堿激發(fā)膠凝材料

1、堿激發(fā)礦渣膠凝材料的制備與性能研究摘要堿激發(fā)礦渣膠凝材料跟傳統(tǒng)水泥相比，具有較高的強(qiáng)度，較低的水化熱，以及較好的快硬性、抗腐蝕性、抗凍性、護(hù)筋性等優(yōu)異的性能，并且生產(chǎn)工藝簡單、投資少、能耗低、污染小、礦渣的利用率高，目前成為膠凝材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本論文研究利用高爐礦渣制備膠凝材料，選取氫氧化鈉溶液作為激發(fā)劑，并在其中加入一定量堿渣作為緩凝劑，研究了激發(fā)劑的不同濃度以及不同固料比（礦渣與堿渣質(zhì)量之比）對(duì)堿激發(fā)礦渣膠凝材料的抗壓強(qiáng)度以及凝結(jié)時(shí)間等性能的影響。關(guān)鍵詞：礦渣；膠凝材料；氫氧化鈉；抗壓強(qiáng)度；凝結(jié)時(shí)間AbstractIncomparisonwithtraditionalcement,al

2、kali-activatedslagcementitiousmaterialhasexcellentproperties,includinghigherintensity,lowerhydrationheat,andhigherhardeningrate,aswellashigherperformancesincorrosionresistance,frostresistanceandreinforcingsteelbarprotection.Furthermore,theproductionprocessofalkali-activatedcementissimplewithlowinves

3、tment,lowenergyconsumptionandlittlepollution.Italsoofferawayofutilizationofindustrialwastesuchasslagandthelike.Hence,alkali-activatedcementhasbecomearesearchhotspotofcementitiousmaterialsfieldatpresent.Cementitiousmaterialwasproducedbyusingblast-furnaceslagasrawmaterial,alongwithsodiumhydroxideasact

4、ivatorsandgreenmudassettingretarder.Effectsofactivatorconcentrationandmixproportiononthepropertiesofcementitiousmaterialincludingcompressivestrengthandsettingtimewerestudied.Keywords:Slag;CementitiousMateria；SodiumHydroxide；CompressiveStrength；SettingTime目錄1緒論11.1 堿激發(fā)膠凝材料的定義及其分類11.1.1 堿激發(fā)膠凝材料的定義11.1

5、.2 堿激發(fā)膠凝材料的分類11.2 堿激發(fā)礦渣膠凝材料的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀21.2.1 堿激發(fā)礦渣膠凝材料的制備及其性能研究21.2.2 堿激發(fā)礦渣膠凝材料的水化機(jī)理41.2.3 堿激發(fā)礦渣膠凝材料的應(yīng)用現(xiàn)狀51.3 本課題研究的背景和意義61.3.1 有利于鋼鐵企業(yè)發(fā)展“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”61.3.2 研究開發(fā)綠色建材是當(dāng)前熱點(diǎn)101.4 本課題的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)121.4.1 本課題研究內(nèi)容121.4.2 創(chuàng)新點(diǎn)122實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品檢測方法122.1 礦渣以及堿渣的化學(xué)組成122.2 激發(fā)劑132.3 制備膠凝材料及相關(guān)性能檢測所用儀器設(shè)備132.4 樣品性能檢測方法及其參考標(biāo)準(zhǔn)142.4.1 抗壓強(qiáng)

6、度的測試142.4.2 凝結(jié)時(shí)間的測試142.5 實(shí)驗(yàn)原理與過程142.5.1 實(shí)驗(yàn)原理142.5.2 實(shí)驗(yàn)過程143結(jié)果與討論153.1 標(biāo)準(zhǔn)稠度NaOH溶液用量153.2 堿渣摻量和堿溶液濃度對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響163.3 堿渣摻量和堿溶液濃度對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響173.4 材料的抗火性能：煨燒剩余強(qiáng)度184結(jié)論19致謝20參考文獻(xiàn)21堿激發(fā)礦渣膠凝材料的制備與性能研究1緒論1.1 堿激發(fā)膠凝材料的定義及其分類1.1.1 堿激發(fā)膠凝材料的定義膠凝材料一般指粉體經(jīng)過與水拌合，具有一定的膠凝性，經(jīng)過一定的時(shí)間后，會(huì)發(fā)生凝結(jié)或者固化的材料。例如，水泥就是目前使用范圍和使用量最大的一類膠凝材料。堿激發(fā)膠凝

7、材料是由具有火山灰活性或者潛在水硬性原料與堿性激發(fā)劑反應(yīng)生成一類新型無機(jī)非金屬膠凝材料。與普通硅酸鹽水泥相比，堿激發(fā)膠凝材料一般具有強(qiáng)度高，強(qiáng)度發(fā)展快，抗凍性好，抗酸腐蝕性好，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。可供制備堿激發(fā)膠凝材料的原料十分豐富，一般認(rèn)為1,元素周期表中的堿金屬第一主族元素如Na、K等與第三和四族（鋁硅酸鹽），第二和四族（堿土硅酸鹽），第二和第三族（堿土鋁酸鹽）等所形成的化合物，第二主族堿金屬元素如Mg、Ca等與第三主族（鋁酸鹽）、第四主族（磷酸鹽）、第六主族（硫酸鹽）元素的化合物，均具有不同程度的水硬活性。1.1.2 堿激發(fā)膠凝材料的分類堿激發(fā)膠凝材料的分類依據(jù)較多，最常見的當(dāng)由南京工業(yè)大學(xué)

8、楊南如教授所提倡的按照主要原料劃分的方法2,認(rèn)為堿激發(fā)膠凝材料容易被激發(fā)，是由于含鈣成分的作用，所以可以將堿激發(fā)膠凝材料分為以下三個(gè)大系。 堿激發(fā)鋁硅酸鹽玻璃體系這一類材料包括礦渣、粉煤灰、赤泥、磷渣、煤研石等，其中按照其含鈣量又可以分為富鈣礦類和貧鈣礦類。前者包括高爐礦渣和磷渣等，后者主要有粉煤灰、煤研石、赤泥等。富鈣礦類材料由于SiO44-較貧鈣礦類具有更低的聚合態(tài)和更大的活性，所以目前研究者比較多，其中最為成熟的當(dāng)屬堿激發(fā)礦渣體系，例如使用堿性水泥熟料激發(fā)礦渣制取礦渣硅酸鹽水泥等，現(xiàn)在已經(jīng)得到了大規(guī)模的應(yīng)用，并有相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。而粉煤灰等一般與礦渣、磷渣混合后作為堿激發(fā)

9、膠凝材料的摻合料，目前也有了一定的應(yīng)用，例如生產(chǎn)粉煤灰水泥、粉煤灰硅酸鹽砌塊、粉煤灰加氣混凝土及粉煤灰磚等建材。 堿激發(fā)礦石尾礦系（堿激發(fā)地聚物體系）這一類材料一般都要經(jīng)過緞燒等處理后才可以作為制取堿激發(fā)膠凝材料的原料。一般來說，燒黏土主要是經(jīng)過鍛燒生成偏高嶺石，而不能夠直接使用；也有學(xué)者采用鍛燒偏高嶺石使之生成偏高嶺土并與強(qiáng)堿反應(yīng)的方法制備堿激發(fā)膠凝材料；另外，鉀長石等長石類尾礦也被用來進(jìn)行堿激發(fā)性能研究。這類材料的缺陷是，CaO含量太少，需要使用強(qiáng)堿性物質(zhì)進(jìn)行激發(fā)才可以反應(yīng)，而且效果并沒有堿一鋁硅酸鹽玻璃體系好，故研究范圍較小，熱度也較低。 復(fù)合膠凝材料體系這一

