畢業(yè)設(shè)計(論文)摻雜礦渣對水泥收縮補償效應(yīng)的影響

摻雜礦渣對水泥收縮補償效應(yīng)的影響

摘要

研究礦渣水泥的收縮補償實驗，通過調(diào)整不同原料(礦渣粉、硅酸鹽水泥熟料、石膏以及明礬)的配合比，達到最好的效果，即在滿足強度的前提條件下測定礦渣水泥試塊的膨脹率。由于實驗條件限制，主要測量其28d的相對膨脹率(28d相對膨脹率=28d試塊長度/脫模試塊長度)，通過不同的實驗配合比，可以得到以下的結(jié)論：礦渣摻量的不同影響著水泥的收縮補償效應(yīng)；水泥熟料摻加量影響著水泥的收縮補償效應(yīng)；鈣礬石的生成量影響著水泥收縮補償效應(yīng)。本文實驗部分分為兩個階段，其采用的原料具有很大的不同，在第一階段實驗中(原料：礦渣粉、硅酸鹽水泥熟料粉以及石膏)可以得到礦渣：硅酸鹽水泥熟料：石膏=55:38:7是為最佳實驗配合比，此時可以看到明顯的收縮補償效應(yīng)。第二階段實驗在第一階段實驗的基礎(chǔ)上引用了明礬添加硫酸根離子作為硫酸鹽激發(fā)劑，可以得到礦渣粉：硅酸鹽水泥熟料粉：石膏：明礬=53:36:9:2是為最佳配合比，可以明顯的看到第二階段實驗比第一階段實驗具有較高的收縮補償效應(yīng)，這是因為加入明礬引入了硫酸根離子導(dǎo)致生成鈣礬石的量增加，鈣礬石微膨脹填充水泥水化導(dǎo)致的收縮從而出現(xiàn)補償效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：礦渣摻量；鈣礬石微膨脹；收縮補償效應(yīng)

Thecompensationeffectofaddingslagonthecement

Abstract

Theexperimentofslagcementshrinkagecompensation,byadjustingthedifferentmaterials(slagpowder,theco-ordinationofPortlandcementclinker,gypsum,andalum)toachievethebestresults,thatisaprerequisitetomeetthestrengthtodeterminatetheexpansionrateofslagcement.Whileexperimentaldiscondition,Themainmeasureistherelativeexpansionrateof28days(therelativeexpansionrateof28days=specimenlengthof28days/blocklengthofstrippingtest).Thedifferentexperimentscanobtainedthefollowingconclusions:theslagcontentaffecttheshrinkagecompensationeffectofthecement;Portlandcementcontentaffecttheshrinkagecompensationeffectofthecement;Theettringitecontentaffecttheshrinkagecompensationeffectofthecement.Theexperimentecanbedividedintotwophases.Theuseofdifferentmaterialsindifferentexperiments,Onthefirstexperiment(materialscanbeconsistofslagpowder、Portlandcementpowderandgypsum)slagpowder:Portlandcementpowder:gypsum=55:38:7isthebestexperimentalmixingratio.Youcanseeasignificantcontractioncompensationeffect.Thesecondexperimentsonthebasisofthefirstroundofexperimentsreferencethealumastheactivatingagent.Slagpowder:Portlandcementpowder:Gypsum:Alum=53:36:9:2isthebestfit,Youcanseethesecondroundoftheexperimentiswellthanthefirstroundofexperimentsonthehighershrinkagecompensationeffect,Additionthealumtoincreasetheettringitecontent.Themicro-expansionofettringitefilledthecontractionwhichresultsfromthecementhydration.KeyWords：Slagcontent;micro-expansionofettringite;contractionandcompensation

effect;

目錄

TOC\o"1-3"\h\z

引言

1

1文獻綜述

2

1.1礦渣概述

2

1.1.1礦渣的形成

2

1.1.2礦渣的分類

2

1.1.3礦渣的組成

3

1.1.4礦渣的微觀結(jié)構(gòu)

3

1.1.5礦渣的水化硬化反應(yīng)

4

1.1.6礦渣水泥的收縮補償機理

5

1.1.7礦渣在水泥中的應(yīng)用

6

1.2激發(fā)劑

8

1.2.1激發(fā)劑的分類

8

1.2.2雙重激發(fā)劑

8

1.3膨脹機理

8

1.3.1鈣礬石早期膨脹機理

8

1.3.2方鎂石的后期膨脹

9

2實驗部分

10

2.1實驗?zāi)康?/p>

10

2.2實驗原料

10

2.3實驗設(shè)備

10

2.4實驗步驟(第一階段)

11

2.4.1標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量測定

11

2.4.2礦渣水泥試塊膠砂成型

12

2.4.3礦渣水泥試塊的養(yǎng)護

13

2.4.4礦渣水泥試塊抗折強度測定

13

2.4.5礦渣水泥試塊抗壓強度測定

13

2.4.6礦渣水泥試塊收縮補償膨脹率的測定

14

2.4.7實驗配合比設(shè)計[27]

14

2.4.8實驗數(shù)據(jù)記錄

15

2.4.9實驗原因分析

18

2.5實驗步驟(第二階段)

22

2.5.1實驗配合比設(shè)計[33]

22

2.5.2實驗數(shù)據(jù)記錄

22

2.5.3實驗現(xiàn)象分析

25

結(jié)論

29

致謝

30

參考文獻

31

引言

水泥混凝土是最為常用的路面材料之一。它在硬化過程中往往會發(fā)生明顯的體積收縮，其主要來源包括水泥漿體硬化產(chǎn)生的化學(xué)收縮[1]、自收縮以及材料失水引起的干縮等。在實際路面結(jié)構(gòu)中，由于受到外在結(jié)構(gòu)約束(如鋼筋)以及內(nèi)部組分的約束(如骨料)，材料的收縮受到限制，在內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。在材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)施工階段，如果沒有采取適當(dāng)措施控制收縮，材料自身存在的裂紋將會成為影響結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的重要因素[2]。

混凝土裂縫幾乎是所有工程技術(shù)人員都會面臨的難題。目前，在混凝土中摻加膨脹劑制作微膨脹補償收縮混凝土的技術(shù)已成為混凝土工程控制裂縫較為理想的方法之一，并為廣大設(shè)計、施工、建設(shè)方面的人員所接受。同時隨著高性能混凝土的應(yīng)用日趨廣泛，對補償收縮提出了更高的要求。

礦渣用于水泥混合材或混凝土礦物摻合料，在降低產(chǎn)品成本、保護環(huán)境方面具有重要意義，同時，也影響到水泥的水化硬化過程，導(dǎo)致水泥混凝土某些性能的改變，體積變形性能是水泥及其混凝土性能的重要方面[3]，為了補償水泥及其混凝土在水化硬化過程中產(chǎn)生的體積收縮，人常常在水泥生產(chǎn)或混凝土拌制時引入膨脹，而應(yīng)用水泥混合材或混凝士礦物摻合料[4]，不可避免地影響到水泥及其混凝土的膨脹性能，本次實驗研究礦渣對水泥膨脹性能的影響情況，并對影響的機理進行了一些探討，目的是想生產(chǎn)膨脹型水泥或配制膨脹混凝土。

