碱激发增钙液态渣_矿渣基复合胶凝材料的开发与应用

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描述含钙碱激发胶凝材料体系的反应过程

描述含钙碱激发胶凝材料体系的反应过程

描述含钙碱激发胶凝材料体系的反应过程
含钙碱激发胶凝材料体系的反应过程是指在混凝土中加入激发剂(如钙碱激发剂),从而促进水泥水化反应的发生,加快混凝土的胶结硬化速度和提高强度。

该反应过程可以分为以下几个步骤:
1. 钙碱激发剂的溶解:将钙碱激发剂溶解在水中,形成激发剂溶液。

2. 激发剂与水化产物的反应:激发剂溶液与水化产物(如水泥矿物、硅酸盐等)发生反应,生成胶凝材料的晶体核心(如
C-S-H胶凝物质)。

3. 晶体核心的生长:晶体核心在水泥矿物的表面逐渐生长,并与其他存在的水化产物结合,形成一个更加坚固的胶结结构。

4. 反应产物的形成:随着时间的推移,反应不断进行,水泥胶凝材料不断形成。

一方面,激发剂的存在加速了胶凝材料的晶体生长和胶结硬化过程,提高了混凝土的早期强度;另一方面,激发剂的化学成分也会影响混凝土的后期性能,如延缓混凝土的收缩。

总的来说,含钙碱激发胶凝材料体系的反应过程可以通过激发剂溶解、与水化产物反应、晶体核心生长和反应产物形成四个步骤来描述。

这一过程可以加快混凝土的胶结硬化速度和提高强度,从而改善混凝土的性能。

利用碱渣制备碱激发胶凝材料的探索

利用碱渣制备碱激发胶凝材料的探索
能性。
的纯碱工业 基 本采用 氨碱 法生 产工 艺 ,碱渣 ( 俗 称 白泥 ) 是 氨碱法制碱过程 中排放 的一种_ 丁业 废料 , 目前 的 “ 氨 碱 法 ”工艺 中每生产 l t 纯碱 ,将会排放 含水 量为 6 O 左右的 同体碱渣 1 t C 2 ] 。目前 ,碱 渣基 本都 采取地 表堆积 的处理 方 式 ,大量 的碱渣沉积后形成一片 “ 白海 ” ,造成 了周 围海 域 的污染 ,也污染 了陆居 人们 的生活环 境。大量 的碱渣 ,长 期得不 到合理 的处理 和利用 ,存放 碱渣 的地 带更是 白雾 弥 漫 ,这不仅造成资 源浪费 ,消耗 了大 量 的人 力 、物 力、财 力加 以管理 。还侵 占了土地 ,加 重了空 气污染 ,破 坏 了生
石 灰 ,配 比方 案 见 表 3 。
3 . 2激 发 剂 种 类 对 强 度 的 影 响
对不 同配 比不 同碱 激发剂 所制试块 在各龄 期测 量抗压
强度 ,并取平均值 得 到结果 见表 4 。为 了便 于 比较 ,按激 发剂种类及碱渣用量 分别作 图 ,如图 2和图 3 所示 。
度的影响符合一般规 律性 ,即随着水 胶 比的增大 ,强 度降
低 。但 I 3 o . 试 样 的 强 度 稍 低 于 . s 试 样 的强 度 ,其 原 因 是
在实验操作 过程 中发 现 ,B 。 试样 浆体 的 和易 性较 差 ,导 致试件 的密实度下 降。
过设定的水胶 比计算 相 应 的用水 量 ,同 时掺 人 2 的生
的生存 。
表 1 原材料的化学组成
/ wt
2 实 验 方 案
主要是 考察水胶 比、碱激 发剂种类 、碱渣用 量对 材料
强度 的影 响。

碱激发黄金尾矿制备胶凝材料的试验研究

碱激发黄金尾矿制备胶凝材料的试验研究

矿业工程黄 金GOLD2023年第12期/第44卷碱激发黄金尾矿制备胶凝材料的试验研究收稿日期:2023-05-30;修回日期:2023-07-02作者简介:李进鹏(1985—),男,工程师,从事矿山生产技术及采矿工程管理工作;E mail:zjkykjb@126.com李进鹏,刘 辉,温骁东(招金矿业股份有限公司蚕庄金矿)摘要:基于黄金尾矿资源化利用这一目标,开展了以碱熔后的黄金尾矿和高炉矿渣为原材料制备胶凝材料的试验研究。

