碱激发矿渣和熟料胶凝材料体系水化热论文

碱激发矿渣和熟料胶凝材料体系水化热研究【摘要】本文通过参照相关国家标准试验方法，对不同原材料性能的情况下，碱激发矿渣和熟料胶凝材料的水化热进行了研究，试验发现随矿渣掺量提高，体系早期水化放热速率降低，初始峰变化不大，但附加峰降低且延后，诱导期延迟，加速峰降低。

当木钙掺量提高时，水化放热速率初始峰值提高，诱导期延迟。

随碳酸钠掺量提高，体系放热速率的初始峰值提高且提前，附加峰值提高且提前加速峰提高且提前。

【关键词】碱激发;矿渣;水泥熟料;水化热
0.前言
碱胶凝材料体系中碱作为结构形成的组分，这种胶凝体系相对传统胶凝体系具有高强、快凝、低热、耐久、节能等优点。

矿渣、熟料胶凝材料采用无水碳酸钠作为碱性激发剂激发矿渣，硅酸盐水泥熟料的掺入可以有效调整用低碱性矿渣所配碱性水泥的分散相
碱度，与碳酸钠激发的碱矿渣水泥相比，对矿渣有较好的激发作用，改善碱性水泥的性能，对其物理性能的研究具有重要的现实意义．
1.试验方案设计及原材料选择
1.1试验方案
胶凝材料水化热影响，研究其它条件一定时，na2o当量对胶结材标水化热的影响；矿渣掺量对胶结材水化热的影响；木钙等对水化热的影响。

通过控制单一指标变化进行研究。

1.2原材料
1.2.1胶凝材料
（1）水淬高炉矿渣，活性系数（al2o3/sio2）为0.37，碱性系数1.07。

（2）熟料，cao含63.6%，sio2含20.2%，al2o3含5.89%，fe2o3含3.92%。

1.2.2激发剂及外加剂
（1）无水碳酸钠（分析纯）
（2）木质素磺酸钙，推荐掺量0.2%~0.5%
2.试验结果及分析
人们对碱-矿渣水泥的水化放热特性进行了大量的研究并认识到矿渣本身的特性、激发剂的种类及掺量对碱矿渣水泥的水化放热特征都有非常大的影响，本体系与在诱导期之前出现一个主初始峰和一个附加初始峰，在诱导期之后出现一个加速峰。

由于随碳酸钠的掺量增加，初始碱度提高，主初始峰逐渐升高，而附加峰逐渐降低，可推断co32-参与主初始峰的反应，初始峰可以归结于熟料中铝酸三钙的水化和碳酸钠-矿渣-熟料体系中矿渣及熟料的润湿和溶解及从熟料和矿渣溶解出来的ca2+和由激发剂溶解出来的阴离子基团（co32-）之间的反应。

熟料的水化速度较快，其中铝酸三钙的水化反应极快，水化放热量大，在20℃时，铝酸三钙在氢氧化钙饱和溶液中的水化反应可表述为：
3cao·al2o3+ca(oh)2+12h2o＝4cao·al2o3·6h2o
生成的水化铝酸四钙为六方片状晶体，在室温下，能稳定存在于水泥浆体的碱性介质中，其数量增长也很快，足以阻碍离子的相对移动，这是水泥浆体产生瞬时凝结的主要原因之一。

2.1矿渣掺量对体系水化热的影响
实验采用矿渣的细度为412㎡/㎏，熟料细度457㎡/㎏，随矿渣掺量由0%至40%的提高，体系早期水化放热速率降低，初始峰变化不大，但附加峰降低了61%且延后了9min，诱导期延迟了6h35min，加速峰降低了47%。

不掺入矿渣时，三天水化热量为195.374j/g；掺量为20%时，三天水化热量为248.754 j/g；掺量为40%时，三天水化热量为216.025 j/g。

很多对水化热的研究表明随矿渣掺入量的提高，体系的水化热量呈降低趋势，也有部分研究发现na2co3激发的矿渣水泥的水化放热速率总水化热量比硅酸盐水泥要高（shi and ay 1996b），本实验在不掺入矿渣时体系后期的放热量相对较高，可能原因在于测试方法采用内搅拌法搅拌不均匀所致。

掺入20%的矿渣与掺入40%的矿渣相比其总热量降低了13%。

2.2 碳酸钠掺量对体系水化热的影响
一般来讲，增加激发剂的用量，可促进碱矿渣水泥的水化，增加总水化热量，但是，其影响也取决于激发剂的种类和矿渣的特性。

①在碳酸钠掺量（以na2o当量计）为1%时，三天放热量178.636 j/g，其诱导期最长，约35h；②na2o掺量为2%时，三天放热量
216.025j/g，碱掺量由1%至2%时，诱导期显著降低，降低了23h；
③na2o掺量为3%、4%时，三天放热量分别为227.761j/g 、
238.152j/g，其诱导期差别不大。

随碳酸钠掺量由1%~4%（以na2o 当量计）的提高，体系放热速率的初始峰值提高至4.8倍，提前了2min，附加峰值提高至1.24倍，提前了约20min，加速峰提高至
1.74倍，提前了26h13min。

2.3 木钙掺量对体系水化放热的影响
对木质素磺酸钙掺量对体系水化热影响的研究实验时选择了
0.5%、1.0%、（胶凝材料质量分数）掺量。

0.75%及1.50%两组相同条件实验结果表明，随木钙掺量的增加，对其水化延迟效果较显著。

当木钙掺量由0.5%提高至1.0%时，其水化放热速率初始峰值提高了24%，时间差别不大，附加峰值降低了58%，延迟了31min，其诱导期延迟了5h 10min。

木钙掺量为0.5%与1.0% 三天单位放热量分别为214.684j/g，213.403 j/g，差别不大。

3.结论
①随矿渣掺量的提高，体系早期水化放热速率降低，，初始峰变化不大，但附加峰降低且延后，诱导期延迟，加速峰降低。

②木钙掺量的增加对其水化延迟效果较显著。

当木钙掺量提高时，其水化放热速率初始峰值提高时间差别不大，附加峰值降低，其诱导期延迟。

木钙掺量为0.5%与1.0% 三天单位放热量分别为214.684j/g，213.403 j/g，差别不大。

③随碳酸钠掺量的提高，在碳酸钠掺量（以na2o当量计）为1%时，三天放热量178.636 j/g，其诱导期最长，约35h；na2o掺量
为2%时，三天放热量216.025j/g，碱掺量由1%至2%时，诱导期显著降低，减少了23h；na2o掺量为3%、4%时，三天放热量分别为227.761j/g 、238.152j/g，其诱导期差别不大。

随碳酸钠掺量由1%~4%（以na2o当量计）的提高，体系放热速率的初始峰值提高至4.8倍，提前了2min，附加峰值提高至1.24倍，提前了约20min，加速峰提高至1.74倍，提前了26h13min。