10、類材料包括的范圍較廣。主要有復(fù)合堿激發(fā)劑，復(fù)合摻合料，或者復(fù)合激發(fā)劑和復(fù)合摻合料一起使用三種。復(fù)合堿激發(fā)劑的使用主要是為了彌補(bǔ)單一激發(fā)劑效果的不足，對(duì)某一項(xiàng)性能進(jìn)行優(yōu)化，比如使用氫氧化鈉和石膏等的混合物對(duì)礦渣進(jìn)行激發(fā)，可以有效調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間；而利用工業(yè)固體廢棄物作為復(fù)合摻合，能夠最大程度地使各種工業(yè)廢渣進(jìn)行合理的價(jià)值轉(zhuǎn)化，例如，可以用礦渣和粉煤灰作為復(fù)合摻合料，在硅酸鈉的作用下生產(chǎn)新型膠凝材料，粉煤灰中較為穩(wěn)定的含有AI2O3成分的物質(zhì)3一定程度上可以起到對(duì)堿激發(fā)礦渣的增強(qiáng)作用，同時(shí)材料的致密度也得到大幅改善；復(fù)合堿一復(fù)合摻合料則在一定程度上具備復(fù)合堿和復(fù)合摻合料兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，例如使用水玻璃和

11、氫氧化鈉作為復(fù)合激發(fā)劑，偏高嶺土和礦渣混合后進(jìn)行粉磨后作為摻合料，在相同的堿摻入量的情況下，獲得了比單純的氫氧化鈉激發(fā)礦渣和水玻璃激發(fā)偏高嶺土都要好的結(jié)果。可見，在單一激發(fā)劑或摻合料激發(fā)效果不太理想的情況下，制備復(fù)合膠凝材料是改善膠凝材料性能的不二選擇。1.2 堿激發(fā)礦渣膠凝材料的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀1.2.1 堿激發(fā)礦渣膠凝材料的制備及其性能研究礦渣作為膠凝材料的組分的研究較早，史才軍等4的著作中對(duì)礦渣的膠凝性研究作了較為詳細(xì)的總結(jié)，認(rèn)為早在1930年，德國的Kuhl就已經(jīng)開始研究了氫氧化鉀激發(fā)礦渣膠凝材料的性能，另有比利時(shí)的Purdon于1940年研究了氫氧化鈉激發(fā)礦渣以及堿性鹽、堿激發(fā)礦渣無熟

12、料水泥。1957至1959年間，前蘇聯(lián)的Glukhovsky等研究了使用氫氧化鈉或水玻璃作為激發(fā)劑來激發(fā)碎石、鍋爐渣或高爐礦渣微粉的混合物，以及生石灰加高爐礦渣和硅酸鹽水泥的混合物，制備了高強(qiáng)度和高穩(wěn)定性的膠凝材料。1970年前后，由于擔(dān)心堿激發(fā)礦渣膠凝材料技術(shù)不成熟，穩(wěn)定性不如水泥，其中可溶性堿含量過高，材料中金屬離子活性較大，容易引起堿一骨料反應(yīng)而膨脹，并且腐蝕礦渣和混凝土中的金屬骨架，國際上對(duì)堿激發(fā)礦渣膠凝材料的研究，甚至是對(duì)基于堿一膠凝性理論的這一類材料的研究進(jìn)入了低迷期，直至二十世紀(jì)八九十年代。由于二十世紀(jì)九十年代后期研究的學(xué)者越來越多，相關(guān)技術(shù)手段不斷進(jìn)步，再加上這個(gè)時(shí)期環(huán)境污染的

13、進(jìn)一步加劇，人們對(duì)建材行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求越來越高，堿激發(fā)膠凝材料的研究步入正軌，召開了一系列專門化的國際會(huì)議，對(duì)堿激發(fā)膠凝材料的生產(chǎn)和檢測提出了一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，促使了堿激發(fā)膠凝材料研究高峰期的產(chǎn)生。由于礦渣較粉煤灰、煤研石、鋼渣等易激發(fā)性更好，這一段時(shí)期，堿激發(fā)礦渣膠凝材料的研究吸引了越來越多的學(xué)者的注意。在經(jīng)歷一段低迷之后，越來越多的研究者開始系統(tǒng)地考慮堿激發(fā)礦渣膠凝材料的制備中可能影響性能的因素，例如，堿激發(fā)劑、礦渣的成分、養(yǎng)護(hù)制度等，其中，堿激發(fā)劑種類的研究較為成熟。止匕外，研究者們也把精力放在了綜合利用礦渣資源以及其他具有活性的固體工業(yè)廢棄物上，并且對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了一系列的探索。Jia

14、n-xiongChen等6研究了堿激發(fā)礦渣膠凝材料在較長齡期下的性能變化，特別是對(duì)抗壓性能的研究，證明了堿激發(fā)礦渣膠凝材料的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間的增長而增加，不存在較長齡期后強(qiáng)度下降的問題。AntonioA等7的研究結(jié)果表明，硅酸鈉激發(fā)劑的含量影響堿激發(fā)礦渣膠凝材料的干縮率，在水化的早期階段影響最為明顯，并且收縮率隨著水玻璃中Na的含量的增加而增大。VladimirZivica8的研究結(jié)果表明，水玻璃對(duì)礦渣的激發(fā)效果要優(yōu)于氫氧化鈉、硫酸鈉等的激發(fā)效果，更有利于堿激發(fā)礦渣微粉體系中C-S-H凝膠的形成，并且在較低的溫度范圍內(nèi)（20-30攝氏度），隨著溫度的升高，樣品的水化加速。閆文濤等9研究了水玻

15、璃在高溫下對(duì)礦渣的激發(fā)效果，證明高溫激發(fā)產(chǎn)物與常溫相同，硬化時(shí)間隨堿含量的增加而加速的結(jié)論，但高溫水化硅酸鈣凝膠的結(jié)晶度變差。J.Toman10總結(jié)了堿激發(fā)礦渣膠凝材料在高溫領(lǐng)域中的應(yīng)用，并對(duì)其在該領(lǐng)域中對(duì)水泥的替代性提出了合理性的建議。目前，烏克蘭、俄羅斯等國對(duì)堿激發(fā)礦渣膠凝材料的研究仍然在繼續(xù)，并取得一定的研究成果，在該領(lǐng)域走在了世界的前列。1.2.2 堿激發(fā)礦渣膠凝材料的水化機(jī)理Glukhovsky11對(duì)堿激發(fā)礦渣進(jìn)行了大量的研究，認(rèn)為堿激發(fā)的機(jī)理是解聚和重新凝聚的過程，首先是原材料變成不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)單元的解聚過程，然后通過反應(yīng)形成新的凝聚結(jié)構(gòu)。解聚過程包括當(dāng)堿溶液的pH值升高后兩個(gè)共價(jià)鍵的

