外加劑對(duì)少熟料粉煤灰礦渣復(fù)合水泥性能的影響

　　摘  要：低鈣粉煤灰是一種以硅、鋁為主要成分含較多玻璃體和部分晶體的丁業(yè)副產(chǎn)品，在通常情況下其水硬活性很低，摻量過(guò)高時(shí)會(huì)影響強(qiáng)度和其它性能。因此通過(guò)兩種或兩種以上混合材混摻叫以改善水泥的性能。針對(duì)礦渣和粉煤灰各自的組成特點(diǎn)，引入了不同的外加劑，采取單摻或復(fù)合，對(duì)粉煤灰礦渣復(fù)合水泥強(qiáng)度的改善和抗硫酸鹽侵蝕是非常明顯的。

　　關(guān)鍵詞：粉煤灰礦渣  復(fù)合水泥  外加劑

　　1引言

　　粉煤灰實(shí)際上是一種人造火山灰副產(chǎn)品，它本身并無(wú)膠凝性，但能與堿和堿土產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)而生成膠凝產(chǎn)物。由于我國(guó)使用的粉煤灰大多是低鈣粉煤灰，其活性較低，因此對(duì)其其活性的研究偏重于它的形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)，而化學(xué)活化研究較少。隨著粉煤灰硅酸鹽水泥及粉煤灰在混凝土中的不斷應(yīng)用，對(duì)粉煤灰活化研究有許多報(bào)道，其中包括水化程度、界面特征等。以上研究的一個(gè)共同特點(diǎn)是粉煤灰在Ca(OH)₂激發(fā)作用下的水化，在常溫下這種水化過(guò)程是比較慢的，F(xiàn)raay的研究結(jié)果表明，粉煤灰在pH小于13．2的堿溶液中的活化能力很低，這與粉煤灰-Ca(OH)₂系統(tǒng)中粉煤灰反應(yīng)能力低是一致的。因此粉煤灰的堿激發(fā)引起了重視，也有過(guò)這方面的報(bào)道。粉煤灰的堿激發(fā)是今后粉煤灰活化研究的一個(gè)方向。目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定粉煤灰水泥中，粉煤灰摻量不超過(guò)40%，而復(fù)合水泥中混合材總摻量不超過(guò)50%，因而把礦渣粉煤灰總摻量超過(guò)50%的復(fù)合水泥稱(chēng)為少熟料復(fù)合水泥。本文主要研究在不同摻量中外加劑的增強(qiáng)作用。

　　2實(shí)驗(yàn)原料和實(shí)驗(yàn)方法

　　2．1實(shí)驗(yàn)原料

　　熟料：采用南京雙龍集團(tuán)立窯熟料。

　　礦渣：采用南京9424鐵廠?；郀t礦渣。

　　粉煤灰：采用南京熱電廠干排灰。

　　石膏：采用南京雙龍集團(tuán)二水石膏和南京石膏礦的硬石膏。這些原料的化學(xué)組成見(jiàn)表1。

　　表1原料化學(xué)成分

　　2．2實(shí)驗(yàn)方法

　　膠砂強(qiáng)度利抗侵蝕試驗(yàn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

　　3實(shí)驗(yàn)和結(jié)果討論

　　3．1實(shí)驗(yàn)配比

　　為了系統(tǒng)研究少熟料粉煤灰礦渣復(fù)合水泥，按混合材總摻量為50%、60%、70%和80%，并以磚酸鹽水泥利少熟料粉煤灰水泥作對(duì)比，實(shí)驗(yàn)配比見(jiàn)表2。將表2配比稱(chēng)樣混合粉磨相同時(shí)間。

　　表2復(fù)合水泥實(shí)驗(yàn)配比(%)

　　3．2強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　從表2實(shí)驗(yàn)配比可知，可把強(qiáng)度劃為混合材摻量為50%、60%、70%和80%，因80%只有一個(gè)(F19)，因此將其歸入70%中，下面分別討論不同摻量的情況。

　　圖1石膏種類(lèi)對(duì)復(fù)合水泥強(qiáng)度的影響(50%)

