大摻量粉煤灰堿激發(fā)膠凝材料的活性分析

王國靖 程黎明 齊英偉 吳端陽 孔令煒

(吉林建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130000）

大摻量粉煤灰堿激發(fā)膠凝材料的活性分析

王國靖 程黎明 齊英偉 吳端陽 孔令煒

(吉林建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130000）

隨著我國科技水平的不斷發(fā)展，在建筑領(lǐng)域的投入也越來越多。因此，對建筑材料的產(chǎn)量和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也就有所提高，為了進(jìn)一步促進(jìn)建筑領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，就需要對建筑材料的各種性能有個全面的認(rèn)識和了解。經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，把氫氧化鈣和氫氧化鉀等一些堿性的激發(fā)劑混入到大摻量的粉煤灰膠凝材料里面可以極大地促進(jìn)粉煤灰火山灰的活性。本文以大摻量粉煤灰凝膠材料為研究對象，采用相應(yīng)的力學(xué)實驗及XRD試驗進(jìn)行分析，對把氫氧化鈣和氫氧化鉀等一些堿性的激發(fā)劑混入到大摻量的粉煤灰膠凝材料里面的火山灰的活性情況進(jìn)行詳細(xì)分析和探討，經(jīng)過大量科學(xué)有效的試驗和分析可以得出；將堿性的激發(fā)劑混入到粉煤灰膠凝材料里面可以有效激發(fā)起火山灰的活性，而且進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，采用多種堿性激發(fā)劑相結(jié)合的活性明顯要比采用氫氧化鈣這種單一的堿性激發(fā)劑要高出很多。

大摻量粉煤灰 堿激發(fā)劑 膠凝材料 活性

前言：隨著我國工業(yè)化的大幅度推進(jìn)，在建筑方面的投入逐漸加大，這就導(dǎo)致對建筑材料的需求也逐漸增多。因此，為了進(jìn)一步研究建筑材料的特性從而對已有材料進(jìn)行完善，必須首先對材料的性能進(jìn)行全面了解。其中對粉煤灰的研究就成了建筑材料的重點。，經(jīng)過大量科學(xué)有效的試驗和分析可以得出；將堿性的激發(fā)劑混入到粉煤灰膠凝材料里面可以有效激發(fā)起火山灰的活性，而且進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，采用多種堿性激發(fā)劑相結(jié)合的活性明顯要比采用氫氧化鈣這種單一的堿性激發(fā)劑要高出很多。

粉煤灰按照含鈣量的不同可以將其分成高鈣粉煤灰和低鈣粉煤灰。目前我國使用較多的還是低鈣類的粉煤灰，此材料的水化速率較低，而且低鈣粉煤灰的活性還需要由一些堿激發(fā)劑加以催化才能顯示出來。這就造成了粉煤灰膠凝材料的強(qiáng)度不能滿足要求。尤其對于大摻量的粉煤灰來說，其活性也會更低，

一、原料成分和試驗手段

1.1 原料組成

進(jìn)行試驗的粉煤灰屬于低鈣類的粉煤灰，從專門的混凝土攪拌站取得；水泥的型號為P.O. 42.5R 級，該型號水泥的質(zhì)量都符合標(biāo)準(zhǔn)，堿激發(fā)劑采用單獨形式存在的氫氧化鉀、氫氧化鈣和兩者的結(jié)合體，減水劑為液態(tài)聚羧酸。

1.2 試驗手段

把選取好的粉煤灰、堿激發(fā)劑、砂子、水、減水劑、水泥按照適當(dāng)?shù)呐浜媳冗M(jìn)行拌合和振搗的處理，然后將其做成一個55 mm×55 mm×150 mm的樣品，再放入養(yǎng)護(hù)箱里面2天后將模板進(jìn)行去除，養(yǎng)護(hù)相應(yīng)齡期，根據(jù)硅酸鹽水泥國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行力學(xué)性能測試，同時將樣品研磨成粉狀實施XRD衍射試驗，以此來對不同種類的堿激發(fā)劑對粉煤灰的火山灰活性的情況進(jìn)行科學(xué)評價和探討。

