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摘要:
粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)能更為充分地激發(fā)粉煤灰的活性,有比較廣泛的應(yīng)用前景。通過用于免燒磚、礦渣水泥生產(chǎn)中和對(duì)粉煤灰活性激發(fā)、膠砂強(qiáng)度等方面比較系統(tǒng)的試驗(yàn)研究,揭示了粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)研究和應(yīng)用的意義與可行性,并提出了進(jìn)一步研究的方向。
關(guān)鍵詞:
粉煤灰，石灰，硫酸鹽，礦渣水泥，免燒磚，膠砂強(qiáng)度
1 前言
人們?cè)缫褟睦碚撋险J(rèn)識(shí)到粉煤灰摻加石灰和硫酸鹽可作為膠凝材料,并進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究,由于作為膠凝材料強(qiáng)度太低未引起人們足夠的重視。但隨粉煤灰引起的環(huán)境問題日益惡化和粉煤灰在建材中應(yīng)用后對(duì)節(jié)約能源、資源的積極作用,以及粉煤灰建材資源化觀點(diǎn)為更多人所接受,粉煤灰摻加石灰和硫酸鹽作為激發(fā)粉煤灰活性的一個(gè)系統(tǒng)的意義越來越大,對(duì)這一系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究不僅有比較重要的理論意義,也有非常廣泛的應(yīng)用前景。
2 粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)的作用
但試驗(yàn)結(jié)果顯示,即使所采用的粉煤灰品質(zhì)比較好,粉煤灰水化硬化速度仍很慢,強(qiáng)度也極低,無實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,只有在高溫高壓條件下添加CaO,才可以獲得比較高的強(qiáng)度。
粉煤灰屬于CaO-SiO2-Al2O3系統(tǒng),相比于波特蘭水泥熟料只是CaO含量比較低。因此,理論上補(bǔ)充CaO,粉煤灰就可以水化硬化而形成強(qiáng)度,這實(shí)際上就是火山灰質(zhì)材料的特性。
粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)是激發(fā)粉煤灰活性最為基本的系統(tǒng)。
這里所提的粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)是指常溫常壓條件下,粉煤灰在這一系統(tǒng)中活性能得到比較充分、快速的激發(fā),并且在粉煤灰建材中具有一定的適用性。常溫下粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對(duì)粉煤灰活性激發(fā)雖然不象高溫高壓下那樣顯著,但這一系統(tǒng)無論是從應(yīng)用角度還是理論層次都有比較重要的意義。甚至可以認(rèn)為
2.1 直接用來制備粉煤灰建材
粉煤灰84%(原狀灰),生石灰13%(熟石灰按CaO折算),Na2SO4 3%,
表1是采用這一系統(tǒng)壓制成型的粉煤灰磚的強(qiáng)度,粉煤灰的摻量可達(dá)80%以上,且對(duì)粉煤灰品質(zhì)要求不十分嚴(yán)格。試驗(yàn)時(shí)膠凝材料部分的配合比為砂為重慶特細(xì)砂,試件尺為4cm×4cm×16cm,成型壓力控制在20MPa;試件在空氣中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。
用22%左右的石灰和硫酸鈉相當(dāng)于采用30%的525#硅酸鹽水泥的效果
表2是這一系統(tǒng)膠砂強(qiáng)度與70%粉煤灰+30%525#硅酸鹽水泥的膠砂強(qiáng)度對(duì)比。結(jié)果顯示采用這一系統(tǒng)來激發(fā)粉煤灰的活性,。
2.2 粉煤灰作摻合料生產(chǎn)礦渣水泥
一些研究者通過研究還發(fā)現(xiàn),粉煤灰作為混凝土摻合料時(shí),應(yīng)加入CaO以更充分激發(fā)粉煤灰的活性
粉煤灰作為水泥或混凝土的活性摻合料時(shí),水泥熟料水化時(shí)將產(chǎn)生Ca(OH)2,水泥通常加有石膏,這時(shí)粉煤灰活性激發(fā)也與粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)有一定關(guān)系;,因此,粉煤灰作為水泥或混凝土的摻合料時(shí),其活性激發(fā)一定程度上與粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)有關(guān)。采用這一系統(tǒng)和礦渣一起制備粉煤灰礦渣水泥,可用于配制325#低標(biāo)號(hào)水泥。表3是強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。
采用標(biāo)準(zhǔn)砂,按GB177-85進(jìn)行測(cè)試,粉煤灰摻量為55%,石灰與礦渣摻量為44%,Na2SO4摻量為1%。只摻加CaO時(shí)粉煤灰與礦渣混合后強(qiáng)度也比較低,有關(guān)對(duì)比情況見表7測(cè)試結(jié)果。