1文獻綜述

礦渣概述

礦渣的形成

高爐礦渣[5]是冶煉生鐵時從高爐中排出的一種廢渣。在冶煉生鐵時，加入高爐的原料，除了鐵礦石和燃料(焦炭)外，還有助熔劑。當(dāng)爐溫達到1400℃-l600℃時，助熔劑與鐵礦石發(fā)生高溫反應(yīng)生成生鐵和礦渣。高爐礦渣是由脈石、灰分、助熔劑和其他不能進入生鐵中的雜質(zhì)所組成的易熔混合物。從化學(xué)成分上看，高爐礦渣是屬于硅酸鹽質(zhì)材料。每生產(chǎn)1t生鐵時高爐礦渣的排放量，隨著礦石品位和冶煉方法不同而變化。例如采用貧鐵礦煉鐵時，生產(chǎn)1t生鐵產(chǎn)出1.0-2.0t高爐礦渣；用富鐵礦煉鐵時，生產(chǎn)lt生鐵只產(chǎn)出0.25t高爐礦渣。由于近代選礦和煉鐵技術(shù)的提高，每噸生鐵產(chǎn)生的高爐礦渣量已經(jīng)大大下降[6]。

礦渣的分類

由于煉鐵原料品種和成分的變化以及操作等工藝因素的影響，高爐礦渣的組成和性質(zhì)也不同。高爐礦渣的分類主要有兩種方法。

按照冶煉生鐵的品種分類

高爐礦渣按冶煉生鐵的品種可分為：鑄造生鐵礦渣，冶煉鑄造生鐵時排出的礦渣；煉鋼生鐵礦渣，冶煉供煉鋼用生鐵時排出的礦渣；特種生鐵礦渣，用含有其他金屬的鐵礦石熔煉生鐵時排出的礦渣。

按礦渣的堿度分類

高爐礦渣的化學(xué)成分中的堿性氧化物之和與酸性氧化物之和的比值稱為高爐礦渣的堿度或堿性率(以M0表示)，

即堿性率Mo=(CaO+MgO)／(SiO2+A12O3)[7]

按照高爐礦渣的堿性率(Mo)可把礦渣分為如下3類：

堿性礦渣：堿性率Mo>1的礦渣；

中性礦渣：堿性率Mo=1的礦渣；

酸性礦渣：堿性率Mo<1的礦渣；

堿性率比較直觀地反映了礦渣中堿性氧化物和酸性氧化物含量的關(guān)系。

礦渣的組成

高爐礦渣中主要的化學(xué)成分是SiO2、A12O3、CaO、MgO、MnO、FeO、S等。此外,有些礦渣還含有微量的TiO2、V2O5、Na2O、BaO、P2O5、Cr2O3等。在高爐礦渣中CaO、SiO2、Al2O3占重量的90％以上。

高爐礦渣中的各種氧化物成分以各種形式的硅酸鹽礦物形式存在。堿性高爐礦渣中最常見的礦物有黃長石、硅酸二鈣、橄欖石、硅鈣石、硅灰石和尖晶石。酸性高爐礦渣由于其冷卻的速度不同，形成的礦物也不一樣。當(dāng)快速冷卻時全部凝結(jié)成玻璃體；在緩慢冷卻時(特別是弱酸性的高爐渣)往往出現(xiàn)結(jié)晶的礦物相。如黃長石、假硅灰石、輝石和斜長石等。高鈦高爐礦渣的礦物成分中幾乎都含有鈦。錳鐵礦渣中存在著錳橄欖石(2MnO·SiO2)礦物。高鋁礦渣中存在著大量的鋁酸一鈣(CaO·Al2O3)、三鋁酸五鈣(5CaO·3A12O3)、二鋁酸鈣(CaO·2A12O3)等。

礦渣的微觀結(jié)構(gòu)

礦渣水泥對硅酸鹽水泥性能的影響，越來越受到學(xué)者的關(guān)注，因此轉(zhuǎn)化為對礦渣水泥的微觀結(jié)構(gòu)的研究，試圖找到其收縮補償?shù)脑?，進而充分運用到建筑以及道路行業(yè)中。他們借助玻璃的結(jié)構(gòu)理論來解釋礦渣的結(jié)構(gòu)。

1.認為?；郀t礦渣是由不同的氧化物(Al2O3、SiO2)形成的各個方向發(fā)展的空間網(wǎng)絡(luò)，它的分布規(guī)律要比晶體差得多，近程有序，遠程無序。

2.認為?；郀t礦渣是由極度變形的微晶組成，它們的尺寸及其微小，僅50-4000A，是缺陷的、扭曲的處于介穩(wěn)態(tài)的微晶子，具有較高的活性。

3.認為粒化礦渣的結(jié)構(gòu)在宏觀上是由硅氧四面體組成的聚合度不同的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鈣、鎂離子分布在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空穴中，微觀上大體是按相律形成不均勻物相或微晶礦物，近程有序，遠程無序。

以上幾種理論在解釋玻璃的性質(zhì)時取得了很好的效果，但是就礦渣玻璃體而言，不同組成的礦渣表現(xiàn)出的活性不一樣，同樣組成經(jīng)歷不同水淬工藝的礦渣也表現(xiàn)出不同的水化活性。很明顯，礦渣的水化活性與其微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，已經(jīng)證明摻有適量礦渣的混凝土在耐久性、抗蝕性、抗凍性和水化熱等許多方面的性能顯著優(yōu)于普通混凝土。不僅如此，利用礦渣開發(fā)出的無熟料水泥、少熟料水泥或其它有特殊用途的膠凝材料除節(jié)能、環(huán)保外，還具有特別優(yōu)異的性能。

礦渣的水化硬化反應(yīng)

礦渣的化學(xué)效應(yīng)[8]是指礦渣組分由于參與化學(xué)反應(yīng)對水泥強度的貢獻作用，應(yīng)包含玻璃體解體后自身發(fā)揮水硬活性的水化反應(yīng)和吸收熟料水化產(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生的火山灰反應(yīng)，因此礦渣化學(xué)效應(yīng)應(yīng)包含潛在效應(yīng)和火山灰效應(yīng)。實際上礦渣水泥的水化過程并不像理論模型那樣簡單[9]，即礦渣玻璃體解體后發(fā)生的自水化反應(yīng)的產(chǎn)物也可能在與Ca(OH)2反應(yīng)，因此礦渣的兩種化學(xué)效應(yīng)很難區(qū)分。再者，礦渣發(fā)揮潛在活性的水化作用也是在Ca(OH)2這種堿性介質(zhì)的環(huán)境下，習(xí)慣上將與Ca(OH)2有關(guān)的反應(yīng)都稱為火山灰效應(yīng)[10]，在后面的研究中不在區(qū)分兩種化學(xué)效應(yīng)，將化學(xué)效應(yīng)統(tǒng)稱為火山灰效應(yīng)。礦渣水泥的水化硬化不僅表現(xiàn)在熟料和礦渣水化的先后次序方面，而且水化產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu)也存在差別。礦渣水泥的水化硅酸鈣以低堿度水化硅酸鈣為主，再者，礦渣水泥中由于存在火山灰效應(yīng)，水化產(chǎn)物中Ca(OH)2含量較低。硅酸鹽水泥熟料中的基本礦物是C2S、C3S、C3A、C4AF，中主要的強度貢獻者是C3S和C2S，而且它們在水泥中的含量最多，成為水泥的主要組成部分，水化后生成的水化產(chǎn)物主要是鈣硅比為1.6-1.9的高堿度水化硅酸鈣(C-H-S)和游離石灰和低堿度的水化硅酸鈣(C/S小于1.5)相比，高堿度水化硅酸鈣的強度要低得多，B.依留辛[11]等研究合成的水化硅酸鈣晶須的抗拉強度，研究表明：低堿度的水化硅酸鈣晶須的抗拉強度可以達到1300MPa，而高堿度的水化硅酸鈣晶須的抗拉強度僅及低堿度水化硅酸鈣晶須抗拉強度的一半，這種強度性能上的差別，主要是它們的結(jié)晶結(jié)構(gòu)不同所致。在低堿度水化硅酸鈣中，硅氧鏈的縮聚程度要高得多。此外B.夸特巴耶夫等人用人工合成的純凈的水化硅酸鈣小試件的抗折強度試驗也表明：低堿度誰硅酸鈣的強度大大優(yōu)于高堿度的水化硅酸鈣。其原因在于，除了低堿度的水化硅酸鈣本身的強度很高以外，還在于低堿度水化硅酸鈣的晶體尺度較小，比表面積甚大，由其構(gòu)成的結(jié)晶連生體具有很多的接觸點。因此，其結(jié)晶連生體的強度也高。低堿度水化硅酸鈣的穩(wěn)定性也高于高堿度的水化硅酸鈣，例如低堿度水化硅酸鈣在水中的溶解度極低，而高堿度的水化硅酸鈣則要高出20多倍，必須強調(diào)指出，在水泥水化過程中，除了生成高堿度水化硅酸鈣以外，還產(chǎn)生大量的Ca(OH)2，這一組分的強度很低。摻入礦渣粉后，礦渣粉中的SiO2和Al2O3與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)，即所謂的火山灰反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠。其反應(yīng)式如下：