　　圖1到圖3是混合材摻量為50%的復(fù)合水泥的強(qiáng)度曲線，其中F。是硅酸鹽水泥的強(qiáng)度，F(xiàn)1是摻粉煤灰的水泥強(qiáng)度。圖1是研究不同種類(lèi)的石膏對(duì)復(fù)合水泥強(qiáng)度的影響。結(jié)果顯示，僅摻粉煤灰的水泥強(qiáng)度很低，28d抗壓強(qiáng)度只有30MPa，若將部分礦渣替代粉煤灰，盡管影響細(xì)度，但強(qiáng)度明顯增加，如F2和F3的28d抗壓強(qiáng)度超過(guò)40MPa，抗折強(qiáng)度也提高了20%多。若用硬石膏或經(jīng)過(guò)處理的石膏米替代二水石膏(F4-F6)，強(qiáng)度的增長(zhǎng)也是明顯的，它們的28d抗壓強(qiáng)度已達(dá)到或超過(guò)50MPa，其中F420d抗折強(qiáng)度已和硅酸鹽水泥相等。圖2和圖3是研究?jī)山M分或二組分外加劑加入(其中一組分是硬石膏或處理石膏)后，其強(qiáng)度的變化規(guī)律。圖2是燒石膏與其它外加劑復(fù)合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，F(xiàn)7是燒石膏與N復(fù)合，F(xiàn)8是三組分復(fù)合，結(jié)果顯示，三組分復(fù)合效果好于兩組分，而兩組分好于單組分。強(qiáng)度結(jié)果顯示，后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)非常明顯，如F828抗壓強(qiáng)度達(dá)到51．7MPa,90d抗壓強(qiáng)度達(dá)到64．8MPa,i曾加了13MPa。圖3是硬石膏與N復(fù)合，對(duì)早期和后期強(qiáng)度的增K也相當(dāng)明顯。特別是F1028d抗折和抗壓強(qiáng)度都超過(guò)了硅酸鹽水泥。

　圖3復(fù)合外加劑對(duì)復(fù)合水泥強(qiáng)度的影響(50%)

　　　圖6外加劑對(duì)復(fù)合水泥強(qiáng)度的影響(70%)

　　圖4是混合材摻量為60%的復(fù)合水泥的強(qiáng)度曲線，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，僅摻粉煤灰的水泥F11，28d抗壓強(qiáng)度只有27MPa?？紤]到混合材摻量較高，靠單一外加劑不能同時(shí)滿(mǎn)足早后期性能的要求，因此在50%實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，在保留三紐分外加劑的基礎(chǔ)上，又引入水玻璃系統(tǒng)(WG)，其目的是加強(qiáng)堿激發(fā)和促進(jìn)早強(qiáng)。由于水玻璃系液體，因此把一定數(shù)量的水玻璃和A1原料混合后烘干，制成粉狀原料。和F12相比，用硬石膏、A和N三組分復(fù)合(F20)，其3d、7d和20d抗壓強(qiáng)度分別提高了142%、71%和19%，且達(dá)到了525#水泥標(biāo)準(zhǔn)，這說(shuō)明復(fù)合外加劑比單一外加劑好，結(jié)果與前面是一致的。F17是加入了水玻璃，它的早后期強(qiáng)度都比F17好，其強(qiáng)度已達(dá)到625#標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖5、圖6是混合材摻量為70%和80%的復(fù)合水泥的強(qiáng)度曲線，從圖5實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，僅摻粉煤灰的水泥F14，28d抗壓強(qiáng)度只有23．3MPa。不加外加劑的復(fù)合水泥20d抗壓強(qiáng)度僅超過(guò)40MPa，但是加入了水玻璃和其它外加劑后，當(dāng)混合材摻量為70%[t寸，其28d抗壓強(qiáng)度已達(dá)到60MPa。即使摻量為80%，其28d抗壓強(qiáng)度也達(dá)到48．8MPa，它已滿(mǎn)足生產(chǎn)425#水泥的要求。圖6是用硬石膏、A和N三組分復(fù)合(F20)，F(xiàn)20，F(xiàn)21早期強(qiáng)度的增·K非常明顯，28d的抗壓強(qiáng)度都超過(guò)50MPa。

