堿激發(fā)礦渣膠凝材料的試驗(yàn)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(yàn)研究口口楊猛1，剄、，J、巍2。李文學(xué)3(1．遼寧省建筑材料監(jiān)督檢驗(yàn)院，遼寧沈陽110032；2．沈陽建筑大學(xué)，遼寧沈陽110168；3．遼陽市工程質(zhì)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(shù)，研究了礦渣粉在堿的作用下的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，并對這類堿激發(fā)材料的性能進(jìn)行了試驗(yàn)與分析。結(jié)果表明，堿摻量增加，凝結(jié)時(shí)間越短；水膠比越小，凝結(jié)時(shí)間越短。采用水玻璃比用NaOH的凝結(jié)時(shí)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(shù)為1．2的水玻璃當(dāng)摻量達(dá)到8％時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大值。膠砂強(qiáng)度隨NaOH摻量的增加而增加，NaOH摻量達(dá)到10％時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大值。關(guān)鍵詞：膠凝材料；礦渣；堿激發(fā)中圖分類號：TU528．062；TU528．04文獻(xiàn)標(biāo)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(chǎn)每年要消耗近1億t煤，用電近600億kW·h，同時(shí)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(chǎn)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(dǎo)致了嚴(yán)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(yīng)。因此，研究膠凝材料制備的新原理，加強(qiáng)工業(yè)廢渣的利用研究，是一項(xiàng)既具有科學(xué)意義，又具有實(shí)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(jī)非金屬膠凝材料，其抗壓和抗折強(qiáng)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(jì)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(yàn)方案1．1試驗(yàn)儀器試驗(yàn)儀器主要有：X．1202一A型行星式水泥膠砂攪拌機(jī)；KJZ一500型電動抗折試驗(yàn)機(jī)；YAW一300型電子液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)。1．2原材料2試

5、驗(yàn)所用原材料主要有：鞍鋼產(chǎn)的礦渣(質(zhì)量系數(shù)K=1．62，堿度系數(shù)Mo=1．33，屬于堿性礦渣，活度系數(shù)M。=0．292)、氫氧化鈉(分析純)、水玻璃(模數(shù)為2．7)、天然二水石膏。1．3試驗(yàn)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(jié)時(shí)間，研究堿激發(fā)膠凝材料凝結(jié)時(shí)間的影響因素及規(guī)律。(2)以模數(shù)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(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，分析水玻璃的模數(shù)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(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，分析NaOH對純礦渣粉料的影響。2試驗(yàn)結(jié)果與討論2．1堿激發(fā)礦渣凝結(jié)時(shí)間的影響因素2．1．1堿摻量對堿激發(fā)材料凝結(jié)時(shí)間的影響以礦渣為原料，模數(shù)為1．2的水玻璃為堿激發(fā)劑，選擇不同的堿摻量，其凝結(jié)時(shí)間測定結(jié)果見表l。表I水玻璃摻量對初凝時(shí)間的影響I水玻璃摻璉／％46810t2IOJ凝llzj'lhJ／min57503l2016I建材技術(shù)與應(yīng)用3／20102．1．2水膠比對堿激發(fā)材料凝結(jié)時(shí)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(jié)時(shí)間測定結(jié)果見表2。表2不同水膠比對初凝時(shí)間的影響I水膠

7、比吖c0．340．36O．380．400．42l初凝時(shí)間／min2027333944由表1和表2可見，當(dāng)水玻璃摻量一定時(shí)，隨著水膠比的增加，初凝時(shí)間延長；當(dāng)水膠比不變時(shí)，隨著水玻璃含量的增加，凝結(jié)時(shí)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(shí)間主要與體系中堿溶液的濃度有關(guān)，即水化產(chǎn)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(guān)，堿離子濃度越高，水化產(chǎn)物生成速度越快，凝結(jié)速度越快。2．1．3堿的種類對堿激發(fā)材料凝結(jié)時(shí)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(shí)間測定

8、結(jié)果見表3。表3激發(fā)劑種類對初凝時(shí)間的影響激發(fā)荊種類水玻璃Na0Hl初凝時(shí)間／min20136由表3可以看出，采用水玻璃作為激發(fā)劑時(shí)，比NaOH的凝結(jié)時(shí)間短得多。這是因?yàn)榈V渣與OH一離子作用時(shí)，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