2(3CaO·SiO2)+6SiO2=3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2

2(2CaO·SiO2)+4SiO2=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2

SiO2+xCa(OH)2+H2O=xCaO·SiO2·H2O

Al2O3+yCa(OH)2+H2O=yCaO·Al2O3·H2O

水化反應(yīng)的同時就降低了水泥水化產(chǎn)物中Ca(OH)2的濃度，促進了水泥水化的數(shù)量大幅度增加，凝膠與集料的界面結(jié)構(gòu)也達到改善[12]。

礦渣水泥的收縮補償機理

礦渣硅酸鹽水泥在水泥水化硬化過程的過程中起到的收縮補償效果，較普通硅酸鹽水泥水化硬化更為復(fù)雜，有兩種解釋機理分別從宏觀上和微觀結(jié)構(gòu)對其在水化硬化過程中起到的收縮補償效應(yīng)進行解說[13]。

從宏觀上看：礦渣硅酸鹽水泥調(diào)水后，首先水泥熟料礦物與水作用，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等，這些水化物的性質(zhì)與純硅酸鹽水泥水化時是相同的。生成的氫氧化鈣是礦渣的堿性激發(fā)劑，它解離了玻璃體的結(jié)構(gòu)，使得玻璃體中的Ca2+、AlO45-、Al3+、SiO44+離子進入溶液，生成新的水化物，即水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣。有石膏和明礬提供SO42-離子時還會生成水化硫鋁酸鈣AFT即(鈣礬石)[14]，鈣礬石具有一定的微膨脹性能，從而對水泥水化硬化過程中的體積收縮具有一定的補償作用。

從微觀結(jié)構(gòu)上看，在一般情況下，礦渣的堿性系數(shù)越高，表現(xiàn)出的水硬性就越高，從礦渣玻璃體微觀結(jié)構(gòu)模型可以知道，礦渣是由富鈣相和富硅相組成的具有致密結(jié)構(gòu)的整體，其中富鈣相占多數(shù)為連續(xù)相，將非連續(xù)的呈類似球狀或柱狀分布的富硅相包裹于其中，富鈣相可以認為是礦渣玻璃體的結(jié)構(gòu)形成體，維持著礦渣玻璃體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，在富鈣相玻璃中，網(wǎng)絡(luò)形成體中的Ca-O、Mg-O鍵比Si-O[15]鍵弱得多，這是因為富鈣相本身有具有很多細小單元聚集而成的堆積結(jié)構(gòu)，具有龐大的內(nèi)比表面積，更增加了熱力學(xué)不穩(wěn)定性，但另一方面，富鈣相又具有一定的熱力學(xué)穩(wěn)定性，使其破壞必須克服一定的活化能。

在通常情況下，由于水分子的弱作用不足以克服富鈣相分解活化能，富鈣相在水中能夠保持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，故礦渣玻璃體在水中是近似惰性的，礦渣在通常情況下與水不能發(fā)生反應(yīng)，在堿性環(huán)境中，情況則大不一樣，高濃度的OH-離子的強烈作用克服了富鈣相的分解活化能，富鈣相迅速與OH-發(fā)生了如下反應(yīng)而溶解：

-Si-O-Ca-O-Si+NaOH=Si-O-Na+Ca(OH)2(1)

由于富鈣相是連續(xù)相，富硅相呈類似球狀分布于富鈣相中，故在礦渣玻璃體中，富鈣相相當(dāng)于膠結(jié)物維持著整個礦渣玻璃體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，當(dāng)富鈣相在堿性介質(zhì)中與OH-迅速反應(yīng)而溶解后，礦渣玻璃體解體，富硅相逐步暴露于堿性介質(zhì)中，它與OH-能發(fā)生如下反應(yīng)：

-Si-O-Si=+H·OH-+-Si-OH(2)

-Si-OH+NaOH=Si-O-Na+H-OH(3)

由于Si-O鍵的鍵能比Ca-O或Mg-O鍵的鍵能大三倍左右，且富硅相本身的分散度又比富鈣相小得多，從化學(xué)鍵和分散結(jié)構(gòu)的特點可以判斷，在堿性溶液中，富鈣相的反應(yīng)較為劇烈和迅速，而富硅相的反應(yīng)則較為緩慢和持久，故礦渣在堿性介質(zhì)環(huán)境中，初期的水化過程以富鈣相的迅速水化和解體并導(dǎo)致礦渣玻璃體解體為主，里面原先結(jié)構(gòu)的富硅相則填充在富鈣相的水化產(chǎn)物的間隙中，隨著富硅相水化反應(yīng)的進行，其水化產(chǎn)物不斷填充于富鈣相的水化產(chǎn)物之間的間隙中，所以富硅相的存在，在前期提高了水泥石的致密度，而后期則保證了水泥后期強度的不斷增長。

礦渣的微觀結(jié)構(gòu)特點及富鈣相、富硅相的性質(zhì)決定了礦渣玻璃體中富鈣相所占的比例越大，礦渣在堿性環(huán)境中的水化就越迅速，表現(xiàn)出的水硬活性就越高；礦渣玻璃體中富硅相所占的比例越大，礦渣在堿性環(huán)境中的水化就越遲緩，在水化初期表現(xiàn)出的水硬活性就越低。

礦渣在水泥中的應(yīng)用

?；V渣具有潛在的水硬膠凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激發(fā)劑作用下，可顯示出水硬膠凝性能，是優(yōu)質(zhì)的水泥原料。?；V渣既可以作為水泥混合料使用，也可以制成無熟料水泥[16]。

1.礦渣硅酸鹽水泥，是用硅酸鹽水泥熟料與粒化高爐礦渣再加入3％-5％的石膏混合磨細或者分別磨后再加以混合均勻而制成的。礦渣硅酸鹽水泥簡稱為礦渣水泥。

在磨制礦渣水泥時，其摻入量可以占到水泥重量的20％-85％。這樣對于提高水泥質(zhì)量，降低水泥生產(chǎn)成本是十分有利的。

礦渣水泥與普通水泥相比有如下特點：第一：具有較強的抗溶出性和抗硫酸鹽侵蝕性能，故能用于水上工程、海港及地下工程等，但在酸性水以及含鎂鹽的水中，礦渣水泥的抗侵蝕性較普通水泥差。第二：水化熱較低[17]，適合于澆筑大體積混凝土。第三：耐熱性較強，使用在高溫車間及高爐基礎(chǔ)等容易受熱的地方比普通水泥好。第四：早期強度低[18]，而后期強度增長率高，所以在施工時應(yīng)注意早期養(yǎng)護。此外，在循環(huán)受干濕或凍融作用條件下，其抗凍性不如硅酸鹽水泥，所以不適宜用在水位時常變動的水下混凝土建筑中[19]。