研究了高炉矿渣掺量对所制备胶凝材料凝固时间、抗压强度、物相组成及水化产物的影响。

结果表明:添加高炉矿渣可以显著缩短材料的凝固时间,增加其抗压强度,并且添加30%高炉矿渣时效果最优,28d抗压强度可达到14.05MPa。

掺入高炉矿渣后,碱激发胶凝材料的水化产物以水化硅酸钙(CSH)和水化硅铝酸钠(NASH)为主。

关键词:黄金尾矿;胶凝材料;高炉矿渣;碱激发;抗压强度 中图分类号:TD853.34 文章编号:1001-1277(2023)12-0018-05文献标志码:Adoi:10.11792/hj20231205引 言近年来,中国经济呈现出迅猛的增长趋势,与此同时,为适应经济的发展,矿山的开采数量也随之增加,因此所产生的尾矿量也不断增加。

大量的尾矿给矿业、环境和经济造成不少难题,成为中国矿业和经济可持续发展的瓶颈问题。

总的来说,尾矿的危害主要体现在以下几个方面:①矿产资源浪费。

由于大多数矿石品位低[1],且呈多组分共伴生矿,矿物嵌布粒度细,再加上以往较低的选矿技术水平、陈旧的设备及落后的管理水平等问题,造成资源的严重浪费。

尾矿占用大量土地,建设尾矿库投资巨大。

目前,大多数尾矿都堆存在尾矿库中,只有少数得到利用,因此占用大量的土地[2],这其中包括大量的耕地和林用土地,对于中国这样一个人口众多、人均耕地面积较少的大国来说,显然是严重的威胁。

另外,修建及维护尾矿库要耗费大量的费用。

碱激发胶凝材料及混凝土研究进展

碱激发胶凝材料及混凝土研究进展

田长安等:固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展· 151 ·第37卷第1期碱激发胶凝材料及混凝土研究进展孔德玉1,张俊芝1,倪彤元1,蒋靖2,方诚1(1. 浙江工业大学建筑工程学院,杭州310014;2. 杭州建工建材有限公司,杭州 311107)摘要:综合评述了碱激发胶凝材料及其混凝土的研究进展,总结了影响碱激发胶凝材料性能的主要因素,着重介绍了采用碱激发胶凝材料配制的混凝土性能最新研究进展,包括新拌混凝土拌合物和易性、硬化混凝土强度和抗化学侵蚀、碱集料反应、对钢筋的保护作用等耐久性问题以及硬化混凝土变形性能等,并提出当前研究存在的问题和今后研究的发展方向。

关键词:碱激发胶凝材料;混凝土;力学性能;耐久性中图分类号:TQ172 文献标志码:A 文章编号:0454–5648(2009)01–0151–09RESEARCH PROGRESS ON ALKALI-ACTIV ATED BINDERS AND CONCRETEKONG Deyu1,ZHANG Junzhi1,NI Tongyuan1,JIANG Jing2,F ANG Cheng1(1. College of Civil Engineering & Architecture, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014;2. Hangzhou Construction & Building Materials Co. Ltd., Hangzhou 311107, China)Abstract: Research on alkali-activated binders and concrete made with alkali-activated binders are reviewed. Factors affecting the properties of the alkali-activated cement are summarized and emphasis is placed on the properties of concrete made with al-kali-activated binders, including the workability of the fresh concrete, the strength, deformation and durability such as chemical attack resistance, alkali-aggregate reaction and protection of the steel bar in reinforced concrete. Some suggestions for future investigations are also made.Key words: alkali-activated binder; concrete; mechanical property; duration20世纪30年代,Purdon等[1]研究发现,少量NaOH在水泥硬化过程中可起催化作用,使水泥中铝硅酸盐易溶而形成硅酸钠和偏铝酸钠,进一步与氢氧化钙(CH)反应形成水化硅、铝酸钙,使水泥硬化并重新生成NaOH,催化下一轮反应,由此提出“碱激发”理论。

