碱矿渣胶凝材料复合激发剂的研究_王培铭

试样 ! 的孔分布情况
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材料与实验
材料 （ 磨细水淬高炉矿渣（ 以下简称矿渣） ： 取自上海宝钢 #）
集团宝田新型建材公司。其化学成份： 1-2 为 3!0#4 ， 562% 为
’’0%4 ， 78%2’ 为 #’0*4 ， +92 为 (0&’4 ， :;%2’ 为 !0%!4 ， 52’ 为 #0’(4； <=> 谱如图 # 所示。
终凝时间 , （ @9.6A ） ’’9$% 激发时限 , <
材料的主要水化产物见图 ! 、 图 #。
从表 ! 可见， 随着碳酸钾掺量的增加， 水泥浆体的凝结
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王培铭!等： 碱矿渣胶凝材料复合激发剂的研究
受 :;6作用后， 有部分 89>可与 =9!>起交换作用， 结果使玻璃 体解体或溶解。溶出的 =9!>以 =9 （ :;） :;） ! 的形式与 )< （ 3形 成难溶的 =6)6; 凝胶 507。可见复合激发剂中起激发主导作用 的应是水玻璃与外加的氢氧化钠。与硅酸盐水泥一样， 在碱 矿渣胶凝材料的水化历程中， 从诱导期末转为加速期， 可用 延缓晶核化理论解释 527。碳酸钾的加入使第一诱导期延长， 却 使第二诱导期缩短， “ 水玻璃—碳酸钾—氢氧化钠” 系统水化
蒸养对胶砂强度的影响进行了试验。 &时， 测试结果表明， 采用“ 蒸养制度养护的试件 ! 抗 #=*=#” 折强度达 7")% >?0 、 抗压强度达 37") >?0 。表明采用复合激 发用氢氧化钠调节的试件 ! 不论在标准水养护条件下、 还是 在蒸养条件下均能获得优良的力学性能。
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复合激发剂激发作用的讨论 “ 矿渣—水玻璃—碳酸钾—氢氧化钠” 系统激发的碱胶凝
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表! 碳酸钾掺量对水泥净浆凝结时间与激发时限的影响
’"%% !9(% ! !"!) #9!$ ’#9%% ! ("$$ #9($ ’)9%% ! *"3! (9(% !#9%% ! ’’"#* )9%$ D!( !"$ B!C%# 掺量 , 4
初凝时间 , （ @9.6A ）
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蒸养对胶砂试样强度的影响 将胶砂试样 ! 在“ 蒸养制度， 最高蒸养温度为 3$ #=*=#”
图! 试样 ! 水泥净浆试样水化 "# $ 的 %&’ 图谱
放热速率见图 3。
图(
试样 ! 水泥净浆试样水化 "# $ 的 )*+ 照片
图3
试样 ! 的水化放热速率
从图 !、 图 ( 可见， “ 矿渣—水玻璃—碳酸钾—氢氧化钠” 系统激发的碱胶凝材料的主要水化产物为紧密网状的 水 化 硅酸钙凝胶。图 ! 的 %&’ 图谱中 !,(-#. 处左右背底较厚的 弥散峰， 说明水化硅酸钙凝胶是数量最多的水化产物。在晶 相水化产物中，唯一能判明的是碳酸钙 （ !,(-#((.、 !-!/#0、 。 本系统孔结构的特点 "-1#1.、 "-/2!!、 !-#1#"、 !-31/2、 (-/0.#） 是 ( 42 $ 的最可几孔径变小的趋势非常明显（ 参见表 . ） 。 这 与试件 "42 $ 强度增长率高是相符的。
加水量为 !*"*%4 、 胶砂流动度为 ’($ ..， 制成试样 ’ ； 方法 碳 酸 钾 为 !"!)4 、 氢氧化钠为 ! 采 用 水 玻 璃 掺 量 为 ’3"($4 、 外加水量 !*"*%4 ， 胶砂 流 动 度 控 制 为 ’($ ..， 制成 ’"%%4 ， 试件 ! 。各龄期养护， ! 组试件均采用标准水养护。各龄期强 度测试结果见表 (。
!
