大摻量粉煤灰堿激發膠凝材料的活性分析

王國靖 程黎明 齊英偉 吳端陽 孔令煒

(吉林建筑大學材料科學與工程學院，吉林 長春 130000）

大摻量粉煤灰堿激發膠凝材料的活性分析

王國靖 程黎明 齊英偉 吳端陽 孔令煒

(吉林建筑大學材料科學與工程學院，吉林 長春 130000）

隨著我國科技水平的不斷發展，在建筑領域的投入也越來越多。因此，對建筑材料的產量和質量標準也就有所提高，為了進一步促進建筑領域的持續發展，就需要對建筑材料的各種性能有個全面的認識和了解。經過大量研究發現，把氫氧化鈣和氫氧化鉀等一些堿性的激發劑混入到大摻量的粉煤灰膠凝材料里面可以極大地促進粉煤灰火山灰的活性。本文以大摻量粉煤灰凝膠材料為研究對象，采用相應的力學實驗及XRD試驗進行分析，對把氫氧化鈣和氫氧化鉀等一些堿性的激發劑混入到大摻量的粉煤灰膠凝材料里面的火山灰的活性情況進行詳細分析和探討，經過大量科學有效的試驗和分析可以得出；將堿性的激發劑混入到粉煤灰膠凝材料里面可以有效激發起火山灰的活性，而且進一步研究還發現，采用多種堿性激發劑相結合的活性明顯要比采用氫氧化鈣這種單一的堿性激發劑要高出很多。

大摻量粉煤灰 堿激發劑 膠凝材料 活性

前言：隨著我國工業化的大幅度推進，在建筑方面的投入逐漸加大，這就導致對建筑材料的需求也逐漸增多。因此，為了進一步研究建筑材料的特性從而對已有材料進行完善，必須首先對材料的性能進行全面了解。其中對粉煤灰的研究就成了建筑材料的重點。，經過大量科學有效的試驗和分析可以得出；將堿性的激發劑混入到粉煤灰膠凝材料里面可以有效激發起火山灰的活性，而且進一步研究還發現，采用多種堿性激發劑相結合的活性明顯要比采用氫氧化鈣這種單一的堿性激發劑要高出很多。

粉煤灰按照含鈣量的不同可以將其分成高鈣粉煤灰和低鈣粉煤灰。目前我國使用較多的還是低鈣類的粉煤灰，此材料的水化速率較低，而且低鈣粉煤灰的活性還需要由一些堿激發劑加以催化才能顯示出來。這就造成了粉煤灰膠凝材料的強度不能滿足要求。尤其對于大摻量的粉煤灰來說，其活性也會更低，

一、原料成分和試驗手段

1.1 原料組成

進行試驗的粉煤灰屬于低鈣類的粉煤灰，從專門的混凝土攪拌站取得；水泥的型號為P.O. 42.5R 級，該型號水泥的質量都符合標準，堿激發劑采用單獨形式存在的氫氧化鉀、氫氧化鈣和兩者的結合體，減水劑為液態聚羧酸。

1.2 試驗手段

把選取好的粉煤灰、堿激發劑、砂子、水、減水劑、水泥按照適當的配合比進行拌合和振搗的處理，然后將其做成一個55 mm×55 mm×150 mm的樣品，再放入養護箱里面2天后將模板進行去除，養護相應齡期，根據硅酸鹽水泥國家相應標準對其進行力學性能測試，同時將樣品研磨成粉狀實施XRD衍射試驗，以此來對不同種類的堿激發劑對粉煤灰的火山灰活性的情況進行科學評價和探討。

二、試驗結果

按照上述的方法和配合比將試驗所需材料準備好后進行各項測試，經過對測試所得數據進行嚴格的統計和處理。

2.1 樣品的抗壓極限和抗折極限

經過力學性能試驗的測試后，發現經過堿激發劑的混入后，粉煤灰膠凝材料樣品的抗壓極限和抗折極限都極大得到增強。本次研究在一定程度上可以充分顯示，各種堿激發劑都可以大大的激發粉煤灰的火山灰的活性，此外，氫氧化鈣這種堿激發劑的混合量也會對其活性的大小產生影響，相反的如果其含量超過了一定限度，激發的效果會受到抑制，同時，本次研究還發現，采用氫氧化鈣和氫氧化鉀的混合體作為粉煤灰膠凝材料的堿激發劑的激發效果遠遠要比氫氧化鈣單獨的激發效果好的多。

2.2 粉煤灰膠凝材料XRD測試

采用經過養護28天的樣品研磨成粉狀，將其實施XRD試驗，結果表明，在混入了15%的氫氧化鈣樣品中，二氧化硅的衍射結果不明顯，相反鈣釩石的衍射結果很清晰，在混入了15%的氫氧化鈣和氫氧化鉀作為堿激發劑的試樣中，這些指標都顯著存在。這就說明粉煤灰含有大量的二氧化硅，同時在反應物中也存在鈣釩石等顆粒，這些產生的顆粒能最大限度的填補樣品的空隙，以此來增強樣品的強度。