掺硅灰和碱渣的碱激发矿渣

掺硅灰和碱渣的碱激发矿渣

第45卷第5期2023年9月沈 阳 工 业 大 学 学 报JournalofShenyangUniversityofTechnologyVol 45No 5Sep 2023收稿日期:2022-08-02.基金项目:国家自然科学基金面上基金项目(52074061);沈阳市科技局科研项目(213395).作者简介:刘剑平(1969-),辽宁沈阳人,教授,博士,主要从事深基坑支护设计与施工、大宗尾矿在建筑材料中的应用等方面的研究.doi:10.7688/j.issn.1000-1646.2023.05.20掺硅灰和碱渣的碱激发矿渣/钢渣胶凝材料性能刘剑平1,胡子扬2,刘 朋1,王磆宇3,王禹升1,张文馨1,李晓慧3,庞舒允1(1 沈阳工业大学建筑与土木工程学院,沈阳110870;2 中建科技集团有限公司,北京100195;3 东北大学资源与土木工程学院,沈阳110819)摘 要:为了解决钢渣等大宗工业固废综合利用率低下的问题,选用硅灰(SF)为增强剂,碱渣(SR)为部分激发剂激发钢渣(SS)、矿渣(GBFS),制备碱激发矿渣/钢渣胶凝材料,并进行抗压强度、抗折强度、干燥收缩、抗冻融循环、抗硫酸盐侵蚀、SEM分析等基本试验研究.结果表明:SR与SF的掺入可以显著提高胶凝材料的力学性能、耐久性能;最优配比下碱激发矿渣/钢渣胶凝材料28d抗压和抗折强度分别为36 20MPa和13 29MPa;冻融循环50次后,质量损失率为1 73%;5%Na2SO4中浸泡28d后,强度损失率为2 98%,均可满足普通矿渣硅酸盐水泥32 5等级要求.关 键 词:固废综合利用;碱激发;胶凝材料;抗压强度;抗折强度;干燥收缩;冻融循环;微观分析中图分类号:TU526 文献标志码:A 文章编号:1000-1646(2023)05-0594-07Propertiesofalkali activatedfurnaceslag/steelslagcementitiousmaterialsmixedwithsilicafumeandsodaresidueLIUJianping1,HUZiyang2,LIUPeng1,WANGShenyu3,WANGYusheng1,ZHANGWenxin1,LIXiaohui3,PANGShuyun1(1.SchoolofArchitectureandCivilEngineering,ShenyangUniversityofTechnology,Shenyang110870,China;2.ChinaConstructionScience&TechnologyGroupCo.Ltd.,Beijing100195,China;3.SchoolofResourcesandCivilEngineering,NortheasternUniversity,Shenyang110819,China)Abstract:Inordertosolvetheproblemoflowcomprehensiveutilizationrateforsteelslagandotherbulkindustrialsolidwastes,silicafume(SF)wasselectedasreinforcingagentandsodaresidue(SR)wasusedaspartialactivator,toactivatesteelslag(SS)andgranulatedblastfurnaceslag(GBFS)forthepreparationofalkali activatedsteelslag/furnaceslagcementitiousmaterials.Basictestsandresearches,suchascompressivestrength,flexuralstrength,dryingshrinkage,freeze thawcycleresistance,sulfateresistanceandSEManalysiswerecarriedout.TheresultsshowthattheadditionofSRandSFcansignificantlyimprovethemechanicalpropertiesanddurabilityofcementitiousmaterials.The28dcompressivestrengthandflexuralstrengthofalkali activatedsteelslag/furnaceslagcementitiousmaterialsundertheoptimalratioare36 20MPaand13 29MPa,respectively.After50freeze thawcycles,themasslossrateis1 73%;aftersoakingin5%Na2SO4for28d,thestrengthlossrateis2 98%,meetingthe32 5 graderequirementsforordinaryslagcement.Keywords:comprehensiveutilizationofsolidwaste;alkaliactivation;cementitiousmaterial;compressivestrength;flexuralstrength;dryingshrinkage;freeze thawcycle;microscopicanalysis 随着城市化的发展,水泥被广泛应用于基础设施建设中.