16、Si-O-Si,A1-O-Si的斷裂過程，然后轉(zhuǎn)變成大量的硅鋁凝膠相，凝膠相積累到一定程度后形成凝聚結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致新相的形成并發(fā)展出致密的結(jié)構(gòu)，其水化產(chǎn)物為水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣或水化鋁酸鈉。Cai-junshi等12對(duì)用一系列堿激發(fā)劑激發(fā)礦渣水泥的早期水化過程進(jìn)行了研究，結(jié)果表明堿激發(fā)劑溶液的初始pH值對(duì)礦渣的溶解和早期形成水化產(chǎn)物起重要作用，然而更進(jìn)一步的水化則由堿激發(fā)劑的陰離子或陰離子團(tuán)與礦渣溶解出鈣離子之間的化學(xué)反應(yīng)所決定，而不是堿激發(fā)劑的初始pH值。Shao-dongWan并13通過XRD,DTA,BSE和SEM等分析了不同堿激發(fā)礦渣水泥漿體的水化產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)水化產(chǎn)物在早期時(shí)通過溶解沉淀機(jī)

17、理形成，在后期則主要由周相反應(yīng)形成；不論使用哪種激發(fā)劑，主要水化產(chǎn)物都是結(jié)晶程度不同的低Ca/Si比水化硅酸鈣，而在水化產(chǎn)物中沒有發(fā)現(xiàn)沸石或者云母類結(jié)構(gòu)的水化產(chǎn)物。隨后他們還通過核磁共振對(duì)堿激發(fā)礦渣的水化產(chǎn)物進(jìn)行了進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)鋁存在于堿激發(fā)礦渣水化形成的水化硅酸鈣中硅氧四而體的長鏈中；隨著養(yǎng)護(hù)溫度提高，水化硅酸鈣的結(jié)晶程度提高，在同樣養(yǎng)護(hù)條件下，與NaOH相比，用水玻璃激發(fā)礦渣水化形成的水化硅酸鈣的結(jié)晶程度要低。Sakulich等14研究了水玻璃,NaOH和NmCO3激發(fā)礦渣水泥的水化產(chǎn)物。微觀分析結(jié)果表明，水化硅酸鈣是其主要的水化產(chǎn)物，添加了Na2CO3激發(fā)劑的水泥水化后發(fā)現(xiàn)了水滑石結(jié)構(gòu)

18、的水化產(chǎn)物，在各種堿激發(fā)劑激發(fā)礦渣的水化產(chǎn)物中都沒有發(fā)現(xiàn)沸石類和聚和物結(jié)構(gòu)以及水滑石之外的其他結(jié)晶相。EunOh等15使用同步XRD對(duì)用NaOH、水玻璃或者兩者混合激發(fā)的礦渣和粉煤灰在80c下的水化產(chǎn)物進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：不論是用NaOH溶液、水玻璃或者兩者混合作堿性激發(fā)劑,堿激發(fā)礦渣水泥的主要水化產(chǎn)物都是C-S-H和水滑石相，水化產(chǎn)物中并沒有形成沸石結(jié)構(gòu)，在堿激發(fā)粉煤灰的樣品中也發(fā)現(xiàn)了水滑石水化產(chǎn)物，而梭基鈣霞石是堿激發(fā)粉煤灰水化產(chǎn)物中的主要結(jié)晶相。隨著現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展，越來越多的先進(jìn)測試手段用于研究堿激發(fā)膠凝材料的水化過程和水化產(chǎn)物。盡管堿激發(fā)膠凝材料的水化反應(yīng)過程和機(jī)理仍然不是十分明

19、確，不同學(xué)者的研究結(jié)果也有所不同，但比較一致的觀點(diǎn)是：堿激發(fā)膠凝材料的水化過程包括溶解、凝聚和硬化3個(gè)過程，水化產(chǎn)物取決于堿激發(fā)劑和原料的組成。1.2.3 堿激發(fā)礦渣膠凝材料的應(yīng)用現(xiàn)狀大量的文獻(xiàn)表明，通過堿激發(fā)劑摻量的優(yōu)化和選擇適當(dāng)?shù)幕|(zhì)原料，堿激發(fā)水泥的物理強(qiáng)度性能可與普通硅酸鹽水泥相當(dāng)，具有更好的抗?jié)B性和耐硫酸鹽侵蝕性能，堿激發(fā)水泥中的堿并不會(huì)導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)，從而使堿礦渣水泥具有廣泛的應(yīng)用前景。Ravikumar等16對(duì)堿激發(fā)劑的濃度、堿/膠比對(duì)由F級(jí)粉煤灰或者?；郀t礦渣組成的堿激發(fā)膠凝材料混凝土的抗壓強(qiáng)度、微觀結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著堿激發(fā)劑濃度和堿/膠比的提高，混凝

20、土的強(qiáng)度不斷提高。堿激發(fā)劑濃度對(duì)堿激發(fā)粉煤灰膠凝材料強(qiáng)度的影響比堿激發(fā)礦渣更大。粉煤灰和礦渣的堿激發(fā)混凝土相比，孔隙率更高，>l0m的孔徑也更多，因此堿激發(fā)礦渣混凝土的強(qiáng)度更高。水化形成的堿鋁硅酸鹽凝膠將圓球狀的粉煤灰均勻包裹，包裹層的形成使粉煤灰進(jìn)一步水化的活性降低，是堿激發(fā)粉煤灰膠凝材料強(qiáng)度較低的主要原因。Escalante-Gari等17用一種比表而積僅為2900cm2/g的礦渣粉，對(duì)比了在混凝土中替代30%,50%和70%普通硅酸鹽水泥時(shí)混凝土的強(qiáng)度。結(jié)果表明，未采用堿激發(fā)劑時(shí)，混凝土強(qiáng)度隨著礦渣摻量的提高不斷降低；然而當(dāng)采用4%6%模數(shù)為1.7和2的硅酸鈉和8%的Na2O激發(fā)時(shí)

21、，混凝土強(qiáng)度隨著礦渣摻量的提高而提高，這表明堿激發(fā)礦渣的水化產(chǎn)物具有更高的內(nèi)在強(qiáng)度，而比表而積2900cm2/g的礦渣粉粉磨電耗較低，具有很高的實(shí)用價(jià)值。Sakulich等研究了用石灰石作細(xì)骨料的堿激發(fā)礦渣混凝土中，水玻璃、NaOH、Na2CO3做堿激發(fā)劑對(duì)混凝土性能的影響。結(jié)果表明，堿激發(fā)礦渣混凝土具有和普通硅酸鹽水泥細(xì)集料混凝土相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，堿激發(fā)礦渣混凝土最大的缺點(diǎn)是凝結(jié)時(shí)間過快導(dǎo)致工作性能變差，可以通過添加NaCl作為緩凝劑來解決。在試驗(yàn)中并沒有采用高溫養(yǎng)護(hù)和復(fù)雜的養(yǎng)護(hù)工藝，因此該混凝土具有較高的實(shí)用性。Bakharev等18通過對(duì)比普通硅酸鹽水泥和堿激發(fā)礦渣水泥配制的混凝土在5%硫酸鈉

