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本溪冶金高等专科学校学报
第 3卷
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可得到快硬混凝土和超快混凝土, 通常情况下 , 3 天 抗压强度可达到 20MPa 以上, 28 天可达到 50MPa 以 上。 2. 3 抗渗性高: 水泥石的抗渗性主要决定于毛细孔 的数量, 毛细孔的数量低 , 水泥石的抗渗性就好, 碱矿 渣水泥的毛细孔的率仅为 16. 9~ 20% , 在承受 40 个 水压力而无渗透现象。 2. 4 耐久性及抗冻性好 : 碱矿渣水泥的抗渗性能高, 水分及其它有害介质无法进入水泥石的内部 , 引起侵 蚀, 冰冻等破坏作用 , 尤其对于钢筋混凝土较高的抗 渗性, 可以确保钢筋不被 锈蚀及保护层的升 裂和剥 落, 蒲心诚还研究发现碱矿渣水泥可承受 300~ 1000 次冻融循环。 2. 5 抗腐蚀: 碱矿渣水泥比普通水泥有更为良好的 抗腐蚀性, 在海水中放置一年, 碱矿渣水泥强度仍然 很高, 在 MgSO4 2% 的 溶液 中浸 泡和 在 PH = 2 的 稀 HCl 溶液中, 碱矿渣水泥强度保持不变。 2. 6 低水灰比: 这是因为碱矿渣水泥中的碱组分具 有良好的减水作用。碱矿渣水泥净浆的标准稠度用 水量 为 17% ~ 21% , 比普 通 水泥 标 准稠 度 用水 量 27% ~ 29% 低得多, 碱矿渣水泥 1: 3 沙浆标准 稠度 ( 扩散度 17cm) 的水灰比为 0. 23~ 0. 29 而硅酸盐水泥 砂浆的水灰比为 0. 40。 2. 7 水化热低: 碱矿渣的水化热仅是硅酸盐水泥的 1 2~ 1 3, 甚至更低。
收稿时间 : 2001- 09- 24 作者简介 : 吕晓姝 ( 1968- ) , 女 , 吉林省辽原人 , 本溪冶专讲师 .
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碱矿渣水泥的性能
2. 1 矿渣的活化: 通过对矿渣微观结构的研究 , 了解 到矿渣具有两种相组分的分相结构。玻璃体的富钙 相在中性环境中 , 水分子的作用不足以克服富钙相的 分解活性, 故矿渣在中性环境中保持结构的稳定性、 既矿渣不显 示活性, 而在碱性环 境中, OH 的强 烈作 用能够克服富钙相的分解活化能, 使富钙相迅速水化 和解体, 进而导致矿渣玻璃体的解体 , 随后暴露于碱 性介子中的富硅相也逐步水化分解 , 富钙相和富硅相 的水化产物不断形成和扩大, 使水化产物的结构不断 增强, 表现为水泥石的强度不断增长。 2. 2 强度高, 硬化快 : 不掺缓凝剂时, 矿渣经碱激发 ,
碱矿渣水泥水化过程可概括为 : ( 1) 矿渣的溶解、 矿渣 的水解及其中间水化产物的形成, 它们互相限制、 互 为条件、 相互促进 , 这一阶段为放热反应。( 2) 中间水 化产物的形成是放热反应 , 矿渣的溶解及中间水化物 的形成速度很快。( 3) 诱导期在这一阶段各种水化物 在矿渣表面形成保护膜 , 延缓了水化进程, 水化速度 显著下降, 同时发生水化产物的聚合。 ( 4) 加速期渗 透压的不断升高导致包裹层的破坏, 水化反应加速 , 这期间中间水化产物的聚合速度超过了矿渣的溶解 速度和中间水化产物的形成速度。 ( 5) 缩聚期中间水
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的作用下, 其结构中 SiO4 图。
聚合态的变化。结果如
图1
各种聚合物随水化时间的变化
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她们认为, 矿渣经 OH 作用时, 是 SiO4 子解聚 - 聚合的过程 , 总的是 SiO4
