堿激發(fā)燒結(jié)磚粉力學(xué)性能與水化機(jī)理研究

馬祖旭　于基寧　楊華美　李丹　魏厚振　劉昊

摘要：廢棄燒結(jié)磚約占城市建筑垃圾總量的50%，將其任意堆放與丟棄給環(huán)境造成極大負(fù)荷。為尋求廢棄燒結(jié)磚的資源化利用新途徑，以磨細(xì)的廢棄燒結(jié)磚粉為原料，用水玻璃和NaOH為復(fù)合堿性激發(fā)劑制備堿激發(fā)膠凝材料，研究了水玻璃模數(shù)、Na2O含量對(duì)堿激發(fā)燒結(jié)磚粉力學(xué)性能的影響，并結(jié)合水化熱、X射線衍射和掃描電鏡等測(cè)試技術(shù)，揭示了堿激發(fā)燒結(jié)磚粉的水化作用機(jī)理。結(jié)果表明：堿激發(fā)燒結(jié)磚粉抗壓強(qiáng)度隨水玻璃模數(shù)和Na2O含量的增加均呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，當(dāng)水玻璃模數(shù)為1.8、Na2O含量3.0%時(shí)，試樣28 d抗壓強(qiáng)度最高，可達(dá)1.70 MPa，可做輔助膠凝材料使用。隨著水玻璃模數(shù)減小或Na2O含量增加，堿激發(fā)燒結(jié)磚粉漿體水化反應(yīng)誘導(dǎo)期延長(zhǎng)，加速期第二放熱峰出現(xiàn)時(shí)間延后；放熱總量隨水玻璃模數(shù)減小而先增加后減小，隨Na2O含量增加而增加。堿激發(fā)膠凝材料微結(jié)構(gòu)演變中，當(dāng)水玻璃模數(shù)和Na2O含量過(guò)高或過(guò)低時(shí)，均會(huì)阻礙水化產(chǎn)物N-A-S-H凝膠的生成，增加孔隙率，進(jìn)而影響試樣抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)。

關(guān) 鍵 詞：燒結(jié)磚粉； 堿激發(fā)； 水化熱； 抗壓強(qiáng)度； 水化機(jī)理

中圖法分類號(hào)： TU522 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.06.029

0 引 言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，中國(guó)每年因拆除建筑物而產(chǎn)生的固體廢棄物總量高達(dá)10億t，其中廢棄燒結(jié)磚約占50%左右，大量的廢棄燒結(jié)磚作為建筑垃圾被丟棄、堆存、填埋，得不到有效的利用，造成較大的環(huán)境和資源浪費(fèi)問(wèn)題［1］。

目前，國(guó)內(nèi)外在廢棄燒結(jié)磚再生利用的研究主要涉及兩方面：一方面為再生骨料方面，一些學(xué)者通過(guò)對(duì)燒結(jié)磚骨料進(jìn)行表面預(yù)處理或摻加礦物摻合料的方式來(lái)改善其力學(xué)性能［2-4］，燒結(jié)磚全部或部分替代天然粗骨料制備低強(qiáng)度混凝土是可行的［5-6］。但利用燒結(jié)磚骨料配制的高強(qiáng)度等級(jí)混凝土不能完全達(dá)到強(qiáng)度要求［7］，此外，由于燒結(jié)磚吸水率高且表面粗糙等原因，導(dǎo)致配制的再生骨料混凝土和易性欠佳［8］，使得廢棄燒結(jié)磚利用率不高。

