外加剂对少熟料粉煤灰矿渣复合水泥性能的影响

　　摘  要：低钙粉煤灰是一种以硅、铝为主要成分含较多玻璃体和部分晶体的丁业副产品，在通常情况下其水硬活性很低，掺量过高时会影响强度和其它性能。因此通过两种或两种以上混合材混掺叫以改善水泥的性能。针对矿渣和粉煤灰各自的组成特点，引入了不同的外加剂，采取单掺或复合，对粉煤灰矿渣复合水泥强度的改善和抗硫酸盐侵蚀是非常明显的。

　　关键词：粉煤灰矿渣  复合水泥  外加剂

　　1引言

　　粉煤灰实际上是一种人造火山灰副产品，它本身并无胶凝性，但能与碱和碱土产物发生反应而生成胶凝产物。由于我国使用的粉煤灰大多是低钙粉煤灰，其活性较低，因此对其其活性的研究偏重于它的形态效应和微集料效应，而化学活化研究较少。随着粉煤灰硅酸盐水泥及粉煤灰在混凝土中的不断应用，对粉煤灰活化研究有许多报道，其中包括水化程度、界面特征等。以上研究的一个共同特点是粉煤灰在Ca(OH)₂激发作用下的水化，在常温下这种水化过程是比较慢的，Fraay的研究结果表明，粉煤灰在pH小于13．2的碱溶液中的活化能力很低，这与粉煤灰-Ca(OH)₂系统中粉煤灰反应能力低是一致的。因此粉煤灰的碱激发引起了重视，也有过这方面的报道。粉煤灰的碱激发是今后粉煤灰活化研究的一个方向。目前国家标准规定粉煤灰水泥中，粉煤灰掺量不超过40%，而复合水泥中混合材总掺量不超过50%，因而把矿渣粉煤灰总掺量超过50%的复合水泥称为少熟料复合水泥。本文主要研究在不同掺量中外加剂的增强作用。

　　2实验原料和实验方法

　　2．1实验原料

　　熟料：采用南京双龙集团立窑熟料。

　　矿渣：采用南京9424铁厂粒化高炉矿渣。

　　粉煤灰：采用南京热电厂干排灰。

　　石膏：采用南京双龙集团二水石膏和南京石膏矿的硬石膏。这些原料的化学组成见表1。

　　表1原料化学成分

　　2．2实验方法

　　胶砂强度利抗侵蚀试验按国家标准进行。

　　3实验和结果讨论

　　3．1实验配比

　　为了系统研究少熟料粉煤灰矿渣复合水泥，按混合材总掺量为50%、60%、70%和80%，并以砖酸盐水泥利少熟料粉煤灰水泥作对比，实验配比见表2。将表2配比称样混合粉磨相同时间。

　　表2复合水泥实验配比(%)

　　3．2强度实验结果

　　从表2实验配比可知，可把强度划为混合材掺量为50%、60%、70%和80%，因80%只有一个(F19)，因此将其归入70%中，下面分别讨论不同掺量的情况。

　　图1石膏种类对复合水泥强度的影响(50%)

　　图1到图3是混合材掺量为50%的复合水泥的强度曲线，其中F。是硅酸盐水泥的强度，F1是掺粉煤灰的水泥强度。图1是研究不同种类的石膏对复合水泥强度的影响。结果显示，仅掺粉煤灰的水泥强度很低，28d抗压强度只有30MPa，若将部分矿渣替代粉煤灰，尽管影响细度，但强度明显增加，如F2和F3的28d抗压强度超过40MPa，抗折强度也提高了20%多。若用硬石膏或经过处理的石膏米替代二水石膏(F4-F6)，强度的增长也是明显的，它们的28d抗压强度已达到或超过50MPa，其中F420d抗折强度已和硅酸盐水泥相等。图2和图3是研究两组分或二组分外加剂加入(其中一组分是硬石膏或处理石膏)后，其强度的变化规律。图2是烧石膏与其它外加剂复合的实验结果，F7是烧石膏与N复合，F8是三组分复合，结果显示，三组分复合效果好于两组分，而两组分好于单组分。强度结果显示，后期强度的增长非常明显，如F828抗压强度达到51．7MPa,90d抗压强度达到64．8MPa,i曾加了13MPa。图3是硬石膏与N复合，对早期和后期强度的增K也相当明显。特别是F1028d抗折和抗压强度都超过了硅酸盐水泥。

