脹應力。
隨著游離氧化鈣的增加，首先是抗折強度下降，進而引起 3d 以後強度倒縮，嚴重時引起安定性不良。因此，在熟料緞燒中要嚴格控制游離氧化鈣含量。我國迴轉窯一般控制在 1.
5 ％以下，而立窯在 2.5 ％以下。因為立窯熟料的游離氧化物中有一部分是沒有經過高溫死燒而出窯的生料。
這種生料中的游離氧化鈣水化快，對硬化水泥漿的破壞力不大。
游離氧化鈣在偏光鏡下為無色圓形顆粒，有明顯解理。在反光鏡下用蒸餾水浸蝕後呈彩虹色。
方鎂石是指游離狀態的 mg0 晶體。 mg0 由於與 sio2,fem 的化學親和力很小，在熟料鍛燒過程中一般不參與化學反應。它以下列三種形式存在於熟料中：
①溶解於 c,af,c,s 中形成固溶體；②溶於玻璃體中；③以游離狀態的方鎂石形式存在。據認為，前兩種形式的 mg0 含量約為熟料的 2 ％，它們對硬化水泥漿體無破壞作用，而以方鎂石形式存在時，由於水化速度比游離氧化鈣要慢，要在 0. 5-1 年後才明顯。
水化生成氫氧化鎂時，體積膨脹 148 ％，也會導致安定性不良。方鎂石膨脹的嚴重程度與晶體尺寸、含量均有關係。尺寸 1 jim 時，含量 5 ％才引起微膨脹，尺寸 5-7tim 時，含量 3 ％就引起嚴重膨脹。
國家標準規定矽酸鹽水泥中氧化鎂含量不得超過 5. 0 ％。在生產中應盡量採取快冷措施減小方鎂石的晶體尺寸。
水泥粉磨的目的及要求
水泥的細度越細，水化與硬化反應就越快，水化愈易完全，水泥膠凝性質的有效利用率就越高，水泥的強度，尤其是早期強度也愈高，而且還能改善水泥的泌水性、和易性等。反之，水泥中有過粗的順粒存在，粗顆粒只能在表面反應，從而損失了熟料的活性。 一般試驗條件下，水泥顆粒大小與水化的關係是：
0--l0μm ，水化最快， 3--30μm ，是水泥主要的活性組分；．＞ 60μm ，水化緩慢；＞ 90μm ，表面水化，只起集料作用。
水泥比表面積與水泥有效利用率（一年齡期）的關係是：，水化最快，300m 2 /kg 時，只有 44 ％可水化發揮作用；700 m 2 /kg 時，有效利用率可達 80 ％左右；1000 m 2 /kg 時，有效利用率可達 90 ％ -95 ％。
必須注意：水泥中小於 3pm 顆粒太多時，雖然水化速度很快，水泥有效利用率很高，但是，因水泥比表面積大，水泥漿體要達到同樣流動度，需水量就過多，將使水泥硬化漿體內產生較多孔隙而使強度下降。在滿足水泥品種和標號的前提下，水泥細度不宜太細，以節省電能，通常水泥的細度為比表面積控制 300m2 /kg 左右。
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