高爐礦渣充填材料膠凝性能的活化及反應機理研究.pdf

1、本文以濟鋼?；郀t礦渣為主要原料，利用高爐礦渣的潛在膠凝活性，采用不同活化劑活化的方法制備高爐礦渣基新型充填膠凝材料；并通過對所制備膠凝材料膠凝性能和水化產物的研究，分析其膠凝性能特點、闡明其水化反應機理；最后，通過對不同骨料的膠結試驗，分析其作為充填用膠凝材料的可行性。通過研究，取得了以下主要結果。
　　1．高爐礦渣的基本性能研究表明，粒化高爐礦渣是一種以SiO2、CaO、MgO、Al2O3為主要成分的玻璃體物質，同時在玻璃體中

2、存在少量黃長石、鈣長石、硅酸二鈣微晶體，形成了網絡-微晶結構。
　　2．選用不同活化劑對礦渣進行活化的方法，制備了不同膠凝性能的礦渣基膠凝材料。CaO活化膠凝材料(SCO)的最佳配比為：高爐礦渣:CaO=100:15，該膠凝材料膠結漿體短齡期抗壓強度低于水泥，而長齡期抗壓強度與水泥相當，具有良好的后期強度增長性能。CaO+CaCl2活化膠凝材料(SCC)的最佳配比為：高爐礦渣:CaO:CaCl2=100:15:0.15，該膠凝材料

3、各齡期漿體單軸抗壓強度明顯高于普硅水泥，具有明顯的快硬性能。CaO+脫硫石膏活化膠凝材料(SGY)的最佳配比為：高爐礦渣:CaO:脫硫石膏=100:15:12.5，該膠凝材料各齡期漿體單軸抗壓強度高于普硅水泥、CaO活化和CaO+CaCl2活化膠凝材料，說明CaO+脫硫石膏活化能夠制備出良好快硬性能的膠凝材料。硫鋁酸鹽水泥活化膠凝材料(SAS)的最佳配比為：高爐礦渣:快硬水泥=100:30，該材料的具有較好的速凝性能，但長齡期漿體抗壓強

4、度增長低于水泥，適用于要求快速凝結的膠結充填。
　　3.借助XRD、TG-DTA、紅外光譜、SEM-EDS等分析手段，對水泥、高爐礦渣基新型充填膠凝材料1d，3d，7d的水化產物及其變化規(guī)律進行了系統(tǒng)研究。
　?。?）CaO活化與CaO+CaCl2活化膠凝材料各齡期水化產物與普硅水泥有較大的差異。這兩種膠凝材料的各齡期水化產物以低鈣硅比水化硅酸鈣（CSH）和水化鋁酸鈣（CAH）微晶或隱晶質組成的凝膠為主，伴有極少量碳酸鈣、氫

5、氧化鈣、硫酸鈣。二者不同齡期水化產物的結構存在一定的差異。水化1d的結構仍然保留了高爐礦渣原有成分的大部分形貌，呈“碎石”狀，礦渣顆粒表面已成“鹽堿狀”，表明處在水化反應初期，結構開始變得緊密；水化3d的結構比水化1d的形貌更加密實，水化產物呈“凝脂狀”，大部分硅酸鈣顆粒已參與水化反應轉化水化硅酸鈣；水化7d，礦渣顆粒已全部參與水化反應凝結在一起，結構更加密實，形成較高強度。兩種材料各齡期水化產物的XRD分析表明，其水化產物以非晶質物質

6、為主，結晶質含量極少；在各齡期的DTA、IR譜線沒有出現(xiàn)鈣礬石（AFt）類結晶相特征峰，在SEM-EDS圖中也沒有發(fā)現(xiàn)AFt類結晶相形貌。說明CaO活化與CaO+CaCl2活化高爐礦渣的膠凝性能主要來自水化硅酸鈣凝膠、水化鋁酸鈣凝膠。
　?。?）CaO+脫硫石膏活化和硫鋁酸鹽水泥活化膠凝材料的水化產物與普硅水泥相似，主要是AFt、CSH凝膠、低硫型硫鋁酸鈣（AFm）、氫氧化鈣等，同時伴有少量的碳酸鈣和二水硫酸鈣生成。兩種材料水化產

7、物隨著水化反應時間的不同而有所差別。CaO+脫硫石膏活化膠凝材料水化1d的主要物相為二水硫酸鈣，同時還有少量的CSH和氫氧化鈣，表明處在水化反應初期。隨著水化反應進行，3d、7d水化產物中AFm、AFt相衍射峰越來越強，二水硫酸鈣的衍射峰越來越少，強度越來越低，表明隨著水化反應的進行，二水硫酸鈣逐漸轉移到AFt和AFm中。硫鋁酸鹽水泥活化膠凝材料SAS的水化1d的微觀結構有大量細小針狀鈣礬石晶體生成，形成較強的初期強度。隨著水化反應的進

8、行，結構雖然變得更加密實，但鈣礬石類結晶相的減少到消失，空隙變大，顆粒變小，后期強度降低。表明添加硫鋁酸鹽水泥后會加快水化反應進程，生成鈣礬石類晶體，具有較好的速凝性能，但長齡期漿體抗壓強度增長低于水泥。
　　4.以?；郀t礦渣為原料制備的四種膠凝材料不同齡期的水化產物和凝結強度的變化之所以出現(xiàn)較大差異，主要是由于活化劑作用和水化產物種類不同。SCO和SCC使用CaO和CaO+CaCl2做活化劑，增大了材料漿體的pH，提供活化高爐

9、礦渣潛在活性的堿環(huán)境，生成水化產物主要是氫氧化鈣、水化硅酸鈣凝膠和水化鋁酸鈣凝膠；而SGY和SAS分別使用氧化鈣+石膏、硫鋁酸鹽水泥做活化劑，在提供堿環(huán)境的同時提供了生成鈣礬石所必須的SO42-，膠凝材料SGY和SAS水化產物主要是鈣礬石、單硫型硫鋁酸鈣、水化鋁酸鈣類，這是膠凝材料SGY、SAS具有較強快硬性能的主要原因。
　　5.采用不同活化方法所制備的膠凝材料，對不同種類和不同粒度骨料的膠結對比試驗表明，以上四種高爐礦渣基膠凝