生产水泥的过程中会排放大量CO2,这将对生态环境造成影响[1],因此,急需一种胶凝材料可以全部或者部分替代水泥用于生产.目前我国钢渣、矿渣、铁尾矿等大宗工业固废综合利用率低下,这些固废多为铝硅酸盐材料[2],可将Copyright ©博看网. All Rights Reserved.固废作为制备碱激发胶凝材料的原材料[3-4].按照基础原材料的不同可将胶凝材料分为矿渣基胶凝材料、钢渣基胶凝材料以及其他固废基胶凝材料.由于缺乏胶凝材料使用规范标准,无法兼顾性能与成本等原因,导致固废胶凝材料市场占有率仍然较低.近年来国内外学者对此进行了大量研究,试图进一步增强固废胶凝材料的性能.ABUBAKR等[5]使用湿磨高炉矿渣为基础原料,电石渣为碱原料来制备胶凝材料.结果表明,电石渣能显著提高砂浆的抗压强度.此外,碱激发胶凝材料的固化条件同样会影响强度.与其他固化条件相比,微波固化下的碱矿渣胶凝材料具有更致密的微观结构及更高的抗压强度[6].与矿渣相同,钢渣同样可以作为碱激发胶凝材料的原材料[7].JING等[8]研究了以钢渣为原料的碱激发胶凝材料的水化过程和微观结构,揭示了水化过程中微观结构与力学性能之间的关系,确定Ca(OH)2和水化硅铝酸钙凝胶是该体系的主要水化产物.由于钢渣中钙离子的早期水化活性较弱,将碱性激发剂和Ca(OH)2作为反映系统中Ca2+反应的进程指标[9].结果表明,含2%Ca(OH)2的胶凝材料28d抗压强度比普通试样高25 9%.为进一步改善钢渣基胶凝材料的性能,SUN等[10]研究了碱性激发剂对钢渣基胶凝材料性能的影响,结果表明,硅酸盐模量为1 5的水玻璃激发钢渣制备的胶凝材料性能最佳,且钢渣和水泥具有相似的水化过程和产物,并可提高混凝土的耐久性.碱渣是氨碱法生产纯碱过程中产生的固废,其钙含量较高并且碱性较强.XU等[11]用碱渣和水泥制备了复合胶凝材料,并研究了材料水化机理.结果表明,随着碱渣的加入,水化热时间会增加,但凝结时间会缩短[12].由于碱渣具有高碱度的特点,所以可使用碱渣激发矿渣[13],但随着碱渣的加入,材料的孔隙率和吸水率同样会增加,将影响材料性能,因此还需进一步深入研究.本文研究了利用SF和SR增强碱激发矿渣/钢渣胶凝材料的力学性能和耐久性能.通过正交试验确定了GBFS与SS质量比、SR掺量、SF掺量以及NaOH掺量的最优组合.利用单因素试验研究了SR掺量、SF掺量对胶凝材料性能的影响,并辅以SEM对其微观结构进行表征,制备出一种性能好、成本低的固废胶凝材料替代传统水泥,为固废资源再利用提供参考.1 材料与方法1 1 材料磨细的高炉矿渣(GBFS)、硅灰(SF)和钢渣(SS)取自鞍山钢铁集团.钢渣粒径范围为0 036~0 039mm;高炉矿渣粒径范围为0 024~0 027mm.氢氧化钠(NaOH,pH>11)纯度为96%.表1为原材料的化学成分.表1 原材料化学成分Tab 1 Chemicalcompositionsofrawmaterials%材料SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3K2ONa2OSO3SS15 1537 659 1523 60GBFS33 9815 2236 919 270 620 410 391 81SF92 300 360 300 600 080 90SR17 484 2459 327 321 840 350 176 011 2 试样制备本文采用试验分别为:掺碱渣(SR)、硅灰(SF)的矿渣/钢渣基碱激发胶凝材料正交试验和探究不同掺量碱渣、硅灰对胶凝材料性能影响的单因素试验.综合各固废成分、特点并结合前期预试验,设计了4因素4水平正交试验,确定最佳配合比.4个因素分别为GBFS:SS(A)、SR(B)、SF(C)和NaOH(D),配合比如表2所示.在最优配合比的基础上研究不同掺量碱渣、硅灰对胶凝材料性能的影响,试验配合比如表3所示.试件制备参照《水泥胶砂强度检测方法(ISO法)》(GB/T17671 1999).