一次培训，学员提了个问题：既然粉煤灰和矿渣粉中的SiO₂、Al₂O₃等潜在活性物质与石灰的二次水化反应使混凝土不断产生强度，可否把河卵石磨细纷应用于活性掺合料，主要成分也是SiO₂。

xCa(OH)₂+SiO₂+m1H₂O=xCaO•SiO₂•n1H₂O

yCa(OH)₂+Al₂O₃+m1H₂O=yCaO•Al₂O₃•n1H₂O

从二次水化反应方程式可以看出，发挥火山灰作用的是活性SiO₂和活性Al₂O₃，而且需要氢氧化钙和水分作用才能反应。

问题是，是不是所有的SiO₂和Al₂O₃都具有活性？

一般情况下，SiO₂和Al₂O₃是都是稳定的晶体材料，而晶体材料化学性质是很稳定的，很难反应。

关于其活性，借鉴玻璃的生产来说明这个问题。

1150℃左右的玻璃液熔体，通过熔窑与锡槽相连接的流道、流槽，流入熔融的锡液面上，在自身重力、表面张力以及拉引力的作用下，玻璃液摊开成为玻璃带，在锡槽中完成抛光与拉薄，在锡槽末端的玻璃带已冷却到600℃左右，辊道的拉引把即将硬化的玻璃带引出锡槽，通过过渡辊台进入退火窑。

图1玻璃生产

玻璃的生产工艺也是SiO₂等熔融后快速冷却，形成了我们常见的玻璃——要不快速冷却就会形成析晶，形成稳定晶体就不再透明了！

图2玻璃析晶

玻璃的生产，需要快速冷却，而玻璃的主要成分，也是SiO₂，与粉煤灰的成分和形成类似，也经历了相似的急速冷却过程！

粉煤灰在炉膛的燃烧尾气中处于熔融悬浮状态，大概1500度左右，瞬间排入大气中，急速冷却。矿渣在钢铁冶炼中也处于熔融状态，浮在铁水表面，定期排出时受到冷却水冲击，形成颗粒状。都是经过了一个激冷过程。

熔体状态温度最高，空间粒子间的网格结构混乱，在快速冷却时，难以迅速归位，保留了原来的无序状和高能态结构，而缓慢冷却过程中，相关的粒子逐步稳定归位，形成晶体，结构稳定，内能最低。

下图是玻璃熔体、玻璃、形成晶体和理想晶体位能的示意图。

粉煤灰在熔融状态下排入大气，相当于最上“气相冷凝获得的无定形物质”，位能处于最高，理想晶体处于最低能态，也最稳定。

图3不同结构的SiO2能态

玻璃和粉煤灰、矿粉中的SiO₂都属于无定型SiO₂，或是非晶态，因为快速冷却使得SiO₂没有足够的时间进行结晶。

可以看出，熔融的SiO₂不同的冷却速度，形成不同的结构。

我们先看看SiO₂晶体。

天然的SiO₂分为晶态和无定形两大类，晶态SiO₂主要存在于石英矿中。纯石英为无色晶体，大而透明的棱柱状石英为水晶。SiO₂是硅原子跟四个氧原子形成的四面体结构的原子晶体，整个晶体又可以看作是一个巨大分子，SiO₂是最简式，并不表示单个分子。

我们常见的是河卵石，主要成份是SiO₂，不是晶体，但介于晶体与玻璃间，能态比较低，也是自然界中最稳定的物质之一。

图4 SiO₂冷却速度与结构关系

图5稳定的SiO₂的分子结构

图6玻璃结构

而上就是玻璃的结构，可以看出，玻璃的硅氧结构是混乱的，属于非晶态，正是这种混乱的结构，造成了SiO₂的不稳定性，也就是他的活性！

许多学者研究证明玻璃粉具有火山灰活性，且玻璃粉越细活性越好，温度越高火山灰活性越好。

这也可以帮助我们理解火山灰作用以及碱-集料反应。

地球上以火成岩最多，火成岩是岩浆冷却产生，火成岩中主要造岩氧化物： SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MgO、CaO、K₂O、Na₂O、P₂O₅ 、H₂O等占主要

岩浆从地心到达地表有以下几个作用。

岩浆作用：地下深处形成的岩浆，沿构造薄弱带上升到地壳上部或地表，在岩浆上升、运移过程中，岩浆的物理化学条件和自身成分的不断发生变化。最终结晶凝固形成岩浆岩，这一复杂过程称为岩浆作用。

侵入作用：侵入到地壳中过程称为侵入作用，结晶形成的岩石为侵入岩。

喷出作用：岩浆上移喷出地表的过程称为喷出作用，凝固形成的岩石称为喷出岩。

图7是岩浆冷却结晶的示意图。在地壳浅部，冷却较快的情况下，结晶作用发生在b区，形成结晶中心的速度大于晶体生长速度，围绕大量结晶中心形成大量的细小晶体，构成细粒结构。

岩浆喷出地表或很近地表，冷却很快，结晶作用在c区，形成结晶中心的能力及晶体生长速度都大为减弱，但前者仍大于后者，结晶中心非常多，晶体生长速度近于零，结晶能力很弱，形成微晶、隐晶、霏细或半晶质结构。

冷却极快的情况下，冷凝作用发生在d区，几乎不形成结晶中心，更谈不上晶体生长，因而形成玻璃质结构，比如火山灰。

图7单一矿物的结晶与岩浆冷却速率的关系

表1不同岩石结构特点

   从以上可以看出，喷出岩中，二氧化硅在冷却过快的时候结晶不完整，形成晶格的畸变，火山灰或凝灰岩具有了活性，而一些具有不完整结晶的硅质岩则可能具有碱活性。

2NaOH+Si0₂+nH₂0→Na₂0·Si0₂·nH₂0