三、大摻量粉煤灰活性的原理

粉煤灰是一種從火力發電站產生的廢氣中產生的粉狀物，它的化學構成有二氧化硅、氧化鈣、三氧化二鋁以及一些未燃盡的炭粉。將粉煤灰混入在水泥膠凝材料里面，然而粉煤灰自身完全不存在水硬性，之所以其混合體具有活性是因為粉煤灰顆粒里面的二氧化硅和三氧化二鋁與水泥里面的氫氧化鈣出現化學反應，并產生構成很緊密的水化硅酸鹽之類的膠凝狀態的物質，故可以用來增強水泥膠結后的強度，也就是說，粉煤灰的活性只有通過氫氧化鈣激發之后方能表現出其活性，一般狀況下，水泥經過水化的產物即氫氧化鈣的能溶解在水中的量非常少，PH值較低，因此激發的速度往往很慢，也不能很好的保證其強度。

粉煤灰的活性大小取決于二氧化硅以及三氧化二鋁的含量，而且內在的活性就由堿激發劑的量決定。其粉狀形態在高溫情況下發生迅速冷卻，冷卻后，能夠保持高溫玻璃相或晶相，一般條件下，這種物質的結構比較穩定，因此，就會對二氧化硅以及三氧化二鋁的溶出有一定的阻隔效果，進而很少能由堿激發劑激發，這樣一來就會大大的減少了粉煤灰的活性大小。通過堿液加以處理之后，可以極大程度的和粉煤灰顆粒發生反應，進而促進粉煤灰和氫氧化鈣發生作用。這樣在堿性條件下，粉煤灰顆粒表面化學鍵發生破壞，就會產生不夠飽和的化學鍵，進而與其他成分發生反應形成沸石型的結構而增強粉煤灰的強度。

在一般條件下，就算飽和的石灰水其PH值也是比12要小很多，這樣的堿度也很難滿足粉煤灰相關結構發生分解的需要，進而造成最后激發的活性不是足夠的大。所以說，粉煤灰只有在強堿溶液的條件下（一般至少在13左右）才能充分保證其相關結構發生分解，要想使得活性大大的提高，就要向粉煤灰中摻入一定量的強堿溶液，本文通過對粉煤灰的活性進行科學分析和實驗，在向粉煤灰中加入了一定量的氫氧化鈣和氫氧化鉀粉末等一些堿激發劑之后，能夠提高粉煤灰的活性激發有利的堿性環境PH值，進而可以促進粉煤灰顆粒表面的玻璃結構水解并發生反應，對漿液膠結后的強度有很大的提升效果，在這個過程中，氫氧化鈣的含量也會對最終的活性大小有一定的影響，因此，在粉煤灰中加入的堿的劑量一定要嚴格控制到允許的范圍，如果堿量太大就會減少鈣離子的含量，進而阻礙膠凝物質的產生，更加嚴重的還會進一步降低水泥的硬化后的強度。

結語：現階段我國使用的粉煤灰基本上都屬于低鈣類的粉煤灰，該類粉煤灰的活性較低，而且低鈣粉煤灰的活性還需要由一些堿激發劑加以催化才能顯示出來。這就造成了粉煤灰膠凝材料的強度不能滿足要求。尤其對于大摻量的粉煤灰來說，其活性也會更低。因此必須在粉煤灰里面加入適當的堿激發劑，經過本次試驗和分析可以發現，和沒有加入堿激發劑相比，氫氧化鈣和氫氧化鉀能夠在一定程度上使得粉煤灰的火山灰活性有顯著的提高，特別是在早期粉煤灰的活性上激發的最為明顯。 同時進一步研究還發現，若是采用氫氧化鈣和氫氧化鉀的混合體來作為堿激發劑對粉煤灰的火山灰活性進行激發，效果遠遠要比采用單一堿激發劑的作用效果好得多。 同時堿激發劑里面的氫氧化鈣的含量也會對粉煤灰的活性有一定的影響，氫氧化鈣的含量過大會造成激發不足而使得活性減小。因此，在實際的配制中嚴格控制鍵激發劑的量，進而可以最大限度的激發粉煤灰的活性，來保證其在膠結后的強度滿足相應標準。

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[4]鄭娟榮等，堿激發粉煤灰膠凝材料砂漿及混凝土的性能研究，2015（2）

[5]何廷樹等.激發劑種類對不同粉煤灰摻量的水泥膠砂強度的影響，2014（10）

G322

B

1007-6344（2015）11-0046-01

【吉林省大學生創新創業訓練計劃項目，編號為201410191032?！?/p>