另一方面是通過(guò)物理或化學(xué)方式激發(fā)燒結(jié)磚粉活性，將其作為活性材料使用。研究表明，燒結(jié)磚粉中含有大量火山灰活性成分，主要為活性SiO2與Al2O3［9］，在物相中以長(zhǎng)石、非晶相等形式存在［10］，可用堿性激發(fā)劑激發(fā)其潛在活性作膠凝材料使用［11］。氫氧化鈉和水玻璃等是制備膠凝材料的常用堿性激發(fā)劑［12］，經(jīng)過(guò)大量研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)，復(fù)合堿激發(fā)劑的激發(fā)效果一般優(yōu)于單一種類堿激發(fā)劑［13］，各類堿激發(fā)劑的激發(fā)效果強(qiáng)弱大致為NaOH+Na2SiO3＞Na2SiO3＞NaOH＞KOH［14］。學(xué)者們將燒結(jié)磚粉作活性材料部分替代水泥制備砂漿和混凝土，主要通過(guò)研究磚粉與水泥水化產(chǎn)物的相互反應(yīng)來(lái)探討磚粉火山灰活性對(duì)砂漿和混凝土力學(xué)性能的改善［15］。研究發(fā)現(xiàn)，磚粉取代率為10%～15%左右時(shí)能夠提高砂漿和混凝土養(yǎng)護(hù)后期抗壓強(qiáng)度［16］，原因在于磚粉的火山灰活性，磚粉中的活性硅鋁氧化物能夠與水泥水化產(chǎn)生的Ca（OH）2反應(yīng)生成CSH等凝膠，達(dá)到填充孔隙、提高力學(xué)性能的作用［17］。但現(xiàn)有研究沒(méi)有將燒結(jié)磚粉單獨(dú)作為活性材料，其本身與堿性激發(fā)劑反應(yīng)的水化機(jī)理也未探討清楚。

因此，本文研究了復(fù)合堿性激發(fā)劑（NaOH+Na2SiO3）對(duì)磚粉活性材料水化行為、力學(xué)性能、水化產(chǎn)物和微觀結(jié)構(gòu)的影響。采用抗壓強(qiáng)度對(duì)比，分析出復(fù)合堿激發(fā)磚粉活性材料的最佳配合比。同時(shí)，采用等溫量熱法揭示磚粉活性材料的水化歷程。最后分別利用X射線衍射和掃描電子顯微鏡（SEM）分析復(fù)合堿激發(fā)磚粉活性材料的水化產(chǎn)物及其微觀形貌，進(jìn)而揭示復(fù)合堿性激發(fā)劑提高磚粉活性材料力學(xué)性能的微觀機(jī)理。

1 試驗(yàn)材料及方案

1.1 原材料

本次試驗(yàn)采用華新水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·C 42.5水泥，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。試驗(yàn)所用燒結(jié)磚粉由某拆遷工地拆除的廢棄燒結(jié)磚塊經(jīng)磨細(xì)制成，對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。燒結(jié)磚粉的物理性質(zhì)、化學(xué)組成和礦物組成分別見(jiàn)表1～2和圖1～2。由表1可知，燒結(jié)磚粉的主要化學(xué)成分是SiO2和Al2O3，含量分別占67.36%和17.02%，CaO的含量?jī)H占1.12%，是一種典型的硅鋁質(zhì)材料。如圖1～2所示，燒結(jié)磚粉中主要的晶體相為石英，并含有少量的長(zhǎng)石以及赤鐵礦。且除了SiO2結(jié)晶峰較高外，其他結(jié)晶峰均較低，說(shuō)明有一定的無(wú)定形活性硅鋁氧化物［18］。燒結(jié)磚粉的顆粒分布曲線見(jiàn)圖3，粒徑在0.1～300 μm之間，中位粒徑為14 μm。

本次實(shí)驗(yàn)激發(fā)劑采用河南鉑潤(rùn)新材料有限公司生產(chǎn)的工業(yè)級(jí)Na2SiO3粉末（模數(shù)3.0）和國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的分析純NaOH，用于調(diào)整水玻璃模數(shù)。

1.2 試驗(yàn)方案

堿激發(fā)燒結(jié)磚粉的配比見(jiàn)表3，試驗(yàn)中，水灰比均為0.35，燒結(jié)磚粉和水泥摻量分別為98%和2%。

1.2.1 水玻璃（Na2SiO3）模數(shù)調(diào)節(jié)

水玻璃模數(shù)表示的是水玻璃中的主要成分二氧化硅（SiO2）與氧化鈉（Na2O）的物質(zhì)的量（通常用n表示）之比，一般用m來(lái)表示［19］，計(jì)算公式如下：

m=nSiO2/nNa2O

試驗(yàn)中水玻璃模數(shù)設(shè)定有1.2，1.4，1.6，1.8，2.0。

由于試驗(yàn)采購(gòu)的水玻璃（Na2SiO3）模數(shù)為3.0，根據(jù)擬定的試驗(yàn)方案，需要加入氫氧化納將水玻璃模數(shù)由高到低調(diào)節(jié)［20］，氧化納含量隨著NaOH的增加不斷增加?；瘜W(xué)反應(yīng)式為

