碱矿渣水泥化学收缩研究

心穿孔胶塞及量管组成。量管采用 １０ｍｌ 的刻度吸管，
刻度分度值为 ０．１ｍｌ。
图 １ 化学减缩试验装置
２００８．Ｎｏ．４
廖佳庆，等：矿渣水泥化学收缩研究
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试验前配制好碱溶液，提前将碱溶液、矿渣放入 温度为（２０±１）℃室内，待原材料温度与环境相同后开 始做试验。
步骤如下： ①称取干燥过并冷却的矿渣或水泥装入广口瓶。 ②将量管插入胶塞中，量管与胶塞接触处用 ５０２ 胶密封。 ③向广口瓶中加适量碱溶液或水 （矿渣加碱溶 液，水泥加水），用玻璃棒搅拌使试样分散，并排气泡。 ④用胶塞塞紧瓶口，胶塞与瓶口接触处用 ５０２ 胶 密封。 ⑤用滴管通过量管向瓶内补充加水，使液面上升 至接近量管的最大刻度。 ⑥向量管中加一滴机油，用以封盖水面，防止水 分蒸发。 ⑦将装置放于温度为（２０±１）℃室内，待液面稳定 后，即可读取液面起始读数。 每组 ３ 个试样，每个试样为 ５０ｇ。按预定水化龄 期测读瓶中的液面下降值，取其平均值的 ２ 倍作为最 终结果 （单位：ｍｌ／１００ｇ）。
碱组分是碱矿渣水泥的独立组分，是该胶凝材料 活性形成的动力源。碱组分种类不同的碱矿渣水泥的 水化过程、水化产物组成和结构有所区别，因此其化 学收缩行为也不同。与其它影响因素相比，碱组分对 碱矿渣水泥化学收缩的影响较复杂，包括碱组分的种 类、碱溶液浓度（以 Ｎａ２Ｏ 当量计）和碱参数（水玻璃模 数）等。
２ 试验结果与讨论
２．１ 矿渣种类对碱矿渣水泥化学收缩的影响 一共进行 ２ 个系列，共 １２ 组试验，研究了碱性渣
（矿渣 Ａ，比表面积为 ４８５ｍ２／ｋｇ）和酸性渣（矿渣 Ｂ，比表 面积为 ５１４ｍ２／ｋｇ）为固态分析相的碱矿渣水泥的化学 收缩，其中 ＮＨ 系列试验的碱组分为 ＮａＯＨ，ＷＧ 系列 试验碱组分是模数为 １．５ 的水玻璃。碱溶液浓度以 Ｎａ２Ｏ 当 量 （即 Ｎａ２Ｏ 占 溶 液 质 量 比 ）计 分 别 为 ４／３５、４／４５ 和 ４／５５。碱矿渣水泥化学收缩试验结果见 图 ２ 和 图 ３。 普 通 硅 酸 盐 水 泥 的 ２８ｄ 化 学 收 缩 为 ７￣９ｍｌ／１００ｇ，
虽然矿渣的化学成分和硅酸盐水泥相近，但是由 于矿渣在水淬过程中，冷却速度极快，来不及成核结 晶，９０％以上为玻璃相，因此不存在单矿物水化减缩 的差异。碱矿渣水泥水化过程比硅酸盐水泥更复杂， 水化产物的组成与数量随碱组分变化而改变。碱组分 种类不同，碱矿渣水泥化学收缩可能不同；碱组分种 类相同，碱溶液浓度不同，碱矿渣水泥化学收缩也可 能不同。本文试验研究了矿渣种类、细度和碱组分种 类、碱含量对碱矿渣水泥化学收缩的影响。
１）在试验的碱浓度范围内，碱组分为 ＮａＯＨ 的碱 矿渣水泥的化学收缩比水玻璃（模数 Ｍ＝１．５）为碱组 分的碱矿渣水泥大。
２）碱组分种类不同，碱溶液浓度对碱矿渣水泥化 学收缩影响不同。当碱组分为 ＮａＯＨ、碱溶液浓度 在 ４／５５￣５／３５ 时，碱矿渣水泥各个龄期的化学收缩随 碱浓度提高呈逐渐增大趋势。当碱组分为水玻璃且碱 浓度在 ４／５５～４／３５ 范围时，碱矿渣水泥各个龄期的化 学收缩随碱浓度变化曲线先增大后减小，出现“化学 收缩最大”碱浓度点，本试验条件下对应的碱浓度约 为 ４／４５。
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２００８．Ｎｏ．４
碱矿渣水泥化学收缩研究
廖佳庆 １，杨长辉 ２，陈 科 ２
（１．福建省建筑科学研究院，福建 福州 ３５００２５；２．重庆大学 材料科学与工程学院，重庆 ４０００４５）