前
言
； 水玻璃与碳酸钾同时掺加， 既具有良好的缓凝作用， #.% /） 又具有良好的激发效果。本文以宝田渣配 合 水 玻 璃 —碳 酸 钾—氢氧化钠激发剂的使用情况作一介绍； 并与使用水玻璃 （ 或同时用氢氧化钠调节其模数） 的使用情况作为对比。
碱矿渣胶凝材料的激发剂包括碱金属氢氧化物、 碱金属 硅酸盐以及水解呈碱性的盐类。它们的激发效果不一， 凝结 时间的调节是一个技术关键 "#$。 当用碱性矿渣和碱金属氢氧化物如氢氧化钠、 特别是用 碱金属硅酸盐如水玻璃制作高标号水泥时，凝结时间很短， 极难控制与调准。因此， 凝结过快一直是碱矿渣胶凝材料和 混凝土投入实际使用的一大障碍。 %! 世纪 &! 年代前苏联学 者对这一问题进行了研究， 并且得出结论： 常用的硅酸盐水 泥缓凝剂对碱矿渣胶凝材料的缓凝作用甚微或完全无作用。 而凝结时间长的碱矿渣胶凝材料强度发展非常缓慢 "%$， 故针 对一定化学成分、 细度、 结构特性的矿渣， 需配用一定种类、 掺量的激发剂 "’$。 试验表明， 对于某些矿渣， 单纯采用氢氧化钠激 发 效 果 不好、 激发时限长、 各龄期强度低， %( ) 抗压强度一般不超过 单纯采用水玻璃， 用氢氧化钠来调节模数， 激发时限 *! +,-。 缩短， 但凝结时间仍不能调节至较长（ 例如初凝时间调节至
表(
项 目 样 抗压强度 , >?0
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结果与讨论
激发剂掺量对净浆凝结时间、 激发时限的影响 水玻璃掺量为 ’3"($4 时，氢氧化钠掺量对水泥净浆凝
! 组胶砂试样不同龄期的力学性能
试 龄期 , <
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新型建筑材料
王培铭!等： 碱矿渣胶凝材料复合激发剂的研究
（ 水玻璃： 购 自 上 海 星 火 化 工 厂 。 模 数 为 !"#$ ； 密度 !） （ 质量分数， 下同） 、 !% & ） ’"()* + , -. 。 /0!1 含量为 2!"34 （
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时间延长， 激发时限也有所延长。 水玻璃（ 掺量 ’3"($4 ） 与碳酸钾复掺， 再用氢氧化钠调 节， 对水泥净浆的凝结时间与激发时限的影响见表 # 。
从表 # 水玻璃与碳酸钾复合激发，再经氢氧化钠调节 的试验结果可知， 该复合激发方法能将水泥净浆的凝结时间 控制在较长时间， 根据需要也能调节至较短时间； 同时采用 该方法的激发时限也比较短（ 仅需 ’ < 左右） 。
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激发剂对水泥胶砂试件强度的影响 胶砂力学性能试验， 方法 ’ ， 采用水玻璃掺量 ’3"($4 、 外
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实验 根据初试的结果， ’%% + 矿渣中水玻璃的加入量低于 ’%
其激发效果并不明显； 合适的加入量为 ’!8’# .2 （ 平 .2 时， 均 值 ’!"$ .2， 折 合 质 量 ’3"($ + ） ， 加入量再增加， 激发效果 增进有限， 且不经济。故本试验中水玻璃的掺量均为矿渣质 量的 ’3"($4。 净浆试验与胶砂试验均参照有关硅酸盐 水 泥 试 验 的 方 法进行； 净浆的测试项目除了凝结时间， 还有激发时限。胶砂 的灰砂比取 ’9#。 所用砂为 :51 标准砂。 调整净浆达标准稠度 的液灰比波动在 %"#%8%"#!。 本文所谓的“ 激发时限” ， 是指碱胶凝材料达到初始强度 所需的时间。在这一时间以内， 浆体基本保持终凝时的强度 水平， 颜色呈灰白； 一旦超越这一时限， 浆体的强度即迅速发 展， 试件颜色变蓝且越来越深。显然， 激发时限以短为好。