2.石膏礦渣水泥，是將干燥的?；V渣和石膏、硅酸鹽水泥熟料或石灰按照一定的比例混合磨細或者分別磨細后再混合均勻所得到的一種水硬性膠凝材料。

在配制石膏礦渣水泥時，高爐?；V渣是主要的原料，一般配入量可高達80％左右。

石膏在石膏礦渣水泥中是屬于硫酸鹽激發(fā)劑。它的作用在于提供水化時所需要的硫酸鈣成分，激發(fā)礦渣中的活性。一般石膏的加人量以15％為宜。

少量硅酸鹽水泥熟料或石灰，系屬于堿性激發(fā)劑，對礦渣起堿性活化作用，能促進鋁酸鈣和硅酸鈣的水化。在一般情況下，如用石灰作堿性激發(fā)劑，其摻入量宜在3％以上，最高不得超過5％，如用普通水泥熟料代替石灰，摻人量在5％以上，最大不超過8％。

這種石膏礦渣水泥成本較低，具有較好的抗硫酸鹽侵蝕和抗?jié)B透性。適用于混凝土的水下建筑物。

3.石灰礦渣水泥[20]，是將干燥的?；郀t礦渣、生石灰以及5％以下的天然石膏。按適當(dāng)?shù)谋壤浜夏ゼ毝傻囊环N水硬性膠凝材料。

石灰的摻加量一般為10％-30％。它的作用是激發(fā)礦渣中的活性成分，生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣。石灰摻量太少，礦渣中的活性成分難以充分激發(fā)；摻人量太多，則會使水泥凝結(jié)不正常、強度下降和安定性不良。石灰的摻人量往往隨原料中氧化鋁含量的高低而增減，氧化鋁含量高或氧化鈣含量低時應(yīng)多摻石灰。通常先在12％-20％范圍內(nèi)配制。

石灰礦渣水泥可用于蒸汽養(yǎng)護的各種混凝土的預(yù)制品，水中、地下、路面等的無筋混凝土和工業(yè)與民用建筑砂漿。

激發(fā)劑

激發(fā)劑的分類

根據(jù)激發(fā)劑的成分可以粗略的將其分為

堿土金屬化合物激發(fā)劑。如：CaO、Ca(OH)2等。

堿金屬激發(fā)劑。如：NaOH、Na4SiO4、NaF等。

硫酸鹽激發(fā)劑。如：CaSO4、KAl(SO4)·12H2O等。

雙重激發(fā)劑

通常情況下，只加入硫酸鹽時，礦渣的活性并不能很好的激發(fā)，只有在一定的堿性環(huán)境中，在加入一定量的硫酸鹽，礦渣的活性才能充分的發(fā)揮，并能得到較高的膠凝強度，這是因為，堿性環(huán)境中OH-將促使礦渣中的硅氧聚合鏈的鍵破壞，加速礦渣的分散、溶解，并形成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。在硫酸鹽存在的條件下，SO42-離子可與礦渣中活性Al2O3和水化鋁酸鈣化合生成水化硫鋁酸鈣，大量消耗溶液中的鈣、鋁離子，反過來又加速了礦渣水化進程，這兩種作用相互促進，硫酸鹽激發(fā)實質(zhì)是堿和鋁酸鹽共同作用的混合激發(fā)。

膨脹機理

鈣礬石早期膨脹機理

水泥漿體中，石膏與C3A和C4AF等含鋁礦物反應(yīng)生成鈣礬石，鈣礬石在水泥硬化漿體中普遍存在，通常為針狀晶體，很容易生成，并且十分穩(wěn)定[21]。

鈣礬石膨脹特性與水泥液相的堿性條件有關(guān)。在液相中Ca(OH)2飽和條件下形成的鈣礬石，結(jié)晶細小，并靠近原始含鋁相表面，單位重量引起的膨脹大，但不易控制。在液相中Ca(OH)2低于飽和條件下形成的鈣礬石[22]，其晶體比較粗大，并且比較分散，其膨脹作用小，且較易控制。

鈣礬石的膨脹特性還與和鈣礬石同時形成的凝膠相的特點和數(shù)量有關(guān)，對于水泥中鈣礬石的膨脹，石膏的摻加量是一個十分關(guān)鍵的因素，適當(dāng)增加石膏摻量可以延續(xù)膨脹持續(xù)的時間，從而增加最終的膨脹量，同時，又必須控制合適的石膏摻量，以避免不穩(wěn)定的膨脹。

含鋁礦物對鈣礬石膨脹也影響很大[23]，一般在相同石膏摻量時，含鋁礦物越多，其膨脹也越大。另外，不同含鋁礦物形成的鈣礬石，其膨脹作用也不同。鈣礬石膨脹的最主要特性是膨脹發(fā)生很快，一般情況下，鈣礬石膨脹在28d時已基本穩(wěn)定[24]。

方鎂石的后期膨脹

方鎂石是晶態(tài)氧化鎂[25]，存在于熟料各礦物之間，它的數(shù)量主要為熟料中氧化鎂總含量減去固溶氧化鎂含量.經(jīng)高溫煅燒的熟料中的方鎂石，水化以后形成水鎂石，其固相體積增大近一倍.方鎂石水化形成水鎂石的膨脹，其特點是十分緩慢，主要發(fā)生在后期[26]。

實驗部分

實驗?zāi)康?/p>

研究礦渣水泥的收縮補償實驗，通過調(diào)整不同原料的配合比包括礦渣粉、硅酸鹽水泥熟料、石膏以及明礬，達到最好的效果，即在滿足強度的前提條件下測定礦渣水泥試塊的膨脹率，通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，達到希望的目標(biāo)。

實驗原料

選用馬鋼高爐水淬礦渣，其化學(xué)成分(％)

表1.1馬鋼礦渣化學(xué)成分

SiO2

CaO

Al2O3

MgO

MnO

TiO2

FeO

S

MFe

F

33.41

-

33.94

40.02

-

40.92

13.47

-

14.17

8.19

-

9.16

0.26

-

0.36

2.10

-

2.71

0.66

-

1.15

0.74

-

0.87

微

量

微

量

無水石膏、集料(標(biāo)準(zhǔn)砂)1250g

硅酸鹽水泥熟料(粉末)

明礬(市售分析純)

實驗設(shè)備

NRJ-411A型水泥膠砂攪拌機：自動程序控制，攪拌180s停車

NJ-160A型水泥凈漿攪拌機：自動程序控制，慢攪拌120s，停車15s，然后快速攪拌120s停車。

GZ-85型水泥膠砂振動臺

GJ-84水泥快速養(yǎng)護箱

三聯(lián)模具40×40×160mm

抗壓試驗機：NYJ-300型壓力試驗機

抗折試驗機：DKZ-500型電動抗折試驗機

實驗步驟(第一階段)

標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量測定

測量礦渣水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量時，可參照水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的原理。水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，是按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法和指定的儀器，將水泥制成具有標(biāo)準(zhǔn)稠度所需要的用水量，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度是以用水量與水泥質(zhì)量的百分數(shù)來表示的。

當(dāng)一定質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)試錐，在規(guī)定時間內(nèi)，在凈漿中自由沉落時，以試錐下落深度s(mm)的大小，反應(yīng)水泥凈漿稠度(%)的大小，以試錐下沉凈漿深度規(guī)定值s=28±2mm時的稠度為標(biāo)準(zhǔn)稠度，以P調(diào)(%)表示。水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿可用來測定水泥凝結(jié)時間和安定性。

