工业废渣制备复合胶凝材料特性的研究.docVIP

工业废渣制备复合胶凝材料特性的研究 　　摘要：通过对水泥、矿渣、粉煤灰分别粉磨再复配制成的复合胶凝材料与硅酸盐水泥在水化热、水化性能、抗硫酸盐性能对比研究，证实复合胶凝材料的水化热较低，抗硫酸盐性能好，耐久性好。 　　关键词：复合胶凝材料；水化热；抗硫酸盐性 　　中图分类号：TQ172.71 文献标识码：A 文章编号：1671-4431(2008)03-0053-04 　　 　　在自然界中，许多天然的土壤和地下水都含有硫酸盐，海水、工业废料、农用化肥、酸雨等也都含有硫酸盐。硫酸盐对混凝土的侵蚀几乎是全球所有国家都面临的严重问题，尤其是沿海国家，许多混凝土建筑物正在受到来自不同途径的硫酸盐的侵蚀，硫酸盐侵蚀已成为影响混凝土耐久性重要的因素。 　　硅酸盐水泥在水化过程中伴随有放热现象，其放热量或水化放热速率对于大体积混凝土工程有很大的影响。因混凝土的导热能力很低，水泥水化放出的热量聚集在混凝土内部长期散发不出来，形成内、外部温差与温度应力，当温度应力大于混凝土抗拉强度时就会导致混凝土产生裂缝，严重时将形成结构损伤，对结构承受荷载极其不利。 　　 　　采用在水泥中掺加矿渣粉和粉煤灰制成复合胶凝材料的方法，研究工业废渣的掺入对水泥水化性能、水化热及抗硫酸盐性能的影响。 　　 　　1、复合胶凝材料水化热及水化性能试验 　　 　　1.1　材料 　　1)原料采用云南某水泥公司普通水泥熟料，粉煤灰为云南某发电厂的干排Ⅱ级灰，矿渣为云南某钢铁公司的高炉粒化矿渣，质量系数为1.44。各种原材料化学成分见表1。 　　2)复合胶凝材料　将熟料+石膏、矿渣、粉煤灰分别磨到一定的细度，按比例混合制成复合胶凝材料，编号为P1、P2。 　　3)硅酸盐水泥　某新型干法水泥厂生产的P.Ⅱ52.5级水泥，编号PG。试验材料的质量配比和细度要求见表2。 　　 　　1.2　方法 　　1)水化热采用GB/T12959-91《水泥水化热测定方法(溶解热法)》，分别测定3试样3 d、7 d龄期的水化放热值；2)初期水化液相中的pH值　采用PHS-3C型酸度计，分别测定3试样0.5 h，1 h，2 h，4 h，8 h，12 h，16 h，20 h，24 h，28 h，32 h，36 h龄期的pH值；3)水化产物的形貌特征　采用电镜对3试样各龄期水化产物的形貌特征进行分析。 　　 　　 　　1.3　结果与讨论 　　复合胶凝材料P1、P2和硅酸盐水泥PG水化热值见表3；初期水化液相中的pH值变化情况见图1。由表3可见，复合胶凝材料各龄期的水化放热值远远低于硅酸盐水泥试样的相应值，这表明其初期水化速度比较慢。有利于初期水化结构的完善，水化速度更加均衡，胶凝材料的石结构更加致密，有利于结构耐久性的提高。 　　 　　硅酸盐水泥水化早期起决定作用的矿物是C3A和C3S。其中C3A水化极快，可由缓凝石膏控制；正常水化过程则决定于量大水化又较快的C3S。根据“溶解―沉淀”理论，C3S的水化反应必须在液相中Ca(OH)2达到过饱和析出结晶才进行并不断生成C-S-H凝胶。Ca(OH)2过饱和即液相中Ca2+和OH-浓度过饱和，可用溶液的pH值表征，未饱和时，pH逐渐升高，达到某一饱和值时pH应为最高值，此后Ca(OH)2晶体不断析出，C-S-H不断形成，C3S则不断消耗。随着水化深入，Ca2+和OH-浓度逐渐下降，而最终维持在某一水平。实验3个试样水化刚开始时，由于P2样品的比面积较大(426 m2/kg)，熟料较细(420 m2/kg)，故水化较快；1 h后，硅酸盐水泥的水化加快。复合胶凝材料中由于矿渣粉及粉煤灰的掺入，初期的pH值略低于硅酸盐水泥的相应值，12 h龄期两者已很接近，16 h的水化深度已超过了硅酸盐水泥(试验复合胶凝材料的水化速度12h能接近硅酸水泥的水化速度)。对复合胶凝材料，其熟料细度对水化速度的影响最大；另矿渣及粉煤灰的超细粉磨，能够破坏矿渣和粉煤灰的固有结构，解除颗粒间的连接，大幅度提高矿渣和粉煤灰的活性，加速复合胶凝材料的水化速度。 　　 　　复合胶凝材料P1、P2和硅酸盐水泥PG的各龄期水化产物SEM照片见图2―图4。SEM照片分析可见，复合胶凝材料试样水化1 d时，主要水化产物是C-S-H凝胶和CH晶体，但其尺度均较小，有少量的钙矾石生成，有部分未水化的熟料矿物。由于矿渣粉和粉煤灰粉的填充作用，复合胶凝材料水化产物问的空隙比硅酸盐胶凝材料的空隙低，矿渣开始逐步水化，但不明显。到3 d龄期，随着水化深入，矿渣和粉煤灰明显水化，生成的水化产物对早期水化结构进一步填充密实，颗粒表面可见纤维状和针棒状水化产物。到28 d，随着水化产物的大量生成，粉煤灰在水化过程中胶凝相较多，大空隙较少，微细孔增多，胶凝材料浆体结构变得