粉煤灰激发剂的研究

SO3
Loss
1152 0124 0116 47150 13121
2 激发剂对水泥性能的影响
211 激发剂对水泥基本性能影响
将粉煤灰按照一定的掺量取代水泥熟料 ,石膏的掺量固
定为胶结材的 5 %。按照表 3 配制几种粉煤灰水泥 。
表3
水泥中粉煤灰的掺量 ( %)
编 号
1#
2#
3#
4#
4 :08
7 :10
2 :30
4 :50
2 :45
5 :20
3 :40
6 :50
4 :30
8 :10
掺加激发剂的水泥胶结料的胶砂强度
标准稠度ห้องสมุดไป่ตู้水
(ml) 208 205 205 205 215 210 210 210 225 224 226 225
抗折强度 (MPa)
3d
7d
28d
6169
8186
9141
以化学结合水法测定粉煤灰水泥石不同龄期的结合水 量 ,换算出其水化程度 ,结果见表 5 。
表 5 各龄期水泥的水化程度 ( %)
编 号
1d
7d
28d
有激发剂
36
63
83
无激发剂
31
58
82
试验结果表明 :随着龄期的增长两种浆体水泥的水化程 度逐渐增大 ,激发剂的掺入对水泥早期水化具有促进作用 。 2. 2. 2 差热分析
(3) 激发剂 Ⅰ的加入 ,使得胶结料不同龄期的抗压强 度均有提高 ,激发剂的掺加对胶结料 3 、7d 的抗压强度的提 高最大 。以粉煤灰掺量为 40 %为例 ,3d 和 7d 抗压强度分别 提高了 76176 %和 5213 % ,28d 抗压强度提高了 26 % ,说明激 发剂 Ⅰ有效地提高了掺有粉煤灰的水泥胶砂早期抗压强度 。 加入激发剂 Ⅱ时 ,28d 的抗压强度提高明显 ,当掺入粉煤灰为 20 %和 40 %时 ,28d 抗压强度分别提高了 40102 %和 35172 %。 这说明掺入激发剂 Ⅱ后 ,水泥胶砂抗压强度后期增幅较大 。 关于激发剂 Ⅱ对掺加粉煤灰的水泥抗压和抗折强度影响不
8 低 温 建 筑 技 术 2004 年第 2 期 (总第 98 期)
粉煤灰激发剂的研究
周丽雪 , 王 政 , 李家和
(哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院 建材系 , 哈尔滨 150001)
【摘 要】 选择两种复合激发剂 ,研究复合激发剂对粉煤灰水泥强度的影响 ,并通过水化程度 、DTA 测试研究 激发剂对粉煤灰的活化机理 。结果表明 :激发剂有效地激发了粉煤灰的活性 ,促使粉煤灰 Si2O 和 Al2O 键的断裂 , 加快粉煤灰水泥水化速度 ;当粉煤灰掺量 40 %时 ,其水泥 28d 抗压强度达到 48MPa 。 【关键词】 激发剂 ;激发剂 ;水化程度 ;强度
两种水泥浆 1d 和 28d 的 DTA 曲线见图 1 、2 。 结果表明 ,对于掺和不掺激发剂的水泥石 ,110～165 ℃及 700 ℃左右的吸热峰随水化龄期的增长逐渐增大 ,说明水化 产物 C2S2H 量逐渐增 多 ; 对 于 掺 激 发 剂 的 试 样 ,1d 的 试 样 500 ℃吸热峰明显大于不掺激发剂试样 ;28d 时 C2S2H 放热峰
表 4
编号
激 1# 发 2# 剂 3# Ⅰ 4# 激 1# 发 2# 剂 3# Ⅱ 4# 基准 1 # 水泥 2 #
3# 胶砂
4#
凝结时间 (h :min)
初凝
终凝
2 :20
4 :36
2 :36
5 :04
3 :25
6 :10
4 :18
7 :30
2 :18
4 :30
2 :34
5 :10
3 :20
6 :18
28146
38136
13160
22181
35192
21112 标准稠度用水量 粉煤灰的掺量对水泥胶结料的用水量影响不大 ,虽然粉
煤灰的细度较细 ,而且疏松多孔 ,比表面积较大 ,但是由于粉 煤灰颗粒均匀 ,呈球形 ,在浆体中起到滚珠的润滑作用 ,因此 粉煤灰的掺加并不增加胶结料的标准稠度用水量 ,两种激发 剂均降低了水泥胶结料的用水量 。 21113 胶砂强度
45113
50198
33114
42198
49111