22、和硫酸鎂溶液中浸泡12個(gè)月的強(qiáng)度，研究了堿激發(fā)礦渣混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。在硫酸鈉溶液中浸泡12個(gè)月后，堿激發(fā)礦渣混凝土強(qiáng)度下降了17%,而硅酸鹽水泥下降了25%。而在硫酸鎂溶液中浸泡，堿激發(fā)礦渣混凝土強(qiáng)度下降了23%,而普通硅酸鹽水泥強(qiáng)度下降了37%。與普通硅酸鹽水泥相比，堿激發(fā)礦渣混凝土具有更好的抗硫酸鹽侵蝕性能。盡管與普通硅酸鹽水泥相比，堿激發(fā)水泥具有許多優(yōu)點(diǎn)，然而其也有一些缺點(diǎn)，體積收縮和抗碳化性能是其中最為突出的問題。Neto等19對(duì)比了堿礦渣水泥和普通硅酸鹽凈漿和砂漿的干燥收縮和自收縮發(fā)現(xiàn)，堿礦渣水泥的收縮率比普通硅酸鹽水泥要大得多，收縮而導(dǎo)致的開裂成為堿礦渣水泥一個(gè)比較嚴(yán)重的問

23、題。堿激發(fā)劑硅酸鈉的摻量是影響干燥收縮和自收縮最主要的因素，隨著硅酸鈉摻量的增加水泥的收縮率明顯增加，而在早期產(chǎn)生的收縮占全部收縮量的很大一部分，大量水化硅酸鈣的快速形成是產(chǎn)生收縮的主要原因。Aperador等20研究了碳化堿激發(fā)礦渣混凝土中的鋼筋銹蝕行為，包裹著堿激發(fā)礦渣混凝土和普通硅酸鹽水泥的鋼筋在3%CO2和65咐目對(duì)濕度的人工碳化環(huán)境下進(jìn)行碳化，并通過測定侵蝕電位、線性極化電阻以及電化學(xué)抗阻光譜分析，對(duì)比研究了未碳化和碳化后堿激發(fā)礦渣水泥和普通硅酸鹽水泥混凝土中鋼筋的銹蝕情況。結(jié)果表明，由于堿激發(fā)礦渣混凝土水化產(chǎn)物中不含Ca(OH)2,對(duì)碳酸侵蝕介質(zhì)的中和能力較弱，抗碳化能力不如硅酸鹽

24、水泥，碳化后水泥中性化，鋼銹蝕的發(fā)展比硅酸鹽水泥快。1.3 本課題研究的背景和意義1.3.1 有利于鋼鐵企業(yè)發(fā)展“循環(huán)經(jīng)濟(jì)” 礦渣的產(chǎn)生、特點(diǎn)及其利用現(xiàn)狀礦渣(Blastfurnaceslag,簡稱BFslag),一般為高爐礦渣的別稱，是鋼鐵企業(yè)高爐煉鐵的副產(chǎn)品，其一般產(chǎn)生過程可大致理解為：鐵礦石、焦炭和助熔劑在高爐中經(jīng)過1300c-1600C的高溫鍛燒熔煉，經(jīng)過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，最終生成鐵水、熔融態(tài)礦渣和煤氣等。煤氣一般經(jīng)由爐頂?shù)膶?dǎo)氣裝置導(dǎo)出或做其他處理；由于礦渣和鐵水的密度不同,液態(tài)礦渣浮于鐵水的上層,并分別經(jīng)由水口、渣口流出。排出的液態(tài)熔融礦渣經(jīng)由冷卻，即成為固態(tài)礦渣。

25、一般來說，礦渣按照冷卻方式和冷卻速度的不同，可分為慢冷礦渣和急冷礦渣兩種21。前者一般是采用空氣冷卻或者噴灑水冷卻的方式，因此固體礦渣形成速度較慢，板結(jié)嚴(yán)重，宏觀上呈玻璃態(tài)，但沒有呈明顯的碎小顆粒狀，一般研究者認(rèn)為其活性較低或根本沒有活性，不存在利用價(jià)值。隨著科技的發(fā)展，越來越多的研究者發(fā)現(xiàn)，礦渣在水環(huán)境下可以發(fā)生持續(xù)的微弱的水化反應(yīng)，但反應(yīng)的時(shí)間較長，速率較低。于是，新的冷卻方式投入到煉鐵工業(yè)中去，用以改變礦渣的結(jié)構(gòu)特征，以便使其能夠得到更好的利用?，F(xiàn)代鋼鐵企業(yè)一般均在高爐區(qū)周圍設(shè)置較大容積的蓄水池，由高爐排出的熔融態(tài)礦渣直接排入水池進(jìn)行冷卻。熔融礦渣經(jīng)由有軌轉(zhuǎn)運(yùn)箱直接由高爐至冷卻池，一方面

26、保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行，另一方面及時(shí)有效的對(duì)礦渣進(jìn)行了處理，保證了其活性。這個(gè)冷卻過程一般是隨煉鐵生產(chǎn)持續(xù)進(jìn)行，所以礦渣的產(chǎn)量和生鐵的產(chǎn)量一般成正比，有數(shù)據(jù)表明，每煉一噸生鐵，大概產(chǎn)生0.25到0.50噸的礦渣。鐵礦石的品質(zhì)對(duì)礦渣的產(chǎn)量和質(zhì)量有很大的影響。鐵礦石的品質(zhì)越好，產(chǎn)生的礦渣越少，質(zhì)量卻越好。在目前己有研究成果的基礎(chǔ)上和超高分辨率電子顯微鏡技術(shù)的制約下，研究者們認(rèn)為，急冷礦渣的結(jié)構(gòu)一般有三種假說22o一是，礦渣的主要結(jié)構(gòu)是由其各種成分氧化物，例如AI2O3,MgO,CaO和SiO2等，按照自身結(jié)構(gòu)特征，在彼此晶粒取向上不斷延伸，形成的一種空間網(wǎng)絡(luò)；其次，礦渣也可以理解為一種微晶聚合體，微

27、晶的尺寸極小，存在明顯的極化現(xiàn)象和大量缺陷；再次，礦渣其實(shí)是一種由硅一氧四面體SiO44-聚合而成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中A13+、Mg2+、Ca2+處于陽離子配位，但這種結(jié)構(gòu)的聚合度又不穩(wěn)定，跟礦渣的成分有很大的關(guān)系。這三種假說的共同特點(diǎn)是,礦渣在宏觀結(jié)構(gòu)上具有短程有序性不具有長程有序性，均含有大量的缺陷，處于能量的介穩(wěn)態(tài)。從能量學(xué)的角度，可以說明，礦渣容易在外部能量的激發(fā)下，生成較高穩(wěn)定性的物質(zhì)。長久以來，礦渣作為高爐煉鐵的副產(chǎn)品，一般看作固體工業(yè)廢物，用來鋪路、充填建筑基體等，致使其水硬性沒有充分地發(fā)揮，但也取得了一定的效果。如利用礦渣的多孔玻璃體結(jié)構(gòu)，以及良好的對(duì)光線的漫反射性能，較大的摩