表# 水玻璃与碳酸钾复掺， 经氢氧化钠调节后 对水泥净浆的凝结时间与激发时限的影响
B!C1# 掺量 , 4 /01; 掺量 , 4
初凝时间 , （ @9.6A ） 终凝时间 , （ @9.6A ） 激发时限
561! 为 !7"!4。
（ 氢氧化钠、 无水碳酸钾： 化学试剂， 分析纯。 #） 碱组分在与矿渣拌合之前，一律配成溶液或混合溶液。 为计量精确起见，对于水玻璃不以体积量取而是称 取 其 质 量。
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结时间、 激发时限的影响见表 ’。
表’
/01;掺量对水泥净浆凝结时间和激发时限的影响
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图#
收稿日期： %!!*F!XF#X 作者简介： 王培铭， 男， 上海人， 教授。地址： 上海市四平路 #?*! 年生， 电话： #%’? 号， !%#FX*?(%(X& 。
水淬高炉矿渣的 <=> 谱
从图 # 可见， 矿渣的矿物成份基本为玻璃体。其密度为 勃氏比表面积为 3’% B% @ C9 ， 碱度系数为 #0!3 ， 属 %0?3 9 @ AB’， 于碱性矿渣。
全国中文核心期刊
碱矿渣胶凝材料复合激发剂的研究
王培铭， 金左培， 张永明
（ 同济大学材料科学与工程学院， 上海
%!!!?% ）
摘要： 通过单用水玻璃作为碱矿渣胶凝材料激发剂和采用“ 水玻璃—碳 酸 钾—氢 氧 化 钠 ” 复合激发剂对碱矿
渣胶凝材料激发的一系列对比试验研究可知， 复合激发剂具有良好激发效果。介绍以磨细水淬高炉矿渣配合该复 合激发剂的试验应用后， 能使碱矿渣胶凝材料激发时限良好， 凝结时间灵活可调， 力学性能相应得到提高等。
表.
龄期 A $ 总孔隙率 A （ BC( A ? ） 最可几孔径 A DC
最后还应强调的是， 我们曾采用 3 种来源、 成分不同的 矿渣（ 包括碱性渣、 中性渣、 酸性渣） 配合该激发剂使用的试 验结果表明， 该复合激发剂具有良好的普遍适用性。
(
结
语
采用宝田磨细水淬高炉矿渣“ 水玻璃—碳酸钾—氢氧化 钠” 复合激发剂， 使矿渣胶凝材料具有适宜的凝结时间与 良 好的激发时限的同时， 力学性能也相应得到提高。
关键词： 碱矿渣 ； 胶凝材料 ； 复合激发； 激发剂 中图分类号： DE*%(0!3% 文献标识码： 7 文章编号： #!!#F&!%< （ %!!* ） !(F!!’%F!’
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抗折强度 , >?0
/01; 掺量 , 4
初凝时间 , （ @9.6A ） 终凝时间 , （ @9.6A ） 激发时限 , <
由表 ( 可见， 试样 ! 采用复合激发剂的各龄期强度值均 较高， 激发时限也较短（ 仅需 ’ < 左右） ， 表明激发效果非常显 著。
从表 ’ 可见， 单掺加水玻璃时， 水泥净浆初凝时间短、 激 发时限也不够理想； 水玻璃与氢氧化钠复掺后可缩短激发时 限， 但凝结时间普遍更短促。 水玻璃掺量 ’3"($4 时，碳酸钾与水玻璃复合激发对水 泥净浆的凝结时间和激发时限的影响见表 !。