具体步骤为:将水倒入搅拌锅中,将NaOH颗粒倒入水中并不断搅拌至完全溶解,再加入矿渣、钢渣等材料浸泡2h;将搅拌锅固定于搅拌机上,开动搅拌机,先低速搅拌60s,在第30s时将袋装标准砂匀速加入搅拌锅中,在高速模式下搅拌30s;停止搅拌90s,并在前15s内将黏在锅壁和叶片上的胶砂用刮具刮到搅拌锅中;再次开启搅拌机,在高速模式下再搅拌60s;停止搅拌后,将水泥胶砂均匀倒入尺寸为40mm×40mm×160mm的标准水泥胶砂三联试模中,然后将试模放在振实台上一边振捣一边抹平表面.将成型的试块在标准养护箱中养护1d后取出拆模;将拆模后成型的胶砂试块放入标准养护箱中养护至龄期.595第5期 刘剑平,等:掺硅灰和碱渣的碱激发矿渣/钢渣胶凝材料性能Copyright©博看网. All Rights Reserved.表2 正交试验配合比Tab 2 Mixproportionsfororthogonaltest试件编号组别GBFS∶SSSR/%SF/%NaOH/%水/(kg·m-3)砂/(kg·m-3)S1A1B1C1D140∶606012631758S2A1B2C2D240∶6012322631758S3A1B3C3D340∶6018632631758S4A1B4C4D440∶6024942631758S5A2B1C3D250∶506622631758S6A2B2C4D150∶5012912631758S7A2B3C1D450∶5018042631758S8A2B4C2D350∶5024332631758S9A3B1C4D360∶406932631758S10A3B2C3D460∶4012642631758S11A3B3C2D160∶4018312631758S12A3B4C1D260∶4024022631758S13A4B1C2D470∶306342631758S14A4B2C1D370∶3012032631758S15A4B3C4D270∶3018922631758S16A4B4C3D170∶3024612631758表3 单因素试验配合比Tab 3 Mixproportionsofsinglefactortest试件编号GBFS∶SSSR/%SF/%NaOH/%水/(kg·m-3)砂/(kg·m-3)SR 160∶406932631758SR 260∶4012932631758SF 160∶406632631758SF 260∶4061232631758S960∶4069326317582 结果与讨论2 1 力学性能正交试验中胶凝材料试件3、7和28d抗折强度和抗压强度如图1所示.P.O的3d和28d抗折强度分别为2 5MPa和5MPa.胶凝材料28d抗折强度基本大于7 5MPa,与3d相比增加了120%.抗折强度约为同龄期抗压强度的1/5~1/3.然而,与3d强度相比,在7d、28d时,个别组试件具有较低的抗折强度,例如S3和S5.S13具有最高的抗折强度,28d抗折强度为15 8MPa.当GBFS:SS小于1时,抗压强度随SR的增加而增强,例如S1~S4.当GBFS:SS大于1时,强度随SR的增加而降低,这是由于SR含量的增加和NaOH含量的减少,导致碱不足以激发GBFS和SS.此外,随着硅灰的添加,强度增强,例如S7和S8,当硅灰掺量从0%增加到3%,抗压强度从18 7MPa增加到23 8MPa,增加了28%.S9试件在28d时具有最高的抗折强度,同时抗压强度也最高,达到36 2MPa.上述现象与胶凝材料反应体系中SS、GBFS和SR含量的相对变化有关.GBFS的矿物成分是富含SiO2和CaO的玻璃相,而SS的矿物成分主要是C3S等.随着GBFS与SS质量比的变化,系统中的C3S、C3A和C2S可以生成C S H和C A H以及大量Ca(OH)2,可以起到增加反应系统中OH-含量的作用,这将进一步激发GBFS和SS中的玻璃相,产生更多的C S H和C A H,促使试件在不同龄期的强度增加,尤其是早期强度[14].其中S9在两个养护龄期内表现出最高的强度,可以认为是最佳配合比的胶凝材料.695沈 阳 工 业 大 学 学 报 第45卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.图1 3、7和28d抗折强度和抗压强度Fig 1 Flexuralandcompressivestrengthsfor3,7and28d 单因素试验试件抗折强度、抗压强度结果如表4所示.抗压强度随SR用量的增加而增加.与S9试件相比,当SR添加量为6%和12%时,胶凝材料28d抗压强度分别降低了1 12%和增加了3 59%.结合正交试验,SR的掺入可以提高反应环境的碱度,对试件水化以及强度提升有一定促进作用,但每个胶凝材料试件的28d抗压强度相差不超过5%,说明SR对28d抗压强度影响不大.此外,掺入SR、SF的胶凝材料抗压强度随着SF掺量的增加而增加.与S9试件相比,当SF添加量为3%和9%时,胶凝材料28d抗压强度分别降低了3 87%和增加了5 25%.说明SF的加入可以提高掺碱渣(SR)、硅灰(SF)的矿渣/钢渣基碱激发胶凝材料结构之间的黏结强度.