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阴离
单体量减少 ,
高聚体的量增多 , 双聚体及其它低聚物则从单体聚合 多聚体解聚生成以及自身又解聚的两重反应。因此 , 含量变化较缓。禹尚仁和王悟敏对无熟料硅酸钠矿 渣水泥水化机理研究指出 : 硅酸钠矿渣水泥和氢氧化 钠矿渣水泥的水化既有硅酸根离子的缩聚作用 , 又有 在碱性激发下多硅酸根阴离子的解聚作用, 但整个水 化过程以缩聚反应为主。由于硅酸钠水溶液中有大 2量的 SiO3 ( OH ) 2 离子存在, 大大的加快了硅酸根 阴离子缩聚的反应速度, 使高炉矿渣潜在的胶凝性能 得到充分的发挥。 3. 3 碱矿渣的水化机理 碱矿渣水泥与波特兰水泥水化过程明显的不同。
The Theoretical Basis of Alkali- activated slag Cement
LU Xiao- shu, HE Feng- wei ( Dept . o f Biological and Chemical Engineering , Benxi College o f Metallurgy , Benxi , Liaoning , 117022 China ) Abstract The paper introduces briefly the establishment of systematic theory on alkali- activated slag cement, the new perspective on slag structure, the mechanism of slag activat ed by alkali, and its excellent mechanical characteristics and durability, and also states a few unsolved problems in its diffusion and application. Key words Alkali- activated slag cement ; Slag structure; Hydrat ion
( 本溪冶金高等专科学校 生物与化学工程系 , 辽 宁 本溪 117022) 摘 要 : 简述了碱矿渣水泥体系的创立 、 矿渣结构的新观点 、 碱激发 矿渣的机理 、 碱矿 渣水泥 优良的力 学性能 和耐
久性 , 同时指出了其推广应用过程中尚待 解决的几个问题 。 关键词 : 碱矿渣水泥 ; 矿渣结构 ; 水化 中图分类号 :TQ 172. 1 文献标识码 : A
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推广应用存在的问题
碱矿渣水泥具有优异的性能, 开发前景很好。然 而却存在一些问题尚待解决。 4. 1 成本问题 。现多研究采用粒化高炉矿渣和碱金 属氢氧化物和硅酸盐来制备矿渣水泥。碱金属氢氧 化物、 硅酸盐价格相对较贵。必须找到来源广泛又廉 价的碱组份。研制和开发无机、 有机复合激发剂制备 的新型低成本的碱矿渣水泥, 使其在价格上比普通水 泥占优势。 4. 2 碱集料反 应问题。碱矿 渣水泥的碱含 量较高 ( 大大超过普通硅酸盐水泥中碱含量( NaO 计 ) 不大于
第 3卷 第 4 期 2001 年 12 月
本溪冶金高等专科学校学报 JOURNAL OF BENXI COLLEGE OF METALLURGY
Vol. 3 No. 4 Dec. 2001
文章编号 : 1008- 3723( 2001) 04- 0003- 03
碱矿渣水泥的理论基础
吕晓姝 , 贺凤伟
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碱矿渣水泥的水化
