摘要:
粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)能更為充分地激發(fā)粉煤灰的活性,有比較廣泛的應用前景。通過用于免燒磚、礦渣水泥生產(chǎn)中和對粉煤灰活性激發(fā)、膠砂強度等方面比較系統(tǒng)的試驗研究,揭示了粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)研究和應用的意義與可行性,并提出了進一步研究的方向。
關(guān)鍵詞:
粉煤灰，石灰，硫酸鹽，礦渣水泥，免燒磚，膠砂強度
1 前言
人們早已從理論上認識到粉煤灰摻加石灰和硫酸鹽可作為膠凝材料,并進行了大量的試驗研究,由于作為膠凝材料強度太低未引起人們足夠的重視。但隨粉煤灰引起的環(huán)境問題日益惡化和粉煤灰在建材中應用后對節(jié)約能源、資源的積極作用,以及粉煤灰建材資源化觀點為更多人所接受,粉煤灰摻加石灰和硫酸鹽作為激發(fā)粉煤灰活性的一個系統(tǒng)的意義越來越大,對這一系統(tǒng)進行深入的研究不僅有比較重要的理論意義,也有非常廣泛的應用前景。
2 粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)的作用
但試驗結(jié)果顯示,即使所采用的粉煤灰品質(zhì)比較好,粉煤灰水化硬化速度仍很慢,強度也極低,無實際應用價值,只有在高溫高壓條件下添加CaO,才可以獲得比較高的強度。
粉煤灰屬于CaO-SiO2-Al2O3系統(tǒng),相比于波特蘭水泥熟料只是CaO含量比較低。因此,理論上補充CaO,粉煤灰就可以水化硬化而形成強度,這實際上就是火山灰質(zhì)材料的特性。
粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)是激發(fā)粉煤灰活性最為基本的系統(tǒng)。
這里所提的粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)是指常溫常壓條件下,粉煤灰在這一系統(tǒng)中活性能得到比較充分、快速的激發(fā),并且在粉煤灰建材中具有一定的適用性。常溫下粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對粉煤灰活性激發(fā)雖然不象高溫高壓下那樣顯著,但這一系統(tǒng)無論是從應用角度還是理論層次都有比較重要的意義。甚至可以認為
2.1 直接用來制備粉煤灰建材
粉煤灰84%(原狀灰),生石灰13%(熟石灰按CaO折算),Na2SO4 3%,
表1是采用這一系統(tǒng)壓制成型的粉煤灰磚的強度,粉煤灰的摻量可達80%以上,且對粉煤灰品質(zhì)要求不十分嚴格。試驗時膠凝材料部分的配合比為砂為重慶特細砂,試件尺為4cm×4cm×16cm,成型壓力控制在20MPa;試件在空氣中標準養(yǎng)護。
用22%左右的石灰和硫酸鈉相當于采用30%的525#硅酸鹽水泥的效果
表2是這一系統(tǒng)膠砂強度與70%粉煤灰+30%525#硅酸鹽水泥的膠砂強度對比。結(jié)果顯示采用這一系統(tǒng)來激發(fā)粉煤灰的活性,。
2.2 粉煤灰作摻合料生產(chǎn)礦渣水泥
一些研究者通過研究還發(fā)現(xiàn),粉煤灰作為混凝土摻合料時,應加入CaO以更充分激發(fā)粉煤灰的活性
粉煤灰作為水泥或混凝土的活性摻合料時,水泥熟料水化時將產(chǎn)生Ca(OH)2,水泥通常加有石膏,這時粉煤灰活性激發(fā)也與粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)有一定關(guān)系;,因此,粉煤灰作為水泥或混凝土的摻合料時,其活性激發(fā)一定程度上與粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)有關(guān)。采用這一系統(tǒng)和礦渣一起制備粉煤灰礦渣水泥,可用于配制325#低標號水泥。表3是強度試驗結(jié)果。
采用標準砂,按GB177-85進行測試,粉煤灰摻量為55%,石灰與礦渣摻量為44%,Na2SO4摻量為1%。只摻加CaO時粉煤灰與礦渣混合后強度也比較低,有關(guān)對比情況見表7測試結(jié)果。
2.3 是常溫下粉煤灰活性激發(fā)的最佳途徑
從其它研究者和我們的研究結(jié)果來看,相比而言常溫下粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對粉煤灰活性的激發(fā),技術(shù)和經(jīng)濟指標綜合價值比較高。雖然我們采用其它的激發(fā)方式在粉煤灰摻量為70%～80%時,不摻水泥熟料常溫下28d強度可以比較容易達到30MPa,且早期強度發(fā)展也比較迅速,但經(jīng)濟指標目前還無法與粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)相比。
2.4 常溫下粉煤灰活性激發(fā)機理有待認識
以往簡單的認為粉煤灰的活性在Ca(OH)2的作用下,活性氧化硅及氧化鋁水化生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣,而水化鋁酸鈣在有石膏存在的條件下還會生成鈣礬石。可以肯定,常溫下粉煤灰活性的發(fā)揮是很復雜的,通過研究粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)可以從另一個側(cè)面來認識粉煤灰活性的激發(fā)。
3 強度試驗結(jié)果
3.1 原料
粉煤灰主要選用重慶九龍坡電廠的干排灰,化學成分見表4,試驗研究時還采用了烙橫電廠的粉煤灰。粉煤灰分原狀灰和磨細灰,磨細灰分別粉磨30min和3h。
礦渣采用重慶鋼鐵公司高爐礦渣,該礦渣堿性系統(tǒng)為1.08,采用球磨機粉磨40min。生石灰采用重慶歌樂山石灰,球磨機粉磨20min,硫酸鹽中的硫酸鈉為無水硫酸鈉,石膏為重慶的二水石膏和經(jīng)煅燒的半水石膏。
3.2 膠砂強度試驗
膠砂強度試驗采用標準砂時按GB177-85,由于試驗研究數(shù)量比較大,考慮到試驗費用問題,在進行對比分析時采用重慶特細砂(細度模數(shù)為0.9),試驗時參照GB117-85,灰砂比為1∶2,水灰比根據(jù)砂漿的流動度與采用標準砂相近進行調(diào)整,試件采用標準養(yǎng)護。采用特細砂與標準砂的膠砂強度有一定的可比性,特細砂的膠砂強度大約相當于標準砂膠砂強度的80%～85%。
