碱激发矿渣胶凝材料的试验研究

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1、文章编号：1009—9441(2010)03—0001—03碱激发矿渣胶凝材料的试验研究口口杨猛1，刭、，J、巍2。李文学3(1．辽宁省建筑材料监督检验院，辽宁沈阳110032；2．沈阳建筑大学，辽宁沈阳110168；3．辽阳市工程质量监督站，辽宁辽阳111200)摘要：通过变换碱种类、碱掺量、水玻璃模数，研究了矿渣粉在碱的作用下的强度发展规律，并对这类碱激发材料的性能进行了试验与分析。结果表明，碱掺量增加，凝结时间越短；水胶比越小，凝结时间越短。采用水玻璃比用NaOH的凝结时间短，水玻璃对矿渣的激发效果要优于NaOH

2、的激发效果，模数为1．2的水玻璃当掺量达到8％时强度达到最大值。胶砂强度随NaOH掺量的增加而增加，NaOH掺量达到10％时强度达到最大值。关键词：胶凝材料；矿渣；碱激发中图分类号：TU528．062；TU528．04文献标识码：A引言硅酸盐水泥是建筑工程中不可或缺的建筑材料，其用量之大，使之成为人类使用量最大的人工材料。然而，硅酸盐水泥本身存在着固有的不足。一方面是能源与资源消耗大，污染大。我国的水泥生产每年要消耗近1亿t煤，用电近600亿kW·h，同时还要消耗近4亿t石灰石和大量黏土，对这些不可再生的矿物资源的持续

3、性大量消耗，将对人类社会产生重大的影响。另一方面，在熟料的煅烧过程中，因石灰石分解和燃料燃烧释放出大量的CO：，以及SO：、NOx等有毒气体，导致了严重的环境污染，尤其是巨大的CO，排放量在不断加剧地球的温室效应。因此，研究胶凝材料制备的新原理，加强工业废渣的利用研究，是一项既具有科学意义，又具有实际意义的工作。碱激发胶凝材料是近年来新发展起来的一种无机非金属胶凝材料，其抗压和抗折强度、抗酸碱侵蚀性、抗冻融性、抗碳化性能等均优于普通硅酸盐水泥。另外，碱激发胶凝材料制备工艺简单、不需要高温煅烧、能耗低、成本低、市场广，又

4、免除了大量有害废气的排放，是21世纪极具发展潜力的一种胶凝材料。这类材料多以铝硅酸盐类矿物为主要原材料，而许多工业固体废弃物如矿渣、钢渣、粉煤灰和煤矸石等，其主要矿物成分均为硅酸盐或铝硅酸盐类。因此，这些工业固体废弃物均可作为制备碱激发胶凝材料的主要原材料，这将为充分利用工业固体废弃物开辟一条新的途径。碱激发矿渣是目前研究最为深入的碱激发胶凝材料。1原材料与试验方案1．1试验仪器试验仪器主要有：X．1202一A型行星式水泥胶砂搅拌机；KJZ一500型电动抗折试验机；YAW一300型电子液压式压力试验机。1．2原材料2试

5、验所用原材料主要有：鞍钢产的矿渣(质量系数K=1．62，碱度系数Mo=1．33，属于碱性矿渣，活度系数M。=0．292)、氢氧化钠(分析纯)、水玻璃(模数为2．7)、天然二水石膏。1．3试验方案(1)选用不同种类的碱为激发剂，在不同的碱掺量、不同的用水量和缓凝剂掺量下制成胶凝材料，测定其凝结时间，研究碱激发胶凝材料凝结时间的影响因素及规律。(2)以模数为1．2和1．6，掺量为6％、8％、lO％、12％的水玻璃作为碱激发剂，进行力学性能试验，分析水玻璃的模数与掺量对纯矿渣粉料的影响。(3)采用不同掺量的NaOH作为碱激发

6、剂，进行力学性能试验，分析NaOH对纯矿渣粉料的影响。2试验结果与讨论2．1碱激发矿渣凝结时间的影响因素2．1．1碱掺量对碱激发材料凝结时间的影响以矿渣为原料，模数为1．2的水玻璃为碱激发剂，选择不同的碱掺量，其凝结时间测定结果见表l。表I水玻璃掺量对初凝时间的影响I水玻璃掺琏／％46810t2IOJ凝llzj'lhJ／min57503l2016I建材技术与应用3／20102．1．2水胶比对碱激发材料凝结时间的影响固定水玻璃的掺量为10％，选用不同的水胶比，其凝结时间测定结果见表2。表2不同水胶比对初凝时间的影响I水胶

7、比吖c0．340．36O．380．400．42l初凝时间／min2027333944由表1和表2可见，当水玻璃掺量一定时，随着水胶比的增加，初凝时间延长；当水胶比不变时，随着水玻璃含量的增加，凝结时间缩短。其原因是在低水胶比下的碱浓度增加更快。由此可以看出，初凝时间主要与体系中碱溶液的浓度有关，即水化产物的生成速度与溶液中各种离子的浓度尤其是碱离子浓度有关，碱离子浓度越高，水化产物生成速度越快，凝结速度越快。2．1．3碱的种类对碱激发材料凝结时间的影响分别选用水玻璃和NaOH作为激发剂，固定掺量为10％，其初凝时间测定

8、结果见表3。表3激发剂种类对初凝时间的影响激发荆种类水玻璃Na0Hl初凝时间／min20136由表3可以看出，采用水玻璃作为激发剂时，比NaOH的凝结时间短得多。这是因为矿渣与OH一离子作用时，是[SiO。]4一离子解聚一聚合的过程，总体上是[SiO。]4一单体量减少，高聚体的量增多，双聚体及其他低聚物发生单体聚合、多聚体解聚以及