二、試驗結(jié)果

按照上述的方法和配合比將試驗所需材料準(zhǔn)備好后進(jìn)行各項測試，經(jīng)過對測試所得數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的統(tǒng)計和處理。

2.1 樣品的抗壓極限和抗折極限

經(jīng)過力學(xué)性能試驗的測試后，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過堿激發(fā)劑的混入后，粉煤灰膠凝材料樣品的抗壓極限和抗折極限都極大得到增強(qiáng)。本次研究在一定程度上可以充分顯示，各種堿激發(fā)劑都可以大大的激發(fā)粉煤灰的火山灰的活性，此外，氫氧化鈣這種堿激發(fā)劑的混合量也會對其活性的大小產(chǎn)生影響，相反的如果其含量超過了一定限度，激發(fā)的效果會受到抑制，同時，本次研究還發(fā)現(xiàn)，采用氫氧化鈣和氫氧化鉀的混合體作為粉煤灰膠凝材料的堿激發(fā)劑的激發(fā)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比氫氧化鈣單獨的激發(fā)效果好的多。

2.2 粉煤灰膠凝材料XRD測試

采用經(jīng)過養(yǎng)護(hù)28天的樣品研磨成粉狀，將其實施XRD試驗，結(jié)果表明，在混入了15%的氫氧化鈣樣品中，二氧化硅的衍射結(jié)果不明顯，相反鈣釩石的衍射結(jié)果很清晰，在混入了15%的氫氧化鈣和氫氧化鉀作為堿激發(fā)劑的試樣中，這些指標(biāo)都顯著存在。這就說明粉煤灰含有大量的二氧化硅，同時在反應(yīng)物中也存在鈣釩石等顆粒，這些產(chǎn)生的顆粒能最大限度的填補(bǔ)樣品的空隙，以此來增強(qiáng)樣品的強(qiáng)度。

三、大摻量粉煤灰活性的原理

粉煤灰是一種從火力發(fā)電站產(chǎn)生的廢氣中產(chǎn)生的粉狀物，它的化學(xué)構(gòu)成有二氧化硅、氧化鈣、三氧化二鋁以及一些未燃盡的炭粉。將粉煤灰混入在水泥膠凝材料里面，然而粉煤灰自身完全不存在水硬性，之所以其混合體具有活性是因為粉煤灰顆粒里面的二氧化硅和三氧化二鋁與水泥里面的氫氧化鈣出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生構(gòu)成很緊密的水化硅酸鹽之類的膠凝狀態(tài)的物質(zhì)，故可以用來增強(qiáng)水泥膠結(jié)后的強(qiáng)度，也就是說，粉煤灰的活性只有通過氫氧化鈣激發(fā)之后方能表現(xiàn)出其活性，一般狀況下，水泥經(jīng)過水化的產(chǎn)物即氫氧化鈣的能溶解在水中的量非常少，PH值較低，因此激發(fā)的速度往往很慢，也不能很好的保證其強(qiáng)度。

粉煤灰的活性大小取決于二氧化硅以及三氧化二鋁的含量，而且內(nèi)在的活性就由堿激發(fā)劑的量決定。其粉狀形態(tài)在高溫情況下發(fā)生迅速冷卻，冷卻后，能夠保持高溫玻璃相或晶相，一般條件下，這種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，因此，就會對二氧化硅以及三氧化二鋁的溶出有一定的阻隔效果，進(jìn)而很少能由堿激發(fā)劑激發(fā)，這樣一來就會大大的減少了粉煤灰的活性大小。通過堿液加以處理之后，可以極大程度的和粉煤灰顆粒發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)粉煤灰和氫氧化鈣發(fā)生作用。這樣在堿性條件下，粉煤灰顆粒表面化學(xué)鍵發(fā)生破壞，就會產(chǎn)生不夠飽和的化學(xué)鍵，進(jìn)而與其他成分發(fā)生反應(yīng)形成沸石型的結(jié)構(gòu)而增強(qiáng)粉煤灰的強(qiáng)度。