28、擦系數(shù)和導(dǎo)熱、耐熱性能，作為集料鋪成飛機(jī)跑道，能夠使瀝青路面具有良好的亮度，同時(shí)有利于減少摩擦噪音，吸收飛機(jī)滑跑時(shí)的震動(dòng)，增強(qiáng)跑道的抗凍性，縮短飛機(jī)制動(dòng)距離等。另外，礦渣的利用主要還體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)用于生產(chǎn)礦渣硅酸鹽水泥。使用粒化高爐礦渣、水泥熟料及少量的石膏粉共同粉磨生產(chǎn)礦渣硅酸鹽水泥，是目前高爐礦渣利用量最大的一種方式。俄羅斯、烏克蘭、日本、美國、西歐等國家和地區(qū)在研究和生產(chǎn)礦渣硅酸鹽水泥方面具有很高的技術(shù)水平。我國近些年來對(duì)礦渣硅酸鹽水泥的生產(chǎn)持大力鼓勵(lì)、引導(dǎo)和支持態(tài)度，并制定了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，列礦渣硅酸鹽水泥為六大通用水泥之一。生產(chǎn)礦渣硅酸鹽水泥，在利用消耗高爐礦渣

29、的同時(shí)，相對(duì)普通水泥，也會(huì)帶來一定的環(huán)境效益。一般情況下，水泥熟料的鍛燒溫度在1400c左右，消耗大量的煤、電等能源，并產(chǎn)生大量的“工業(yè)三廢”。高爐礦渣的使用，改善了水泥生產(chǎn)的高耗能、高耗水、高污染現(xiàn)狀，并從一定程度上改善了水泥的使用性能，例如提高了耐熱性，抗侵蝕性等。礦渣硅酸鹽水泥生產(chǎn)過程中，礦渣的摻入量一般為20%-70%。另外，在普通水泥中生產(chǎn)中也可以摻入不超過15%勺礦渣。目前,我國約有50%的水泥產(chǎn)品中摻有高爐礦渣。(2)用于混凝土填料。礦渣微細(xì)粉作為混凝土的填料，主要有以下途徑。一是直接摻入，用來代替等量水泥；二是在礦渣中添加某些品種對(duì)其進(jìn)行誘導(dǎo)，增加其粘性，產(chǎn)生長玻璃纖維，從而摻

30、入水泥起到增強(qiáng)相的作用；止匕外，熔融狀的礦渣與少量水作用，如噴灑水，可形成塊狀或粒狀膨脹礦渣或膨脹礦渣珠，摻入水泥中，也可起到強(qiáng)化作用。以上方法，均可以對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生良性影響，是一種經(jīng)濟(jì)、簡單、有效的增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的方法，在很多建筑工程中得到了應(yīng)用。(3)用于生產(chǎn)免燒礦渣磚。二十世紀(jì)九十年代以來，我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速健康發(fā)展，建筑行業(yè)的發(fā)展相應(yīng)迅速，墻體材料與基體材料需求量與日俱增，其中實(shí)心茹土磚又占據(jù)了此類建材的絕大部分，對(duì)茹土資源造成了短期不可恢復(fù)的破壞。用水淬渣、石灰等堿性礦石、粉煤灰等材料磨細(xì)，濕法成型，即制成新型免燒磚。與高溫鍛燒粘土磚相比，耗能少、污染小、工藝簡單，中國市場監(jiān)測

31、中心聯(lián)合中國市場研究中心，根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)、市場監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、行業(yè)協(xié)(學(xué))會(huì)、進(jìn)出口統(tǒng)計(jì)部門、科研院所等機(jī)構(gòu)提供或發(fā)布的數(shù)據(jù)、信息，運(yùn)用科學(xué)的統(tǒng)計(jì)手段與研究方法，發(fā)布2009-2010年中國礦渣磚市場現(xiàn)狀分析與前景預(yù)測報(bào)告，對(duì)免燒礦渣磚的現(xiàn)狀、發(fā)展和未來提出極高的評(píng)價(jià)。(4)用于生產(chǎn)礦渣棉。礦渣棉是以礦渣為主要原料，經(jīng)熔化、高速離心法或噴吹法制成的一種白色棉絲狀礦物纖維材料。礦渣棉的生產(chǎn)成本低、工藝簡單，由于較低的導(dǎo)熱系數(shù)，使得其具有良好的阻燃和隔熱性能、再加上質(zhì)量輕、對(duì)聲音的吸收性能好、耐氧化性能好，電絕緣性能好又不腐蝕金屬等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于冶金、機(jī)械、建筑、化工和交通等部門，具有良好的前途。(

32、5)用于生產(chǎn)石膏使用礦渣生產(chǎn)石膏的工藝較為簡單、經(jīng)濟(jì)，一般可將礦渣粉碎，用一定量的硫酸浸泡，然后經(jīng)過過濾、清洗、烘干，最終粉碎即可。也有企業(yè)生產(chǎn)石膏采用工業(yè)廢硫酸，從一定程度上做到了工業(yè)廢料的綜合利用，值得推廣。(6)用于生產(chǎn)刨花板。使用礦渣生產(chǎn)刨花板，主要是將礦渣粉末，并和刨花充分混合作為主要原料，摻入少量活性劑，粘膠，然后水和攪拌、成型、熱壓，即成新型無機(jī)膠刨花板。值得推薦的是，礦渣刨花板的力學(xué)性能良好，不亞于水泥刨花板。又由于其造價(jià)低于后者，故近些年來受到建筑商和用戶的歡迎。近幾年來，使用礦渣為主要原料生產(chǎn)微晶玻璃越來越受到科研工作者的關(guān)注。使用礦渣生產(chǎn)微晶玻璃的一般工藝流程為：將礦渣和

33、一定量的助熔劑混合粉磨至一定粒度，干壓成型，然后在相應(yīng)溫度下燒結(jié)，即得成品。有報(bào)道稱，礦渣微晶玻璃對(duì)礦渣的利用率可以達(dá)到90%以上，而產(chǎn)品的性能均超過了花崗巖、大理石等天然石材。以上各礦渣利用途徑,雖然從一定程度上對(duì)提高礦渣的利用率、附加值起到了一定的作用，但限于應(yīng)用范圍的狹窄，均難以滿足對(duì)利用率和附加值同時(shí)提高的標(biāo)準(zhǔn)。故現(xiàn)階段，堿激發(fā)礦渣膠凝材料成為研究熱點(diǎn)，被認(rèn)為是廣泛、有效、綠色地利用礦渣的首選方法。除此之外，礦渣還被用于生產(chǎn)礦渣鑄石、肥料、搪瓷等的原料。 鋼鐵企業(yè)的排渣量與發(fā)展“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的潛力鋼鐵行業(yè)是國家重點(diǎn)扶持的國民經(jīng)濟(jì)重要組成部分，對(duì)整個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重大的

