掺加高铝煤矸石混合材水泥的抗酸腐蚀性研究

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1、RESEARCH&APPLICATION应用研究掺加高铝煤矸石混合材水泥的抗酸腐蚀性研究李晓,王丽华(沈阳建筑大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110168)近年来,因酸腐蚀造成水泥腐蚀问题日趋严重[1]。一些国家对现有水泥制品的维修费用已超过对新建制品的投资。我国的许多城市也正面临或即将面临此类问题。煤矸石是夹在煤层中的岩石,是采煤和洗煤过程中排出的废弃物,是我国排放量最大的工业废渣之一[2,3]。高铝煤矸石是煤矸石家族中特殊的一员,其含有大量的高岭土组分和其它活性物质,在水泥中掺加高铝煤矸石有助于其抗侵蚀性的提高。关于煤矸石作为水泥混合材,国内外

2、早有研究[4,5];但对于高铝煤矸石对水泥抗酸类综合影响的论文还很少。鉴于此,图1煅烧高铝煤矸石X射线衍射图本文采用优化设计的方法对掺加高铝煅烧煤矸石混合材水泥的抗多种酸腐蚀性进行了研究。20±1℃,水中养护的标准养护方法,养护14d龄期,测试14d强度,再取出部分试件分别放入3mol/l的盐1试验原料酸、3mol/l的硫酸、3mol/l的草酸、3mol/l的醋酸中浸试验采用水泥熟料为辽宁省建筑材料研究所提泡至28d龄期,测试其强度。供的42.5级硅酸盐水泥熟料。采用辽宁省北票煤矿试验中,浸泡于3mol/l的硫酸中的所有试件在不高铝煤矸石作为活性混

3、合材。表1是对该高铝煤矸石到3d的时间里全部软化,形成面团状物质,甚至粉末的成分分析。化,毫无强度可言。这是因为硫酸不同于普通酸,其具表1高铝煤矸石的化学成分有极强的氧化能力,并且可以与水泥石中的某些成分成分SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaOSO3烧失量其他发生反应生成非凝胶性物质或易溶于水的物质,使水含量(%)46.3037.981.360.861.982.816.741.97泥石产生由外及内的逐层破坏。另外硫酸还可以促使其经950℃锻烧后,X射线衍射图见图1。水化硅酸钙和水化铝酸钙的水解,从而破坏了孔隙结试验用锻烧高铝煤矸石的矿物主要成分

4、为:偏高构的胶凝体,对水泥石腐蚀作用剧烈而迅速,使水泥岭石、石英、尖晶石等。石严重劣化,反应式如下:Ca(OH)2+H2SO4→CaSO4+2H2O2掺煅烧高铝煤矸石水泥的抗酸腐蚀nCaO·mSiO2+nH2SO4→nCaSO4+mSi(OH)42.1未掺煅烧高铝煤矸石的水泥抗酸腐蚀性CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O试验采用纯水泥熟料,掺加5%的石膏,以0.30、其它试验结果见表2。0.35、0.40三种水灰比,分别制作20mm×20mm×20mm由试验结果可以看出,未掺锻烧高铝煤矸石水泥试块。参照国家标准抗硫酸盐侵蚀试验方法,采用在凝结

5、硬化后,其受酸的腐蚀情况严重。和标准养护66中国水泥2008.8表2未掺煅烧高铝煤矸石水泥试验一,它能和酸类物质反应,如和盐酸反应生成CaCl2,28d水28d盐酸28d草酸28d醋酸造成水泥石质量和强度损失,导致破坏。水泥石随水14d强度水灰比中强度中强度中强度中强度(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)灰比的增加,受酸蚀的严重程度逐渐增加(醋酸试验0.3059.0585.0557.5070.7076.200.35水灰比得到的结果偏低可能是试验存在较大误0.3552.2575.2549.2061.8070.20差的缘故)。这是因为随着

6、水灰比的增加,水泥石的致0.4042.1567.7524.1550.8560.30密程度逐渐降低,孔隙率增大,酸性介质更容易侵入表3掺煅烧高铝煤矸石水泥酸腐蚀后强度损失百分率水泥石内部,和水泥水化生成的Ca(OH)2发生反应,盐酸中强度草酸中强度醋酸中强度水灰比损失(%)损失(%)损失(%)破坏其硬化体结构。0.3032.416.910.42.2掺煅烧高铝煤矸石的水泥抗酸腐蚀性0.3534.617.96.7由于煅烧高铝煤矸石具有了火山灰性,可以作为0.4064.424.911.0一种活性混合材掺入硅酸盐水泥中,其理论上讲可改善硅酸盐水泥抗腐蚀性。为

7、了研究煅烧高铝煤矸石对硅酸盐水泥抗酸腐蚀性的影响,试验采用优化设计的原理,选择酸的种类、煅烧高铝煤矸石掺量、水灰比为因素进行正交试验。在试验中,发现掺加煅烧高铝煤矸石的水泥在硬化后受硫酸的腐蚀依然严重。一个星期内,不论煅烧高铝煤矸石掺量如何,试件纷纷软化,浸泡的液体变混浊,虽未发生粉末化,但也是基本无强度可言。可见,硫酸由于其氧化能力较强,其不但和水泥熟料水化产物Ca(OH)2发生反应,生成CaSO4·2H2O,直接在水泥石孔隙中结晶膨胀,并且还和铝酸三钙的水化产物水化铝酸钙反应,生成高硫型水化硫铝酸钙,体积膨胀,对水泥石的腐蚀尤为严重,掺加煅烧高

8、铝煤矸石对水泥的抗硫酸侵蚀能力无实质上提高。鉴于此,本试验中,选择试验因素水平见表4。28d龄期试件强度相比,其抗压强度损