常见硅酸盐矿物的组成及写法
第九章硅酸盐矿物
Al的作用
Al可以呈4次配位，代替部分的Si4+进入络阴离子，形成 铝硅酸盐，如钠长石Na[AlSi3O8]
Al可以呈6次配位，存在于硅氧骨干之外，作为阳离子， 形成铝的硅酸盐，如高岭石Al4[Si4O10](OH)8
Al的两种配位形式可以同时存在于同一构造中，形成铝 的铝硅酸盐，如白云母KAl2[AlSi3O8](OH)2 ［A1O4］四面体为不稳定的配位形式，在结构中需要由［SiO4］四面
5.5~7，表现出极其显著的各向异性，故蓝晶石又名三硬石。比
重3.53~3.64。 鉴定特征: 根据其颜色，硬度的各向异性以及形态。
岛状结构硅酸盐矿物
红柱石
化学组成: Al2[SiO4]O, 可含少量的Fe3+和Na、K等。 结构特点:正交晶系 晶体形态:单晶体呈柱状，其横切面接近于正方形，类似四方柱。 物理性质:常呈灰白色或肉红色，玻璃光泽。硬度6.5~7.5{110}解
概述
硅酸盐矿物种类繁多，约占矿物种总数的24%，占 地壳总重量75%左右。 化学成分 阳离子元素主要是惰性气体型离子和过渡 型离子。阴离子部分除[SiO4]4-络阴离子及它们相互 连接而成的一系列复杂络阴离子外，有时还存在 (OH)-、F-、Cl-、O2-以及附加阴离子。此外，还存在 水分子H2O。 晶体化学特征 Si4+与O2-结合时以四次配位的形式最 为稳定，所以在硅酸盐矿物中它总是以配位四面体 的形式出现于结构中。因此，硅酸盐矿物的结构中， 总是将[SiO4]4-看成是一个不可分割的整体。
材料工程技术专业《硅酸盐水泥熟料的矿物组成》
硅酸盐水泥熟料的矿物组成在硅酸盐水泥熟料中，CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等并不是以单独的氧化物存在，而是以两种或两种以上的氧化物反响组合成各种不同的氧化物集合体，即以多种熟料矿物的形态存在。
这些熟料矿物结晶细小，通常为30～60um，因此，可以说硅酸盐水泥熟料是一种多矿物组成的、结晶细小的人造岩石。
1．熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料中的主要矿物有以下四种：硅酸三钙：3CaO·SiO2简写成C3S硅酸二钙：2CaO·SiO2 简写成C2S铝酸三钙：3CaO·Al2O3 简写成C3A铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3·Fe2O3简写成C4AF另外，还有少量的游离氧化钙〔ƒ-CaO〕、方镁石〔即结晶氧化镁〕、含碱矿物以及玻璃体等。
硅酸三钙和硅酸二钙合称硅酸盐矿物，约占75%左右，要求最低为66%以上,它们是熟料的主要组分。
铝酸三钙和铁铝酸四钙合称熔剂矿物，约占22%左右。
硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右。
对于中等水化热、中等抗硫酸盐水泥熟料中的C3A≤％，C3S ＜％；高抗硫酸盐的水泥熟料中的C3A≤％，C3S＜％。
硅酸三钙和硅酸二钙都是硅酸盐矿物，硅酸盐水泥熟料的名称也由此而来。
在煅烧过程中，铝酸三钙和铁铝酸四钙与氧化镁、碱等在1250～1280℃开始会逐渐熔融成液相以促进硅酸三钙的顺利形成，因而把它们称之为熔剂性矿物。
四种主要矿物的含量一般范围及国内外局部水泥生产企业生产数据见表4-2。
表4-2 熟料矿物含量范围〔%〕〔1〕硅酸三钙①形成条件及其存在形式硅酸三钙是硅酸水泥熟料中的主要矿物，通常，它是在高温液相作用下，由先导形成的固相硅酸二钙吸收氧化钙而成。
现代研究及测试技术一致证明：水泥熟料中的硅酸三钙并不是以纯的C3S形式存在，而总是与少量的其他氧化物如A12O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。
