碱激发玄武岩石粉矿渣胶凝材料的制备及性能研究

碱激发玄武岩石粉矿渣胶凝材料的制备及性能研究

0玄武岩石粉-矿渣碱激发胶凝材料体系的可行性传统的波兰水泥生产过程需要在高温下燃烧，这必须是高耗能和co。岩石开采、石材加工等生产过程中会产生大量废弃石粉，若仅以填埋和堆放方式处理，不但会占用宝贵的土地资源，而且可能造成生态环境问题。将石粉作掺合料掺入水泥和混凝土中，不仅可以有效利用石粉，而且能够改善水泥和混凝土的性能然而，不同产地生产的工业固体废弃物通常具有不同的颗粒分布、化学组成和矿物相等。为了利用某产地的生产固废，须对其进行相关实验研究。本研究旨在探讨以海南蓝岛公司提供的玄武岩石粉作为掺合料，以氢氧化钠和水玻璃制成的碱激发剂，制备玄武岩石粉-矿渣碱激发胶凝材料体系的可行性。重点研究玄武岩石粉掺量、液固比、碱激发剂的固含量和模数对体系抗压强度的影响。1测试1.1岩石学和碱激发剂的制备试验(1）玄武岩石粉和矿渣：海南蓝岛公司提供，主要化学成分见表1,XRD图谱见图1,SEM照片见图2。由图1和图2可知，玄武岩石粉和矿渣的微观颗粒形貌都为不规则的多边形体；玄武岩石粉主要由钙长石、辉石和钠长石为主的矿物组成，而矿渣是由大量的非晶态玻璃体和少量的黄长石组成。(2）碱激发剂：向水玻璃中加入一定量的水和氢氧化钠，搅拌溶解，得到特定固含量和特定模数的碱激发剂溶液，试验前溶液提前静置24h。水玻璃（固含量为34%，模数为3.3）由山东省临沂市兰山区绿森化工有限公司生产，固体片状氢氧化钠由山东滨化东瑞化工有限责任公司，纯度为98.5%。1.2碱激发剂养护将一定比例的矿渣和玄武岩石粉加入JJ-5型水泥胶砂搅拌机中，干拌1～2min，然后缓慢加入碱激发剂，继续搅拌3～4min，然后将拌合物灌注入50mm×50mm×50mm的模具中，24h后脱模，然后将样品放入标准养护箱中养护至测试龄期。抗压强度测试在KN-2000控制柜上进行，加载速率为1.5kN/s。2结果与讨论2.1石粉-矿渣碱激发胶凝材料抗压强度控制液固比（碱激发剂与矿渣和玄武岩石粉的总质量比）为0.80，碱激发剂的固含量（水玻璃中硅酸钠和氢氧化钠的质量百分数）为41.35%，碱激发剂模数为1.50。研究玄武岩石粉掺量（按占矿渣和玄武岩石粉总质量计）对玄武岩石粉-矿渣碱激发胶凝材料抗压强度的影响，结果如表2所示。由表2可见，玄武岩石粉掺量为25.00%时，碱激发胶凝材料的28d抗压强度为49.6MPa，与碱激发纯矿渣胶凝材料的强度相当；当玄武岩石粉掺量增至33.33%时，碱激发胶凝材料的抗压强度明显下降，28d抗压强度降至35.7MPa；继续提高玄武岩石粉掺量至50.00%时，28d抗压强度下降至21.6MPa,3d和7d抗压强度也分别降至13.3、16.0MPa。玄武岩石粉活性较低，其掺量不宜过大，试验表明，玄武岩石粉掺量不超过33.33%时，可以制备得到强度适中的玄武岩石粉-矿渣碱激发胶凝材料。2.2碱激发胶凝材料抗压强度控制玄武岩石粉掺量为33.33%，碱激发剂固含量为41.35%、模数为1.50。研究液固比对玄武岩石粉-矿渣碱激发胶凝材料抗压强度的影响，结果如表3所示。由表3可见，液固比对碱激发胶凝材料抗压强度有明显影响。当液固比为0.70时，碱激发胶凝材料的28d抗压强度高达52.6MPa；当液固比增至0.80时，碱激发胶凝材料的28d抗压强度仅为35.7MPa。水灰比是决定传统硅酸盐水泥强度的关键因素。与水灰比类似，液固比是影响碱激发胶凝材料的重要因素，液固比越大，滞留在材料内部的水分越多，因此材料孔隙率会增加，材料的抗压强度相对较低。2.3碱激发剂的用量碱激发剂是制备碱激发材料的主要成本所在，此外，由于碱溶液对皮肤具有腐蚀性，使用高固含量的碱激发剂难免会造成施工困难。利用自来水稀释碱溶液得到低固含量的碱激发剂，不仅能提高经济效益，而且保障了施工的安全。控制玄武岩石粉掺量为33.33%，液固比为0.80，碱激发剂的模数为1.50，研究碱激发剂固含量对玄武岩石粉-矿渣碱激发胶凝材料抗压强度的影响，结果见表4。由表4可见，随碱激发剂固含量的增加，碱激发胶凝材料的28d抗压强度先提高后降低，碱激发剂固含量为35.58%时28d抗压强度达到最高53.1MPa。其原因可能是固含量过高，体系中的阴阳离子浓度较高，尤其是OH2.4碱激发剂的影响控制玄武岩石粉掺量为33.33%，液固比为0.80，碱激发剂的固含量为35.58%。研究碱激发剂模数对玄武岩石粉-矿渣碱激发胶凝材料抗压强度的影响，结果如表5所示。由表5可见，碱激发剂模数由2.00降低至1.50时，碱激发胶凝材料的抗压强度呈提高趋势；然而进一步降低碱激发剂模数至1.00时，碱激发胶凝材料的抗压强度反而较低。其原因与水玻璃溶液的OH3玄武岩石粉-矿渣碱激发胶凝材料掺合料添加量(1）制备的玄武岩石粉-矿渣碱激发胶凝材料28d抗压强度大多高于30.0MPa，并且碱激发胶凝材料的3d抗压强度较高，大多高于20.0MPa，具有早强的特点。(2）随着玄武岩石粉掺量的增加，碱激发胶凝材料的抗压强度呈下降趋势。玄武岩石粉掺量不超过33.33%时，可以制得强度适中的玄武岩石粉-矿渣碱激发胶凝材料。(3）液固比为0.70时，碱激发胶凝材料的抗压强度比液固比为0.80的高。(4）碱激发剂的固含量和模数不宜过高或过低，碱激发剂固含量控制在25.08%～35.58%，模数控制在1.50～1.0