刘贤萍硅酸盐熟料煤矸石混合水泥界面结构研究.pdf

硅酸盐熟料-煤矸石混合水泥界面结构研究 1 2 刘贤萍 ，王培铭 (1. 同济大学材料科学与工程学院 上海 200092；2. 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验 室 上海 200092) 摘要：用环境扫描电镜和能谱仪研究了硅酸盐水泥和硅酸盐水泥熟料-煤矸石混合水泥的界面结构。结果表明，混合 水泥中多孔的活化煤矸石和水泥水化产物发生二次反应消耗界面区大量氢氧化钙，生成水化硅酸钙凝（CSH ）和钙 矾石晶体（AFt ），反应产物层从煤矸石表面向内部逐渐推进，逐渐将煤矸石的开口孔填满，未反应的煤矸石残核仍 为多孔状。煤矸石中不同活性的SiO 反应生成的CSH凝胶形态不同，惰性SiO 作为微集料填充在硬化浆体中。煤矸石- 2 2 反应产物的界面区结构非常致密，减弱了硅酸盐水泥中硬化浆体界面区间隙和氢氧化钙富集造成的不利影响。水化 28d前混合水泥中煤矸石本身的强度和煤矸石-水化产物界面的强度均大于水化产物的强度。水化近 1 年的混合水泥中 以长石类为主的多孔煤矸石残核的强度低于水化产物和煤矸石-水化产物界面强度，以石英为主的密实煤矸石的强度 则高于水化产物和煤矸石-水化产物界面强度。 关键词：煤矸石；混合水泥；水化；界面结构 前言 目前使用得较多的用作水泥混合材的工业废料主要有粉煤灰、矿渣、煤矸石等，关于粉煤灰和 矿渣的反应机理及界面结构的研究已经有不少报道[1-8] 。但对煤矸石反应机理的研究刚刚起步，且主 要停留在二次反应对氢氧化钙的消耗量上以及微观结构的整体密实情况[9-11] 。随着水化龄期的增长， 掺有煤矸石的混合水泥硬化浆体中氢氧化钙含量呈递减趋势，微观结构的连接性趋向于网络状，宏 观结构更加致密[9] ，但研究没有区分不同活性组分在二次反应中各自的作用，对其水化产物的形态 研究和界面结构研究仍不完善。 笔者曾对掺有煤矸石的混合水泥在不同温度下的水化产物形态进行过研究[12]，混合水泥水化过 程中同时发生溶解-沉淀过程和局部化学反应，形成水化硅酸钙凝胶、钙矾石等水化产物；除了溶解 -沉淀反应外，活性煤矸石颗粒表面有局部化学反应发生。本文在前述研究的基础上进一步研究活化 煤矸石作为混合材在水泥中的水化过程和界面结构，尤其是煤矸石中不同组分在水化较长龄期后的 界面结构。 1 1 实验 实验所用水泥为用同一硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥和混合水泥（70%硅酸盐水泥和 30% 活化煤矸石混磨 5 分钟）。水泥熟料的主要矿物组成列于表 1，硅酸盐水泥、煤矸石和混合水泥的化 -3 -3 学组成列于表 2。硅酸盐水泥和混合水泥的密度分别为 3.16 g·cm 和 2.98 g·cm ，比表面积分别 2 2 为 345m /g和443 m /g，其粒度分布列于图 1。拌和水为自来水。 表 1 硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成 C S C S C A C AF f-CaO 3 2 3 4 Portland cement clinker 70.53 9.58 7.82 10.06 0.27 表 2 硅酸盐水泥、混合水泥和煤矸石的化学组成 CaO