Na2SiO3+2NaOH→Na2SiO3+Na2O+H2O

另外，不同的堿性激發(fā)劑的摻量以Na2O含量占粉體的比值為基準(zhǔn)，試驗(yàn)方案設(shè)定Na2O含量占粉體的比值分別為1%，2%，3%，4%。另外添加一組不含堿性激發(fā)劑試驗(yàn)組，用于對(duì)比分析。

1.2.2 試樣制備

用500 g固體燒結(jié)磚粉末，在堿激發(fā)劑的作用下形成凈漿，制備3個(gè)物理力學(xué)性質(zhì)相同的試樣，固體堿性激發(fā)劑和水按比例攪拌配制成堿溶液，冷卻至室溫25±2 ℃；將攪拌均勻的水泥和燒結(jié)磚粉放入砂漿攪拌機(jī)攪拌1 min，再加入攪拌好的堿溶液，攪拌6 min后注入50 mm×50 mm的圓柱體模具中，在振動(dòng)臺(tái)上震蕩30 s后抹平成型，裹住保鮮膜后放在室溫25±2 ℃下靜置24 h；拆模后將試樣放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱（20±2 ℃，RH≥95%）養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期（7 d和28 d）進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

1.2.3 水化熱

采用TAM Air 8通道水化微熱量?jī)x測(cè)定漿體7 d的水化放熱速率和放熱量。按照表4測(cè)試堿性激發(fā)劑激發(fā)燒結(jié)磚粉活性過(guò)程中的水化放熱，分析其水化放熱規(guī)律。恒溫槽溫度穩(wěn)定在-0.02～0.02 ℃；八通道量熱計(jì)大于24 h的基線漂移<25 uW；基線偏差量-10～10 uW；基線誤差量-16～16 uW，量熱計(jì)最低檢測(cè)限為4 uW。

1.2.4 微觀測(cè)試

取壓碎的堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試塊的中心部分浸泡于無(wú)水乙醇中24 h，放于40 ℃的恒溫烘箱里烘干，終止水化反應(yīng)后用于微觀測(cè)試。

采用Bruke D8 Advance型X射線衍射儀（XRD）分析堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣的物相組成，XRD的衍射角度為5°～90°，掃描速度2°/min。

取用部分烘干試樣處理成指甲蓋大的塊狀試樣，截取平整斷面采用Quanta 250型電子顯微鏡（SEM）分析堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣的微觀形貌。由于試驗(yàn)過(guò)程中試樣表面存在因電荷聚集產(chǎn)生放電形象，因此在試驗(yàn)前需要對(duì)樣品的待觀測(cè)斷面進(jìn)行鍍金處理，以免影響圖像質(zhì)量。

2 結(jié)果和討論

2.1 堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣抗壓強(qiáng)度

堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣7 d、28 d抗壓強(qiáng)度隨水玻璃模數(shù)和Na2O含量變化規(guī)律如圖4和圖5所示。未摻激發(fā)劑的燒結(jié)磚粉試樣7 d、28 d抗壓強(qiáng)度僅在0.3 MPa左右，且隨齡期增長(zhǎng)不明顯。堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣抗壓強(qiáng)度隨齡期增大而增長(zhǎng)。由圖4可知，當(dāng)水玻璃模數(shù)一定，堿性激發(fā)劑溶液Na2O含量在1.0%～4.0%的范圍內(nèi)變化時(shí)，試樣7 d、28 d抗壓強(qiáng)度隨著Na2O含量的增大均呈現(xiàn)出先增加后減小的變化規(guī)律。而由圖5可知，當(dāng)Na2O含量一定，水玻璃模數(shù)在1.2～2.0的范圍內(nèi)變化時(shí)，試樣7 d、28 d抗壓強(qiáng)度隨水玻璃模數(shù)增加均呈現(xiàn)先增加后減小的變化規(guī)律。當(dāng)堿性激發(fā)劑水玻璃模數(shù)為1.8，Na2O含量3.0%時(shí)，堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣7 d、28 d抗壓強(qiáng)度均達(dá)到最大，分別為1.23 MPa和1.70 MPa。