这种固溶体在反光显微镜下的岩相照片为黑色多角形颗粒，将其定名为阿利物〔Alite〕，简称A矿。
硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算
硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算第一节硅酸盐水泥熟料矿物组成如前所述，硅酸盐水泥熟料是以适当成分的生料烧到部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的烧结块。
因此，在硅酸盐水泥熟料中CaO,SiO2,A1203,Fe2O3 不是以单独的氧化物存在，而是以两种或两种以上的氧化物经高温化学反应而生成的多种矿物的集合体。
其结晶细小，一般为30-60μm 。
因此可见，水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人工岩石。
它主要有以下四种矿物：硅酸三钙3Ca0.Si02 ，可简写为C3S ；硅酸二钙2Ca0.Si02 ，可简写为C2S ；铝酸三钙3Ca0.A1203 ，可简写为 C 3 A ；铁相固溶体通常以铁铝酸四钙4Ca0 . A1203 . Fe203 作为代表式，可简写成C4AF,此外，还有少量游离氧化钙(f-Ca0 ) 、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物及玻璃体。
通常熟料中C3S 和C2S 含量约占75 ％左右，称为硅酸盐矿物。
C3A 和C4AF 的理论含量约占22 ％左右。
在水泥熟料锻烧过程中,C3A 和C4AF 以及氧化镁、碱等在1250℃- 1280℃会逐渐熔融形成液相，促进硅酸三钙的形成，故称熔剂矿物。
一•硅酸三钙C3S是硅酸盐水泥熟料的主要矿物。
其含量通常为50％左右，有时甚至高达60％以上。
纯C3S只有在2065-1250℃温度范围内才稳定。
在2065℃以上不一致熔融为Ca0 和液相；在1250℃以下分解为C2S 和Ca0 ，但反应很慢，故纯C3S 在室温可呈介稳状态存在。
C3S 有三种晶系七种变型：1070 ℃1060 ℃990 ℃960 ℃920 ℃520 ℃R ←―→ MⅢ ←―→ MⅡ ←―→ MⅠ ←―→～T Ⅲ ←―→ T Ⅱ ←―→ T ⅠR 型为三方晶系，M 型为单斜晶系，T 型为三斜晶系，这些变型的晶体结构相近。
但有人认为,R 型和M ，型的强度比T 型的高。
在硅酸盐水泥熟料中, C3S 并不以纯的形式存在，总含有少量氧化镁、氧化铝、氧化铁等形成固溶液，称为阿利特(Alite ）或 A 矿。
常见硅酸盐矿物的组成及写法
❖§3.1 硅酸盐水泥
➢ 2）测定方法：固定水量法、调整水量法 ➢ 5、强度及其等级（ISO胶砂强度测定法） ➢ 分别测定3d或28d的抗折、抗压强度值的大小进行划分 ➢ 6、水化热：水泥在水化的过程中所产生的热量（水化
热过大，在冬季施工对大体积工程是不利的）
➢ 五、硅酸盐水泥的腐蚀 ➢ 1、腐蚀种类 ➢ 1）软水腐蚀：Ca(OH)2成分在软水环境中易流失，造成
来判断水泥安定性是否合格。
➢ （三）实验设备：沸煮箱、湿汽养护箱、玻璃板：
100mm×100mm、量水器、天平等
➢ （四）实验步骤（略） ➢ （五）注意事项 ➢ 1）检验用净浆必须是标准稠度净浆。
❖硅酸盐水泥实验
➢2）雷氏夹试验成型操作时应用一只手轻轻向下
压住两根指针的焊点处，防止装浆时试模在玻璃 板上产生移动。但不能用手捏雷氏夹而造成切口 边缘重叠。成型捣插时小刀插到雷氏夹高度的 2/3即可。刮平时由浆体中心向两边刮，最多不 超过6次。
❖§3.1 硅酸盐水泥