表4 胶凝材料的抗折和抗压强度Tab 4 FlexuralandcompressivestrengthsofcementitiousmaterialsMPa试件编号抗折强度3d7d28d抗压强度3d7d28dSR 110 612 113 223 326 935 8SR 211 112 613 824 428 237 5SF 110 311 712 822 726 134 8SF 211 212 813 924 828 638 1S910 712 213 323 627 236 2795第5期 刘剑平,等:掺硅灰和碱渣的碱激发矿渣/钢渣胶凝材料性能Copyright©博看网. All Rights Reserved.2 2 干缩性能干缩主要是由于水化反应过程中,试件内部结构的空隙脱水所致.图2为胶凝材料干缩图.对比水泥试件,加入碱渣的胶凝材料试件干缩率有所降低.随着碱渣的增加,干缩率不断减小.这是由于在水化反应开始初期,碱渣的加入会促进钙矾石生成,这些钙矾石会附着在矿渣等活性物质表面抑制水化反应快速进行,起到骨架填充作用.随着龄期不断增加,砂浆内部产生的大量凝胶与碱渣发生络合反应,也有利于减小试件内部孔隙.除此之外,碱渣中含有的游离CaO会与水发生反应,其微膨胀效应可使体积收缩得到补偿,SR 2试件后期干缩率快速增大是由于矿渣的反应产物壳被破坏,碱含量较高,硬化反应再次加速,表现为反应热较大,对应的干缩率快速增加.由此可知,碱渣的加入会使胶凝材料的干缩率有所降低.2 3 抗冻性能表5为冻融循环试验结果.结果表明,冻融循环50次后,S9、SR 1、SR 2和P.O的质量损失和强度损失程度有所不同.相比之下试验制备的掺碱渣、硅灰的碱激发胶凝材料具有良好的抗冻性.图2 胶凝材料干缩图Fig 2 Shrinkagetrendchartofcementitiousmaterials经冻融循环后,4种试件的抗冻性能均满足建材标准,但碱激发胶凝材料的质量损失率和强度损失率低于水泥,具有较好的抗冻性能.由于加入了碱渣,掺碱渣的碱激发胶凝材料孔隙溶液的化学组成与水泥体系不同[15].孔隙溶液的化学成分对凝固点有较大影响,导致孔隙溶液的凝固点降低,因此,碱渣有助于改善胶凝材料的抗冻性能.此外,掺碱渣的胶凝材料水化产物有C S H凝胶、钙矾石和Friedel盐等,各组分间协同作用,使体系的孔径分布更加均匀,结构更加致密,进一步提高了体系的抗冻性.表5 冻融循环试验结果Tab 5 Freeze thawcycletestresults试件编号初始质量g试验后 质量 g试验前抗压强度MPa试验后抗压强度MPa试验前抗折强度MPa试验后抗折强度MPa质量损失率%抗压强度 损失率 %抗折强度 损失率 %SR 1529 9520 435 833 313 212 01 796 878 96SR 2524 1515 137 535 013 812 61 716 578 55S9530 0520 836 233 813 312 11 736 638 65P.O537 3525 234 031 38 27 32 257 9410 922 4 抗硫酸盐侵蚀性能表6为抗硫酸盐侵蚀试验结果.由表6可知,胶凝材料具有更好的抗硫酸盐侵蚀性.因为Na2SO4溶液包含Na+和SO42-,当有Ca(OH)2时,反应式为Na2SO4+Ca(OH)2+H2O→CaSO4·2H2O+NaOHP.O含有水泥熟料,液相中CaO浓度很高,水化铝酸钙以C4AH12的形式存在,并且当有石膏存在时反应式为 C4AH12+3CaSO4·2H2O+H2O→ 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O+Ca(OH)2水化硫铝酸钙晶体的表观体积大于P.O硬化体中的固体硫铝酸钙水合物的表观体积,这是P.O水泥体积膨胀的主要原因.然而,胶凝材料反应系统中的氧化钙浓度较低,并且不存在C4AH12.铝酸盐以低碱矿物形式存在,反应式为 C3AH6+3CaSO4·2H2O+H2O→ 2CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O+Ca(OH)2与P.O相比,加入了硅灰的碱激发胶凝材料具有更好的抗硫酸盐侵蚀性能.这是由于硅灰的加入会使砂浆的比表面积增大,起到了微集料的作用,减少了砂浆的大孔数量,优化了砂浆的孔结构,从而大大提高了砂浆的抗渗性.由于硅灰火山灰活性较高,水化反应生成的C S H凝胶与普通水泥水化产生CS H不同,掺硅灰的反应体系中Ca/Si较低且更稳定,使砂浆更加致密,因此提高了胶凝材料的抗硫酸盐侵蚀性能.除此之外,SF还可以提高胶凝材料显微硬度,防止硫酸盐离子的入侵.895沈 阳 工 业 大 学 学 报 第45卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.