　图3复合外加剂对复合水泥强度的影响(50%)

　　　图6外加剂对复合水泥强度的影响(70%)

　　图4是混合材掺量为60%的复合水泥的强度曲线，从实验结果可知，仅掺粉煤灰的水泥F11，28d抗压强度只有27MPa。考虑到混合材掺量较高，靠单一外加剂不能同时满足早后期性能的要求，因此在50%实验基础上，在保留三纽分外加剂的基础上，又引入水玻璃系统(WG)，其目的是加强碱激发和促进早强。由于水玻璃系液体，因此把一定数量的水玻璃和A1原料混合后烘干，制成粉状原料。和F12相比，用硬石膏、A和N三组分复合(F20)，其3d、7d和20d抗压强度分别提高了142%、71%和19%，且达到了525#水泥标准，这说明复合外加剂比单一外加剂好，结果与前面是一致的。F17是加入了水玻璃，它的早后期强度都比F17好，其强度已达到625#标准。

　　图5、图6是混合材掺量为70%和80%的复合水泥的强度曲线，从图5实验结果可知，仅掺粉煤灰的水泥F14，28d抗压强度只有23．3MPa。不加外加剂的复合水泥20d抗压强度仅超过40MPa，但是加入了水玻璃和其它外加剂后，当混合材掺量为70%[t寸，其28d抗压强度已达到60MPa。即使掺量为80%，其28d抗压强度也达到48．8MPa，它已满足生产425#水泥的要求。图6是用硬石膏、A和N三组分复合(F20)，F20，F21早期强度的增·K非常明显，28d的抗压强度都超过50MPa。

　　3．3抗侵蚀实验

　　水泥作为混凝土使用的胶结料，强度是作为衡量质量的一个主要因素，但耐久性和抗侵蚀能力也是一个重要指标。因为混凝土建筑物有很大一部分在使用期间受到化学介质侵蚀而导致结构的破坏。这些化学介质中常见的是硫酸盐。为了研究复合水泥，特别是外加剂加入后对抗硫酸盐侵蚀的能力。分别用3%硫酸钠和3%硫酸镁作为侵蚀液。实验共选用7个试样，其中硅酸盐水泥作为对比样。刚标准方法制成40*40*160mm的砂浆试体，水灰比为0．44。成型后放入20℃±3℃养护箱中养护ld，脱模后的试体放入20℃+3℃水中养护14大后，再放入侵蚀液中养护20d，取出试样后测定其强度，开与在淡水中养护的强度进行比较，它们的比值即为抗蚀系数。抗蚀系数越人，则说明抗侵蚀性能越好。

　　表3抗硫酸盐侵蚀实验结果

　　从表3抗侵蚀实验结果可知，在硫酸钠溶液中侵蚀，复合水泥的抗折侵蚀系数均小于硅酸盐水泥，但它们都大于1，说明抗折强度在增加。另一个原因是，外加剂的加入后对抗折强度的增加非常明显，因此抗折侵蚀强度系数增长的相对比例会减少。从抗压侵蚀系数来看，硅酸盐水泥的抗压侵蚀系数小于1，而复合水泥的抗压侵蚀系数均大于1，这说明复合水泥抗硫酸钠侵蚀的能力好于硅酸盐水泥。从硫酸镁侵蚀实验结果来分析，说明硅酸盐水泥抗硫酸镁侵蚀的能力比抗硫酸钠差，它的抗折系数和抗压系数均下降。复合水泥有3组的抗折侵蚀系数已超过硅酸盐水泥，抗压侵蚀系数均超过硅酸盐水泥，且都大于1。

　　4结论

　　(1)粉煤灰矿渣复合水泥中，粉煤灰和矿渣的比例合适时，可以使强度提高10MPa上，这是因为它们之间存在着优势互补作用。

　　(2)对于适宜配比的少熟料粉煤灰矿渣复合水泥，采用外加剂，当混合材掺量为50%和60%时，其强度可达到625#和525#复合水泥，当混合材掺量为70%时，其强度可达到525#和425#复合水泥标准，即使混合材掺量为70%时，其强度可达到425#复合水泥复合水泥标准。其中有的试样的28天的强度可以超过硅酸盐水泥。

　　(3)与硅酸盐水泥相比，复合水泥具有较好的抗硫酸盐侵蚀能力，在硫酸钠和硫酸镁侵蚀液中侵蚀后，复合水泥的抗折和抗压侵蚀系数都大于1。