➢ 六、硅酸盐水泥的特性及应用 ➢ 1、早期强度发展快，等级高——适用于早强性工程 ➢ 2、抗冻性好——适用与严寒地区工程 ➢ 3、耐腐蚀性差——不宜用于软水工程 ➢ 4、耐热性差——不宜用于高温工程 ➢ 5、水化热大——不宜用于大体积工程 ➢ 七、硅酸盐水泥的包装、运输和保存 ➢ 1、 包装 ➢ 保存和运输——要做到防潮、防水（随着保存时间的延
❖§3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥
➢1）定义 2）特点 3）应用 ➢ 3、快硬硅酸盐水泥 ➢1）定义 2）特点 3）应用 ➢ 4、低热膨胀水泥 ➢1）定义 2）特点 3）应用 ➢ 5、膨胀水泥和自应力水泥 ➢1）定义 2）特点 3）应用 ➢ 6、砌筑水泥及高铝水泥 ➢1）定义 2）特点 3）应用
第一节硅酸盐水泥熟料矿物组成
第一节硅酸盐水泥熟料矿物组成如前所述，硅酸盐水泥熟料是以适当成分的生料烧到部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的烧结块。
因此，在硅酸盐水泥熟料中CaO,SiO2,A1203,Fe2O3 不是以单独的氧化物存在，而是以两种或两种以上的氧化物经高温化学反应而生成的多种矿物的集合体。
其结晶细小，一般为30^-60Icm 。
因此可见，水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人工岩石。
它主要有以下四种矿物：硅酸三钙一～3Ca0 ．'3i02 ，可简写为C3S ；硅酸二钙2Ca0 · Si02 ，可简写为C2S ；铝酸三钙3Ca0 · A1203 ，可简写为 C 3 A ；铁相固溶体通常以铁铝酸四钙4Ca0 . A1203 . Fe203 作为代表式，可简写成 C 4 AF,此外，还有少量游离氧化钙(.f-Ca0 ) 、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物及玻璃体。
通常熟料中C3S 和C2S 含量约占75 ％左右，称为硅酸盐矿物。
C3-ft 和C,AF 的理论含量约占22 ％左右。
在水泥熟料锻烧过程中,C 3 A 和C,AF 以及氧化镁、碱等在1250 ^ - 12800C 会逐渐熔融形成液相，促进硅酸三钙的形成，故称熔剂矿物。
一• 硅酸三钙C3S 是硅酸盐水泥熟料的主要矿物。
其含量通常为50 ％左右，有时甚至高达60 ％以上。
纯C3S 只有在2065^ 12500C 温度范围内才稳定。
在20650C 以上不一致熔融为Ca0 和液相；在1250 0 C 以下分解为CZS 和Ca0 ，但反应很慢，故纯C,S 在室温可呈介稳状态存在。
C,S 有三种晶系七种变型：1070 0 C 1060 0 C 990 0 C 960 0 C 920 0 C 520 0 CR ←―― → M Ⅲ←――→ M Ⅱ←――→ M Ⅰ←――→ ～T Ⅲ←――→ T Ⅱ←――→ T ⅠR 型为三方晶系，M 型为单斜晶系，T 型为三斜晶系，这些变型的晶体结构相近。
硅酸盐矿物
化学物质
01 形成原因
03 结构 05 成因
目录
02 类型 04 形状
一类由金属阳离子与硅酸根化合而成的含氧酸盐矿物。在自然界分布极广，是构成地壳、上地幔的主要矿物， 估计占整个地壳的90%以上；在石陨石和月岩中的含量也很丰富。已知的约有800个矿物种，约占矿物种总数的 1/4。许多硅酸盐矿物如石棉、云母、滑石、高岭石、蒙脱石、沸石等是重要的非金属矿物原料和材料。
这样的硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，彼此间由其他金属阳离子来连接。但硅氧四面体间经常还可通 过共用角顶上的O2-(称为桥氧)而相互连接，从而构成四面体群、环、链、层和架等不同连接形式的所谓硅氧骨 干。硅氧骨干与硅氧骨干之间再借助于其他金属阳离子来连接。
形状
1
岛状
