化學(xué)激活劑對(duì)礦物摻合料活性的影響研究

摘" " " 要：隨著當(dāng)前建筑行業(yè)的發(fā)展，對(duì)礦物摻合料的要求也越來(lái)越高，而不同摻合料的活性、質(zhì)量和用量又不一樣。針對(duì)礦粉、粉煤灰、爐渣3類摻合料進(jìn)行化學(xué)成分分析，選用不同激活劑，研究激活劑對(duì)摻合料的活性激發(fā)程度。結(jié)果顯示：ZY-4號(hào)激活劑對(duì)3類摻合料的激活效果較為優(yōu)異，其中對(duì)礦粉的活性激活能夠達(dá)到101.5%，說(shuō)明Na2S2O3和NaAlO2水解后能夠與鈣質(zhì)和硅質(zhì)材料反應(yīng)，加快水化進(jìn)程，增長(zhǎng)抗壓強(qiáng)度。

關(guān)" 鍵" 詞：激活劑；化學(xué)分析；摻合料；活性

中圖分類號(hào)：TQ172.4" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " "文章編號(hào)： 1004-0935（2023）05-0630-04

自“雙碳”目標(biāo)以來(lái)，隨著水泥行業(yè)的管控發(fā)展，對(duì)于水泥企業(yè)的節(jié)能降耗的要求也越來(lái)越高。作為傳統(tǒng)的窯爐行業(yè)，水泥的污染物排放以及資源消耗量，一直是受到政府和社會(huì)的廣泛關(guān)注。在2021年底，自然資源部、科技部等部委針對(duì)工業(yè)原材料發(fā)展提出了新要求，發(fā)布了《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》。因此，水泥行業(yè)也將面臨新發(fā)展要求，水泥企業(yè)在對(duì)資源的利用率也必須逐步增多，其中針對(duì)不同類別混合材的摻入量將增大。

作為常見(jiàn)的摻合料，礦粉、粉煤灰、爐渣都是具有潛在活性的膠凝材料，常常將其應(yīng)用到混凝土或水泥中，不僅具有價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛等優(yōu)勢(shì)，還能夠節(jié)約資源、綠色環(huán)保。因此，對(duì)于水泥混合材，如何更好地使用這些材料、節(jié)約水泥生產(chǎn)成本、提高水泥性能等，已經(jīng)成為水泥企業(yè)非常關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。因此，在本研究中，通過(guò)對(duì)礦粉、粉煤灰、爐渣的化學(xué)成分分析，基于復(fù)合助磨劑的化學(xué)激活和表面改性，以及這些顆粒的級(jí)配和晶格物相的研究，來(lái)提高礦粉、粉煤灰、爐渣的活性和力學(xué)性能。

1" 試驗(yàn)材料及方法

1.1" 原材料

水渣來(lái)源于益陽(yáng)東方建材礦粉廠，粉煤灰來(lái)源于電廠Ⅰ級(jí)煤灰，爐渣來(lái)源于桃江南方水泥廠，水泥來(lái)源于桃江南方42?5普通硅酸鹽水泥，標(biāo)準(zhǔn)砂購(gòu)于廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂。

1.2" 激活劑材料

材料廠家及純度如表1所示。

2nbsp; 試驗(yàn)過(guò)程

2.1" 助磨劑配方

助磨劑原料比例如表2所示 。

2.2" 膠砂成型實(shí)驗(yàn)

參照《用作水泥混合材料的工業(yè)廢渣活性試驗(yàn)方法》（GB/T12957—1991）以及《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB/T17671—1999），對(duì)礦粉、粉煤灰和爐渣活性的膠砂成型試塊（配合比如表3、表4所示），分別養(yǎng)護(hù)7天和28天。實(shí)驗(yàn)在環(huán)境溫度為20±2 ℃的條件下進(jìn)行，激活劑摻量均為0.1%。