目前，大部分學(xué)者認(rèn)為無(wú)鈣體系堿激發(fā)膠凝材料反應(yīng)機(jī)理為：堿性激發(fā)劑破壞活性硅鋁氧化物結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)中的Si-O和Al-O鍵發(fā)生斷裂，先進(jìn)行“解聚”，形成一系列聚合度較低的［SiO4］4-和［AlO4］5-四面體單元，再脫水“凝聚”，形成-Si-O-Al-的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠物質(zhì)［14］。水玻璃模數(shù)和Na2O含量過(guò)低或過(guò)高均會(huì)影響試樣抗壓強(qiáng)度［21］：模數(shù)過(guò)低時(shí)，堿激發(fā)劑溶液中OH-濃度過(guò)高，迅速與燒結(jié)磚粉表面的活性SiO2、Al2O3反應(yīng)形成［SiO4］4-和［AlO4］5-四面體，附著在磚粉顆粒表面，阻礙水化反應(yīng)進(jìn)行，不利于水化產(chǎn)物凝膠物質(zhì)的形成；模數(shù)過(guò)高時(shí)，堿激發(fā)劑溶液中OH-的濃度過(guò)低，難以完全溶解燒結(jié)磚粉中的活性SiO2和Al2O3，形成的少量水化產(chǎn)物不能充分填充試樣孔隙［22］。Na2O含量過(guò)低，堿性激發(fā)劑溶液中OH-濃度較低，難以充分與燒結(jié)磚粉發(fā)生水化反應(yīng)，影響水化產(chǎn)物的形成；Na2O含量過(guò)高，容易與空氣中的CO2反應(yīng)生成碳酸鹽阻礙水化反應(yīng)的進(jìn)行［23］，降低試樣抗壓強(qiáng)度。

因此存在一個(gè)最佳的堿性激發(fā)劑配比，即水玻璃模數(shù)為1.8、Na2O含量3.0%時(shí)，使得燒結(jié)磚粉中活性SiO2，Al2O3充分被堿性激發(fā)劑溶液溶解，經(jīng)過(guò)解聚-聚合反應(yīng)，形成大量的N-A-S-H凝膠物質(zhì)填充試樣內(nèi)部孔隙，最大程度提高堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣抗壓強(qiáng)度［24］。

2.2 水化熱

圖6～7為水玻璃模數(shù)1.6時(shí)，不同Na2O含量對(duì)水化放熱速率和放熱總量的影響曲線。根據(jù)水泥的水化放熱，可將水泥水化分為水化初期、誘導(dǎo)期、加速期、減速期、穩(wěn)定期5個(gè)階段［25］。未摻堿激發(fā)劑的基準(zhǔn)漿體只在加速期出現(xiàn)了一個(gè)明顯的放熱峰，在加水反應(yīng)4 h左右，主要是由于水泥與水接觸迅速發(fā)生水化反應(yīng)生成AFt等水化產(chǎn)物而形成［26］。摻堿性激發(fā)劑的試驗(yàn)漿體在水化熱加速期過(guò)程均出現(xiàn)兩個(gè)放熱峰，分別對(duì)應(yīng)AFt和水化硅鋁酸鈉凝膠形成［27］，水泥的早期水化產(chǎn)物，起到促進(jìn)試樣成型的作用。第一放熱峰出現(xiàn)時(shí)間稍晚于未摻堿激發(fā)劑的基準(zhǔn)漿體，在加水反應(yīng)4～8 h左右（見(jiàn)圖6），且放熱峰略低于基準(zhǔn)漿體，這可能是因?yàn)閴A性激發(fā)劑的加入吸附了微量Ca2+，延緩了水泥的水化［10］；第二放熱峰出現(xiàn)在加水反應(yīng)12～120 h（見(jiàn)圖6），在堿性激發(fā)劑的作用下，燒結(jié)磚粉中的活性SiO2、Al2O3被溶解，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的Si-O和Al-O鍵斷裂，形成［SiO4］4-和［AlO4］5-等四面體結(jié)構(gòu)，接著［SiO4］4-和［AlO4］5-四面體聚合形成水化硅鋁酸鈉凝膠（N-A-S-H），水化反應(yīng)進(jìn)入加速期，第二個(gè)放熱峰出現(xiàn)，隨著N-A-S-H凝膠形成，水化反應(yīng)進(jìn)入減速期，最終隨著時(shí)間的增長(zhǎng)水化過(guò)程進(jìn)入較為穩(wěn)定的階段。第二放熱峰的出現(xiàn)充分說(shuō)明了堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣中堿性激發(fā)劑與燒結(jié)磚粉發(fā)生水化反應(yīng)，形成的N-A-S-H凝膠填充試樣孔隙，抗壓強(qiáng)度因此得到提高。