2
环状
3
链状
4
层状
5
架状
具有孤立[SiO4]四面体或由有限的若干个[SiO4]四面体连接而成（但不构成封闭环状）硅氧骨干的硅酸盐矿 物。骨干形式以单个的[SiO4] 4-孤立四面体最为常见。其所有四个角顶上的氧均为活性氧（有部分电价未饱和 的O2-），由它们再与其他金属阳离子(主要是电价中等和偏高而半径中等和偏小的阳离子，如Mg2+、Fe2+、Al3+、 Ti4+、Zr4+等)相结合而组成整个晶格。橄榄石、锆石、石榴子石等均属之。
矿物的硬度、折射率稍偏低，并表现出稍大的异向性。双折射率、多色性和吸收性都有所增强。含水或具有 附加阴离子（OH，F）的岛状硅酸盐矿物的硬度、比重、折射率都有所降低。
总述
具有由有限的若干个[ZO4]四面体以角顶相连而构成封闭环状硅氧骨干的硅酸盐矿物。其硅氧骨干按组成环 的四面体个数而有三元环、四元环、六元环、八元环、九元环和十二元环之分；此外还有双层的四元环和六元环 以及带有分枝的六元环。常见的如绿柱石、堇青石和电气石中的六元环。环与环之间通过活性氧与其他金属阳离 子（主要有Mg2+、Fe2+、Al3+、Mn2+、Ca2+、Na+、K+等）的成键而相互维系。环的中心为较大的空隙，常为 (OH)-、水分子或大半径阳离子所占据。
第二章硅酸盐矿物结构
（4）相邻的[SiO4]四面体之间只能以共顶而不能以共棱或共面相连 接；
（5）结构中常出现同晶置换现象，除含有Si以外，还有Mg2+、Al3+、 Be2+、Na+、K+等，这些离子可以取代Si4+，相互置换，并不改变 晶体的结构，这种现象称为同晶置换。
Z=4；
下图为镁橄榄石的晶胞立体结构图和（100）面投影图。
镁橄榄石晶胞立体图
第二章硅酸盐矿物结构
12
镁橄榄石的 特征：
①O2-近似排成平行于（100）面的两层（六方密堆）；
Si4+填入四面体空隙中，仅占四面体空隙的1/8；
镁橄榄石晶体结构（100）面投影 第二章硅酸盐矿物黄结构球标高25，绿球标高75； 13
第二章硅酸盐矿物结构
3
硅酸盐结构分类 [SiO4]是结构的基本构造单元，[SiO4]彼此通过共用O2-连接起
来，由于连接方式不同，而构成了不同型式的硅氧骨干， 硅酸盐矿物的分类也是硅氧骨干类型进行分类（[SiO4]的排 列方式） （1） 岛状 [SiO4]不直接连接，没有公共的顶角，[SiO4]通过其它离子连 结成一个完整的结构。这种结构称为岛状结构。
第二章硅酸盐矿物结构
1
六、类繁多，是构成地壳的主要矿物，也是硅 酸盐工业的主要原料。
硅酸盐的化学组成复杂。因为硅酸盐中的正离子、负离子 都有可能被其他离子部分或全部取代。
第二章硅酸盐矿物结构
2
硅酸盐的化学式有两种写法：
①氧化物排列法——按金属氧化物的价态由低到高排列，最后是 SiO2。如钾长石，化学式为K2O·Al2O3·6SiO2；
硅酸盐矿物的化学成分和应用
地壳中：硅酸盐矿物是地壳中最常见的矿物之一，广泛分布于各种地质环境中。
海洋中：硅酸盐矿物在海洋中也有分布，如硅藻土、海绿石等。
生物体中：硅酸盐矿物在生物体中也有分布，如骨骼、牙齿等。
工业生产中：硅酸盐矿物在工业生产中也有广泛应用，如玻璃、陶瓷、水泥等。
形成过程
பைடு நூலகம்
硅酸盐矿物的形成与地壳中的元素组成、温度、压力、水等条件有关。
硅酸盐矿物作为冶金原料，用于生产钢铁、铝、铜等金属
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硅酸盐矿物作为耐火材料，用于冶金炉衬、耐火砖等
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硅酸盐矿物作为熔剂，用于冶炼金属和合金
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硅酸盐矿物作为脱氧剂，用于冶炼过程中去除金属中的氧元素