2.3" 計(jì)算

混合材7 d 活性指數(shù)：

A7=R7×100/R07。" " " " " （1）

式中：A7 —混合材7 d 活性指數(shù)；

R7 —試驗(yàn)?zāi)z砂7 d 抗壓強(qiáng)度；

R07 —對(duì)比膠砂7 d 抗壓強(qiáng)度。

混合材28 d 活性指數(shù)：

A28=R28×100/R028。" " " " "（2）

式中：A28—混合材28 d 活性指數(shù)；

R28—試驗(yàn)?zāi)z砂28 d 抗壓強(qiáng)度；

R028—對(duì)比膠砂28 d 抗壓強(qiáng)。

3" 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1" 混合材化學(xué)成分分析

采用XRF對(duì)礦粉、粉煤灰、爐渣、石灰石進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表5至表7所示。

對(duì)礦粉、粉煤灰和爐渣這3類具有代表性膠凝材料進(jìn)行化學(xué)成分分析。其中，礦粉是以CaO、SiO2和Al2O3為主要成分，并且可以大體分為鈣相和硅相兩類，以鈣相居多且活性大，是礦粉活性的主要來(lái)源。粉煤灰是以硅質(zhì)材料占主要成分，還含有較多鋁和鐵質(zhì)化合物，其中SiO2、Al2O3是具有活性的水化材料，使得粉煤灰在水泥、混凝土中作為良好的活性混合材、填充料。爐渣是以鈣質(zhì)成分和鐵質(zhì)化合物為主要材料，含有較多的CaO和Fe2O3，而爐渣組分種類較多，主要組成部分是熔渣、金屬和玻璃碎片等，是一類具有潛在活性材料。

3.2" 性能結(jié)果與分析

將制成的試塊養(yǎng)護(hù)至7、28天后進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果如圖1至如3所示。

空白為普通425水泥強(qiáng)度，其他為在不同樣品下的強(qiáng)度激活顯示了不同效果，為了更便于樣品對(duì)比，將活性數(shù)據(jù)整理如表8所示。從表8中可以看出，ZY-4配方，在對(duì)礦粉、粉煤灰、爐渣的活性激活效果中表現(xiàn)最優(yōu)，7天活性分別達(dá)到了78.2%、78.0%、78.3%，28天活性分別為101.4%、80.9%、81.8%。相比于未加激活劑的樣品，在28天活性分別增長(zhǎng)了13.5%、8.8%、9%。結(jié)果說(shuō)明，在同等摻量下，相比于其他樣品，ZY-4中Na2S2O3和NaAlO2遇水電離成硫代硫酸根離子、鋁酸根離子、Na+離子，在堿性環(huán)境下，會(huì)與這類膠凝材料中的氧化鋁、氧化鈣等反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣和氫氧化鈣。而NaCl、CaCl2與Na2S2O3搭配后，沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的協(xié)同促進(jìn)效果，抗壓強(qiáng)度差于ZY-4。同時(shí)，三乙醇胺在這類膠凝材料的水化過(guò)程中，能與在堿性溶液中的Ca2+、Al3+等離子形成比較穩(wěn)定的絡(luò)合離子，可與所得礦粉的水化產(chǎn)物作用生成溶解度很小的絡(luò)合鹽，使水化產(chǎn)物增加，水化進(jìn)程加快，增加水泥" " 強(qiáng)度。

3.3" ZY-4型激活劑水泥水化熱的影響

為了研究ZY-4樣品對(duì)水泥水化熱的影響，研究了在空白樣品和加入ZY-4樣品，摻粉煤灰水泥的水化速率和放熱量測(cè)試，結(jié)果如圖4、圖5所示。結(jié)果分析表明，由于水泥的溶解，其中石膏會(huì)促進(jìn)C3A轉(zhuǎn)化成AFt，這就產(chǎn)生了水化速率的第一放熱峰。而由于C3S的水化，會(huì)產(chǎn)生C—S—H和CH，這就成為了第二放熱峰。最后由于石膏消耗完，原生成的AFt會(huì)轉(zhuǎn)化成AFm，這就形成了第三放熱峰，且此過(guò)程還有C2S和C4AF的反應(yīng)。因此， ZY-4的第一放熱峰是明顯高于空白粉煤灰水泥樣品，這表明了三乙醇胺和NaAlO2促進(jìn)了C3A 的水化和AFt 的形成。而在圖5中，ZY-4的加入，對(duì)摻粉煤灰水泥基材料的水化放熱量沒(méi)有產(chǎn)生明顯的作用，這樣就說(shuō)明了ZY-4激活劑的使用，不會(huì)對(duì)摻有粉煤灰水泥以及混凝土工程有不利影響。因此，在相比于其他無(wú)機(jī)鹽來(lái)說(shuō)，在NaAlO2存在的情況下，樣品對(duì)水泥的水化有促進(jìn)效果，但最終對(duì)水化熱沒(méi)有不利影響。