3.3 強度測試結(jié)果
強度試驗主要考察這一系統(tǒng)與粉煤灰單摻CaO的對比情況。表5～表8是部分的膠砂強度試驗結(jié)果。
粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)比粉煤灰單摻CaO對粉煤灰活性激發(fā)效果更為顯著,不論這一系統(tǒng)單獨作為膠凝材料,還是作為活性摻合材使用時效果都很明顯
試驗結(jié)果顯示。
4 討 論
CaO或者Ca(OH)2是激發(fā)粉煤灰活性的必要條件,而硫酸鹽則是激發(fā)粉煤灰活性的充分條件,并且只在石灰存在的情況下才能發(fā)揮作用
從膠砂強度的試驗結(jié)果和微觀測試結(jié)果都可以看出粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對粉煤灰活性的激發(fā)效果非常顯著,這與其它研究者的研究結(jié)果是比較一致的。從現(xiàn)有的試驗和測試結(jié)果還可以認為,要使粉煤灰活性激發(fā)生成類似于硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物,很顯然。雖然粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對粉煤灰活性激發(fā)的效果極為顯著,但還有很多問題有待更為深入的研究。我們在前期研究的基礎上認為以下幾個方面值得進一步的研究。
4.1 Ca(OH)2的最佳量
因此,通常粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)石灰摻量在20%也有一定的依據(jù)
粉煤灰中的SiO2平均占55%,Al2O3占25%,按水化硅酸鈣的鈣硅比為1∶1,鈣礬石的鈣鋁比為4∶1,假定與SO42-同比例的Al2O3參與生成鈣礬石,而SO42-按5%計算,又假定不計粉煤灰中的CaO以及Fe2O3,理論上粉煤灰的活性氧化物全部生成水化產(chǎn)物所需的CaO大約最少為55%(質(zhì)量比),如假定有一半的活性氧化物反應需要22.5%CaO,而通常CaO的摻量為20%,折算成外摻大約為25%。。當然如假定水化硅酸鈣的鈣硅比大于1∶1,并且后期有水化鋁酸鈣生成,那么CaO的最佳摻量還應提高。
實際應用中還需要在早期就能比較充分的激發(fā)粉煤灰活性,并確定粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)中Ca(OH)2的量為多少時可在某齡期之前有效激發(fā)粉煤灰的活性,通常采用的是生石灰。當石灰摻量過多時,成型時會因體積膨脹而產(chǎn)生破壞,而生石灰摻量太少又難以保證粉煤灰后期能不斷水化。在水化后期如能通過其它方式補充系統(tǒng)中的Ca(OH)2,這一矛盾就比較易于解決了。
4.2 采用生石灰還是熟石灰
但以往的試驗結(jié)果顯示采用熟石灰的強度明顯低于采用生石灰的
從理論上看,粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)中的石灰如采用生石灰將會比較快速水化而生成Ca(OH)2,然后Ca(OH)2再與粉煤灰中的活性氧化物反應,因此系統(tǒng)采用熟石灰來代替生石灰效果應該差別不是很大,。因而系統(tǒng)中分別采用生石灰和熟石灰水化機理上有什么差別是值得研究的?；蛟S將為粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)中采用熟石灰找到一種途徑。。
4.3 不同情況下粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)的調(diào)整
當粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)作為水泥或混凝土的活性摻合材時,由于水泥總會不斷產(chǎn)生Ca(OH)2,后期能補充Ca(OH)2,可能硫酸鹽的激發(fā)更為持久,粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對粉煤灰活性激發(fā)作用又有另一種特征。此時,系統(tǒng)如何具體調(diào)整,待進一步研究。
4.4 耐久性
粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)作為摻合料用于水泥和混凝土中,在通常的摻量范圍內(nèi)耐久性是能滿足要求的,甚至還能有所提高。而粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)直接用于制備粉煤灰建材,如生產(chǎn)砌筑水泥、粉煤灰磚和砌塊,有關(guān)這方面的耐久性研究還比較少。
4.5 對外加劑的適應性
無論粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)單獨使用還是作為摻合材使用時,都將涉及外加劑的適應性問題,因為在澆注混凝土和生產(chǎn)建材制品時外加劑的使用已相當普遍。
我們選擇了幾種具有代表性的減水劑和不同電廠的粉煤灰,就粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對減水劑的適應性進行了初步研究。研究結(jié)果表明這一系統(tǒng)單獨使用或作為活性混合材使用時,摻加減水劑后強度有不同程度的降低。而以往其他研究者的試驗結(jié)果均表明減水劑有利于強度的提高。值得指出,就我們的研究結(jié)果來看,粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)對減水劑的適應性較差,但這不等于這一系統(tǒng)研究和應用的意義降低了。因為這一系統(tǒng)現(xiàn)已自覺和不自覺地被使用了。因此,現(xiàn)在的問題是如果有關(guān)這一系統(tǒng)對減水劑適應性較差的現(xiàn)象是普遍存在的話,那么接下來的工作就是如何提高這一系統(tǒng)對減水劑的適應性。
來源：粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)
作者：錢覺時,肖保懷,袁江,王智