30197
41131
46181
24104
34175
45126
31192
38129
51168
27171
36164
58150
25136
33144
50110
19166
28161
48175
19179
36102
43112
18141
31188
41178
15115
6172
8132
9136
6146
8100
9107
6104
7186
8110
5102
6148
8111
4149
5195
7177
4156
5170
7143
3176
5123
7108
4171
6168
8148
4164
6133
8139
4107
5184
7186
3187
5130
7158
抗压强度 (MPa)
3d
7d
28d
34192
粉煤灰掺量
15
20
30
40
水泥熟料掺量 石膏掺量
80
75
65
55
5
5
5
5
(2) 水泥熟料 。哈尔滨水泥厂生产 ,技术指标见表 2 。 (3) 石膏 。试验用天然二水石膏 ,其化学成分见表 3 。
粉煤灰具有潜在的水化活性 ,但是需要一定的外界条件 来进行激发 ,许多研究表明 :掺加激发剂是提高粉煤灰活性 的有效措施之一 。综合碱 、硫酸盐对粉煤灰的活化作用 ,结
比例掺加到水泥中 ,这样既可以满足水泥使用的要求 ,又利
用了大量的工业副产品 ,从而减小了其对周边环境的污染 。
虽然粉煤灰具有潜在的水化活性 ,但必须在一定条件下才能
进行水化 、硬化 。目前国内外对提高粉煤灰活性进行了一定
的研究 ,研制出了一些粉煤灰活性激发剂 ,但是其效果不明
显 。本文选择几种激发剂 ,研究它们对粉煤灰的激发效果 ,
CaO 2. 49
SO3 1. 22
MgO 1. 25
表 2
水泥熟料的技术指标
凝结时间 (h :min)
初凝
终凝
标准稠度 ( %)
抗压强度 (MPa)
3d
7d
28d
1 :50
2 :26
27
2319 4118 5212
表3 成分 CaO 含量 ( %) 31120
石膏的化学成份
Si2O Al2O3 Fe2O3
图 1 不掺与掺激发剂的硬化体 1d 差热分析曲线
图 2 不掺与掺激发剂的硬化体 28d 差热分析曲线
明显高于不掺激发剂的试样 。试验结果说明激发剂促进早 期水泥 - 粉煤灰 - 水体系的水化 ,使 Ca (OH) 2 含量急剧增 加 ,而 Ca (OH) 2 的增加又促进了粉煤灰的二次水化[1] 。激发 剂的后期作用主要体现在对粉煤灰的活性激发上 。 2. 2. 3 扫描电镜 (SEM) 分析结果
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10 低 温 建 筑 技 术 2004 年第 2 期 (总第 98 期)
统一的问题 ,正在研究中 。 2. 2 水化产物分析
任何一种材料的性能都是它本身组成和内部的显微结 构的客观表现 ,也就是说 ,材料的性能是由它的组成和结构 来制约 、决定的 。材料的组成改变了 ,必然引起其内部结构 的改变 ,也必然影响其某些宏观的性能 。
不掺激发剂时 ,水化试样中水化产物前期主要有钙硅比 不定的 C2S2H 凝胶 、Ca (OH) 2 和铝铁相水化产物等 。因此 ,本 文就不掺激发剂和掺激发剂的水化试样中各龄期 C2S2H、Ca (OH) 2 、AFt 的含量及粉煤灰被侵蚀情况进行重点分析 。对 掺加 40 %粉煤灰的粉煤灰水泥基准试样和掺加激发剂 Ⅱ的 试样进行分析 。 21211 水化程度
(1) 对于基准试样随着粉煤灰量的增多 ,基准水泥胶 结料的胶砂抗折及抗压强度均明显降低 。尤其是粉煤灰掺 量高达 40 %时 ,各龄期的抗折强度及抗压强度比粉煤灰掺量 为 15 %的低很多 ,3d 抗压强度比只有 6817 % ,距离国家标准 中 4215 级水泥还有很大差距 。
