土聚水泥 篇1
关键词：土聚水泥,偏高岭石,矿渣
0 引言
高炉矿渣是高炉冶炼生铁时的副产品, 是一种具有潜在水硬性的矿物混合材料。其活性主要与玻璃体的含量有关, 一般而言, 矿渣的玻璃体含量越高, 矿渣活性也越高。如矿渣结构中玻璃体[SiO4]4-的聚合度较低, 易被碱激发, 水化速度快, 所以矿渣多用做水泥混凝土材料的掺加成分, 以提高混凝土的早期强度。
而土聚水泥[1,2,3,4,5,6,7]是一种新型的碱激发水泥, 它可以采用天然活性矿物或由各种高火山灰活性材料或潜在水硬性材料, 如偏高岭石等在碱激发剂的作用下, 在低于150 ℃下甚至常温条件下发生聚合反应生成的具有晶态和非晶特征的三维网络结构凝胶体, 具有优异的工程性能和环保特性[8,9]。本文用少量的高炉矿渣作为掺加成份替代偏高岭石用于制备土聚水泥, 初步研究了矿渣掺加量的变化对偏高岭石基土聚水泥的凝结时间和强度的影响。
1 试验部分
1.1 试验原料
偏高岭石:自制。
矿渣:某铁质合金厂废料, 其成份如表1。
氢氧化钠:市售96%分析纯。
水玻璃:市售, 模数为3。
水:自来水。
1.2 试验过程
保持固体原料总质量不变, 分别将矿渣按3%, 5%, 7%, 9%比例作为掺加成分替代偏高岭石用来制备土聚水泥四组。将矿渣加入偏高岭石中混合均匀, 并与适量激发剂一起加入搅拌机中, 再加入适量水搅拌制成标准稠度的浆体, 立即倒入4 cm×4 cm×16 cm三联水泥砂浆试模中, 振动成型, 并记录各试样的初凝时间和终凝时间, 凝固后试验室常温养护24 h后脱模, 室温养护, 待测强度。
2 结果与分析
2.1 矿渣对土聚水泥凝结时间的影响
各组土聚水泥试样的初凝时间和终凝时间如表2所示。
注:/表示该组试样未终凝
从上表可以看出, 随着矿渣掺量的增大, 反应物浆体的初凝和终凝时间均逐渐缩短, 但当矿渣掺量为9%时, 发生“假凝”, 试验过程中几乎来不及搅拌试样就已经发生凝固。这可能是由于矿渣中的连续相—富钙相迅速与碱液发生反应, Si-O-Si键、Si-O-Al键、Al-O-Al键等发生断裂, 玻璃体结构解体并导致SiOundefined, AlOundefined, Ca2+等离子溶出和矿渣本身存在的或由解聚作用产生的低聚硅酸根阴离子通过化学反应生成大量的水化硅酸钙凝胶等物质。由于反应时间过短, 偏高岭石不能和碱激发剂充分接触, 导致偏高岭石原料溶解过少或根本来不及溶解, 反应生成物的结构很不均匀, 甚至可能不是土聚水泥。
2.2 矿渣对土聚水泥强度的影响
测定四组试样各龄期强度如表3、图1所示。
由表3、图1可以看出, 各土聚水泥试样的强度随着龄期的增加而增加。早期强度增加较多, 后期基本无增加。而随着矿渣掺量的增大, 各龄期的强度表现为:掺加量为5%时得到的土聚水泥各龄期的抗压强度最大, 而7%的各龄期强度还不及3%的强度。9%的试样由于“假凝”而无强度。由此可见, 若矿渣掺量过大, 在碱激发剂的作用下, 可能会首先发生反应生成碱矿渣水泥, 与此同时, 由于碱激发剂在此反应的大量消耗, 能参与溶解偏高岭石反应的碱激发剂越来越少, 反应物浆体的碱性不断降低, 而土聚反应需要在较高的碱性条件下才能进行。所以反应产物中残留有大量未来得及反应的偏高岭石, 导致反应产物内部结构极不均一。所以理想的反应物浆体凝结时间不能太短, 只有足够长的时间, 偏高岭石才能在碱激发剂中溶解得较为充分, 后续反应才能顺利进行并生成结构均一、力学性能较好的土聚水泥。综合上试验结果, 本文建议采用5%的掺加比例。
3 结论
(1) 随着矿渣掺量的增大, 反应物浆体的初凝和终凝时间逐渐缩短, 但当掺量为9%时, 发生“假凝”。
(2) 掺加量为5%时制备的土聚水泥强度最大, 28 d强度高达37.8 MPa。
(3) 矿渣掺量过大会影响土聚反应和土聚水泥的生成, 并影响到土聚水泥结构的均匀性, 从而影响土聚水泥强度和其他性能。
参考文献
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