2.3 是常溫下粉煤灰活性激發(fā)的最佳途徑
從其它研究者和我們的研究結(jié)果來看,相比而言常溫下粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對(duì)粉煤灰活性的激發(fā),技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合價(jià)值比較高。雖然我們采用其它的激發(fā)方式在粉煤灰摻量為70%～80%時(shí),不摻水泥熟料常溫下28d強(qiáng)度可以比較容易達(dá)到30MPa,且早期強(qiáng)度發(fā)展也比較迅速,但經(jīng)濟(jì)指標(biāo)目前還無法與粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)相比。
2.4 常溫下粉煤灰活性激發(fā)機(jī)理有待認(rèn)識(shí)
以往簡(jiǎn)單的認(rèn)為粉煤灰的活性在Ca(OH)2的作用下,活性氧化硅及氧化鋁水化生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣,而水化鋁酸鈣在有石膏存在的條件下還會(huì)生成鈣礬石?？梢钥隙?常溫下粉煤灰活性的發(fā)揮是很復(fù)雜的,通過研究粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)可以從另一個(gè)側(cè)面來認(rèn)識(shí)粉煤灰活性的激發(fā)。
3 強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
3.1 原料
粉煤灰主要選用重慶九龍坡電廠的干排灰,化學(xué)成分見表4,試驗(yàn)研究時(shí)還采用了烙橫電廠的粉煤灰。粉煤灰分原狀灰和磨細(xì)灰,磨細(xì)灰分別粉磨30min和3h。
礦渣采用重慶鋼鐵公司高爐礦渣,該礦渣堿性系統(tǒng)為1.08,采用球磨機(jī)粉磨40min。生石灰采用重慶歌樂山石灰,球磨機(jī)粉磨20min,硫酸鹽中的硫酸鈉為無水硫酸鈉,石膏為重慶的二水石膏和經(jīng)煅燒的半水石膏。
3.2 膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)
膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)砂時(shí)按GB177-85,由于試驗(yàn)研究數(shù)量比較大,考慮到試驗(yàn)費(fèi)用問題,在進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)采用重慶特細(xì)砂(細(xì)度模數(shù)為0.9),試驗(yàn)時(shí)參照GB117-85,灰砂比為1∶2,水灰比根據(jù)砂漿的流動(dòng)度與采用標(biāo)準(zhǔn)砂相近進(jìn)行調(diào)整,試件采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。采用特細(xì)砂與標(biāo)準(zhǔn)砂的膠砂強(qiáng)度有一定的可比性,特細(xì)砂的膠砂強(qiáng)度大約相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)砂膠砂強(qiáng)度的80%～85%。
3.3 強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果
強(qiáng)度試驗(yàn)主要考察這一系統(tǒng)與粉煤灰單摻CaO的對(duì)比情況。表5～表8是部分的膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。
粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)比粉煤灰單摻CaO對(duì)粉煤灰活性激發(fā)效果更為顯著,不論這一系統(tǒng)單獨(dú)作為膠凝材料,還是作為活性摻合材使用時(shí)效果都很明顯
試驗(yàn)結(jié)果顯示。
4 討 論
CaO或者Ca(OH)2是激發(fā)粉煤灰活性的必要條件,而硫酸鹽則是激發(fā)粉煤灰活性的充分條件,并且只在石灰存在的情況下才能發(fā)揮作用
從膠砂強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果和微觀測(cè)試結(jié)果都可以看出粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對(duì)粉煤灰活性的激發(fā)效果非常顯著,這與其它研究者的研究結(jié)果是比較一致的。從現(xiàn)有的試驗(yàn)和測(cè)試結(jié)果還可以認(rèn)為,要使粉煤灰活性激發(fā)生成類似于硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物,很顯然。雖然粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對(duì)粉煤灰活性激發(fā)的效果極為顯著,但還有很多問題有待更為深入的研究。我們?cè)谇捌谘芯康幕A(chǔ)上認(rèn)為以下幾個(gè)方面值得進(jìn)一步的研究。
4.1 Ca(OH)2的最佳量