　　3．3抗侵蝕實(shí)驗(yàn)

　　水泥作為混凝土使用的膠結(jié)料，強(qiáng)度是作為衡量質(zhì)量的一個(gè)主要因素，但耐久性和抗侵蝕能力也是一個(gè)重要指標(biāo)。因?yàn)榛炷两ㄖ镉泻艽笠徊糠衷谑褂闷陂g受到化學(xué)介質(zhì)侵蝕而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。這些化學(xué)介質(zhì)中常見(jiàn)的是硫酸鹽。為了研究復(fù)合水泥，特別是外加劑加入后對(duì)抗硫酸鹽侵蝕的能力。分別用3%硫酸鈉和3%硫酸鎂作為侵蝕液。實(shí)驗(yàn)共選用7個(gè)試樣，其中硅酸鹽水泥作為對(duì)比樣。剛標(biāo)準(zhǔn)方法制成40*40*160mm的砂漿試體，水灰比為0．44。成型后放入20℃±3℃養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)ld，脫模后的試體放入20℃+3℃水中養(yǎng)護(hù)14大后，再放入侵蝕液中養(yǎng)護(hù)20d，取出試樣后測(cè)定其強(qiáng)度，開(kāi)與在淡水中養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度進(jìn)行比較，它們的比值即為抗蝕系數(shù)?？刮g系數(shù)越人，則說(shuō)明抗侵蝕性能越好。

　　表3抗硫酸鹽侵蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　從表3抗侵蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在硫酸鈉溶液中侵蝕，復(fù)合水泥的抗折侵蝕系數(shù)均小于硅酸鹽水泥，但它們都大于1，說(shuō)明抗折強(qiáng)度在增加。另一個(gè)原因是，外加劑的加入后對(duì)抗折強(qiáng)度的增加非常明顯，因此抗折侵蝕強(qiáng)度系數(shù)增長(zhǎng)的相對(duì)比例會(huì)減少。從抗壓侵蝕系數(shù)來(lái)看，硅酸鹽水泥的抗壓侵蝕系數(shù)小于1，而復(fù)合水泥的抗壓侵蝕系數(shù)均大于1，這說(shuō)明復(fù)合水泥抗硫酸鈉侵蝕的能力好于硅酸鹽水泥。從硫酸鎂侵蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)分析，說(shuō)明硅酸鹽水泥抗硫酸鎂侵蝕的能力比抗硫酸鈉差，它的抗折系數(shù)和抗壓系數(shù)均下降。復(fù)合水泥有3組的抗折侵蝕系數(shù)已超過(guò)硅酸鹽水泥，抗壓侵蝕系數(shù)均超過(guò)硅酸鹽水泥，且都大于1。

　　4結(jié)論

　　(1)粉煤灰礦渣復(fù)合水泥中，粉煤灰和礦渣的比例合適時(shí)，可以使強(qiáng)度提高10MPa上，這是因?yàn)樗鼈冎g存在著優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用。

　　(2)對(duì)于適宜配比的少熟料粉煤灰礦渣復(fù)合水泥，采用外加劑，當(dāng)混合材摻量為50%和60%時(shí)，其強(qiáng)度可達(dá)到625#和525#復(fù)合水泥，當(dāng)混合材摻量為70%時(shí)，其強(qiáng)度可達(dá)到525#和425#復(fù)合水泥標(biāo)準(zhǔn)，即使混合材摻量為70%時(shí)，其強(qiáng)度可達(dá)到425#復(fù)合水泥復(fù)合水泥標(biāo)準(zhǔn)。其中有的試樣的28天的強(qiáng)度可以超過(guò)硅酸鹽水泥。

　　(3)與硅酸鹽水泥相比，復(fù)合水泥具有較好的抗硫酸鹽侵蝕能力，在硫酸鈉和硫酸鎂侵蝕液中侵蝕后，復(fù)合水泥的抗折和抗壓侵蝕系數(shù)都大于1。