堿礦渣水泥化學(xué)收縮研究

　　0  引言
     堿礦渣水泥是以磨細(xì)的水淬高爐礦渣和其它冶金渣為固態(tài)分散相，配以一定的堿組分制成的新型膠凝材料。目前，對(duì)該膠凝材料系統(tǒng)的化學(xué)收縮研究較少，而收縮問(wèn)題是制約其應(yīng)用發(fā)展的重要技術(shù)屬性之一。研究化學(xué)收縮，對(duì)確定不同類型收縮在堿礦渣水泥砂漿及混凝土總收縮中的比例及明確提高其體積穩(wěn)定性的技術(shù)途徑具有重要意義。

　　雖然礦渣的化學(xué)成分和硅酸鹽水泥相近，但是由于礦渣在水淬過(guò)程中，冷卻速度極快，來(lái)不及成核結(jié)晶，90％以上為玻璃相，因此不存在單礦物水化減縮的差異。堿礦渣水泥水化過(guò)程比硅酸鹽水泥更復(fù)雜，水化產(chǎn)物的組成與數(shù)量隨堿組分變化而改變。堿組分種類不同，堿礦渣水泥化學(xué)收縮可能不同；堿組分種類相同，堿溶液濃度不同，堿礦渣水泥化學(xué)收縮也可能不同。本文試驗(yàn)研究了礦渣種類、細(xì)度和堿組分種類、堿含量對(duì)堿礦渣水泥化學(xué)收縮的影響。

　　1   原材料和試驗(yàn)方法
　　1.1原材料
　　礦渣：重慶鋼鐵集團(tuán)水淬高爐礦渣，化學(xué)成分見(jiàn)表1，礦渣A的堿性系數(shù)為l.114、活性系數(shù)為0.304，屬堿性渣；礦渣B的堿性系數(shù)為0.964、活性系數(shù)為0.470，屬酸性渣。礦渣的密度為2.91～2.92g/cm³。礦渣與1.0%緩凝劑混磨，堿性渣的比表面積分別為390m²/kg、485m²/kg和590m²/kg；酸性渣的比表面積分別為：379m²/kg、514m²/kg和615m²/kg。

　　堿組分：分別采用水玻璃和NaOH作堿組分。前者為重慶北碚東風(fēng)化工廠生產(chǎn)的水玻璃，其玻美度為52，模數(shù)為2.31，Na20和Si02含量分別為l3.57%和30.33%；后者NaOH含量為99%。