表6 抗硫酸盐侵蚀试验结果Tab 6 Sulfateresistancetestresults试件编号初始质量g试验后 质量 g试验前抗压强度MPa试验后抗压强度MPa试验前抗折强度MPa试验后抗折强度MPa质量损失率%抗压强度 损失率 %抗折强度 损失率 %SF 1527 9526 534 833 712 811 80 273 167 68SF 2578 0576 638 137 013 912 90 242 887 02S9549 2547 836 235 113 312 30 253 007 30P.O542 9540 934 031 18 27 20 378 5011 402 5 SEM分析采用微量分析法对胶凝材料的水化产物进行分析.选择龄期为28d的S1、S5、S9和S13典型试件进行SEM测试,并分析其微观结构.图3为胶凝材料S1、S5、S9、S13试件的SEM图像.胶凝材料水化产物主要是C S H凝胶,水化反应需要适合的碱环境.此外,应有合适的GBFS与SS质量比.S1水化产物内部结构为疏松结构,间隙大,密度低,由于水化反应不完全,系统中仍有许多未反应颗粒,导致胶凝产物较少.比较图3a、b可知,S5试件的微观结构已显著改善,其内部结构已逐渐变为更致密和更紧凑的板结构,然而,结构未成为一个整体.由图3c可以看出,S9试件的水化产物相对均匀致密,几乎没有孔隙.大量沸石和无定形水合硅酸钙凝胶形成一个整体,具有较高的抗压强度.S13试件水化产物结构良好,但水化产物的交联度略低于S9试件,可以观察到少量裂缝.与S9试件相比,该试件SF含量仅为3%,不能提高水化产物的密实度,因此,宏观强度性能略低于S9试件.图3 胶凝材料微观形貌图Fig 3 Microscopicmorphologiesofcementitiousmaterials3 结 论本文通过分析得出以下结论:1)当GBFS与SS质量比为1 5,SF掺量为9%、SR掺量为6%时,胶凝材料28d抗压、抗折强度分别达到36 20MPa、13 29MPa,力学性能、耐久性能均满足32 5等级普通矿渣硅酸盐水泥指标要求.2)SR的掺入可以促进钙矾石的生成,并能与产生的凝胶类水化产物发生络合反应,提高试件整体性,进而改善材料干缩性能.当SR的掺量995第5期 刘剑平,等:掺硅灰和碱渣的碱激发矿渣/钢渣胶凝材料性能Copyright©博看网. All Rights Reserved.为6%时,碱激发胶凝材料180d干缩率为0 033%,低于P.O的0 041%.3)SR的掺入可以降低孔隙溶液的凝固点,并且生成的C S H凝胶、钙矾石等水化产物间协同作用使体系的孔径分布更加均匀,结构更加致密,共同提高了材料的抗冻性.当SR掺量为12%时,胶凝材料的质量损失率和强度损失率均低于P.O,分别为1 71%和6 57%.4)SF的掺入可以优化材料内部的孔结构,从而大大提高了材料的抗渗性,并且能够降低反应体系中的Ca/Si含量,使胶凝材料更加致密,进而提高了胶凝材料的抗硫酸盐侵蚀性能.当SF的掺量为12%时,胶凝材料的质量损失率和强度损失率分别为0 24%和2 88%,优于P.O的0 37%和8 50%.参考文献(References):[1]体蕴飞.为什么水泥制造业是二氧化碳排放大户[J].中国环境科学,2010,30(11):1528.(TIYunfei.Whyiscementmanufacturingamajoremitterofcarbondioxide[J].ChinaEnvironmentalScience,2010,30(11):1528.)[2]张延年,刘柏男,顾晓薇,等.铁尾矿多元掺合料机械活化机理[J].沈阳工业大学学报,2022,44(1):95-101.(ZHANGYannian,LIUBainan,GUXiaowei,etal.Mechanicalactivationmechanismofmulti componentiontailingsadmixture[J].JournalofShenyangUniversityofTechnology,2022,44(1):95-101.)[3]ALESSANDRAM.Calciumsulfoaluminateandalkali activatedflyashcementsasalternativetoPortlandcement:studyonchemical,physical mechanical,anddurabilitypropertiesofmortarswiththesamestrengthclass[J].ConstructionandBuildingMaterials,2020,246:1-12.[4]齐兆军,刘树龙,刘国磊,等.利用矿渣替代水泥开发矿山新型胶凝材料试验研究[J].矿业研究与开发,2021,41(1):48-52.