摘要：研究了矿渣的种类、细度以及碱组分种类、碱溶液浓度等对碱矿渣水泥化学收缩的影响。结果表明，当碱组分为 ＮａＯＨ 时，碱矿渣水泥 ２８ｄ 龄期的化学收缩约为 ６～１０ｍｌ／１００ｇ，与硅酸盐水泥（７～９ｍｌ／１００ｇ） 的相当；当碱组分为水玻璃 时，其收缩量约为 ３～６ｍｌ／１００ｇ，比硅酸盐水泥的小。 关键词：碱矿渣水泥；化学收缩；碱组分 Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｋｉｎｄｓ ａｎｄ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ ｏｆ ｇｒａｎｕｌａｔｅｄ ｂｌａｓｔ － ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ， ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅ ａｎｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ａｃｔｉｖａｔｏｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌａｇ ｃｅｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌａｇ ｃｅｍｅｎｔ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｂｙ ＮａＯＨ ｗａｓ ａｂｏｕｔ ６￣１０ｍｌ／１００ｇ ｗｈｉｃｈ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ ｏｒｄｉｎａｒｙ Ｐｏｒｔｌａｎｄ ｃｅｍｅｎｔ （ａｂｏｕｔ ７￣１０ ｍｌ／１００ｇ）， ａｎｄ ｉｔ ｗａｓ ａｂｏｕｔ ３￣６ ｍｌ／１００ｇ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｏｒｄｉｎａｒｙ Ｐｏｒｔｌａｎｄ ｃｅｍｅｎｔ ｉｆ ｉｔ ｗａｓ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｂｙ ｗａｔｅｒ ｇｌａｓｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ａｌｋａｌｉ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌａｇ ｃｅｍｅｎｔ； ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ； ａｌｋａｌｉ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｆｉｒ ｓｔ ａｕｔｈｏｒ ＇ ｓ ａｄｄｒ ｅｓｓ： Ｆｕｊｉａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｆｕｚｈｏｕ ３５００２５， Ｆｕｊｉａｎ， Ｃｈｉｎａ
碱组分：分别采用水玻璃和 ＮａＯＨ 作碱组分。前
者为重庆北碚东风化工厂生产的水玻璃，其玻美度
为 ５２，模数为 ２．３１，Ｎａ２Ｏ 和 ＳｉＯ２ 含量分别为 １３．５７％ 和 ３０．３３％；后者 ＮａＯＨ 含量为 ９９％。
水泥：重庆拉法基水泥厂生产的 Ｐ·Ｏ４２５ 级水泥。
１．２ 试验方法
试验装置如图 １ 所示，由 １２５ｍｌ 广口玻璃瓶、中
图 ４ 矿渣细度对碱矿渣水泥化学收缩的影响
试验结果表明，同等条件下，碱矿渣水泥 ２８ｄ 龄 期内的化学收缩随龄期延长而提高，ＮａＯＨ 作碱组 分的碱矿渣水泥的化学收缩大于水玻璃作碱组分的 碱矿渣水泥。矿渣比表面积在 ３９０～５９０ｍ２／ｋｇ 范围时， ＮａＯＨ 作碱组分的碱矿渣水泥化学收缩随矿渣比表 面积增大呈增长趋势；水玻璃作碱组分的碱矿渣水泥 初期 （１ｄ 龄期）矿渣比表面积对化学收缩有一定影 响，但此后龄期的影响不明显。 ２．３ 碱组分对化学收缩的影响
