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影响碱-粉煤灰-矿渣基胶凝材料性能因素的探讨

2020-06-19 04:52 作者:唯彩会官网 点击:

  论述了影响碱-粉煤灰-矿渣基胶凝材料性能的主要因素,就粉煤灰矿渣比、碱的类型及掺量、粉煤灰的机械活化和碱激发的复合作用、早强剂及晶种等因素进行了系统的研究。

  粉煤灰主要组成为玻璃态物质,其内能高,热力学上处于不稳定状态,具有潜在活性。但粉煤灰玻璃网络结构中[SiO4]4-聚合度高,以通常的碱激发矿渣方法来激发粉煤灰效果不大。根据粉煤灰的结构和水化特点,笔者就影响碱-粉煤灰-矿渣基胶凝材料性能的主要因素进行了试验研究,并取得了较好的效果。

  矿渣:扬州钢铁厂,粉磨至比表面积351.9 m2/kg;工业水玻璃:模数为2.31。作为碱性激发剂使用时,模数调整为1;化学纯NaOH;晶种:安徽繁昌天然沸石,为斜方沸石、丝光沸石的集合体,粉磨至比表面积686.5 m2/kg。早强剂N,为一种工业废渣。原材料化学成分见表1。

  以0、10%、20%、30%、40%、50%的矿渣取代粉煤灰,外掺3%、模数为1的水玻璃。为控制凝结时间处于正常范围内,另外掺0.5%~1%的Ca(OH)2。同组试验,Ca(OH)2掺入量相同(下同)。试验结果见表2。

  结果表明:因粉煤灰玻璃结构网络中[SiO4]4-聚合度高,较难为碱激活,因此纯粉煤灰试样C1表现在宏观性能上硬化体强度不高。矿渣玻璃结构网络中[SiO4]4-?聚合度低,易被碱激发,水化速度较粉煤灰快,先期形成的水化产物对粉煤灰的水化有诱导作用,因此矿渣取代粉煤灰后,碱?粉煤灰矿渣系统硬化体强度有所增加。由表2亦可知,粉煤灰与矿渣最佳配合比为60∶40。?

  为探讨不同类型、掺量的碱对碱-粉煤灰-矿渣基胶凝材料性能的影响,以粉煤灰矿渣最佳配合比,外掺不同比例的NaOH和模数为1的水玻璃,试验结果见表3。

  从表3可以看出,碱-粉煤灰-矿渣基胶凝材料硬化体强度随NaOH或水玻璃掺量增加而增加,水玻璃较NaOH作用效果要好。这是因为水玻璃水解产物为NaOH和Si(OH)4,Si(OH)4呈胶体状态存在,胶体有吸附相同组份的性能,一方面Si(OH)4吸附液相中硅氧阴离子团和Ca2+?、Na+等,导致液相中简单聚体的缩聚,促使水化产物的形成;另一方面Si(OH)4有助于消除粉煤灰、矿渣周围硅氧阴离子团的过饱和现象,促进粉煤灰、矿渣的解聚过程。考虑掺量与效益关系,水玻璃掺量以3%为宜。

  粉煤灰中[SiO4]4-?聚合度高,在常温下受碱激发较难,因此用通常碱激活矿渣的措施对粉煤灰不完全有效,需要对粉煤灰进行活化处理。本试验采用机械活化和碱激发的复合作用。喷入0.05%助磨剂三乙醇胺的粉煤灰在球磨机中分别粉磨0 min、10 min、20 min、30 min、40 min,测得粉煤灰的比表面积分别为173.2 m2/kg、556.2 m2/kg、629.3m2/kg、686.1 m2/kg、732.9 m2/kg。取粉煤灰最佳配合比,再外掺3%、模数为1的水玻璃进行碱激发,试验结果见表4。

  从表4可以看出,粉煤灰经机械活化和碱激发的复合作用后,能显著提高碱-粉煤灰-矿渣基胶凝材料硬化体的强度。这是因为粉煤灰经机械活化,其表面积ΔA增加,表面自由焓ΔG=γΔA(γ为粉煤灰表面自由能)增加,其活性提高;同时,机械活化,使粉煤灰表面缺陷化,活化中心增多。再施以碱激发,提高了液相中OH-和SiO44-离子的浓度,使粉煤灰、矿渣玻璃结构网络加速解聚,液相中阴离子的浓度增大,聚合成水化产物的速度加快,因此碱-粉煤灰-矿渣基胶凝材料硬化体的强度显著提高。由表4亦可看出,粉煤灰粉磨时间过长,早期强度虽有所提高,但后期强度增幅不大,因此粉煤灰的比表面积控制在550 m2/kg~600 m2/kg较为合适。

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