水玻璃激发矿渣-粉煤灰胶凝材料水化机理研究.pdf

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1、广东建材2016年第12期材料研究与应用水玻璃激发矿渣一粉煤灰胶凝材料水化机理研究陈志新1,2杨立荣·宋洋·刘晓瑜-(1华北理工大学材料科学与工程学院；河北省无机非金属材料重点实验室)(2唐山冀东混凝土有限公司)【摘要】以水玻璃为激发剂，矿渣(sL)、粉煤灰(FA)为胶凝材料，研究了矿渣一粉煤灰配比对胶凝材料净浆标准稠度用水量、凝结时间、抗压强度的影响，并利用FESEM、XRD、FT—IR等测试手段对试样进行表征，探究其水化机理。结果表明：随矿渣掺量的增加，体系的标准稠度用水量下降，凝结时间缩短，抗压强度提高且具有高强的特点；在碱的作用下，胶凝材料中的玻璃

2、体的网络形成键断裂，玻璃体解聚，断裂后的键重新组合形成新键，颗粒表面生成大量C—S—H凝胶及沸石类水化产物。【关键词】水玻璃；矿渣一粉煤灰；胶凝材料；水化机理1引言碱激发胶凝材料是指由具有火山灰活性或潜在水硬性原料与碱性激活剂反应而成的一类胶凝材料[1]。作为新型胶凝材料，部分替代水泥，这对于我国这样一个能源比较紧张的国家具有特殊重要的意义[2-s]。一方面水泥生产耗能极大，占世界总能耗15％，同时我国水泥年产两亿吨以上，居世界第一，但我国水泥单位能耗高四，生产耗能问题尤其突出。另一方面我国工业废渣大量积压，占用大片土地，污染环境，急待开发利用陌]。目前阻

3、碍碱激发矿渣胶凝材料应用的一个重要原因是对体系的认识不够全面，缺少对矿渣体系的了解和对该胶凝材料体系的合理定位。本文针对以上存在的问题和不足，以水玻璃为激发剂，矿渣、粉煤灰为胶凝材料，研究了矿渣一粉煤灰配比对胶凝材料净浆标准稠度用水量、凝结时间、抗压强度的影响，并对净浆体系进行微观分析(FT—IR，XRD，FESEM)，探究水玻璃激发矿渣一粉煤灰胶凝材料的水化机理。2试验2．1原材料采用唐山电力总公司的粉煤灰和河北唐钢矿渣为胶凝原料，其化学成分见表1，矿物组成见图l。利用市售水玻璃为激发剂，其模数为1．3，浓度为32％。2．2试样制备试验中矿渣和粉煤灰的比

4、例分别按为100％、90％：表1矿渣和粉煤灰的化学成分13：瓢，lJ‰D20304050607080010203040soB070∞2thetaldegre2theta／degre图1粉煤灰和矿渣的XRD图谱材料研究与应用广东建材2016年第12期日‘渣掺量，％矿渣掺量，％日蒲掺置，％图2不同矿渣掺量净浆标准稠度用水量、凝结时间和抗压强度10％5fD70％：30％进行。具体步骤为：将不同比例的矿渣和粉煤灰混合均匀，再放入净浆搅拌机中按照标准稠度需水量加水进行搅拌(慢搅120s，停15s，快搅120s)，之后装入30mmX30mm×50mm的模具中，放入标准

5、养护箱养护24小时脱模，用湿抹布覆盖并罩上保鲜膜在养护室养护至规定龄期，测试其强度，并进行微观分析。2．3测试与表征按照GB／T1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》中规定，对复合胶凝体系的净浆标准稠度用水量和净浆凝结时间进行测定；采用日本理学D-MAX／2500PCX射线衍射仪对试样进行物相分析；采用日本日立公司生产的S-4800型场发射扫描电子显微镜观察试样的显微结构；采用美国热电NICOLET型红外光谱分析仪，对水化产物分子进行分析和鉴定。3结果与讨论3．1矿渣掺量对碱激发胶凝材料净浆物理性能的影响图2为矿渣掺量对碱激发矿

6、渣一粉煤灰胶凝材料标准稠度用水量、凝结时问和抗压强度的影响。由图2可知，随矿渣掺量增多，标准稠度需水量逐渐减少；随矿渣掺量增多，初凝时间变化不大，终凝时间逐渐缩短：随矿渣掺量增多，早期和后期抗压强度都增大。一方面，粉煤灰颗粒较细，光滑球形粒子在浆体中起到润滑、滚动作用；另一方面，粒子表面吸附而出现的双电层结构加强了润滑作用，降低了需水量，起到了减水作用。同时粉煤灰玻璃体结构网络中[SiO。]4一聚合度高，形成较连续的三维网络结构，造成了粉煤灰活性低，一般条件下难被碱所激发。矿渣玻璃机构网络中[SiO。]}聚合度低，易被碱激发，矿渣在激发剂作用下使玻璃体首先

7、发生表面一6一水解，产生水化反应，水化速度较粉煤灰快。由于粉煤灰水化速度慢，前期只能发挥其物理填充作用，进入矿渣颗粒问隙的颗粒量越多，对其在水化反应中相互接触的阻碍作用越大。因而随矿渣掺量的增加，试样的凝结时问有所下降，抗压强度逐渐升高。Puertas等睁踟研究了矿渣掺量对碱激发矿渣一粉煤灰抗压强度的影响，结果表明，矿渣加入量越高，碱激发矿渣一粉煤灰的抗压强度越大。我们的研究结果与文献中的结果是一致的。3．2水玻璃激发矿渣一粉煤灰胶凝材料的微观分析图3为100％矿渣掺量碱激发胶凝材料不同水化龄期的微观形貌。由图可知，水化1d时，水化产物为多角形和蜂巢状，随

8、水化龄期的延长，水化产物的形貌开始发生改变，由多角形转变为凝胶状，