標(biāo)準(zhǔn)稠度測定有調(diào)整水量和固定水量兩種方法，如有爭議時以調(diào)整水量法為準(zhǔn)。調(diào)整水量法：改變拌和水量，找出使拌制的水泥凈漿達到特定塑性狀態(tài)時所需的水量；固定水量法：將不同種類的水泥，按照相同的需水量142.5ml水，調(diào)制好500g的水泥凈漿，測定試錐下沉深度，此時水泥凈漿的稠度即為標(biāo)準(zhǔn)稠度，以PM表示。

本次試驗因為采用了對照組(空白組，純硅酸鹽水泥熟料粉末)采用的是自動攪拌程序與固定水量法。

自動攪拌操作：把1K開關(guān)置于即完成攪拌120s、停10s后報警5s(共停15s)、快攪拌120s的動作，然后自動停止。每次自動程序結(jié)束后，必須將1K開關(guān)置于停，以防止停電后程控器誤動作。當(dāng)一次自動程序結(jié)束后，將1K開關(guān)置于停，再將1K開關(guān)置于自動，即可執(zhí)行下一次自動操作程序。

攪拌鍋的裝卸：扳動固定手柄可使滑板帶動攪拌鍋沿立柱上的導(dǎo)軌上下移動，上移到位置后旋緊定位螺栓即可進行攪拌操作，卸下攪拌鍋的順序相反。

測定步驟：用濕布擦凈攪拌鍋、攪拌葉。稱取470g硅酸鹽水泥熟料粉末、30g無水石膏倒入攪拌鍋內(nèi)，將攪拌鍋放到攪拌機鍋座上，上升，至攪拌位置，開動機器，同時徐徐加入量好的拌和水。量取的拌和水量為142.5ml。

將拌和好的凈漿立即裝入錐模內(nèi)，小刀插搗，振動數(shù)次，刮去多余凈漿，抹平后迅速放到試錐下面固定位置上，將試錐降至凈漿表面，試錐尖端剛好與凈漿面接觸后，立即擰緊固定螺栓1-2s，然后突然放松，讓試錐靠自身重力自由下降沉入凈漿中，到試錐下沉或釋放試錐30s時，記錄試錐下沉的深度。整個過程要在攪拌的1.5min內(nèi)完成。用上述方法測量用水量時:

即P=33.4－0.185S

其中P為標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量(%)，S為測得的試錐下沉深度(mm)。

本次實驗測量得S為39mm，計算可得標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量P為26.2%。

礦渣水泥試塊膠砂成型

礦渣水泥膠砂試塊是礦渣、硅酸鹽水泥熟料粉末、標(biāo)準(zhǔn)砂1250g和水以一定的配合比混合，用膠砂攪拌機攪拌均勻后，經(jīng)符合一定標(biāo)準(zhǔn)的振動臺振動裝模而成的特定規(guī)格的試體。國家標(biāo)準(zhǔn)對膠砂試塊的成型環(huán)境、用料及所使用的儀器有明確的規(guī)定。

實驗用標(biāo)準(zhǔn)砂應(yīng)具有一定的顆粒級配。

實驗用膠砂攪拌機為雙轉(zhuǎn)葉片，攪拌葉與攪拌鍋作相反方向轉(zhuǎn)動。

實驗中采用振動臺。由裝有兩個對稱偏心輪的0.25KW電動機產(chǎn)生振動，振動部分包括電動機、臺面、卡具與拉桿。振動臺面上裝有夾具把試模與下料漏斗緊緊夾住。振動臺裝有制動器，使電動機在停車5s內(nèi)停止轉(zhuǎn)動。

試塊成型步驟

(1)將試模擦干凈，模板與底座接觸面處涂黃干油，內(nèi)壁均勻涂一層薄機油，緊密裝配。

(2)按照實驗配比方案準(zhǔn)確稱量石膏、礦渣以及硅酸鹽水泥熟料粉末試樣。把水加入鍋里，在加入稱量好的試樣，把鍋放在固定架上，上升至固定位置。然后立即開動機器，實驗?zāi)z砂攪拌機是自動控制程序，攪拌30分鐘后停止攪拌。

(3)將攪拌好的膠砂全部均勻地裝入已卡緊于試模與振動臺面中心的下料漏斗中，開動振動臺。

(4)振動完畢，取下試模，輕輕用刮刀刮去高出試模的膠砂并抹平，然后編號。

(5)將編號后的試塊放入養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護，因為實驗室測定礦渣水泥的收縮補償效應(yīng)，故采用大頭針插在試塊兩端，測定其相對膨脹率進而得到最佳的實驗配比。

礦渣水泥試塊的養(yǎng)護

本次實驗從3月8日開始，但由于當(dāng)時的天氣較為寒冷，室溫內(nèi)的水溫不足25℃，因此，在試塊3天脫模時，若放入水中繼續(xù)水化導(dǎo)致其強度降低，本次試驗脫模后采用滴水水化，每天兩次滴水水化。

礦渣水泥試塊抗折強度測定

各齡期試塊必須在規(guī)定的時間內(nèi)進行破型。每齡期的三條試塊先做抗折強度試驗，然后對折斷的試塊做抗壓實驗。齡期為1d的試塊，破型時間為24h±15min；齡期為3d的試塊，破型時間為72h±30min；齡期為7d的試塊，破型時間為7d±2h；齡期為28d的試塊，破型時間為28d±8h。

測定抗折強度時，調(diào)節(jié)電動抗折實驗機使杠桿處于平衡位置，從水中將各齡期試塊取出，用濕布蓋上。試驗時擦去試塊表面水分與砂粒。防止砂粒影響實驗結(jié)果。將擦拭干凈的試塊放在抗折實驗機的兩個支承輥上，試塊的成型面(即用刮平刀刮平的表面)應(yīng)側(cè)立，試塊各棱邊與各輥垂直，并使加荷輥與二個支承輥保持等距。使試塊折斷時，杠桿盡可能接近平衡位置。抗折實驗加荷速度為(50±10)N/s。記錄3個試塊的抗折強度(MPa)并計算其平均值，精確至0.1MPa。如果測得的三個值與它們平均值的差不大于10%，則用該平均值作為抗折強度；如果有一個值與平均值的差大于10%，應(yīng)將此值舍去，以其余二值計算平均值；如果有一個以上的值與平均值之差大于10%，應(yīng)重做實驗。

礦渣水泥試塊抗壓強度測定

做完抗折實驗后的半塊試塊需要進行抗壓強度的測定。實驗時將試塊放在抗壓夾具內(nèi)，試塊的成型面應(yīng)與受壓面垂直，受壓面積為40.0mm×40.0mm。將抗壓夾具連同試塊置于抗壓實驗機上、下臺板之間，試塊的底面緊靠夾具定位銷，下臺板球軸應(yīng)通過試塊受壓面中心。開動機器，將實驗的加荷速度控制在(2400±200)N/s，使試塊在加荷開始后20～40s內(nèi)破壞。一般說來，加荷速度快，強度偏高，反之則偏低，尤其是當(dāng)試塊接受破壞時，要防止加荷過猛使試塊出現(xiàn)崩裂甚至濺出。實驗記錄每個試塊的破壞載荷P，抗壓強度R按下式計算：

即R=P/F

式中：R-抗壓強度MPa；

P-破壞強度N；

F-試樣橫截面積mm2。

計算6個試塊抗壓強度的平均值。如果所測得的六個值與它們平均值的差不大于10%，則用該平均值作為抗壓強度；如果有某個值與平均值之差大于10%，應(yīng)將此值舍去，以其余的值計算平均值；如果有二個以上的值與平均值之差大于10%，應(yīng)重做實驗。

礦渣水泥試塊收縮補償膨脹率的測定

三聯(lián)礦渣水泥試塊上均插有大頭針，測定其相對膨脹率，本次試驗也設(shè)計了對照組，即空白組試驗，采用470g硅酸鹽水泥熟料、30g石膏，凈漿攪拌，測定其硅酸鹽水泥的收縮率。