3. 1 矿渣的结构 : 粒化矿渣俗称水渣既熔融高炉矿 渣是铁矿石中的次要组分和夹杂物 , 焦炭燃烧后的残 渣, 以及熔炼时必须加入的石灰石或白云石形成的, 它的主要成份是 CaO、 SiO2 、 Al2O3 和 MgO 。这些矿渣 熔体具有较高的能量约 1700KJ Kg, 如果这些能量由 于缓慢冷却而被完全消耗掉, 矿渣熔体将成为一种稳 定结晶的 CaO- MgO- Al2O3 - 硅酸盐岩石生成物, 一 般组成的完全结晶的高炉矿渣或没有或者仅有很弱 的潜在水硬性。然而, 如果使矿渣经水淬快冷处理, 那么就形成还有较高能量的不规则的矿渣玻璃相 ( 结 晶热约为 200J g) , 这些粒化高炉矿渣有潜在的水硬 性, 当用石灰和硫酸盐激发时 , 会放出热量, 形成能量 较低的固态水化物。这些水化物大体上与波特兰水 泥水化时所形成的相同。近年来, 关于矿渣的微观结 构方面取得新的认识。陈筱岚和杨南如用三甲基烷
第4期
吕晓姝等 . 碱矿渣水泥的理论基础
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化产物的聚合过程进展迅速。高聚物的形成和液相 数量的减少增加了对 离子的渗透阻力。液相 PH 值 降低使碱组份激发能力明显下降, 结果使反应速度变 慢。 ( 6) 结晶期水化物的晶体开始形成。其特点是: 结果速率非常缓慢。
0. 6% 的规定 ) 。人们常常担心碱集料反应问题。但 根据碱集料反应必须具备的三个条件 : ( 1) 水泥中碱 的含量。( 2) 集料中活性成份的存在。( 3) 在潮湿状 + 态下水份的存在。如果碱矿渣水泥中的 Na 进入难 溶的沸石类矿物的晶格, 那么, 水泥中游离的 Na 含 量会大降低, 则在干燥条件下, 碱集料反应将不会发 生。相反 , 则有可能发生碱集料反应 , 所以碱矿渣水 泥及其混凝土的碱骨料反应问题尚需进一步深入的 研究。 4. 3 使用方法。当用碱金属氢氧化物 , 特别是和硅 酸钠制作高标号水泥时 , 凝结时间短 , 碱组份越多则 凝结时间越短。初凝时间与终凝时间间隔短 , 仅为 2 ~ 7 分钟 , 极难控制与调整。因此, 高强碱矿 渣水泥 及混凝土缓凝问题是一个重要的研究课题。 4. 4 制定技术规范问题 。制定技术规范与新材料的 推广应用是休戚相关的。因为技术规范是设计者、 施 工者, 用户使用新材料的依据和保障。
化气相色谱技术测定 8 种矿渣 SiO4
四面 体聚合
状态的分布。从而定量地描述了硅氧四面体聚合状 态 , 发现有 11 种低聚硅酸盐阴离子存在。孙家瑛提 出水淬矿渣玻璃体是分相结构 , 用电子探针作矿渣成 份分析的结果表明 , 玻璃由微多相区组成。因此 , 在 各组成不同的多相区之间的存着一定的界面。 3. 2 碱激化矿渣的机理 钟白茜和杨南如较详细地研究了矿渣在水玻璃
将胶凝材料的范围限制在门捷涅耶夫周期表第二主
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碱矿渣水泥的研制
族 ( Mg 、 Ca 、 Sr、 Ba) 元素的化合物上而完全排除了用第 一主族元素的化合物制造胶凝物质的可能性。但是 根据地质资料 , 碱金属的铝硅酸盐水化物, 如各种沸 石类矿物 , 它们在水中的溶解度极小 , 具有极高的稳 定性, 是造岩矿物。因此, 维 . 德 . 卢霍夫斯基将碱金 属化合物与含铝硅酸盐的材料作用 , 故而发现了不仅 门捷涅耶 夫元素周 期表中的 第二族碱 土金属 ( Mg 、 Ca 、 Sr、 Ba) 与第三族 ( 铝酸盐 ) 、 第四族( 硅酸盐) 、 第五 族 ( 磷酸盐 ) 、 第六族( 硫酸盐) 元素的化合物具有水硬 能力, 而且碱金属第一族元素 ( Li、 Na、 K、 Cs 和 Rb) 与 第三和第四族( 铝硅酸盐) 、 第二和第四族 ( 碱土硅酸 盐 ) 所形成的化合物也具有水硬能力 , 它扩展了水硬 性矿物胶结料的范围。