矿渣掺量及激发剂模数对偏高岭土基地聚物常温固化的影响

矿渣掺量及激发剂模数对偏高岭土基地聚物常温固化的影响崔潮;彭晖;刘扬;张建仁;蔡春声;彭安银

【摘要】Ground granulated blast furnace slag(GGBFS) was used to substitute for part of metakaolin,to obtain the cementitious material being able to cure at ambient temperature.The technical methods of

XRD,FTIR,and SEM were employed to study the reaction mechanism of the metakaolin-GGBFS compound material.The results show that the viscosity and the curing time of the alkaline-activated paste will be reduced by adding GGBFS into metakaolin.The hardened binder with substantial compressive strength can be obtained by activating the compound of metakaolin and GGBFS at ambient temperature.The results by XRD and FTIR reveal that the N-A-S-H gel by geopolymerization of metakaolin and the C-S-H gel by hydration of GGBFS are generated simultaneously during the activation process of the compound system.The activator

modulus(SiO2-Na2O ratio) and the mass ratio of metakaolin and GGBFS are the prime factors which influence the mechanical properties of reaction products,because the compressive strength of hardening paste decreases with the increase in activator modulus when the mass ratio of GGBFS is less than 40％,while it increases with the increase in activator modulus when the GGBFS ratio exceeds 60％.%将粒化高炉矿渣(GGBFS)掺入偏高岭土(MK)中,研究了矿渣掺量对具有常温固化能力胶凝材料稠度、凝结时间及力学性能的影响,并通过X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外光谱(FT-IR),扫描电镜(SEM)等分析手段研究了偏高岭土-矿渣复合体系的反应机理.结果表明:将矿渣掺入偏高岭土能

减小浆体的稠度,缩短其凝结时间;偏高岭土-矿渣复合体系可在常温下固化,得到具

有较高强度的硬化浆体;在碱激发作用下偏高岭土-矿渣复合体系发生了地质聚合反应和矿渣水化反应,生成了N-A-S-H凝胶与C-S-H凝胶共存的结构;激发剂模数和偏高岭土与矿渣的质量比是影响反应产物强度的主要因素——矿渣掺量不高于40％(质量分数)时,反应产物的强度随激发剂模数增大而降低;矿渣掺量超过60％后,反应产物强度随激发剂模数增大而提高.

【期刊名称】《建筑材料学报》

【年(卷),期】2017(020)004

【总页数】8页(P535-542)

【关键词】偏高岭土;矿渣;地聚物;固化;常温;反应机理;激发剂模数

【作者】崔潮;彭晖;刘扬;张建仁;蔡春声;彭安银

【作者单位】长沙理工大学土木与建筑学院,湖南长沙 410114;长沙理工大学土

木与建筑学院,湖南长沙 410114;长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室,湖南长沙 410114;长沙理工大学土木与建筑学院,湖南长沙 410114;长沙理工

大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室,湖南长沙 410114;长沙理工大学土木

与建筑学院,湖南长沙 410114;长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室,湖南长沙 410114;路易斯安那州立大学土木与环境工程系,路易斯安那巴吞鲁日70803;长沙理工大学土木与建筑学院,湖南长沙 410114

【正文语种】中文

【中图分类】TU502

地聚物是指活性硅铝酸盐材料经碱或酸激发后所形成的以离子键和共价键为主的Si—O—Al网络状致密胶凝物质[1-2].相对于传统的硅酸盐水泥，其具有低CO2

排放、快凝早强及耐久性优良等特点[3-5]，具备部分或完全替代普通硅酸盐水泥

而广泛应用于混凝土结构的潜力.但有研究表明，常温条件下地质聚合反应难以进行，需依赖于较高的养护温度，这就限制了地聚物在土木工程中的应用[6-7]，因

此地聚物的常温合成固化方法成为研究人员关心的问题.

目前，研究人员探索采用氟硅酸钠和有机类添加剂来促进硅铝酸盐在常温时的地质聚合反应，并取得了一定效果[8-10].粒化高炉矿渣(GGBFS)也被用于提高地聚物的常温固化能力.矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废渣，在常温下能通过碱激发作

用发生水化反应生成低钙硅比的C-S-H凝胶[11-13].张景富等[14]研究常温下碱激发矿渣-粉煤灰复合胶凝材料的性能，发现复合体系主要发生矿渣水化反应和粉煤

灰火山灰反应，反应产物主要为C-S-H凝胶及Ca(OH)2；Yip等[15-16]通过试验发现，掺入矿渣能够提高偏高岭土基地聚物的常温固化性能，但反应产物随矿渣掺量及激发剂碱浓度的不同而表现出较大差异，其强度随矿渣掺量的增加先增后降；Kuo等[17-18]提出，随矿渣掺量增大，常温固化粉煤灰基地聚物的强度先增后降；尚建丽等[19-20]发现，80℃ 养护条件下由掺矿渣碱激发偏高岭土得到的生成物强度较未掺矿渣的碱激发偏高岭土有显著提高，孔隙率由30.81%降到4.46%，微观结构也更致密，并认为这是因为碱激发矿渣生成的C-S-H凝胶填充所致.

目前研究大多围绕矿渣-粉煤灰复合体系展开，掺入矿渣对碱激发偏高岭土常温固

化性能的影响还有待进一步研究，另外，已有研究对掺入矿渣后胶凝材料的反应机理及水化反应产物存在分歧.鉴于此，本文考察了矿渣掺量及激发剂模数对偏高岭

土基地聚物的稠度、凝结时间及抗压强度的影响，并分析了其作用机理.

1.1 原材料

偏高岭土(MK)由山西大同煤系高岭土经700℃ 煅烧24h获得，其活性系数[6](At)