相對膨脹率(28d)=試塊長度(28d)/脫模試塊長度

實驗配合比設(shè)計[27]

表1.2實驗配比設(shè)計

序號

礦渣粉％

硅酸鹽水泥熟料粉末％

集料1250g

石膏％

1

__

95

標(biāo)準(zhǔn)砂

5

2

55

39

標(biāo)準(zhǔn)砂

6

3

55

38

標(biāo)準(zhǔn)砂

7

4

55

37

標(biāo)準(zhǔn)砂

8

5

60

34

標(biāo)準(zhǔn)砂

6

6

60

33

標(biāo)準(zhǔn)砂

7

7

60

32

標(biāo)準(zhǔn)砂

8

8

65

29

標(biāo)準(zhǔn)砂

6

9

65

28

標(biāo)準(zhǔn)砂

7

10

65

27

標(biāo)準(zhǔn)砂

8

實驗數(shù)據(jù)記錄

抗折實驗數(shù)據(jù)記錄

抗折強度計算方法：三條模塊試體抗折強度平均值作為抗折強度值，當(dāng)三個強度值有超過平均值±10％時，舍棄該值，以剩下的兩個值再求平均值，不足兩個值時改組作廢。

表1.3抗折數(shù)據(jù)記錄

序號

抗折

礦渣粉

(％)

水泥

(％)

集料

1250g

石膏

(％)

一

MPa

二

MPa

三

MPa

平均值

MPa

1

__

95

標(biāo)準(zhǔn)砂

5

10.21

10.55

10.07

10.28

2

55

39

標(biāo)準(zhǔn)砂

6

12.13

12.00

11.98

12.04

3

55

38

標(biāo)準(zhǔn)砂

7

11.25

10.11

10.65

10.67

4

55

37

標(biāo)準(zhǔn)砂

8

12.27

12.17

11.37

11.94

5

60

34

標(biāo)準(zhǔn)砂

6

12.27

12.17

12.27

12.24

6

60

33

標(biāo)準(zhǔn)砂

7

10.75

10.57

11.32

10.88

7

60

32

標(biāo)準(zhǔn)砂

8

11.94

12.11

12.27

12.11

8

65

29

標(biāo)準(zhǔn)砂

6

12.15

12.17

12.25

12.19

9

65

28

標(biāo)準(zhǔn)砂

7

10.51

10.92

10.85

10.76

10

65

27

標(biāo)準(zhǔn)砂

8

10.50

10.75

10.63

10.63

抗壓實驗數(shù)據(jù)記錄

抗壓強度計算方法：六個抗壓強度值中取平均值作為抗壓強度值，當(dāng)六個強度值有超過平均值±10％時，舍棄該值，以剩下的五個值再求平均值，不足四個值時改組作廢。

表1.4抗壓數(shù)據(jù)記錄

序號

抗壓

第一塊

(MPa)

第二塊

(MPa)

第三塊

(MPa)

第四塊

(MPa)

第五塊

(MPa)

第六塊

(MPa)

平均值

(MPa)

1

54.16

65.64

53.43

57.64

63.54

58.83

57.52

2

57.05

59.72

53.61

57.52

55.83

55.64

56.56

3

49.73

42.51

50.21

50.23

42.00

50.41

47.52

4

57.40

52.60

51.10

49.40

49.10

56.30

52.70

5

50.70

54.90

51.00

56.40

53.80

53.00

53.00

6

55.70

53.80

51.80

52.30

53.60

52.20

53.20

7

53.80

57.90

54.50

54.30

52.70

56.50

54.95

8

52.50

56.30

49.40

51.10

51.40

53.70

52.40

9

51.70

51.90

49.10

50.60

50.20

50.23

50.62

10

43.20

42.80

43.70

45.90

43.90

47.10

44.43

試塊長度數(shù)據(jù)記錄

膨脹率計算方法：三條模塊試體以28d的模塊長度與脫模模塊長度的比值，得出膨脹率，第一組實驗為空白組實驗，即是采用標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量所做的普通硅酸鹽水泥試塊，本實驗由于測得是28d的相對膨脹率，所以不需要空白組的試塊長度記錄，因此，第一組的長度數(shù)據(jù)是為空值。

序號

脫模記錄(mm)

3天記錄(mm)

7天記錄(mm)

28天記錄(mm)

①

②

③

①

②

③

①

②

③

①

②

③

1

__

__

__

__

__

__

__

__

__

__

__

__

2

124.00

130.20

130.10

124.04

130.28

130.68

123.92

130.28

132.54

124.43

130.66

130.58

3

127.00

126.00

126.00

126.80

126.40

127.80

128.00

126.78

127.30

127.48

126.46

126.50

4

120.02

120.10

120.76

120.31

120.50

120.94

120.10

120.74

120.80

120.38

120.64

121.12

5

125.40

127.80

130.76

125.30

127.42

130.84

126.12

128.40

131.00

125.94

128.04

130.98

6

135.78

138.18

135.38

138.82

138.30

135.48

138.64

138.24

135.26

135.88

138.44

135.92

7

137.26

133.44

128.34

137.20

134.48

128.40

137.26

134.18

128.44

137.20

133.72

128.34

8

143.52

146.36

143.60

143.70

146.42

143.70

143.80

146.72

143.50

143.34

145.82

143.54

9

135.88

137.50

139.62

135.76

137.74

139.44

135.82

137.45

139.52

135.78

137.76

139.32

10

140.00

144.14

146.08

140.10

143.90

146.02

140.00

143.98

146.06

139.90

144.10

146.10

表1.5試塊長度數(shù)據(jù)記錄

二十八天內(nèi)的長度數(shù)據(jù)記錄，包括3d、7d、28d的數(shù)據(jù)值，因為鈣礬石的膨脹機理大都發(fā)生在早期，方鎂石的膨脹機理大部分發(fā)生在后期，事故，本次實驗只是計算28d的相對膨脹率，希望從28d的相對膨脹率中得到很好的實驗效果，取得波動相對比較穩(wěn)定的一組。

二十八天相對膨脹率的數(shù)據(jù)記錄

表1.6二十八天相對膨脹率

序號

二十八天相對膨脹率

是否合格

1

--

--

--

--

2

+0.3468％

+0.3533％

+0.3689％

√

3

+0.3779％

+0.3651％

+0.3969％

√

4

+0.2999％

+0.4496％

+0.2981％

√

5

+0.4306％

+0.1878％

+0.1683％

√

6

+0.09267％

+0.1882％

+0.3989％

√

7

-0.04372％

+0.2098％

+0.0000％

×

8

-0.1254％

-0.3689％

-0.04179％

×

9

-0.07359％

+0.1891％

-0.2149％

×

10

-0.07143％

-0.02775％

+0.01369％

×

實驗原因分析

礦渣摻量的不同對水泥收縮補償?shù)挠绊?/p>

下圖分別是第一階段實驗的抗折、抗壓、二十八天膨脹率數(shù)據(jù)繪圖[28]。

由表1.5、1.6以及圖1.3可知,礦渣膠凝材料膠砂在早期具有較小的干縮,在7d以后具有一定的微膨脹,并隨著齡期的增長膨脹逐漸增加,28d后膨脹趨勢明顯減緩。

在試驗早期,隨著礦渣摻量的增加,水泥熟料的減少[29]，堿性激發(fā)劑的較少，礦渣摻量在55%時,礦渣的微膨脹補償較為理想，收縮補償數(shù)值在(0.2981％-+0.4496％)波動，此組實驗的結(jié)果令人滿意；當(dāng)?shù)V渣摻量在60%時，收縮補償具有一定的影響，其數(shù)值波動在(-0.04371％-+0.4306％)波動；但當(dāng)?shù)V渣摻量在65%時，其沒有出項收縮補償效果，數(shù)值在(-0.3689％-+0.1891％)。