在一般條件下，就算飽和的石灰水其PH值也是比12要小很多，這樣的堿度也很難滿足粉煤灰相關(guān)結(jié)構(gòu)發(fā)生分解的需要，進(jìn)而造成最后激發(fā)的活性不是足夠的大。所以說，粉煤灰只有在強(qiáng)堿溶液的條件下（一般至少在13左右）才能充分保證其相關(guān)結(jié)構(gòu)發(fā)生分解，要想使得活性大大的提高，就要向粉煤灰中摻入一定量的強(qiáng)堿溶液，本文通過對粉煤灰的活性進(jìn)行科學(xué)分析和實驗，在向粉煤灰中加入了一定量的氫氧化鈣和氫氧化鉀粉末等一些堿激發(fā)劑之后，能夠提高粉煤灰的活性激發(fā)有利的堿性環(huán)境PH值，進(jìn)而可以促進(jìn)粉煤灰顆粒表面的玻璃結(jié)構(gòu)水解并發(fā)生反應(yīng)，對漿液膠結(jié)后的強(qiáng)度有很大的提升效果，在這個過程中，氫氧化鈣的含量也會對最終的活性大小有一定的影響，因此，在粉煤灰中加入的堿的劑量一定要嚴(yán)格控制到允許的范圍，如果堿量太大就會減少鈣離子的含量，進(jìn)而阻礙膠凝物質(zhì)的產(chǎn)生，更加嚴(yán)重的還會進(jìn)一步降低水泥的硬化后的強(qiáng)度。

結(jié)語：現(xiàn)階段我國使用的粉煤灰基本上都屬于低鈣類的粉煤灰，該類粉煤灰的活性較低，而且低鈣粉煤灰的活性還需要由一些堿激發(fā)劑加以催化才能顯示出來。這就造成了粉煤灰膠凝材料的強(qiáng)度不能滿足要求。尤其對于大摻量的粉煤灰來說，其活性也會更低。因此必須在粉煤灰里面加入適當(dāng)?shù)膲A激發(fā)劑，經(jīng)過本次試驗和分析可以發(fā)現(xiàn)，和沒有加入堿激發(fā)劑相比，氫氧化鈣和氫氧化鉀能夠在一定程度上使得粉煤灰的火山灰活性有顯著的提高，特別是在早期粉煤灰的活性上激發(fā)的最為明顯。 同時進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，若是采用氫氧化鈣和氫氧化鉀的混合體來作為堿激發(fā)劑對粉煤灰的火山灰活性進(jìn)行激發(fā)，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比采用單一堿激發(fā)劑的作用效果好得多。 同時堿激發(fā)劑里面的氫氧化鈣的含量也會對粉煤灰的活性有一定的影響，氫氧化鈣的含量過大會造成激發(fā)不足而使得活性減小。因此，在實際的配制中嚴(yán)格控制鍵激發(fā)劑的量，進(jìn)而可以最大限度的激發(fā)粉煤灰的活性，來保證其在膠結(jié)后的強(qiáng)度滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

[1]王武祥.粉煤灰泡沫水泥的性能與應(yīng)用，2014（8）

[2]沈旦申等.粉煤灰優(yōu)質(zhì)混凝土，2015（1）

[3]楊久俊等.粉煤灰活性激發(fā)影響因素研究，2014（6）

[4]鄭娟榮等，堿激發(fā)粉煤灰膠凝材料砂漿及混凝土的性能研究，2015（2）

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G322

B

1007-6344（2015）11-0046-01

【吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，編號為201410191032。】