　　水泥：重慶拉法基水泥廠生產(chǎn)的P·0425級(jí)水泥。

　　1.2試驗(yàn)方法

　　試驗(yàn)裝置如圖l所示，由l25ml廣口玻璃瓶、中心穿孔膠塞及量管組成。量管采用10ml的刻度吸管，刻度分度值為0.1ml。
　　

　　試驗(yàn)前配制好堿溶液，提前將堿溶液、礦渣放入溫度為(20±1)℃室內(nèi)，待原材料溫度與環(huán)境相同后開(kāi)始做試驗(yàn)。

　　步驟如下：

　?、俜Q取干燥過(guò)并冷卻的礦渣或水泥裝入廣口瓶。

　?、趯⒘抗懿迦肽z塞中，量管與膠塞接觸處用502膠密封。

　　③向廣15瓶中加適量堿溶液或水(礦渣加堿溶液，水泥加水)，用玻璃棒攪拌使試樣分散，并排氣泡。

　?、苡媚z塞塞緊瓶口，膠塞與瓶口接觸處用502膠密封。

　　⑤用滴管通過(guò)量管向瓶?jī)?nèi)補(bǔ)充加水，使液面上升至接近量管的最大刻度。

　?、尴蛄抗苤屑右坏螜C(jī)油，用以封蓋水面，防止水分蒸發(fā)。

　?、邔⒀b置放于溫度為(20±1)℃室內(nèi)，待液面穩(wěn)定后，即可讀取液面起始讀數(shù)。

　　每組3個(gè)試樣，每個(gè)試樣為50g。按預(yù)定水化齡期測(cè)讀瓶中的液面飛降值，取其平均值的2倍作為最終結(jié)果

　　2  試驗(yàn)結(jié)果與討論

　　2.1礦渣種類對(duì)堿礦渣水泥化學(xué)收縮的影響

　　一共進(jìn)行2個(gè)系列，共12組試驗(yàn)，研究了堿性渣(礦渣A，比表面積為485m²/kg)和酸性渣(礦渣8，比表面積為514m²/kg)為固態(tài)分析相的堿礦渣水泥的化學(xué)收縮，其中NH系列試驗(yàn)的堿組分為NaOH，WG系列試驗(yàn)堿組分是模數(shù)為1.5的水玻璃。堿溶液濃度以Na₂0當(dāng)量(即Na₂0占溶液質(zhì)量比)計(jì)分別為4/35、4/45和4/55。堿礦渣水泥化學(xué)收縮試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3。普通硅酸鹽水泥的28d化學(xué)收縮為7～9ml/100g。

圖2 NH系列堿礦渣水泥的化學(xué)收縮

圖3 WG系列堿礦渣水泥的化學(xué)收縮

　　由上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)堿組分為Na0H且堿溶液濃度相同時(shí)，酸性渣制備的堿礦渣水泥各個(gè)齡期的化學(xué)收縮比堿性礦渣制備的堿礦渣水泥的略大；當(dāng)堿組分為水玻璃時(shí)，堿性渣和酸性渣制備的堿礦渣水泥各齡期的化學(xué)收縮相當(dāng)。說(shuō)明礦渣堿度不是影響堿礦渣水泥化學(xué)收縮的主要因素。

　　無(wú)論是堿性渣還是酸性渣，NaOH為堿組分的堿礦渣水泥28d齡期的化學(xué)收縮量比水玻璃為堿組分的堿礦渣水泥的大。

　　2.2礦渣細(xì)度對(duì)化學(xué)收縮的影響

　　進(jìn)行2個(gè)系列，共6組試驗(yàn)。試驗(yàn)中礦渣的比表面積分別為390m²/kg、485m²/kg和590m²/kg。堿組分為NaOH時(shí)，堿濃度為4/35；堿組分為水玻璃時(shí)，堿濃度為4/45。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 礦渣細(xì)度對(duì)堿礦渣水泥化學(xué)收縮的影響

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，同等條件下，堿礦渣水泥28d齡期內(nèi)的化學(xué)收縮隨齡期延長(zhǎng)而提高，NaOH作堿組分的堿礦渣水泥的化學(xué)收縮大于水玻璃作堿組分的堿礦渣水泥。礦渣比表面積在390-590m2／kg范圍時(shí)，NaOH作堿組分的堿礦渣水泥化學(xué)收縮隨礦渣比表面積增大呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；水玻璃作堿組分的堿礦渣水泥初期(1d齡期)礦渣比表面積對(duì)化學(xué)收縮有一定影響，但此后齡期的影響不明顯。

　　2.3堿組分對(duì)化學(xué)收縮的影響

　　堿組分是堿礦渣水泥的獨(dú)立組分，是該膠凝材料活性形成的動(dòng)力源。堿組分種類不同的堿礦渣水泥的水化過(guò)程、水化產(chǎn)物組成和結(jié)構(gòu)有所區(qū)別，因此其化學(xué)收縮行為也不同。與其它影響因素相比，堿組分對(duì)堿礦渣水泥化學(xué)收縮的影響較復(fù)雜，包括堿組分的種類、堿溶液濃度(以Na2O當(dāng)量計(jì))和堿參數(shù)(水玻璃模數(shù))等。

　　選擇水玻璃和NaOH做堿組分，礦渣比表面積為485m2／kg，水玻璃的模數(shù)分別為l.0、1.5和2.0，研究堿組分對(duì)堿礦渣水泥化學(xué)收縮的影響。結(jié)果見(jiàn)圖5。

　　3)當(dāng)堿組分為NaOH時(shí)，堿溶液濃度(以Na20當(dāng)量計(jì))在4/55～5/35范圍內(nèi)，礦渣水泥的化學(xué)收縮隨濃度增加呈增大趨勢(shì)；當(dāng)堿組分為水玻璃時(shí)，堿濃度在4/55～4/35，堿礦渣水泥化學(xué)收縮隨堿濃度提高先增大后減小變化，出現(xiàn)“化學(xué)收縮最大”堿濃度點(diǎn)，本試驗(yàn)條件下該濃度約為4/45。其它條件一定、模數(shù)在1.0～2.0區(qū)間內(nèi)時(shí)，模數(shù)為l.5的水玻璃所配堿礦渣水泥的化學(xué)收縮最大。