機(jī)械激發(fā)礦粉對硅酸鹽水泥的膠凝性能的影響

■胡冰峰 ■江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料與能源學(xué)院，江西 南昌 330000

近十年多年來中國建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，每年都需要消耗大量的建筑材料以滿足基礎(chǔ)建設(shè)的需求，水泥混凝土的大規(guī)模生產(chǎn)，導(dǎo)致大量礦產(chǎn)資源損耗嚴(yán)重。在水泥中適當(dāng)?shù)募尤敕勖夯?、礦粉、煤矸石等混合材，可以大量的減少水泥的用量，一方面可以節(jié)約成本，一方面也使得粉煤灰、礦粉、煤矸石等工業(yè)廢棄物得以合理的應(yīng)用，可謂是一舉兩得。礦粉作為一種最常見的混合材，多年以來一直受到業(yè)內(nèi)科研人員的廣泛關(guān)注。中國學(xué)者蔣春祥等［1］曾經(jīng)研究過礦粉對水泥水化熱的影響，結(jié)果表明礦粉的加入對水化熱的降低不是非常明顯，但能明顯地放緩水化熱放熱速率。東南大學(xué)的張春梅［2］曾經(jīng)研究過超細(xì)礦粉對水泥漿體孔結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明超細(xì)礦粉在早齡期時(shí)就起到了細(xì)化漿體孔結(jié)構(gòu)、提高密實(shí)度的作用。同濟(jì)大學(xué)的張永娟［3］教授通過研究水泥與礦粉的級配，發(fā)現(xiàn)比表面積為300～350m2/kg 的普通細(xì)度水泥配伍比表面積為400～450m2/kg 的礦粉效果較好。還有大量的學(xué)者通過化學(xué)激發(fā)的方式激發(fā)礦粉，也能取得較好的激發(fā)效果［4-6］。本文通過研究不同比表面積礦粉的火山灰活性，以及其對水泥膠凝性能的影響，對不同細(xì)度的礦粉性能做一個(gè)簡單的評價(jià)。

1 原料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 原料

水泥為江西亞東水泥廠“洋房牌”硅酸鹽水泥，水泥標(biāo)號為52.5，密度為3.16g/cm3，比表面積為407m2/kg;礦粉為新余南方水泥有限公司礦粉廠提供，比表面積459m2/kg，化學(xué)成分見表1。機(jī)械激發(fā)礦粉KF1，KF2，KF3，KF4球磨時(shí)間以及比表面積見表2。砂為廈門艾科公司標(biāo)準(zhǔn)砂。

表1 礦粉化學(xué)組成

表2 機(jī)械激發(fā)礦粉球磨時(shí)間以及比表面積

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

按國標(biāo)GB/T2847 -2005 中的火山灰性實(shí)驗(yàn)(石灰吸收法)與28d對比強(qiáng)度法對不同比表面積的礦粉進(jìn)行活性比較。所謂的石灰吸收法判定混合材的火山灰性就是將混合材與硅酸鹽水泥以3∶7 混合，按照5∶1 的水灰比，在40℃的環(huán)境下反應(yīng)，檢測其8d 或者15d 反應(yīng)溶液中的CaO 與OH-濃度，在相同OH-濃度下，如果CaO 濃度越低，說明混合材消耗了更多的CaO，生成了更多的C -S -H 凝膠，即火山灰性越強(qiáng)。而28d 抗壓強(qiáng)度比則是將不同比表面積的礦粉與水泥按照3∶7 混合，按照GB/T17671 -1999 制備膠砂試塊，檢測其28d 齡期強(qiáng)度與空白試樣的比值，比值越大，則認(rèn)為其火山灰性越強(qiáng)。通過國標(biāo)GB/T1346 -2001 對不同比表面積的礦粉對硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間與安定性的影響，研究不同比表面積的礦粉對硅酸鹽水泥膠凝性能的影響。

1.3 實(shí)驗(yàn)配合比

石灰吸收法測礦粉火山灰性見表3，28d 抗壓強(qiáng)度指數(shù)法檢測礦粉火山灰性見表4。檢測不同比表面積礦粉對水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性影響實(shí)驗(yàn)配合比見表5。

表3 石灰吸收法

表4 抗壓強(qiáng)度法

表5 礦粉對膠凝性能的檢測

2 結(jié)果與分析

2.1 石灰吸收法判定不同比表面積礦粉的火山灰活性

從圖2.1 可以看出，純水泥反應(yīng)溶液是處于Ca(OH)2的飽和狀態(tài)，而礦粉隨著比表面積的的增大，溶液中的OH-濃度基本保持不變，但是CaO 濃度卻越來越低，說明通過機(jī)械激發(fā)，使得礦粉的火山灰活性得以加強(qiáng)，且比表面積在459～809m2/kg 范圍內(nèi)，比表面積越大，火山灰性越強(qiáng)。

圖2.1 不同比表面積礦粉火山灰性強(qiáng)弱

2.2 通過28d 抗壓強(qiáng)度法判定不同比表面積礦粉火山灰性強(qiáng)弱

如圖2.2 所示，隨著礦粉細(xì)度的增加，試樣的28d 抗壓強(qiáng)度比整體呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，未經(jīng)球磨的的礦粉28d 抗壓強(qiáng)度比為0.9，經(jīng)過球磨30 分鐘的礦粉K4，其28d 抗壓強(qiáng)度比值則高達(dá)1.1，激發(fā)機(jī)械激發(fā)通過機(jī)械粉磨破壞了礦粉表面的結(jié)構(gòu)，降低了礦物的聚合度，增加了礦粉的比表面積的同時(shí)，提高了礦粉的活性，使其在與水泥作用發(fā)生火山灰性反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生了大量的C-S-H 凝膠，填充了膠砂試件的孔隙，增加了強(qiáng)度。

圖2.2 不同比表面積礦粉28d 抗壓強(qiáng)度比

2.3 不同比表面積礦粉對硅酸鹽水泥膠凝活性的影響

從表2.3 可知不同細(xì)度的礦粉對水泥的安定性沒有明顯影響。由圖2.3.1 與2.3.2 可知，隨著礦粉比表面積的增大，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度水灰比也隨之增大，尤其是當(dāng)球磨時(shí)間從10 分鐘到15 分鐘時(shí)，試樣的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量出現(xiàn)了猛增，說明礦粉的比表面積越大，其需水率也就越大，且初凝、終凝的時(shí)間也隨之均勻增長，出現(xiàn)了很明顯的規(guī)律性。通過合理的控制礦粉的比表面積，可以達(dá)到礦粉水泥凝結(jié)時(shí)間的目的。

表2.3 礦粉對水泥安定性的影響

3 結(jié)語

綜上所述，結(jié)論如下:(1)隨著比表面積的增大，礦粉在火山灰性速度越快，與水泥發(fā)生反應(yīng)時(shí)，消耗了更多的CaO，轉(zhuǎn)而生成了更多的C-S-H 凝膠。同樣在強(qiáng)度表現(xiàn)上，更大的比表面積會使膠砂試樣的強(qiáng)度得到更大的增強(qiáng)，這是因?yàn)榈V粉后期的反應(yīng)產(chǎn)生的C -S-H 凝膠填充了膠砂試件中的空隙，減少了試件中的空隙率，降低了平均孔徑。(2)比表面積的增大，對水泥的安定性沒有明顯的影響，但會導(dǎo)致硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時(shí)間有所延長，其增長趨勢有很明顯的規(guī)律性，可以通過調(diào)節(jié)礦粉的比表面積，來達(dá)到控制礦粉硅酸鹽水泥的凝結(jié)時(shí)間。

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