抗壓數(shù)據(jù)繪圖

圖1.1抗壓強度隨石膏摻加量的不同的變化

抗折數(shù)據(jù)繪圖

圖1.2抗折強度隨石膏摻加量的不同的變化

圖1.3二十八天膨脹率隨石膏摻加量的不同的變化

在試驗中后期,隨著礦渣摻量的增加,伴隨著堿性激發(fā)劑與硫酸鹽激發(fā)劑的減少，導(dǎo)致了礦渣的活性無法激發(fā)完全，進而微膨脹減小,礦渣摻量在52%-55%時存在最大微膨脹。在混凝土的應(yīng)用中,開裂主要由體積不穩(wěn)定引起的,因而則要求膠凝材料早期收縮小,后期微膨脹大,以補償早期收縮。故以礦渣摻量為53%時干縮最好。

水泥熟料的摻加量對水泥收縮補償效應(yīng)的影響

在水化早期,主要是水泥熟料和少量的礦渣發(fā)生反應(yīng),熟料既是膠凝材料,又是礦渣的激發(fā)劑。隨著水泥摻量的增加,激發(fā)的礦渣越多,生成的水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠和鈣釩石(AFt)[30]也就越多。研究表明礦渣具有微集料效應(yīng)和火山灰效應(yīng),可生成致密的C-S-H,填充了孔隙,降低了干縮。而本次實驗，水泥熟料的摻加量逐步變小的，堿性激發(fā)劑的數(shù)量減少，在一方面無法使更多的礦渣玻璃體激發(fā)，令一方面，水泥熟料的減少，相應(yīng)的導(dǎo)致在水化硬化的過程中生成的堿性環(huán)境較低，從而影響著鈣礬石的生成，鈣礬石具有膨脹作用。因而隨著水泥摻量的減少,水化產(chǎn)物減少,水泥砂漿收縮增大，微膨脹效果得不到很好的觀察[31]。

在水化中后期,水化則主要由大量未水化的礦渣提供。礦渣摻量在53%附近時生成的水化產(chǎn)物微膨脹較大。

鈣礬石的生成量對水泥收縮補償效應(yīng)的影響

在水泥漿體中的礦渣實際上處于堿激發(fā)和硫酸鹽激發(fā)狀態(tài)．在水泥水化硬化過程中礦渣玻璃網(wǎng)絡(luò)解體．能夠較快的提供A102-．在本實驗體系中．由于每次實驗所加入的石膏量均為6％、7％以及8％，可見石膏引入的硫酸根離子并不是影響本次實驗鈣礬石形成量的主要原因，在本次實驗中，鈣礬石[32]的形成及其膨脹主要受A102-溶出制約．摻礦渣時能夠更多的提供A102-．但必須在堿性激發(fā)劑與硫酸鹽激發(fā)劑比較足夠的情況下，A102-溶出的量才能足夠的多，意味著能加快鈣礬石的形成，從而加快膨脹的發(fā)揮．

實驗步驟(第二階段)

實驗配合比設(shè)計[33]

表2.1實驗配比設(shè)計

序號

水泥熟料

集料1250g

礦渣

石膏

明礬

1

34%

標(biāo)準(zhǔn)砂

53%

9%

4%

2

35%

標(biāo)準(zhǔn)砂

53%

9%

3%

3

36%

標(biāo)準(zhǔn)砂

53%

9%

2%

4

37%

標(biāo)準(zhǔn)砂

53%

9%

1%

5

38%

標(biāo)準(zhǔn)砂

53%

9%

0%

實驗數(shù)據(jù)

抗折實驗數(shù)據(jù)記錄

抗折強度計算方法：三條模塊試體抗折強度平均值作為抗折強度值，當(dāng)三個強度值有超過平均值±10％時，踢出該值，以剩下的兩個值再求平均值，不足兩個值時改組作廢。

表2.2抗折數(shù)據(jù)記錄

序號

抗折

礦渣

％

水泥

％

集料

1250g

石膏

％

明礬

％

一

MPa

二

MPa

三

MPa

平均值

MPa

1

53%

34%

標(biāo)準(zhǔn)砂

9%

4%

9.96

10.02

10.00

9.99

2

53%

35%

標(biāo)準(zhǔn)砂

9%

3%

11.24

11.82

11.43

11.50

3

53%

36%

標(biāo)準(zhǔn)砂

9%

2%

10.24

10.84

10.65

10.58

4

53%

37%

標(biāo)準(zhǔn)砂

9%

1%

9.62

9.43

9.86

9.64

5

53%

38%

標(biāo)準(zhǔn)砂

9%

0%

9.54

9.32

9.42

9.43

抗壓實驗數(shù)據(jù)記錄

抗壓強度計算方法：先從六個抗壓強度值中取平均值作為最初抗壓強度值，當(dāng)六個強度值有超過平均值±10％時，踢出該值，以剩下的五個值再求平均值，不足四個值時改組實驗數(shù)據(jù)作廢

表2.3抗壓數(shù)據(jù)記錄

序號

抗壓

第一塊

(MPa)

第二塊

(MPa)

第三塊

(MPa)

第四塊

(MPa)

第五塊

(MPa)

第六塊

(MPa)

平均值

(MPa)

1

55.36

64.53

55.23

56.53

64.46

59.43

59.26

2

55.62

59.23

54.72

55.78

56.23

56.23

56.30

3

54.54

55.62

59.73

54.62

54.64

55.32

55.75

4

56.74

53.32

52.20

51.23

50.34

56.63

53.41

5

52.23

54.32

52.20

55.54

53.89

54.40

53.76

試塊長度數(shù)據(jù)記錄

本次第二階段實驗均采用的游標(biāo)卡尺所測數(shù)據(jù)，其實驗數(shù)據(jù)得到比較準(zhǔn)確，由于實驗溫度所致，本次實驗的養(yǎng)護條件是放入水中養(yǎng)護。待二十八天后測量其抗折、抗壓以及二十八天膨脹率的數(shù)據(jù)。

表2.4試塊長度數(shù)據(jù)記錄

序號

脫模記錄mm

三天記錄mm

七天記錄mm

二十八天記mm

①

②

③

①

②

③

①

②

③

①

②

③

1

141

.32

140

.56

145

.22

141

.30

140

.58

145

.24

141

.34

140

.58

145

.26

142

.00

141

.32

145

.86

2

140

.20

140

.68

141

88

140

.18

140

.66

141

.90

140

.24

140

.70

142

.00

140

.88

141

.34

142

.56

3

139

.22

139

.88

136

.56

139

.20

139

.86

136

.54

139

.34

140

.00

136

.62

139

.96

140

.62

137

.40

4

141

.20

139

.02

137

.16

141

.18

139

.00

137

.18

141

.24

139

.12

137

.30

141

.86

139

.66

137

.74

5

140

.02

137

.56

138

.62

140

.06

137

.58

138

.56

140

.10

137

.72

138

.66

140

.68

138

.32

139

.28

二十八天相對膨脹率的數(shù)據(jù)記錄

表2.5二十八天相對膨脹率

序號

二十八天相對膨脹率

是否合格

1

+0.4812％

+0.5407％

+0.4408％

√

2

+0.4851％

+0.4693％

+0.4793％

√

3

+0.5415％

+0.5291％

+0.6151％

√

4

+0.4674％

+0.4603％

+0.4229％

√

5

+0.4714％

+0.5525％

+0.4761％

√

實驗現(xiàn)象分析

抗折數(shù)據(jù)繪圖

圖2.1抗折強度隨SO42-摻加量的不同的變化

抗壓數(shù)據(jù)繪圖

圖2.2抗壓強度隨SO42-摻加量的不同的變化

二十八天數(shù)據(jù)繪圖

圖2.3二十八天相對膨脹率隨SO42-摻加量的不同的變化

現(xiàn)象一：抗折、抗壓強度比第一階段實驗偏低

由第一階段實驗數(shù)據(jù)的表1.3、1.4；圖1.1、1.2以及第二階段實驗的表2.2、2.3；圖2.1、2.2可知，第二階段的抗折、抗壓強度比第一階段的實驗偏低。