［１］ 杨长辉，蒲心诚．论碱矿渣水泥及混凝土的缓凝问题及缓凝方法［Ｊ］． 重庆建筑大学学报，１９９６，（３）：６７－ ７２． ［２］ 杨南如．碱胶凝材料形成的物理化学基础（Ｉ） ［Ｊ］．硅酸盐学报，１９９６， （２）：２０９－ ２１５． ［３］ 杨南如．碱胶凝材料形成的物理化学基础（ＩＩ） ［Ｊ］．硅酸盐学报，１９９６， （４）：４５９－ ４６５． ［４］ Ｓｈａｏ－ Ｄｏｎｇ Ｗａｎｇ，Ｋａｒｅｎ Ｌ Ｓｃｒｉｖｅｎｅｒ． Ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌａｇ ｃｅｍｅｎｔ ［Ｊ］． Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９５， （３）：５６１－ ５７１． ［５］ 钟白茜，杨南如．水玻璃－ 矿渣水泥的水化性能研究［Ｊ］．硅酸盐盐通 报，１９９４，（１）：４－ ８． ［６］ 吴其胜．水玻璃模数对碱矿渣水泥性能的影响［Ｊ］．水泥工程，１９９９， （５）：１０－ １１． ［７］ 朱洪波，董荣珍．碱掺量及水玻璃性能对碱激发矿渣水泥（ＡＳＣ）的 影 响 ［Ａ］． 第 一 届 全 国 化 学 激 发 胶 凝 材 料 研 讨 会 论 文 集［Ｃ］．２００４：２１０－ ２１５．
为 ３～６ｍｌ／１００ｇ，比普通硅酸盐水泥的略小。碱组分为 ＮａＯＨ 的 碱 矿 渣 水 泥 的 化 学 收 缩 比 碱 组 分 为 水 玻 璃的大。
２）矿渣碱度对碱矿渣水泥的化学收缩影响不大。 ３）当碱组分为 ＮａＯＨ 时，碱溶液浓度（以 Ｎａ２Ｏ 当 量计）在 ４／５５～５／３５ 范围内，矿渣水泥的化学收缩随浓 度增加呈增大趋势；当碱组分为水玻璃时，碱浓度 在 ４／５５～４／３５，碱矿渣水泥化学收缩随碱浓度提高先 增大后减小变化，出现“化学收缩最大”碱浓度点，本 试验条件下该浓度约为 ４／４５。其它条件一定、模数 在 １．０～２．０ 区间内时，模数为 １．５ 的水玻璃所配碱矿 渣水泥的化学收缩最大。 参考文献：
１ 原材料和试验方法
１．１ 原材料 矿渣：重庆钢铁集团水淬高炉矿渣，化学成分见
表 １，矿渣 Ａ 的碱性系数为 １．１１４、活性系数为 ０．３０４， 属碱性渣；矿渣 Ｂ 的碱性系数为 ０．９６４、活性系数 为 ０．４７０，属酸性渣。矿渣的密度为 ２．９１～２．９２ｇ／ｃｍ３。矿 渣与 １．０％缓凝剂混磨，碱性渣的比表面积分别为 ３９０ｍ２／ｋｇ、４８５ｍ２／ｋｇ 和 ５９０ｍ２／ｋｇ；酸性渣的比表面积分
别为：３７９ｍ２／ｋｇ、５１４ｍ２／ｋｇ 和 ６１５ｍ２／ｋｇ。
表 １ 矿渣的化学成分
％
名称 ＣａＯ ＳｉＯ２ Ａｌ２Ｏ３ ＭｇＯ Ｆｅ２Ｏ３ Ｎａ２Ｏ Ｋ２Ｏ ＭｎＯ Ｌｏｓｓ
矿渣 Ａ ３７．９５ ３１．９１ ９．７１ ８．４１ ３．２８ ０．８６ ０．６５ ０．５６
矿渣 Ｂ ３６．３４ ３２．６９ １５．３５ ９．９８ １．００ ０．３６ ０．６５ ０．４４ ０．２７
图 ２ ＮＨ 系列碱矿渣水泥的化学收缩
图 ３ ＷＧ 系列碱矿渣水泥的化学收缩
由上述试验结果可以看出，当碱组分为 ＮａＯＨ 且 碱溶液浓度相同时，酸性渣制备的碱矿渣水泥各个龄 期的化学收缩比碱性矿渣制备的碱矿渣水泥的略大； 当碱组分为水玻璃时，碱性渣和酸性渣制备的碱矿渣 水泥各龄期的化学收缩相当。说明矿渣碱度不是影响 碱矿渣水泥化学收缩的主要因素。
无论是碱性渣还是酸性渣，ＮａＯＨ 为碱组分的碱 矿渣水泥 ２８ｄ 龄期的化学收缩量比水玻璃为碱组 分的碱矿渣水泥的大。 ２．２ 矿渣细度对化学收缩的影响