34、貢獻(xiàn)。但是，眾多鋼鐵企業(yè)都面臨一個(gè)同樣的問題，公司在生產(chǎn)出千萬噸鋼鐵的同時(shí)，也排出數(shù)百萬噸冶金廢渣，來不及處理時(shí)，即占用大量土地又污染環(huán)境，這其中又?jǐn)?shù)高爐礦渣的利用價(jià)值最高。通常情況下，這些礦渣的價(jià)值被忽略，低價(jià)賣給或免費(fèi)送給周邊水泥廠進(jìn)行處理，對(duì)公司造成了大量無形的損失。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2009年中國的粗鋼產(chǎn)量達(dá)到5.678億噸，同比增長13.5,這對(duì)我國鋼鐵行業(yè)來說是個(gè)巨大的成就，但同時(shí)也說明，整個(gè)2009年，全國鋼鐵企業(yè)排出的礦渣達(dá)到了驚人的1億噸。這些廢棄物如果不加以回收利用，是對(duì)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。而目前，我國對(duì)礦渣的綜合利用率只有50%-60%,遠(yuǎn)低于歐美日等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的95%。根據(jù)

35、目前我國GDP發(fā)展速度及整個(gè)鋼鐵行業(yè)的同期增長速度，2010年我國粗鋼產(chǎn)量將突破6億噸，占全球粗鋼產(chǎn)量的50%以上，整個(gè)行業(yè)的礦渣排放量仍將超過1億噸，這對(duì)我國目前的工業(yè)廢棄物處理能力來說是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。2006年發(fā)布的中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要，明確要求我國鋼鐵企業(yè)在2010年完成既定鋼產(chǎn)量目標(biāo)的同時(shí)，要做到對(duì)工業(yè)“三廢”的合理處理，對(duì)能夠回收利用的資源投入更大的力量進(jìn)行處理，稱之為發(fā)展“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”，以便完成對(duì)工業(yè)廢料的減量化、再利用、冉循環(huán)（即3R原則，therulesof3R:ReduceReuseRecycle°相應(yīng)地，2008年頒布的中華人民共和國

36、循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法，以法規(guī)的形式，對(duì)包括鋼鐵企業(yè)在內(nèi)的工業(yè)企業(yè)進(jìn)行政策性指導(dǎo)、規(guī)范和約束，顯示出國家治理工業(yè)廢棄物污染、利用工業(yè)廢棄物資源的重大決心。對(duì)鋼鐵企業(yè)來說，發(fā)展“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”，及時(shí)處理廢棄礦渣，“變廢為寶”，使之轉(zhuǎn)變?yōu)楦吒郊又档墓I(yè)產(chǎn)品，不但可以解決企業(yè)的廢棄物堆放問題，將轉(zhuǎn)化的資金投入到再生產(chǎn)中，做到了資金的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，而且做到了環(huán)保，具有更為重大的意義。1.3.2 研究開發(fā)綠色建材是當(dāng)前熱點(diǎn)水泥被稱為是人來有史以來最為重要、應(yīng)用最為廣泛和用量最大的建筑基體材料?，F(xiàn)代水泥，即波特蘭水泥，由英國人阿斯普?。↗.Aspdin）于1824年發(fā)明23,至今己形成全球年產(chǎn)量近30億噸的規(guī)模，其應(yīng)用范

37、圍也逐漸由陸基工程蔓延到了?；こ?。但是在水泥行業(yè)不斷發(fā)展和壯大的同時(shí)，所帶來的環(huán)境問題也十分的棘手。目前，全球因水泥生產(chǎn)所排放的二氧化碳已經(jīng)占到了全球二氧化碳排放量的5%大大加劇了溫室效應(yīng)。同時(shí)，水泥生產(chǎn)過程中所排放的大量煙塵、粉塵、氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、氟化物（主要為HF）、一氧化碳（CO）等大氣污染物及其他含鉛（Pb）、銘（Cr）等有毒物質(zhì)的固體廢棄物等，也加劇了環(huán)境惡化的速度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年，中國水泥的生產(chǎn)總量達(dá)到了16.3億噸，同比增長17.9%。根據(jù)每生產(chǎn)1噸水泥，所排放出的二氧化碳約為1噸的比例來計(jì)算，我國2009年度因水泥生產(chǎn)所排放出的二氧化碳就達(dá)到了16

38、億噸。另據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因水泥生產(chǎn)所排出的粉塵、煙塵達(dá)到了2000萬噸以上，氮氧化物達(dá)到了150萬噸左右，硫化物、氮化物、氟化物也達(dá)數(shù)百萬噸。水泥的生產(chǎn)過程一般主要由原料選取及粉碎、生料制備及均化、生料預(yù)熱及分解、生料的鍛燒（熟料的燒成）、水泥的粉磨、包裝組成。其中，原料主要為大然石灰石、粘土，外加少量的鐵礦石和煤。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅石灰石這一不可再生礦產(chǎn)資源一項(xiàng)，每年因水泥生產(chǎn)需消耗約10億噸。而我國己探明的石灰石儲(chǔ)藏總量也不過450億噸，其中可利用的僅有250億噸，照此速度發(fā)展下去，25年后幾無可用。水泥生料和熟料的粉磨，即“兩磨”，及水泥熟料的鍛燒過程，即“一燒”，是水泥生產(chǎn)的核心部分，也是水泥生產(chǎn)

39、中最為消耗資源和能量的環(huán)節(jié)，其所消耗的煤炭和電力約占水泥生產(chǎn)全部消耗的60%-75%,因此，水泥生產(chǎn)的主要過程被概括為“兩磨一燒”，不僅是從其特點(diǎn)上來說，也跟其能耗有關(guān)系。全國每年在水泥生產(chǎn)上所消耗的能源，約占整個(gè)建材工業(yè)能耗的75%,可見其能耗之巨大。除了上述的高污染、高耗能，水泥行業(yè)的另一個(gè)特點(diǎn)是高耗水。消耗的水資源一般可由生產(chǎn)中消耗用水和排出的廢棄物帶來的污染水量構(gòu)成，這部分消耗是不可估計(jì)的。因此，由上述原因，水泥被稱為“高污染、高耗能、高耗水”的“三高”產(chǎn)業(yè)。溫家寶總理在2010年3月5日召開的十一屆全國人大三次會(huì)議上，作了核心內(nèi)容之一為“2010年中國GDP（國內(nèi)生產(chǎn)總值）增長速率為

40、8%左右”的政府工作報(bào)告。建筑行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，其總量和發(fā)展速度直接影響著國民經(jīng)濟(jì)的規(guī)模和增長速度，故建筑行業(yè)的健康發(fā)展具有重大的意義，而建筑行業(yè)的發(fā)展又很大意義上依賴于建材工業(yè)的發(fā)展，終究歸結(jié)于水泥產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。而水泥產(chǎn)量的增加與環(huán)境保護(hù)始終屬于相互矛盾的關(guān)系，二者的協(xié)調(diào)發(fā)展只有建立在開發(fā)綠色水泥的前提下。堿激發(fā)礦渣膠凝材料由鋼鐵工業(yè)的副產(chǎn)品一一高爐礦渣轉(zhuǎn)化而來，無污染、性能好、價(jià)格低廉、工藝簡單，其研究和發(fā)展，被寄望于對(duì)這一矛盾起到緩解的作用。1.4 本課題研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)1.4.1 本課題的研究內(nèi)容本課題的主要研究內(nèi)容為，以冶金廢料一一高爐礦渣為主要原料，使其在堿性激發(fā)劑的

