堿激發(fā)粉煤灰混凝土研究

周世騰　張東生

（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院　寧夏銀川　750021）

引言

堿激發(fā)粉煤灰混凝土不僅具有良好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益，與普通硅酸鹽混凝土相比具有強(qiáng)度高、抗凍性好，耐酸堿腐蝕等優(yōu)異性能。但堿激發(fā)粉煤灰混凝土的力學(xué)性能和耐久性會受諸多因素影響，本文總結(jié)了國內(nèi)外文獻(xiàn)關(guān)于堿激發(fā)粉煤灰混凝土的研究進(jìn)展，為堿激發(fā)粉煤灰混凝土的應(yīng)用提供借鑒。

1　堿激發(fā)粉煤灰混凝土

20世紀(jì)30年代，國外學(xué)者Purdon等[1]發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象：NaOH會加快水泥水化，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是由于NaOH的存在，加速水化產(chǎn)物硅酸鈉和偏鋁酸鈉的生成，從而加速與CH反應(yīng)生成水化硅、鋁酸鈣，這一過程會重新生成NaOH，從而形成一個“良性循環(huán)”的過程，由此提出“堿激發(fā)”理論。我國開展此類研究相對較晚，晚于西方國家約40年時間，但我國也取得了大量研究成果。

1.1　激發(fā)劑對堿激發(fā)粉煤灰混凝土性能的影響

Palomo[2]等人研究了激發(fā)劑對堿激發(fā)粉煤灰的影響，針對NaOH，KOH，鈉水玻璃（Na2SiO3）和鉀水玻璃（K2SiO3）四種堿激發(fā)劑，研究對粉煤灰的激發(fā)效果。結(jié)果表明硅酸鹽溶液比氫氧化物更能促進(jìn)水化；同時NaOH溶液比KOH更能激發(fā)粉煤灰，這一現(xiàn)象可能是由于KOH溶液OH-離子濃度過高。硅酸鹽溶液中增加SiO2的濃度可以降低樣品的孔隙率，使樣品具有更加致密的結(jié)構(gòu)。目前，關(guān)于粉煤灰的激發(fā)效果的研究中，多數(shù)學(xué)者研究表明：水玻璃與堿的復(fù)合激發(fā)劑效果最好。Rees[3]等針對粉煤灰混凝土早期凝膠相的形成過程，采用了原位紅外光譜儀的方法，研究結(jié)果表明：NaOH溶液與水玻璃復(fù)摻，能夠提高粉煤灰混凝土的反應(yīng)速率、加速凝膠相形成。

硫酸鹽同樣能激活粉煤灰，因?yàn)镾O42-能與粉煤灰溶解出的AlO2-、Ca2+作用生成Aft（鈣礬石），破壞溶液中AlO2-的濃度平衡，加速粉煤灰玻璃體中Al2O3的溶出，使粉煤灰玻璃體加速溶解[4]。

1.2　粉煤灰性質(zhì)對堿激發(fā)粉煤灰混凝土性能的影響

Kumar等研究表明：粉煤灰被磨細(xì)之后，其活性被大幅度提高，與未磨細(xì)粉煤灰相比，采用磨細(xì)粉煤灰制備的堿激發(fā)粉煤灰混凝土強(qiáng)度可提高1倍左右。Buchwald等研究表明：堿激發(fā)粉煤灰混凝土CH含量越高，其強(qiáng)度越高，尤其是隨著齡期延長，這一現(xiàn)象更為明顯[5]。

堿激發(fā)粉煤灰混凝土的強(qiáng)度由粉煤灰中活性SiO2、Al2O3的含量決定，兩者呈現(xiàn)正相關(guān)函數(shù)，同時適當(dāng)增加原材料中CaO的含量有助于較好的提高堿激發(fā)粉煤灰混凝土的力學(xué)強(qiáng)度；但值得注意的是CaO會縮短漿體凝結(jié)時間，甚至?xí)霈F(xiàn)瞬凝的情況，這會對其后期強(qiáng)度的發(fā)展造成不利影響。

低鈣粉煤灰已經(jīng)廣泛應(yīng)用于粉煤灰混凝土的研究，而高鈣粉煤灰，由于其含有較多的游離氧化鈣。作為摻合料易引起混凝土的安定性不良，作為堿激發(fā)材料，漿體閃凝，不易成型，所以研究較少。但近年來，高鈣粉煤灰的排量逐漸增加，有的地方甚至超過低鈣粉煤灰，所以開發(fā)利用高鈣粉煤灰也逐漸得到重視。

1.3　養(yǎng)護(hù)制度對堿激發(fā)粉煤灰混凝土性能的影響

由于粉煤灰活性較低，因此強(qiáng)度發(fā)展需要較長的時間，針對這一突出問題，一般建議采用高溫養(yǎng)護(hù)。采用高溫養(yǎng)護(hù)制度對粉煤灰混凝土展開了研究：試件前2h均采用95℃密封養(yǎng)護(hù)；之后分3種情況：150℃干熱養(yǎng)護(hù)6h、95℃蒸汽養(yǎng)護(hù)6h、95℃密封養(yǎng)護(hù)6h。結(jié)果發(fā)現(xiàn)95℃密封養(yǎng)護(hù)8h對其強(qiáng)度發(fā)展最有利。

進(jìn)行高溫養(yǎng)護(hù)時，堿激發(fā)粉煤灰混凝土中途常溫放置一段時間是可取的，結(jié)果發(fā)現(xiàn)成型試件高溫養(yǎng)護(hù)24h再常溫放置24h的試樣強(qiáng)度與未經(jīng)常溫放置而直接高溫養(yǎng)護(hù)的試樣，一個月后其強(qiáng)度相當(dāng)。

2　展望

目前關(guān)于堿激發(fā)粉煤灰混凝土的研究已存在較多，但較少能夠應(yīng)用于實(shí)際工程中。要實(shí)現(xiàn)區(qū)域性應(yīng)用，還需要解決很多問題。其一：粉煤灰作為工業(yè)廢棄物，其活性成分、微觀結(jié)構(gòu)等存在較大差異，造成性能穩(wěn)定不足。因此，如何解決這一問題，將十分重要。其二：關(guān)于激發(fā)劑種類、用量、原材料含鈣量、養(yǎng)護(hù)制度等對堿激發(fā)粉煤灰混凝土結(jié)構(gòu)額性能的影響規(guī)律、機(jī)理等，均有待進(jìn)一步展開系統(tǒng)深入的研究。