4" 結(jié) 論

本文通過(guò)使用不同化學(xué)激活劑，分別對(duì)粉煤灰、爐渣和礦粉進(jìn)行活性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，ZY-4號(hào)樣品對(duì)幾類混合材的激活效果最佳。其主要激活機(jī)理是由于Na2S2O3和NaAlO2遇水電離成硫代硫酸根離子、鋁酸根離子、鈉離子，會(huì)與這類膠凝材料中鈣質(zhì)、鋁質(zhì)材料反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣和氫氧化鈣，使水化產(chǎn)物增加，水化進(jìn)程加快，28天活性激發(fā)最高能提高13.5%，有利于礦粉的后期強(qiáng)度穩(wěn)定。其中，對(duì)于粉煤灰來(lái)說(shuō)，隨著水化逐步進(jìn)行，Al3+ 和Si2+離子從中溶出，在加入三乙醇胺和NaAlO2后，是C3A 的水化和AFt 的形成，提高了水泥膠砂試塊的密實(shí)度，提高水泥強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 歐陽(yáng)彩香.石灰石粉復(fù)合摻合料對(duì)水泥膠砂性能影響規(guī)律[J].江西建材，2022（2）：29-31.

[2] 何智海，王燈燈，方劉基，等.礦物摻合料對(duì)水泥基材料自收縮影響綜述[J].混凝土，2022（3）：86-92.

[3] 李三.礦物摻合料對(duì)水泥-水玻璃雙液注漿材料的影響[J].建材世界，2021，42（6）：6-9.

[4] 王瑞陽(yáng)，余劍英，韓曉斌，等.絡(luò)合型外加劑與礦物摻合料對(duì)水泥基材料結(jié)構(gòu)與性能的影響研究[J].公路，2021，66（7）：249-254.

[5] 盧翔，代文彬，李宇，等.電爐渣熱態(tài)改質(zhì)過(guò)程中堿度對(duì)膠凝活性的影響[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，34（3）：209-214.

[6] 劉軍，孟書靈，李曉文，等.提高礦粉活性方法的研究[J].混凝土，2018（4）：70-74.

[7] 幸余彬，賀任，鐘康，等.聚羧酸減水劑替代醇胺對(duì)助磨劑性能影響的研究[J].遼寧化工，2022，51（1）：28-30.

[8] 騰娜.不同改性劑對(duì)氯氧鎂水泥耐水性能的改善及其機(jī)理研究[J].遼寧化工，2020，49（4）：346-350.

[9] 管宇晨，潘菲，林琛.磷酸鹽對(duì)礦粉-水泥體系的影響[J].粉煤灰綜合利用，2017（4）：30-33.

[10] 王倩，王麗花，張豪.污泥焚燒灰與粉煤灰混合后用作混凝土摻合料的研究[J].新型建筑材料，2022，49（4）：73-75.

Abstract：" With the development of the current construction industry， the requirements of mineral admixtures are getting higher and higher， and the activity， quality and dosage of different admixtures are different. In this paper， the chemical composition of three types of admixtures including mineral powder， fly ash and slag was analyzed， and different activators were selected to study the activation degree of activator's activity on admixtures. The results showed that ZY-4 activator had excellent activation effect on the three types of admixtures， among which the activation of mineral powder reached 101.5%， indicating that Na2S2O3 and NaAlO2 could react with calcareous and siliceous materials after hydrolysis， speeding up hydration process and increasing compressive strength.

Key words：" Activator; Chemical analysis; Admixture; Activity