堿激發(fā)礦渣微粉膠凝材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能的研究.pdf

1、充分利用冶金工業(yè)高爐礦渣替代部分水泥熟料生產(chǎn)新型高性能水泥，己成為當(dāng)今建材領(lǐng)域的研究方向之一，這對(duì)于建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)具有重要意義。多年來(lái)，人們對(duì)高爐礦渣在水泥和混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究，并取得了明顯的進(jìn)步，目前己建成二十一條立磨礦渣微粉生產(chǎn)線,礦渣微粉的生產(chǎn)能力達(dá)到年產(chǎn)1500萬(wàn)噸。礦渣微粉主要是用來(lái)部分取代硅酸鹽水泥熟料生產(chǎn)礦渣水泥，或作為混凝土的摻合料取代部分水泥配制高性能混凝七。本課題對(duì)礦渣的化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)

2、、轍發(fā)劑的種類、激發(fā)機(jī)理、產(chǎn)物的類型、硬化體的孔結(jié)構(gòu)，以及堿礦渣微粉膠凝材料的主要性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　 通過(guò)考察礦渣的形成過(guò)程和分析礦渣的微觀結(jié)構(gòu)，加深了對(duì)礦渣本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。
　　 礦渣主要由玻璃相和結(jié)晶相組成，而玻璃相由貧硅相和富硅相組成。實(shí)驗(yàn)表明：
　　 在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液中，貧硅相先離解出Ca2+和Mg2+，而富硅相離解出[SiO4]4+的速度較慢。在強(qiáng)酸溶液中，礦渣中離解出的[SiO4]4+離子在H+

3、的作用下形成無(wú)膠凝性的硅烷醇，因此強(qiáng)酸不宜作為礦渣膠凝材料的激發(fā)劑。在堿溶液中.礦渣中離解出[SiO4]4+離子能與Ca2+離子形成水化硅酸鈣凝膠，因此堿可作為礦渣膠凝材料的激發(fā)劑。由于富硅相中[SiO4]4+離解的速度較慢，溶液中[SiO4]4+離子的數(shù)量不足，因此，堿激發(fā)劑最好是能快速提供一定數(shù)量[SiO4]4+離子的堿性物質(zhì)。
　　 堿性激發(fā)劑研究表明：用NaOH和KoH等強(qiáng)堿作激發(fā)劑時(shí)，摻量在8％左右，試樣的強(qiáng)度較好；用

4、Ca(OH)2等中強(qiáng)堿作激發(fā)劑時(shí)，試樣早期的強(qiáng)度偏低：用液體水玻璃作激發(fā)劑時(shí)，試樣的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度發(fā)展較好。試驗(yàn)結(jié)果有效地驗(yàn)證了上述理論推理。
　　 在上述激發(fā)劑研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了國(guó)體激發(fā)劑w1和W2,它們能和礦渣共同混磨，避免了液體激發(fā)劑一些缺陷。所得到礦渣微粉膠凝材料的早期抗壓強(qiáng)度偏低，中后期的抗壓強(qiáng)度發(fā)展較好，主要水化產(chǎn)物為類似于沸石的鋁硅酸鈉鈣膠凝礦物和C-S-H凝膠。采用正交實(shí)驗(yàn)通過(guò)極差分析對(duì)堿礦渣微粉膠凝材料的

5、配方進(jìn)行優(yōu)化，得出了最佳配比。
　　 硅酸鹽熟料和硫酸鹽復(fù)合激發(fā)劑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：試樣的抗折、抗壓強(qiáng)度能達(dá)到礦渣水泥42.5級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，早期(3d)強(qiáng)度偏低，中后期的抗折、抗壓強(qiáng)度發(fā)展較好，：28d的抗壓強(qiáng)度超過(guò)52.5級(jí)硅酸鹽水泥的強(qiáng)度，60d的抗壓強(qiáng)度發(fā)生少量的倒縮，抗折強(qiáng)度仍在增長(zhǎng)。其主要水化產(chǎn)物為C—S-H凝膠和鈣釩石晶體。
　　 從永化試樣的微觀分析可知：礦渣水化后，在礦渣顆粒周圍生成顆粒狀、圓球狀的沸石類礦物和

6、C—S—H凝膠，以及少量的無(wú)定型的凝膠礦物，這些膠凝物質(zhì)隨著齡期的增加而增多，它們粘結(jié)在礦渣顆粒周圍并向礦渣顆粒間隙中填充，使試體內(nèi)部微孔的孔徑在不斷變小。孔隙率測(cè)試結(jié)果表明：隨著水化時(shí)間的延長(zhǎng)，大于lOonm的有害孔減少，小于50hm的無(wú)害孔相對(duì)增加，結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。
　　 應(yīng)用微粉顆粒堆積原理和分形理論，建立了水泥石的分?jǐn)?shù)維的模型，并用壓汞儀測(cè)定的數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)了所建立模型的正確性。借助該模型研究了水泥石內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的分?jǐn)?shù)維數(shù)。該模

7、型為表征水泥石孔結(jié)構(gòu)找到了一種新方法。
　　 對(duì)用不同粉磨方式所制得的三種礦渣微粉的研究表明：立蘑加工的微粉顆粒形狀多為片狀或粒狀，且粒度分布偏窄；球磨機(jī)和振動(dòng)磨制備的微粉顆粒的球形度較好.且粒度分布較寬。力學(xué)性能試驗(yàn)研究表明：相同細(xì)度和相同的檄發(fā)劑作用下，三種微粉水泥各齡期的強(qiáng)度都超過(guò)52.5級(jí)礦渣水泥，其中振動(dòng)磨礦渣微粉的抗折、抗壓強(qiáng)度最高：立磨礦渣微粉的抗折強(qiáng)度比球磨礦渣粉的略高，而抗壓強(qiáng)度比球磨礦渣粉的略低。微粉顆粒的形

8、貌對(duì)早期的性能有一定的影響。
　　 對(duì)同一種礦渣比表面積分別為550m2/kg、820m，/kg的礦渣微粉研究發(fā)現(xiàn)，在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下，比表面積為550mZ/kg的礦渣微粉形成膠凝材料的抗折、抗壓強(qiáng)度較高。而比表面積為820m2/kg的抗折、抗壓強(qiáng)度反而偏低。這說(shuō)明礦渣微粉并非磨的越細(xì)越好。
　　 為了解決堿礦渣微粉膠凝材料干縮的問(wèn)題，開發(fā)了一種性能良好的膨脹劑。
　　 對(duì)堿礦渣微粉水泥的干縮性能研究表明：膨脹劑