原因一：水化缺水，水化反應(yīng)受到影響，水化不完全

在正常情況下，水泥接觸到水后各組分開始溶解，極短的時間便能夠與水發(fā)生水化反應(yīng)，此時填充在顆粒間的液相已不再是純水，而是含有Ca2+、OH-、Al(OH)4-、SO42-等多種離子的混合溶液，接著水化反應(yīng)繼續(xù)進行，水在混凝土生產(chǎn)的過程中起重要作用：

一．滿足拌合的需要

二．滿足水泥水化反應(yīng)的需要，水分子中H與OH的鍵角是105°，由于這個鍵角易形成氫鍵，因而會形成分子締合體(H2O)n。根據(jù)水的這一特點，可以選擇分子結(jié)構(gòu)與水相似、易形成氫鍵、物化性質(zhì)與水近似的物質(zhì)作為混凝土添加劑來改善混凝土的性能，當(dāng)該物質(zhì)溶于水后，會使締合水分子斷裂至基本形式的四面體而易于與水泥硅氧四面體公用隅角生成水泥水化物，這樣，既提高了水泥熟料礦物的水化率，也提高了水的利用率。分子的羥基胺基的氫原子和水泥四面體中電負性很強的氧原子間產(chǎn)生強烈的作用而形成氫鍵，并生成分子間的結(jié)合體，這種有序的作用，使水泥的強度也得到了提高。

原因二：第一階段實驗的齡期大于28d

由于實驗條件所限制，抗壓實驗機的缺失，第一階段實驗的十組實驗，每隔兩天做一組實驗，當(dāng)?shù)谝浑A段實驗的最后一組齡期28d后，才做的抗折抗壓實驗，但此時，第一階段實驗的前六組的實驗齡期已經(jīng)足夠35d左右，而眾所周知，普通硅酸鹽水泥中引入礦渣作為混合材，會導(dǎo)致后期的抗壓、抗折強度高于普通硅酸鹽水泥。

現(xiàn)象二：二十八天的相對膨脹率比第一階段實驗高

由第一階段實驗的表1.5、1.6；圖1.3以及第二階段實驗的表2.4、2.5；圖2.3，可知，二十八天的相對膨脹率比第一階段的相對膨脹率要高。

原因一；鈣礬石的早期膨脹[34]

各試樣數(shù)據(jù)表明，在第二階段實驗中，添加了明礬作為引入硫酸根離子，硫酸根離子的摻量對膨脹的影響與硫酸根離子的摻量對鈣礬石形成的影響是一致的，硫酸根離子的摻量在一定范圍內(nèi)越大，固相石膏耗完的時間越遲，鈣礬石形成持續(xù)的時間越長，相應(yīng)地膨脹持續(xù)的時間越長，當(dāng)固相石膏基本耗完以后，鈣礬石形成基本停止，相應(yīng)地膨脹即趨于穩(wěn)定[35]。

可見，隨著礦渣摻量固定在第一階段得出的實驗最好數(shù)據(jù)53％的基礎(chǔ)上，改變硫酸根離子的加入量，二十八天相對膨脹率數(shù)值并沒有出現(xiàn)太大的波動，其數(shù)值在0.45％-0.56％之間小范圍的波動，著對于實際應(yīng)用具有很好的理論指導(dǎo)效果，相較于第一階段的二十八天膨脹率數(shù)值范圍較大的波動，第二階段的實驗結(jié)果更加令人滿意。

當(dāng)石膏摻加量為9％、明礬摻量為2％時，礦渣的摻入量為53％，得到的最好的膨脹率為0.56％，

原因二：方鎂石的后期膨脹

方鎂石是晶態(tài)氧化鎂[36]，存在于熟料各礦物之間，它的數(shù)量主要為熟料中氧化鎂總含量減去固溶氧化鎂含量.經(jīng)高溫煅燒的熟料中的方鎂石，水化以后形成水鎂石，其固相體積增大近一倍.方鎂石水化形成水鎂石的膨脹，其特點是十分緩慢，主要發(fā)生在后期。

在本次實驗中，之所以討論方鎂石的后期膨脹，是因為采用了馬鋼高爐水渣，其中MgO的礦物雜質(zhì)占據(jù)了相當(dāng)大的一部分，其值為8.19％-9.16％，而方鎂石的膨脹會使得其固相體積增加一倍，在28d齡期的后期，由于實驗時候天氣溫度處于炎熱時節(jié)，有為方鎂石的膨脹提供了很好地溫度、濕度條件。

結(jié)論

一：摻加礦渣對原本純硅酸鹽水泥熟料的水化收縮具有一定的補償作用，且摻加量一般最好保持在53％左右，其堿性激發(fā)劑硅酸鹽水泥熟料為33％，硫酸鹽激發(fā)劑提供的硫酸根離子為11％。

二：在對純硅酸鹽水泥熟料的微膨脹補償中，鈣礬石的早期膨脹起了很重要的作用，其膨脹一般持續(xù)到28d保持穩(wěn)定，鈣礬石的微膨脹在一定的范圍內(nèi)隨著硫酸根離子摻加量的增加具有更顯著的效果。

三：礦渣水泥早期的強度較純硅酸鹽水泥熟料低，但其后期由于鈣礬石膨脹作用，微膨脹的作用在一定范圍內(nèi)了填補了由于水泥水化導(dǎo)致的空隙，是的水化產(chǎn)物的致密度相應(yīng)的增加，在水化后期反而提升了純硅酸鹽水泥熟料的抗折、抗壓強度。

四：由于實驗在后期出現(xiàn)了強度降低的情況，其原因可能是方鎂石的后期膨脹，且后期膨脹量固相體積增加一倍，外加當(dāng)時石膏與氧化鎂的攪拌可能并不均勻，導(dǎo)致了后期的膨脹破壞了水化產(chǎn)物的致密性結(jié)構(gòu)，從而出現(xiàn)強度反而降低的情況。

致謝

此次畢業(yè)設(shè)計的順利完成，首先要感謝老師的悉心指導(dǎo)。從論文的選題，指導(dǎo)文獻資料的查詢，實驗方案的確定到整個實驗的操作都得到了老師的細心指導(dǎo)。老師認真的工作態(tài)度，淵博的知識，平易近人、和藹可親的學(xué)者風(fēng)范以及高尚的品格使我獲益良多，拓寬了我的知識面，使我掌握了許多科學(xué)知識和研究方法，在對于無機非金屬材料上有了更多的了解和認識。老師的言傳身教使我不僅學(xué)會了以科學(xué)的態(tài)度看待問題，更明白了做一切事情的根本是認真、刻苦、努力，這些優(yōu)秀的品格讓我終身受益！謹在此表示由衷的敬意和感謝！

在畢業(yè)設(shè)計的實驗過程中得到了同學(xué)的熱心幫助和支持，同學(xué)們給了我很多指導(dǎo)、幫助和關(guān)心，使我的實驗順利完成。在此表示我深深的謝意！

最后，再次向在工作、學(xué)習(xí)、生活中給予我支持、關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)和家人表