(QIZhaojun,LIUShulong,LIUGuolei,etal.Experimentalstudyondevelopingnewcementitiousmaterialsinminesbyusingslaginsteadofcement[J].MiningResearchandDevelopment,2021,41(1):48-52.)[5]ABUBAKRAE,SOLIMANAM,DIABSH.Effectofactivatornatureontheimpactbehaviourofalkaliactivatedslagmortar[J].ConstructionandBuildingMaterials,2020,257:1-12.[6]EL FEKYA,MKB,ETC,etal.Effectofmicrowavecuringascomparedwithconventionalregimesontheperformanceofalkaliactivatedslagpastes[J].ConstructionandBuildingMaterials,2020,233:1-14.[7]NUNESVA,BORGESP.Recentadvancesinthereuseofsteelslagsandfutureperspectivesasbinderandaggregateforalkali activatedmaterials[J].ConstructionandBuildingMaterials,2021,281:1-9.[8]JINGW,JIANGJP,DINGS,etal.Hydrationandmicrostructureofsteelslagascementitiousmaterialandfineaggregateinmortar[J].Molecules,2020,25(19):4456.[9]WANGMQ,QIANBB,JIANGJ,etal.ThereactionbetweenCa2+fromsteelslagandgranulatedblastfurnaceslagsystem:auniqueperspective[J].ChemicalPapers,2020,74(12):4401-4410.[10]SUNJ,ZHANGZ,ZHUANGS,etal.Hydrationpropertiesandmicrostructurecharacteristicsofalkaliactivatedsteelslag[J].ConstructionandBuildingMaterials,2020,241:1-12.[11]XUD,FUPF,NIW,etal.CharacterizationandhydrationmechanismofammoniasodaresidueandPortlandcementcompositecementitiousmaterial[J].Materials,2021,14(17):4794.[12]ZHAOXH,LIUCY,ZUOLM,etal.Synthesisandcharacterizationofflyashgeopolymerpasteforgoafbackfill:reuseofsodaresidue[J].JournalofCleanerProduction,2020,260:1-10.[13]LINYH,XUDQ,ZHAOXH.Propertiesandhydrationmechanismofsodaresidue activatedgroundgranulatedblastfurnaceslagcementitiousmaterials[J].Materials,2021,14(11):2883.[14]彭小芹,刘朝,李三,等.碱激发钢渣矿渣胶凝材料凝结硬化性能研究[J].湖南大学学报(自然科学版),2015,42(6):47-52.(PENGXiaoqin,LIUChao,LISan,etal.Researchonthesettingandhardeningperformanceofalkali activatedsteelslag slagbasedcementitiousmaterials[J].JournalofHunanUniversity(NaturalSciences),2015,42(6):47-52.)[15]TEKLEBH,HOLSCHEMACHERK,LBERP,etal.Mechanicalbehaviorandfrost resistanceofalkali activatedcementconcretewithblendedbinderatambientcuringcondition[J].Buildings,2021,11(2):1-14.(责任编辑:钟 媛 英文审校:尹淑英)006沈 阳 工 业 大 学 学 报 第45卷Copyright©博看网. 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