(2) 在掺有粉煤灰的水泥中加入激发剂 Ⅰ时 ,胶结料 胶砂抗折强度明显提高 ,尤其是 3d 和 7d 的抗折强度 ,以掺 入 40 %粉煤灰的胶结料为例 ,3d 抗折强度和 7d 抗折强度分 别提高了 65103 %和 48103 % ,28d 抗折强度提高了 6186 %。 这说明了激发剂 Ⅰ对提高大掺量粉煤灰的早期抗折强度有 很大帮助 。激发剂 Ⅱ的掺加使得胶结料的胶砂 3d 抗折强度 略有提高 ,而 7d、28d 的抗折强度略有下降 ,这说明了激发剂 Ⅱ对提高胶结料的抗折强度贡献不大 。
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周丽雪等 :粉煤灰激发剂的研究
9
合熟料 —粉煤灰系统水化时的机理 ,配制了二种型号 ( Ⅰ、 Ⅱ) 的激发剂 ,其激发剂 Ⅰ含有诱发产物结晶的晶坯 。水泥 性能指标见表 4 。
试验结果表明 : 21111 凝结时间
(1) 水泥胶结料中随着粉煤灰掺量的增加 ,其初凝时
间由 215h 增加到 415h ,终凝时间由 4 :50h :min 增加到 8 :10h : min。这主要是由于粉煤灰的活性较水泥熟料差 ,水化速度 较慢 。
(2) 激发剂的加入一定程度上缩短了胶结料的初凝时 间和终凝时间 ,这是由于激发剂激发了粉煤灰的活性 ,加快 了其水化 、硬化的速度 。
Key words : fly ash ;activating agents ;cement hydration ;strength
水泥作为当今建筑业所使用的主要的材料 ,其生产过
程中消耗了大量的土地资源和能量 ,同时对其周边的环境造
成了很大的污染 。为了解决上述问题 ,近些年来将一些具有
水化活性的工业副产品 ,如粉灰 、矿渣和窑灰等按照一定的
并对粉煤灰的活化机理进行深入的研究 ,其目的是提高粉煤
灰在水泥中的用量以及提高水泥的早期强度 。
1 试验原材料
(1) 粉煤灰 。
实验采用哈尔滨热电厂粉煤灰 。粉煤灰的化学成份见
表 1。
表1
粉煤灰的化学成份
成分 Loss 含量 ( %) 3. 69
Si2O Al2O3 Fe2O3 63. 27 23. 58 3. 24
Abstract : Undertook an experiment in which we chose and applied two different activating agents and at2 tempted to detect effects of these two activating agents upon the strength of fly ash cement ,and to study the mechanisms of such positive effect of the process of cement hydration by using DTA. The results of our experi2 ment show that these two activating agents not only effectively activated the activity of fly ash by breaking the bonds between Si2O and Al2O ,but also quickened the speed of fly ash cement hydration. In fact ,when the con2 tent of fly ash reaches 40 % ,the 282day strength of fly ash cement could reach 48MPa.
【中图分类号】 TQ172144 【文献标识码】 A 【文章编号】 1001 - 6864 (2004) 02 - 0008 - 03
STUDY ON ACTIVITY AGENTS OF FLY ASH
ZHOU Li2xue , WANG Zheng , LI Jia2he (School of Materials Science and Engineering ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001 ,China)