41、作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)檫_(dá)到水泥使用標(biāo)準(zhǔn)的綠色建材，同時(shí)滿足鋼鐵行業(yè)對(duì)廢棄礦渣處理的要求和研究開發(fā)綠色建材作為水泥替代品的需求。研究利用高爐礦渣制備膠凝材料，選取氫氧化鈉溶液作為激發(fā)劑，并在其中加入一定量堿渣作為緩凝劑，研究了激發(fā)劑的不同濃度以及不同固料比對(duì)堿激發(fā)礦渣膠凝材料的強(qiáng)度以及凝結(jié)時(shí)間的影響。1.4.2 創(chuàng)新點(diǎn)以高爐礦渣為原料制備綠色建材，廢物利用，提高爐礦渣的附加值，制備過程與普通水泥相比，無需高溫鍛燒水泥熟料，改“兩磨”為“一磨”，工藝簡單，耗能少，污染小，成本低；與礦渣硅酸鹽水泥相比，工藝高爐礦渣利用率由20%-70%高至IJ92%。2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品檢測方法2.1 礦渣以及堿渣的化學(xué)組成運(yùn)

42、用X射線熒光光譜法對(duì)高爐礦渣和堿渣（即綠泥）化學(xué)成分進(jìn)行分析，結(jié)果見表2.1。表2.1高爐礦渣堿渣（即綠泥）Na2O0.455.86MgO1.313.97AI2O320.461.06SiO253.424.87P2O50.210.49SO34.311.94K2O2.420.31CaO10.1041.29TiO20.69未檢出C2O30.04未檢出MnO20.120.54Fe2O34.620.86ZnO0.010.13ZrO20.03未檢出BaO0.08未檢出F未檢出未檢出Cl未檢出0.05CuO未檢出0.02燒失量1.6638.472.2 激發(fā)劑激發(fā)劑：采用的是分析純的氫氧化鈉溶液2.3 制備膠

43、凝材料及相關(guān)性能檢測所用儀器設(shè)備本實(shí)驗(yàn)及所用設(shè)備相關(guān)信息見表2.2。表2.2實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備型號(hào)-名稱功用廠家YAW-2000B型微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)抗壓強(qiáng)度測試濟(jì)南槐蔭凱恩試驗(yàn)機(jī)有限公司SX系列箱式電阻爐樣品的燃燒紹興滬越科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器廠JJ-55型水泥膠砂攪拌機(jī)攪拌混合礦渣與堿渣浙江中科儀器有限公司維卡儀標(biāo)準(zhǔn)稠度溶液用量、凝結(jié)時(shí)間測試無錫建筑材料儀器廠恒溫保濕箱樣品的養(yǎng)護(hù)上海齊欣科學(xué)儀器公司2.4 樣品性能檢測方法及其參考標(biāo)準(zhǔn)2.4.1 抗壓強(qiáng)度的測試樣品的抗壓強(qiáng)度參考國標(biāo)中水泥測試標(biāo)準(zhǔn)，測定28天抗壓強(qiáng)度以及高溫烘烤后的強(qiáng)度。測試抗壓強(qiáng)度的樣品采用50mmX50mmX50mm的立方體樣

44、品。參考標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T176711999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法24。2.4.2 凝結(jié)時(shí)間的測試樣品的凝結(jié)時(shí)間根據(jù)GB/T1346-2001水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢測方法25進(jìn)行測試。2.5 實(shí)驗(yàn)原理與過程2.5.1 實(shí)驗(yàn)原理熔融的高爐礦渣在通過急冷水淬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)玻璃體時(shí)，能量由較高的狀態(tài)向較低的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，由于冷卻的速度較快，來不及釋放的能量以內(nèi)能的方式儲(chǔ)存在礦渣內(nèi)部，因此高爐礦渣處于能量的非穩(wěn)態(tài)。通過對(duì)高爐礦渣的粉磨，使其比表面積增大到400m2/kg以上時(shí)，礦渣會(huì)發(fā)生自水化。高爐礦渣在堿性激發(fā)劑的作用下，會(huì)加速水化，生成CSH凝膠，具有一定的強(qiáng)度。2.5.2 試件制備過程本論文

45、研究利用工業(yè)廢棄物高爐礦渣等作為原料，采用堿性激發(fā)劑，將工業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為具有較高價(jià)值的綠色環(huán)保建材一一膠凝材料，考察了激發(fā)劑濃度及固料比對(duì)堿激發(fā)礦渣膠凝材料抗壓強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間性能的影響。試驗(yàn)具體操作過程為：(1)稱取一定量的氫氧化鈉固體，按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)配成溶液并冷卻到室溫。將激發(fā)劑倒入事先裝有礦渣及堿渣的攪拌鍋中；攪拌時(shí)，先將鍋放在攪拌機(jī)的的鍋?zhàn)?，升至攪拌位置，啟?dòng)攪拌機(jī)，低速攪拌120s,彳f15s,同時(shí)將葉片和鍋壁上的水泥漿刮入鍋中間，接著高速攪拌120s停機(jī)。(2)將攪拌均勻的堿激發(fā)礦渣漿體倒入構(gòu)件模具中，等待其基本干硬后取出并用保鮮袋裝好，28天后測試其強(qiáng)度及煨燒剩余強(qiáng)度。(3)對(duì)于測

46、試凝結(jié)時(shí)間的試樣，將試樣(未脫模)置于養(yǎng)護(hù)裝置中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為23±1C,養(yǎng)護(hù)相對(duì)濕度為97±1%,養(yǎng)護(hù)過程每隔一段特定時(shí)間進(jìn)行一次凝結(jié)時(shí)間測試。3結(jié)果與分析3.1 標(biāo)準(zhǔn)稠度NaOH§液用量制備膠凝材料的關(guān)鍵步驟是配比的確定，本課題先配制了不同濃度的堿溶液作為激發(fā)劑，然后根據(jù)GB/T1346-2001確定不同堿渣摻量條件下，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)，所需不同濃度堿溶液的用量，從而確定配合比(見表3.1)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表3.1)可知，隨著堿渣摻量的增加，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度所需液周比逐漸減低。以4種不同溶度的NaOH溶液作為堿激發(fā)劑時(shí)，都呈現(xiàn)出這樣的趨勢(shì)。表3.1不同濃度堿溶液

47、所對(duì)應(yīng)的配合比NaOH溶液濃度(mol/L)質(zhì)量配比液固比a礦渣堿渣NaOH溶液0.5100.2440.24410.50.3430.229110.4380.219120.6280.209141.0300.2061.0100.2460.24610.50.3470.231110.4250.213120.6230.208141.0130.2034.0100.2920.29210.50.4130.275110.5200.260120.7430.248141.1990.2408.0100.3260.32610.50.4290.286110.5550.278120.7350.245141.2260.245