由圖6和圖7可知，隨著Na2O含量增加，堿激發(fā)燒結(jié)磚粉漿體水化反應(yīng)加速期延長(zhǎng)，第二放熱峰出現(xiàn)時(shí)間延后，且放熱峰變寬，放熱總量增加。

圖8～9為當(dāng)Na2O含量為3.0%時(shí)，不同水玻璃模數(shù)對(duì)水化放熱速率和放熱總量的影響曲線。水玻璃模數(shù)過(guò)低，部分活性SiO2，Al2O3迅速溶解形成［SiO4］4-和［AlO4］5-四面體附著燒結(jié)磚粉顆粒表面，影響了水化產(chǎn)物的形成速度。水玻璃模數(shù)過(guò)高，堿性激發(fā)劑溶液中OH-濃度過(guò)低，影響活性SiO2，Al2O3的溶解和水化產(chǎn)物的形成。一定范圍內(nèi)，隨著水玻璃模數(shù)增大，堿激發(fā)燒結(jié)磚粉漿體水化反應(yīng)加速期縮短，第二放熱峰出現(xiàn)時(shí)間提前，放熱峰變窄，放熱總量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

2.3 水化產(chǎn)物

2.3.1 SEM-EDS分析

圖10～11分別為不同齡期堿激發(fā)燒結(jié)磚粉漿體的SEM照片和EDS圖譜。可以看出，堿激發(fā)燒結(jié)磚粉漿體中孔隙中有球狀凝膠物質(zhì)填充，且有大量的非晶態(tài)絮凝狀和網(wǎng)狀凝膠物質(zhì)附著于表面，相比之下，無(wú)堿性激發(fā)劑試樣SEM測(cè)試表面為燒結(jié)磚粉含有的晶態(tài)物質(zhì)，且無(wú)球狀或非晶態(tài)凝膠物質(zhì)。

結(jié)合EDS圖譜可知，堿性激發(fā)劑燒結(jié)磚粉試樣發(fā)生的水化反應(yīng)最終形成的水化產(chǎn)物的主要元素包含Si、Al、Na，可以推測(cè)堿激發(fā)燒結(jié)磚粉發(fā)生的水化反應(yīng)的主要水化產(chǎn)物為水化硅鋁酸鈉N-A-S-H。養(yǎng)護(hù)初期，堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣中堿性激發(fā)劑溶解燒結(jié)磚粉中活性SiO2與Al2O3，Si-O和Al-O鍵斷裂，最后聚合形成N-A-S-H凝膠物質(zhì)填充燒結(jié)磚粉顆粒間的孔隙，試樣養(yǎng)護(hù)前期抗壓強(qiáng)度由于N-A-S-H凝膠的填充而增長(zhǎng)；隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，試樣內(nèi)部持續(xù)發(fā)生的水化反應(yīng)形成大量的N-A-S-H凝膠物質(zhì)，填充試樣內(nèi)部孔隙，附著在燒結(jié)磚粉顆粒表面，且從SEM圖片中可以發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護(hù)28 d試樣中的球狀凝膠與孔隙黏結(jié)更加緊密，使得養(yǎng)護(hù)后期試樣整體結(jié)構(gòu)更加致密，提高了試樣養(yǎng)護(hù)后期的抗壓強(qiáng)度。

2.3.2 XRD分析

堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣的XRD圖譜如圖12所示。從圖12（a）中可以發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后，水玻璃模數(shù)1.6，不同Na2O含量下的堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣X(jué)RD圖譜基本相似，由于燒結(jié)磚粉活性較弱，堿性激發(fā)劑與燒結(jié)磚粉之間的水化反應(yīng)是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，且水化產(chǎn)物為非晶相的凝膠物質(zhì)，晶體相之間變化不明顯。

圖12（b）表示的是水玻璃模數(shù)1.6、Na2O含量3.0%時(shí)，不同養(yǎng)護(hù)齡期下堿激發(fā)磚粉漿體的XRD圖譜。SiO2晶體和長(zhǎng)石等晶體的特征峰隨著齡期的增長(zhǎng)略微降低，且在衍射角2θ為20°～40°這一范圍內(nèi)出現(xiàn)無(wú)定形的彌散峰，為非晶相的N-A-S-H凝膠物質(zhì)，說(shuō)明在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，燒結(jié)磚粉中活性SiO2與Al2O3被堿性激發(fā)劑溶解，Si-O和Al-O鍵發(fā)生斷裂，形成［SiO4］4-和［AlO4］5-四面體，最后聚合形成N-A-S-H凝膠，這種無(wú)定形的凝膠起到提高試樣抗壓強(qiáng)度的效果，該結(jié)論與長(zhǎng)期抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律和SEM圖片分析結(jié)果一致。