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硅酸盐矿物在科学研究中的意义
05
在地质学研究中的意义
硅酸盐矿物是地球岩石的主要成分，研究其化学成分和应用有助于了解地球的演化历史。
制备工艺
原料选择：选择合适的硅酸盐矿物原料
制备方法：选择合适的制备方法，如高温熔融、水热合成等
反应条件：控制反应温度、时间、压力等条件
产物处理：对制备出的硅酸盐矿物进行清洗、干燥等处理
性能测试：对制备出的硅酸盐矿物进行性能测试，如硬度、耐磨性等
影响因素
反应时间：反应时间对硅酸盐矿物的合成与制备的影响
硅酸盐矿物在陶瓷生产中起到粘结、成型、烧结等作用
在玻璃工业中的应用
硅酸盐矿物是玻璃的主要原料之一
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硅酸盐矿物在玻璃生产中起到熔融、成型、冷却等作用
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硅酸盐矿物的种类和含量对玻璃的性能和品质有重要影响
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硅酸盐矿物在玻璃工业中的应用广泛，包括建筑玻璃、汽车玻璃、电子玻璃等
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§3.1 硅酸盐水泥
1）初凝时间：规定不得早于45min，以免有足够的时间 完成搅拌、运输、浇筑、振捣、成型等施工作业 2）终凝时间：不得迟于6.5h，以便于尽快的进入到下一 个施工工序 3、体积安定性 1）定义：水泥在水化的过程中体积变化的均匀性 2）造成体积安定性不良的原因： ①CaO、MgO含量过高（规定不得超过5%） ②石膏掺量过高（规定不得超过3.5%） 3）检验方法：雷氏夹法、试饼法 4、标准稠度需水量（P） 1）定义：将水泥拌制到特定的塑性状态所需的拌和水 量
§3.1 硅酸盐水泥
2）测定方法：固定水量法、调整水量法 5、强度及其等级（ISO胶砂强度测定法） 分别测定3d或28d的抗折、抗压强度值的大小进行划分 6、水化热：水泥在水化的过程中所产生的热量（水化 热过大，在冬季施工对大体积工程是不利的） 五、硅酸盐水泥的腐蚀 1、腐蚀种类 1）软水腐蚀：Ca(OH)2成分在软水环境中易流失，造成 其他水泥产物相继溶出，从而导致结构溃散 2）盐类腐蚀：镁盐、硫酸盐等 3）酸性腐蚀：硫酸、碳酸、有机酸等
硅酸盐水泥实验
体积安定性实验（本实验采用试饼法） （一）实验目的 掌握GB1346—89及GB1346—2001《水泥安定性》的测 试方法，正确评定水泥的体积安定性。 （二）实验原理 通过观测水泥标准稠度净浆试饼沸煮后的外形变化程度， 来判断水泥安定性是否合格。 （三）实验设备：沸煮箱、湿汽养护箱、玻璃板： 100mm×100mm、量水器、天平等 （四）实验步骤（略） （五）注意事项 1）检验用净浆必须是标准稠度净浆。
§3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥
2）特点 3）应用 2、矿渣硅酸盐水泥 1）定义 2）特点 3）应用 3、火山灰质硅酸盐水泥 1）定义 2）特点 应用
§3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥
4、粉煤灰硅酸盐水泥 1） 定义 2） 特点 3） 应用 5、复合硅酸盐水泥 1） 定义 2） 特点 3） 应用 三、其他品种水泥 1、中热硅酸盐水泥及低热硅酸盐水泥 1）定义 2）特点 3）应用 2、抗硫酸盐硅酸盐水泥
§3.1 硅酸盐水泥