48、液固比等于NaOH溶液質(zhì)量除以礦渣和堿渣的總質(zhì)量3.2 堿渣摻量和堿溶液濃度對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響利用表3.1已經(jīng)得出的配合比，再根據(jù)GB/T1346-2001的方法進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間的測定，得出的結(jié)果如表3.2所示。由測定結(jié)果（表3.2）可知，隨著堿渣摻量的增加，該膠凝材料達(dá)到初凝以及終凝的時(shí)間逐漸增加。以4種不同溶度的NaOH溶液作為堿激發(fā)劑時(shí)，都呈現(xiàn)出這樣的趨勢(shì)。表3.2凝結(jié)時(shí)間測定結(jié)果NaOH溶液濃度(mol/L)質(zhì)量比凝結(jié)時(shí)間礦渣堿渣初凝終凝0.51016h20min20h28min10.517h28min21h35min1129h17min33h35min1250h23min54h15min1

49、452h23min56h36分1.0101h1h1min10.51h46min1h51min113h20min3h30min125h15min5h25min145h44min5h54min4.01016min17min10.519min20min1121min22min1224min25min1427min28min8.01012min13min10.513min14min1116min17min1217min18min1420min27min3.3 堿渣摻量和堿溶液濃度對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響這里所測定的28天抗壓強(qiáng)度參考標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T176711999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法，其測定結(jié)果如表3.3所

50、示。由測定結(jié)果（表3.3）可知，隨著堿渣摻量的增加，該膠凝材料28天達(dá)到的抗壓強(qiáng)度逐漸降低。以1.0mol/L、4.0mol/L和8mol/L的NaOH溶液作為堿激發(fā)劑時(shí)，都呈現(xiàn)出這樣的趨勢(shì)。另外，值得注意的是以4mol/LNaOH溶液為激發(fā)劑時(shí)得到強(qiáng)度最高（60MPa）的摻堿渣膠凝材料（堿渣：礦渣=0.5）,而不是使用更高濃度（8mol/L）的情況。可能的原因是以8mol/LNaOH溶液的激發(fā)劑時(shí)，拌合物的凝結(jié)時(shí)間很短，在鑄件的過程中拌合物的工作性下降，導(dǎo)致試件的密實(shí)性減低，從而，試件的強(qiáng)度也相應(yīng)降低。表3.3抗壓強(qiáng)度和煨燒剩余強(qiáng)度測定結(jié)果NaOH溶液濃度(mol/L)質(zhì)量比28天強(qiáng)度(MP

51、a)燃燒剩余強(qiáng)度(MPa)礦渣堿渣0.51020.97.610.521.48.61120.88.21219.38.1141030.96.41126.67.31224.78.3141066.42510.560.518.71151.512.61242.77.4141058.612.310.550.912.21149.517.21242.78.614 材料的抗火性能：煨燒剩余強(qiáng)度由表3.3的煨燒剩余強(qiáng)度測定結(jié)果并無明顯規(guī)律，但仍可以看出，在所測4個(gè)濃度范圍內(nèi)，NaOH溶液濃度為4mol/L、堿渣：礦

52、渣=0.5:1的時(shí)候，煨燒剩余強(qiáng)度達(dá)到最大值為18.7MPa。4結(jié)論1、隨著堿渣摻量的增加，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度所需液固比減小。以4種不同溶度的NaOH溶液作為堿激發(fā)劑時(shí)，都呈現(xiàn)出這樣的趨勢(shì)。2、在堿渣摻量較高的時(shí)候，拌合物的初凝以及終凝的時(shí)間較長。對(duì)于所研究的4種不同溶度的NaOH溶液，都觀察到同樣的趨勢(shì)。因此，可以通過調(diào)節(jié)堿渣摻量調(diào)節(jié)拌合物的凝結(jié)時(shí)間。3 、堿渣摻量的增加，會(huì)導(dǎo)致該膠凝材料28天達(dá)抗壓強(qiáng)度有所減低。然而，在堿渣和礦渣之比為0.5和1時(shí)，所得到的抗壓強(qiáng)度都在20MPa以上，以高濃度堿溶液為激發(fā)劑時(shí)，強(qiáng)度可高達(dá)60MPa。另外，值得注意的是并不是堿溶液濃度越高得到的膠凝材料的強(qiáng)度越高。

53、在得到強(qiáng)度最高的摻堿渣膠凝材料的情況是NaOH溶液濃度為4mol/L,而不是8mol/L。4 、煨燒剩余強(qiáng)度測定結(jié)果很難得到一般性規(guī)律，但仍可以看出，在所測4個(gè)濃度范圍內(nèi)，NaOH濃度為4mol/L、堿渣：礦渣=0.5:1的時(shí)候，煨燒剩余強(qiáng)度達(dá)到最大值為18.7MPa。22致謝在本文最終完成之際，我向這段時(shí)間一直對(duì)我不倦教誨的導(dǎo)師林常老師致以最崇高的敬意和最真誠的謝意。林老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、處事謙恭、待人平和，在學(xué)業(yè)是恩師，于生活是朋友，使我感到了作為林老師的學(xué)生擁有的自豪感。在這里，我也要感謝我們材化學(xué)院的各位老師在大學(xué)四年里在學(xué)習(xí)與生活上給予我的指導(dǎo)與幫助。感謝實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)李永盛、李濤、李業(yè)集等

54、在生活和學(xué)習(xí)上給我的幫助和指點(diǎn)；感謝室友冉龍、李永盛、付俊銘、李木建對(duì)我的關(guān)心和支持，使我可以靜下心來學(xué)習(xí)；同班的其他同學(xué)也給過我莫大幫助，在此一并謝過。感謝家人和親戚、朋友給予我的支持和理解。最后，再次對(duì)曾經(jīng)給予我關(guān)心和幫助的人們致以最誠摯的謝意。參考文獻(xiàn)1高飛.堿礦渣膠凝材料的研究與發(fā)展J.丹東紡專學(xué)報(bào).2005,(1):25-272楊南如.何謂一類新的膠凝材料J.中國水泥.2005,(10):18-213代奎，艾池.礦渣一粉煤灰混合膠凝材料的水化及硬化實(shí)驗(yàn)J.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)2008,32(3),43-454史才軍，KrivenkoPV,RoyD.堿一激發(fā)水泥和混凝土M.北京：化學(xué)工業(yè)出

55、版社，2008:1-35 GlukhovskyVD,RostovskajaGS,RumynaGV.Highstrengthslag-alkalinecementC.In:Communicationofthe7thInternationalCongressontheChemistryofCement.1980:1-36 Jian-xiongC,Han-binC,PeiX,etal.Astudyoncomplexalkali-slagenvironmentalconcerteJ.InternationalWorkshoponSustainableDevelopmentandConcreteTechnology.299-3067 AntonioA,MeloNeto,MariaACincotto,etal.DryingandautogenousshrinkageofpastesandmortarswithactivatedslagcementJ.CementandConcreteResearch.2008,38(4):565-5748Vladimirzivica.Effectsoftypeanddosageofalkalineactivatorandtemperatureonthepropertiesofa