3 結(jié) 論

（1） 水玻璃模數(shù)和Na2O摻量是影響堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣抗壓強(qiáng)度的主要因素，隨著水玻璃模數(shù)和Na2O含量的增大，抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)。當(dāng)水玻璃模數(shù)為1.8、Na2O含量為3.0%時(shí)，試樣7 d、28 d抗壓強(qiáng)度均最高，分別為1.23 MPa和1.70 MPa。

（2） 隨著水玻璃模數(shù)減小或Na2O含量增加，堿激發(fā)燒結(jié)磚粉漿體水化反應(yīng)誘導(dǎo)期延長(zhǎng)，加速期第二放熱峰出現(xiàn)時(shí)間延后；放熱總量隨水玻璃模數(shù)減小而先增加后減小，隨Na2O含量增加而增加。結(jié)合抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律，水玻璃模數(shù)和Na2O含量過(guò)高或過(guò)低，均會(huì)影響堿激發(fā)劑和燒結(jié)磚粉水化反應(yīng)的放熱速率和放熱量，阻礙水化產(chǎn)物N-A-S-H凝膠的形成，進(jìn)而影響試樣抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)。

（3） 水玻璃和NaOH混合堿性激發(fā)劑與燒結(jié)磚粉水化反應(yīng)機(jī)理為：燒結(jié)磚粉活性硅鋁氧化物被堿性激發(fā)劑溶解，Si-O和Al-O鍵斷裂，解聚形成［SiO4］4-和［AlO4］5-四面體，最后聚合形成的水化產(chǎn)物為水化硅鋁酸鈉N-A-S-H凝膠，填充堿激發(fā)燒結(jié)磚粉試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)孔隙，提高試樣抗壓強(qiáng)度。

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（編輯：胡旭東）

Research on mechanical properties and hydration mechanism of alkali-activated sintered brick powder

MA Zuxu1，4，YU Jining2，YANG Huamei3，LI Dan1，WEI Houzhen4，LIU Hao4

（1.School of Urban Construction，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065，China； 2.China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd，Xian 710043，China； 3.China Three Gorges Corporation Limited，Wuhan 430010，China； 4.Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430071，China）

Abstract： The discarded sintered bricks account for about 50% of the total amount of urban construction waste，its improper and rampant disposal cause significant damage to the environment.In order to seek a new way of resource utilization of waste sintered bricks，the waste sintered brick powder was used as raw material，water glass and NaOH were used as composite alkaline activators to prepare alkali-activated cementitious materials.The influences of sodium silicate modulus and Na2O content on the mechanical properties of alkali-activated sintered brick powder were studied，and the hydration mechanism of alkali-activated sintered brick powder was revealed by applying hydration heat，X-ray diffraction and scanning electron microscopy.The results showed that the compressive strength of alkali-activated sintered brick powder increased first，and decreased with the increasing of the sodium silicate modulus and Na2O content.The 28 d compressive strength reached the maximum level up to 1.70 MPa when the sodium silicate modulus was 1.8 and the Na2O content was 3.0%，which could be used as supplementary cementing materials.With the decreasing of sodium silicate modulus or the increasing of Na2O content，the induction period of hydration reaction of alkali-activated sintered brick powder slurry was extended，and the appearance of the second exothermic peak during the acceleration period was delayed.The total heat release increased first and decreased with the decreasing of sodium silicate modulus，and increased with the increasing of Na2O content.During the micro structure evolution of the alkali-activated cementitious materials，when the sodium silicate modulus and the Na2O content were too high or low，the formation of the hydration product，i.e.N-A-S-H gel would be blocked，and the porosity increased，which would affect the growth of the samples compressive strength.

Key words： sintered brick powder；alkali-activated；hydration heat；compressive strength；hydration mechanism

收稿日期：2022-08-07

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41877260）

作者簡(jiǎn)介：馬祖旭，男，碩士研究生，主要從事建筑垃圾改性土的研究。E-mail：1595774214 @qq.com.

通信作者：魏厚振，男，研究員，博士，主要從事珊瑚島礁巖土力學(xué)與工程研究工作。E-mail：hzwei@whrsm.ac.cn