外加劑對堿礦渣水泥砂漿干縮性能的影響

汪國華，于澤東

（1.重慶 對外建設(shè)集團有限公司，重慶 401121；2.重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400045）

堿礦渣水泥是用堿金屬的堿性化合物激發(fā)礦渣而得到的一種水硬性膠凝材料[1]。蒲心誠[2]研究表明：堿礦渣水泥及混凝土具有快硬、高強、低熱、高抗?jié)B、高抗凍、高侵蝕等優(yōu)異性能，而且這種水泥生產(chǎn)工藝簡單、節(jié)約能源、成本較低。雖然堿礦渣水泥具有諸多優(yōu)點，但由于其收縮較大、極易誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)開裂成為其關(guān)鍵技術(shù)障礙。Collins[3]的研究表明，相同的環(huán)境條件下，堿礦渣混凝土的干燥失水比硅酸鹽水泥混凝土的小，然而其干縮卻比硅酸鹽水泥混凝土的大得多，并認(rèn)為這一現(xiàn)象和漿體的孔尺寸分布有關(guān)。Bakhareva[4]研究結(jié)果表明，齡期為400天時堿礦渣混凝土的干縮是硅酸鹽混凝土干縮的1.5到2倍。對此，國內(nèi)外采取了一些措施，但問題沒有得到根本的解決。Collins與Sanjayan[5]采用多孔吸水率大的集料代替常規(guī)的集料配制混凝土，這一措施使得堿礦渣混凝土的干縮降低了1／2左右，并且強度損失很小。M.Palacios和F.Puertas[6]研究，堿礦渣水泥砂漿中摻入減縮劑后其某些性能有一定的改善，砂漿的早期強度有所增長，但是其干縮率并沒有明顯降低。張俊[7]研究表明，在10%～50% （占膠結(jié)材總量）范圍內(nèi)時，偏高嶺土摻入能有效降低堿礦渣水泥砂漿的干縮率，降低幅度受水玻璃模數(shù)、Na2O當(dāng)量的影響。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

1）礦渣

重慶鋼鐵集團有限責(zé)任公司生產(chǎn)的水淬高爐礦渣，密度為2.95g／cm3，比表面積為498m2／kg。主要化學(xué)成分見表1。

表1 礦渣化學(xué)成分（%）

2）激發(fā)劑

重慶井口化工廠生產(chǎn)的鈉水玻璃（water glass，簡稱WG），主要技術(shù)性能見表2；工業(yè)純 NaOH，純度99.0%，用作調(diào)整水玻璃的模數(shù)及堿摻量。

表2 水玻璃的化學(xué)成分

3）化學(xué)外加劑

減縮劑、引氣劑、Na2SO4、Ca（OH）2

4）水

采用自來水。

5）細集料

洞庭湖產(chǎn)中砂，細度模數(shù)：2.6，表觀密度：2710kg／m3，松散密度：1350kg／m3。

1.2 試驗方法

在此試驗中，膠凝材料為礦渣，水灰比為0.4，膠砂比為1∶2；堿摻量以Na2O對礦渣的質(zhì)量百分比計為4.0%，水玻璃模數(shù)為1.5；外加劑采用外摻法。其中堿礦渣砂漿干縮試驗參照《水泥膠砂干縮試驗方法》（JC／T 6032004）進行。

2 外加劑對堿礦渣水泥砂漿干縮性能的影響

2.1 減縮劑對堿礦渣水泥砂漿干縮性能的影響

減縮劑能夠通過降低水泥石孔溶液表面張力從而減小水泥石的收縮。減縮劑對堿礦渣水泥砂漿干縮的影響如圖1。摻減縮劑在一定程度上能夠降低堿礦渣水泥砂漿干縮，但在（0.5～2.0）%摻量范圍內(nèi)，減縮效果不理想。

圖1 減縮劑對堿礦渣水泥砂漿干縮性能的影響（WG，M＝1.5，w／b＝0.4，b／s＝1：2，Na2O＝4%）

圖2 引氣劑對堿礦渣水泥砂漿干縮性能的影響（WG，M＝1.5，w／b＝0.4，b／s＝1：2，Na2O＝4%）

3.2 引氣劑對堿礦渣水泥砂漿干縮性能的影響

引氣劑的摻入使普通水泥砂漿和混凝土的收縮有所提高。引氣劑對堿礦渣水泥砂漿干燥收縮的影響如圖2。引氣劑增大了以水玻璃為堿組分的堿礦渣水泥砂漿的干縮，在實驗摻量下，砂漿180d齡期干縮值達到對比樣的1.5～1.7倍。