因此,通常粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)石灰摻量在20%也有一定的依據(jù)
粉煤灰中的SiO2平均占55%,Al2O3占25%,按水化硅酸鈣的鈣硅比為1∶1,鈣礬石的鈣鋁比為4∶1,假定與SO42-同比例的Al2O3參與生成鈣礬石,而SO42-按5%計(jì)算,又假定不計(jì)粉煤灰中的CaO以及Fe2O3,理論上粉煤灰的活性氧化物全部生成水化產(chǎn)物所需的CaO大約最少為55%(質(zhì)量比),如假定有一半的活性氧化物反應(yīng)需要22.5%CaO,而通常CaO的摻量為20%,折算成外摻大約為25%。。當(dāng)然如假定水化硅酸鈣的鈣硅比大于1∶1,并且后期有水化鋁酸鈣生成,那么CaO的最佳摻量還應(yīng)提高。
實(shí)際應(yīng)用中還需要在早期就能比較充分的激發(fā)粉煤灰活性,并確定粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)中Ca(OH)2的量為多少時(shí)可在某齡期之前有效激發(fā)粉煤灰的活性,通常采用的是生石灰。當(dāng)石灰摻量過多時(shí),成型時(shí)會(huì)因體積膨脹而產(chǎn)生破壞,而生石灰摻量太少又難以保證粉煤灰后期能不斷水化。在水化后期如能通過其它方式補(bǔ)充系統(tǒng)中的Ca(OH)2,這一矛盾就比較易于解決了。
4.2 采用生石灰還是熟石灰
但以往的試驗(yàn)結(jié)果顯示采用熟石灰的強(qiáng)度明顯低于采用生石灰的
從理論上看,粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)中的石灰如采用生石灰將會(huì)比較快速水化而生成Ca(OH)2,然后Ca(OH)2再與粉煤灰中的活性氧化物反應(yīng),因此系統(tǒng)采用熟石灰來代替生石灰效果應(yīng)該差別不是很大,。因而系統(tǒng)中分別采用生石灰和熟石灰水化機(jī)理上有什么差別是值得研究的。或許將為粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)中采用熟石灰找到一種途徑。。
4.3 不同情況下粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)的調(diào)整
當(dāng)粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)作為水泥或混凝土的活性摻合材時(shí),由于水泥總會(huì)不斷產(chǎn)生Ca(OH)2,后期能補(bǔ)充Ca(OH)2,可能硫酸鹽的激發(fā)更為持久,粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對(duì)粉煤灰活性激發(fā)作用又有另一種特征。此時(shí),系統(tǒng)如何具體調(diào)整,待進(jìn)一步研究。
4.4 耐久性
粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)作為摻合料用于水泥和混凝土中,在通常的摻量范圍內(nèi)耐久性是能滿足要求的,甚至還能有所提高。而粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)直接用于制備粉煤灰建材,如生產(chǎn)砌筑水泥、粉煤灰磚和砌塊,有關(guān)這方面的耐久性研究還比較少。
4.5 對(duì)外加劑的適應(yīng)性
無論粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)單獨(dú)使用還是作為摻合材使用時(shí),都將涉及外加劑的適應(yīng)性問題,因?yàn)樵跐沧⒒炷梁蜕a(chǎn)建材制品時(shí)外加劑的使用已相當(dāng)普遍。
我們選擇了幾種具有代表性的減水劑和不同電廠的粉煤灰,就粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對(duì)減水劑的適應(yīng)性進(jìn)行了初步研究。研究結(jié)果表明這一系統(tǒng)單獨(dú)使用或作為活性混合材使用時(shí),摻加減水劑后強(qiáng)度有不同程度的降低。而以往其他研究者的試驗(yàn)結(jié)果均表明減水劑有利于強(qiáng)度的提高。值得指出,就我們的研究結(jié)果來看,粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對(duì)減水劑的適應(yīng)性較差,但這不等于這一系統(tǒng)研究和應(yīng)用的意義降低了。因?yàn)檫@一系統(tǒng)現(xiàn)已自覺和不自覺地被使用了。因此,現(xiàn)在的問題是如果有關(guān)這一系統(tǒng)對(duì)減水劑適應(yīng)性較差的現(xiàn)象是普遍存在的話,那么接下來的工作就是如何提高這一系統(tǒng)對(duì)減水劑的適應(yīng)性。
來源：粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)
作者：錢覺時(shí),肖保懷,袁江,王智
粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)的作用 最新評(píng)論:
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