2、腐蚀方式 1）形成膨胀组分 2）形成易溶于水（无胶结力）的物质 3）溶出性侵蚀 3、腐蚀内因 1）本身含有易被腐蚀的成分 2）密实度不够 4、提高防腐蚀的措施 1） 提高密实度 2） 合理选六、硅酸盐水泥的特性及应用 1、早期强度发展快，等级高——适用于早强性工程 2、抗冻性好——适用与严寒地区工程 3、耐腐蚀性差——不宜用于软水工程 4、耐热性差——不宜用于高温工程 5、水化热大——不宜用于大体积工程 七、硅酸盐水泥的包装、运输和保存 1、 包装 保存和运输——要做到防潮、防水（随着保存时间的延 长，水泥的强度会逐渐减少，必要需进行检验）
硅酸盐水泥
一、概述 1、水泥的特性及应用 2、分类：五大水泥、特性水泥、专用水泥 二、硅酸盐水泥的原料与生产 1、原料：石灰质原料、粘土质原料 2、“两磨一烧”：制备生料、煅烧熟料、粉磨水泥 3 、 矿 物 组 成 ： 硅 酸 二 钙 （ 2CaOSiO2 ） 、 硅 酸 三 钙 （3CaOSiO2 ）、铝酸三钙（3CaOAl2O3 ）铁铝酸三钙 （4CaOAl2O3Fe2O3） 4、硅酸盐水泥定义 三、硅酸盐水泥的水化与硬化 1、水化（是硬化的前提）
§3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥
1）定义 2）特点 3）应用 3、快硬硅酸盐水泥 1）定义 2）特点 3）应用 4、低热膨胀水泥 1）定义 2）特点 3）应用 5、膨胀水泥和自应力水泥 1）定义 2）特点 3）应用 6、砌筑水泥及高铝水泥 1）定义 2）特点 3）应用
硅酸盐水泥实验
2）雷氏夹试验成型操作时应用一只手轻轻向下 压住两根指针的焊点处，防止装浆时试模在玻璃 板上产生移动。但不能用手捏雷氏夹而造成切口 边缘重叠。成型捣插时小刀插到雷氏夹高度的 2/3即可。刮平时由浆体中心向两边刮，最多不 超过6次。 （六）实验结果处理。目测未发现裂缝，用直尺 检查也没有弯曲的试饼为安定性合格，反之为不 合格。当两个试饼判别结果有矛盾时，该水泥的 安定性为不合格。
§3.1 硅酸盐水泥
1）产物：水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、水 化硫铝酸钙、氢氧化钙 2）硬化（水化的结果）——水泥强度增长的过程 硬化后的水泥石结构：未水化的水泥颗粒、凝胶体、毛 细孔隙网 四、影响硅酸盐水泥的水化、凝结硬化的主要因素 1、细度的影响 2、矿物组成的影响 3、养护龄期的影响 4、养护温湿度的影响 五、硅酸盐水泥的主要技术性质 1、细度（筛分法、比表面积法） 2、凝结时间
硅酸盐水泥实验
（三）实验设备 水泥净浆搅拌机、标准稠度与凝结时间测定仪、量水器、 天平等 （四）实验步骤（略）：边演示边讲解 （五）结果计算 用不变水量方法测定时，根据测得的试锥下沉深度S （mm），可从仪器上对应标尺读出标准稠度用水量P或 按公式（5-3）计算标准稠度用水量P（%）。 P=33.4－0.185S 当试锥下沉深度小于13mm时,应改用调整水量方法测定。
硅酸盐水泥实验
标准稠度需水量实验 （一）实验目的 通过试验测定水泥净浆达到水泥标准稠度时的用 水量，作为水泥凝结时间、安定性试验用水量之 一；正确使用仪器设备，并熟悉其性能。 （二）实验原理 水泥标准稠度净浆对标准试杆（或试锥）的沉入 具有一定阻力。通过试验不同含水量水泥净浆的 穿透性，以确定水泥标准稠度净浆中所需加入的 水量。
§3.3 掺混合材料的硅酸盐水泥
一、混合材料 1、定义：磨细水泥时掺入人工的或天然的矿物材料用 以调整水泥强度等级、扩大范围、改善性能、增加品种 等 2、种类： 1）活性混合材料： 粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等 2）非活性混合材料： 石灰岩、石浆岩等 二、掺混合材料的硅酸盐水泥 1、普通硅酸盐水泥 1）定义