水玻璃的模數(shù)和摻量對鋼礦粉活性影響研究★

林茂松 王 瓊 於林鋒

(上海市建筑科學研究院，上海 200032)

鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，產(chǎn)量約為粗鋼產(chǎn)量的15% ～20%［1］。其化學成分與水泥熟料類似，具有一定的水硬性。但由于鋼渣生成溫度更高，其中C3S和C2S等活性組分結(jié)晶致密，晶粒較大，水化活性偏低，鋼渣微粉單獨作為摻合料的資源化利用技術尚不成熟，目前大多采用鋼渣與礦渣復配鋼礦粉進行生產(chǎn)與應用。

選用合適的激發(fā)劑對鋼礦粉活性進行活化處理，可提高鋼渣在鋼礦粉中的利用率及成品的性能，對鋼渣綜合利用的規(guī)模化推廣具有重要意義［2-4］。水玻璃具有硅酸鹽和堿激發(fā)雙重作用，在水泥基材料中具有較好的激發(fā)效果［5］。本文研究水玻璃的模數(shù)和摻量對鋼礦粉活性的影響，為鋼渣的高效活性激發(fā)提供依據(jù)。

1 試驗方法

1.1 原材料

1)鋼渣粉由上海海笠新型建材有限公司提供，S95礦粉由上海寶田新型建材有限公司提供，其化學組成見表1。

表1 鋼渣粉、礦渣粉的主要化學成分 %

2)基準水泥由曲阜中聯(lián)水泥有限公司提供。

3)水玻璃激發(fā)劑由上海國藥集團化學試劑有限公司提供，通過添加氫氧化鈉調(diào)節(jié)水玻璃模數(shù)。

1.2 試驗方法

鋼渣粉與礦渣粉按3∶7比例復配鋼礦粉，水玻璃模數(shù)通過氫氧化鈉調(diào)節(jié)，分別以一定摻量在膠凝材料攪拌過程中以內(nèi)摻法取代鋼礦粉，摻量以Na2O計，水玻璃中水分在攪拌水中扣除，試驗配比見表2。參照GB/T 18046-2008用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉測定不同模數(shù)和摻量下鋼礦粉的3 d，7 d，28 d活性指數(shù)。

表2 水玻璃模數(shù)和摻量對鋼礦粉活性影響試驗配比 %

2 結(jié)果與討論

不同模數(shù)和摻量的水玻璃對鋼礦粉活性指數(shù)影響試驗結(jié)果見圖1～圖4。

圖1 不同摻量，模數(shù)為1.0的水玻璃對鋼礦粉活性指數(shù)的影響

由圖1可知，當水玻璃模數(shù)為1.0時，鋼礦粉各齡期活性指數(shù)隨著水玻璃的摻量增加先上升再降低，在摻量為1.5%時達到最大值，其對鋼礦粉3 d，7 d，28 d各齡期的活性指數(shù)改性效果分別為12%，9%，3%。

圖2 不同摻量，模數(shù)為1.6的水玻璃對鋼礦粉活性指數(shù)的影響

圖3 不同摻量，模數(shù)為2.2的水玻璃對鋼礦粉活性指數(shù)的影響

圖4 不同摻量，模數(shù)為2.8的水玻璃對鋼礦粉活性指數(shù)的影響

水玻璃對鋼礦粉的激發(fā)具有堿激發(fā)與硅酸鹽激發(fā)雙重作用。其中水玻璃的加入大大提高了液相的pH值，堿金屬在OH-環(huán)境下，可以置換出鋼礦粉中Ca2+，Mg2+等陽離子、加速鋼礦粉中硅氧根、鋁氧根的解離，進入液相并參與水化反應;另一方面，水玻璃在溶液中水解為［SiO4］離子，可以直接參與C-S-H等主要水化產(chǎn)物的生成。但當水玻璃摻量過高時，膠凝體系中堿含量過量，多余的OH-將以氫氧化鈣等形式結(jié)晶富集，進而降低其力學性能。

圖5 不同摻量，模數(shù)為3.4的水玻璃對鋼礦粉活性指數(shù)的影響

由圖2～圖4可知，不同模數(shù)和摻量對鋼礦粉活性的影響規(guī)律相同，均為先升后降。但隨著水玻璃模數(shù)的提高，各模數(shù)條件下的激發(fā)效果最優(yōu)摻量逐漸降低，當模數(shù)為1.6時，最優(yōu)摻量為1.5%;模數(shù)為 2.2 時，最優(yōu)摻量為 1.0%;模數(shù)為 2.8 時，最優(yōu)摻量為0.5%。這是由于水玻璃的模數(shù)對其中［SiO4］的結(jié)構形態(tài)有較大的影響。在水玻璃中，存在著多種聚合度的［SiO4］基團，當模數(shù)小于1.5時，水玻璃溶液中存在單聚結(jié)構的［SiO4］基團，當模數(shù)不斷提高，其中雙聚、三聚［SiO4］基團數(shù)量逐漸增加，可有效地促進鋼礦粉中鋁硅玻璃相的解聚及水化產(chǎn)物的生成，激發(fā)效率提高，表現(xiàn)為最優(yōu)摻量下降。但是，隨著模數(shù)的提高，水玻璃中Si-O-Si網(wǎng)絡結(jié)構趨于完整，雙聚、三聚［SiO4］等基團在溶液中解聚溶解需額外的水分，并加速試樣的凝結(jié)硬化，減少了鋼礦粉水化所需的水分和時間，對膠凝體系強度發(fā)展不利。當模數(shù)為3.4時(見圖5)，水玻璃的摻入反而降低了鋼礦粉的活性指數(shù)，不能作為激發(fā)劑使用。

由此可知，只有水玻璃模數(shù)和摻量在適宜的范圍，才能發(fā)揮最好的激發(fā)效果。對比各模數(shù)、最優(yōu)摻量條件下對鋼礦粉的激發(fā)效果可知，當水玻璃模數(shù)為1.6%，摻量為1.5%時，其對鋼礦粉3 d，7 d，28 d各齡期的活性指數(shù)改性效果最優(yōu)，分別為10%，11%，5%。

3 結(jié)語

1)鋼礦粉各齡期活性隨水玻璃模數(shù)、摻量的提高呈先升后降趨勢，適宜模數(shù)和摻量下水玻璃作為激發(fā)劑對鋼礦粉具有一定的激發(fā)效果。

2)當水玻璃模數(shù)為1.6，摻量為膠凝材料的1.5%時，鋼礦粉3 d，7 d，28 d 活性指數(shù)分別提高 10%，11%，5%。

［1］張同生，劉福田，李義凱，等.激發(fā)劑對鋼渣膠凝材料性能的影響［J］.建筑材料學報，2008(4):469-474.

［2］唐衛(wèi)軍，任中興.鋼渣—礦渣復合微粉的活性試驗研究［J］.混凝土，2007(12):65-68.

［3］蘇登成，唐興國.鋼渣活性激發(fā)技術研究進展［J］.中國水泥，2009(4):57-60.

［4］李玉祥.不同激發(fā)劑對鋼渣活性影響的研究［J］.硅酸鹽通報，2013(31):280-284.

［5］胡曙光，韋江雄，丁慶軍.水玻璃對鋼渣水泥激發(fā)機理的研究［J］.水泥工程，2001(5):4-7.