堿激發(fā)礦渣膠凝材料的試驗研究

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1、文章編號：1009—9441(2010)03—0001—03堿激發(fā)礦渣膠凝材料的試驗研究口口楊猛1，剄、，J、巍2。李文學3(1．遼寧省建筑材料監(jiān)督檢驗院，遼寧沈陽110032；2．沈陽建筑大學，遼寧沈陽110168；3．遼陽市工程質量監(jiān)督站，遼寧遼陽111200)摘要：通過變換堿種類、堿摻量、水玻璃模數，研究了礦渣粉在堿的作用下的強度發(fā)展規(guī)律，并對這類堿激發(fā)材料的性能進行了試驗與分析。結果表明，堿摻量增加，凝結時間越短；水膠比越小，凝結時間越短。采用水玻璃比用NaOH的凝結時間短，水玻璃對礦渣的激發(fā)效果要優(yōu)于NaOH

2、的激發(fā)效果，模數為1．2的水玻璃當摻量達到8％時強度達到最大值。膠砂強度隨NaOH摻量的增加而增加，NaOH摻量達到10％時強度達到最大值。關鍵詞：膠凝材料；礦渣；堿激發(fā)中圖分類號：TU528．062；TU528．04文獻標識碼：A引言硅酸鹽水泥是建筑工程中不可或缺的建筑材料，其用量之大，使之成為人類使用量最大的人工材料。然而，硅酸鹽水泥本身存在著固有的不足。一方面是能源與資源消耗大，污染大。我國的水泥生產每年要消耗近1億t煤，用電近600億kW·h，同時還要消耗近4億t石灰石和大量黏土，對這些不可再生的礦物資源的持續(xù)

3、性大量消耗，將對人類社會產生重大的影響。另一方面，在熟料的煅燒過程中，因石灰石分解和燃料燃燒釋放出大量的CO：，以及SO：、NOx等有毒氣體，導致了嚴重的環(huán)境污染，尤其是巨大的CO，排放量在不斷加劇地球的溫室效應。因此，研究膠凝材料制備的新原理，加強工業(yè)廢渣的利用研究，是一項既具有科學意義，又具有實際意義的工作。堿激發(fā)膠凝材料是近年來新發(fā)展起來的一種無機非金屬膠凝材料，其抗壓和抗折強度、抗酸堿侵蝕性、抗凍融性、抗碳化性能等均優(yōu)于普通硅酸鹽水泥。另外，堿激發(fā)膠凝材料制備工藝簡單、不需要高溫煅燒、能耗低、成本低、市場廣，又

4、免除了大量有害廢氣的排放，是21世紀極具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N膠凝材料。這類材料多以鋁硅酸鹽類礦物為主要原材料，而許多工業(yè)固體廢棄物如礦渣、鋼渣、粉煤灰和煤矸石等，其主要礦物成分均為硅酸鹽或鋁硅酸鹽類。因此，這些工業(yè)固體廢棄物均可作為制備堿激發(fā)膠凝材料的主要原材料，這將為充分利用工業(yè)固體廢棄物開辟一條新的途徑。堿激發(fā)礦渣是目前研究最為深入的堿激發(fā)膠凝材料。1原材料與試驗方案1．1試驗儀器試驗儀器主要有：X．1202一A型行星式水泥膠砂攪拌機；KJZ一500型電動抗折試驗機；YAW一300型電子液壓式壓力試驗機。1．2原材料2試

5、驗所用原材料主要有：鞍鋼產的礦渣(質量系數K=1．62，堿度系數Mo=1．33，屬于堿性礦渣，活度系數M。=0．292)、氫氧化鈉(分析純)、水玻璃(模數為2．7)、天然二水石膏。1．3試驗方案(1)選用不同種類的堿為激發(fā)劑，在不同的堿摻量、不同的用水量和緩凝劑摻量下制成膠凝材料，測定其凝結時間，研究堿激發(fā)膠凝材料凝結時間的影響因素及規(guī)律。(2)以模數為1．2和1．6，摻量為6％、8％、lO％、12％的水玻璃作為堿激發(fā)劑，進行力學性能試驗，分析水玻璃的模數與摻量對純礦渣粉料的影響。(3)采用不同摻量的NaOH作為堿激發(fā)

6、劑，進行力學性能試驗，分析NaOH對純礦渣粉料的影響。2試驗結果與討論2．1堿激發(fā)礦渣凝結時間的影響因素2．1．1堿摻量對堿激發(fā)材料凝結時間的影響以礦渣為原料，模數為1．2的水玻璃為堿激發(fā)劑，選擇不同的堿摻量，其凝結時間測定結果見表l。表I水玻璃摻量對初凝時間的影響I水玻璃摻璉／％46810t2IOJ凝llzj'lhJ／min57503l2016I建材技術與應用3／20102．1．2水膠比對堿激發(fā)材料凝結時間的影響固定水玻璃的摻量為10％，選用不同的水膠比，其凝結時間測定結果見表2。表2不同水膠比對初凝時間的影響I水膠

7、比吖c0．340．36O．380．400．42l初凝時間／min2027333944由表1和表2可見，當水玻璃摻量一定時，隨著水膠比的增加，初凝時間延長；當水膠比不變時，隨著水玻璃含量的增加，凝結時間縮短。其原因是在低水膠比下的堿濃度增加更快。由此可以看出，初凝時間主要與體系中堿溶液的濃度有關，即水化產物的生成速度與溶液中各種離子的濃度尤其是堿離子濃度有關，堿離子濃度越高，水化產物生成速度越快，凝結速度越快。2．1．3堿的種類對堿激發(fā)材料凝結時間的影響分別選用水玻璃和NaOH作為激發(fā)劑，固定摻量為10％，其初凝時間測定

8、結果見表3。表3激發(fā)劑種類對初凝時間的影響激發(fā)荊種類水玻璃Na0Hl初凝時間／min20136由表3可以看出，采用水玻璃作為激發(fā)劑時，比NaOH的凝結時間短得多。這是因為礦渣與OH一離子作用時，是[SiO。]4一離子解聚一聚合的過程，總體上是[SiO。]4一單體量減少，高聚體的量增多，雙聚體及其他低聚物發(fā)生單體聚合、多聚體解聚以及