2.3 Na2SO4對堿礦渣水泥砂漿干縮性能的影響

Na2SO4對堿礦渣水泥砂漿干燥收縮的影響如圖3。外摻Na2SO4增大了堿礦渣水泥膠砂試件的干縮，摻入Na2SO4以后，堿礦渣水泥砂漿180d齡期干燥收縮值均達到對比樣的三倍以上，干縮隨Na2SO4摻量增大略有降低。

圖3 Na2SO4對堿礦渣水泥砂漿干縮性能的影響（WG，M＝1.5，w／b＝0.4，b／s＝1：2，Na2O＝4%）

3.4 Ca（OH）2摻量對堿礦渣水泥砂漿干縮性能的影響

研究表明[8]，Ca（OH）2對堿礦渣水泥的水化有一定影響，主要表現(xiàn)在以下三個方面，首先Ca（OH）2的存在能使堿礦渣水泥石孔隙液相維持在較高pH值，Malquori的研究表明，在Ca（OH）2和NaOH共存的系統(tǒng)中，OH－的濃度總是高于NaOH單獨存在時OH－的濃度，當(dāng)堿含量較低時，Ca（OH）2的存在可以使水泥石孔隙液相pH值維持在12.5以上；其次Ca（OH）2為系統(tǒng)形成高堿性水化產(chǎn)物提供條件；最后，Ca（OH）2可以使低堿性水化硅酸鈣凝膠吸附的堿再生。

圖4 Ca（OH）2對堿礦渣水泥砂漿干縮性能的影響（WG，M＝1.5，w／b＝0.4，b／s＝1∶2，Na2O＝4%）

Ca（OH）2對堿礦渣水泥砂漿干燥收縮的影響如圖4，摻入Ca（OH）2增大了堿礦渣水泥砂漿的干燥收縮，且摻量為10%時干燥收縮值最大。

4 結(jié)論

1）摻減縮劑在一定程度上能夠降低堿礦渣水泥砂漿干縮，但在0.5%～2.0%摻量范圍內(nèi)，減縮效果不理想。

2）摻入引氣劑、Na2SO4、Ca（OH）2均增大了堿礦渣水泥砂漿的干燥收縮。

[1]陳友治.堿礦渣水泥的理論基礎(chǔ)[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報，2000（5）：10-12.Chen Y Z.Theoretical base of alkali activated slag cement[J].Cement Guide for New Epoch，2000（5）：10-12.

[2]蒲心誠.高強堿礦渣混凝土的結(jié)構(gòu)與性能[J].混凝土與水泥制品，1991（6）：1-5.Pu X C.The structure and performance high strength alkali-activated slag[J].Concrete and Cement products，1991（6）：1-5.

[3]Collins F G.Sanjayan J C.Workability and mechanical properties of alkali activated slag concrete[J].Cement and Concrete Research，1999，（3）：455-458.

[4]Bigley C.Controlling shrinkage in concrete mixes[J].Concrete，1999，（4）：38-39.

[5]Collins F G.Sanjayan J G.Strength and shrinkage properties of alkali-activated slag concrete containing porous coarse aggregate[J].Cement and Concrete Research，1999，（4）：607-610.

[6]Bakharev T.Effect of admixtures on properties of alkali-activated slag concrete[J].Cement and Concrete Research，2000，（30）：1367-1374.

[7]張俊，叢鋼，楊長輝.偏高嶺土對堿礦渣水泥砂漿干縮性能的影響[J].混凝土，2010（10）：115-117.Zhang J，Cong G，Yang C H.Effect of metakaolin on dry-shrinkage of alkali-activated slag cement mortar[J].Concrete，2010（10）：115-117.

[8]楊長輝.堿性水泥系統(tǒng)的堿集料反應(yīng)研究[D].重慶：重慶建筑大學(xué)，1998.