減水劑與礦渣- 粉煤灰基堿激發膠凝材料適應性研究

謝曉潔 譚忠奇 邱志輝 肖新華 李克亮

（1、華北水利水電大學，河南 鄭州450011 2、中原環保鼎盛鄭州固廢科技有限公司，河南 鄭州450000）

1 概述

堿激發膠凝材料是指具有潛在活性的原料（礦渣、粉煤灰、高嶺石等）在堿性激發劑作用下生成具有水硬活性的一類膠凝材料，其制備過程耗能低、排放低，且具有與硅酸鹽水泥相似的性能[1]。堿激發膠凝材料的研究始于二十世紀四十年代，經歷了漫長的發展歷程[2]。在堿激發膠凝材料過去數十年的研究過程中，取得了很多的研究成果，許多研究者對堿激發膠凝材料的研究進展也進行了較系統的闡述，但是對減水劑與堿激發膠凝材料的適應性所做研究并不多。減水劑和水泥的適應性成為長期以來困擾施工人員的技術難題[3-6]，且用于普通硅酸鹽水泥的減水劑并不完全適用于堿激發膠凝材料。因此，需要通過減水劑與礦渣- 粉煤灰基堿激發膠凝材料的適應性試驗，分析得出哪種減水劑對堿激發膠凝材料凈漿的減水效果較好。

2 試驗原材料

2.1 粒化高爐礦渣

試驗采用靈壽縣騰巖礦產品加工廠生產的S95 級粒化高爐礦渣，對其密度、比表面積、活性指數進行檢測，其性能符合《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》（GB/T 18046-2017）。粒化高爐礦渣粉的技術要求及檢測結果見表1 所示。

表1 粒化高爐礦渣粉的性能指標

2.2 粉煤灰

試驗采用Ⅱ級粉煤灰，對其密度、活性指數進行檢測，其性能符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2017）。Ⅱ級粉煤灰的技術要求及檢測結果見表2 所示。

2.3 激發劑

試驗激發劑分為兩種體系，一種是氫氧化鈉+碳酸鹽體系，另一種是P·O52.5 水泥+氯鹽體系。激發劑的主要作用是激發礦渣、粉煤灰的活性，使其進行水化反應生成聚合物。激發劑的種類及相關信息見表3 所示。

表2 粉煤灰的性能指標

表3 激發劑

2.4 減水劑

試驗采用的減水劑一共有五種，經過凈漿試驗分析哪種減水劑對不同激發劑體系制備的堿激發膠凝材料的減水效果最佳，減水劑種類及相關指標見表4 所示。

表4 減水劑

3 凈漿試驗

3.1 試驗方法

對于減水劑與礦渣- 粉煤灰基堿激發膠凝材料相容性沒有相應的規范，試驗借用《水泥與減水劑相容性試驗方法》（JC/T 1083-2008），采用凈漿流動度法（代用法）測定減水劑在不同摻量下堿激發膠凝材料凈漿的初始流動度。

3.2 試驗結果及分析

試驗采用萘系減水劑、聚羧酸系高性能減水劑、木質素磺酸鈣、三聚氰胺型減水劑和HSB 脂肪族高效減水劑，試驗分析同一減水劑在不同摻量下對不同體系激發劑的堿激發膠凝材料凈漿流動度的影響。

萘系減水劑對不同體系激發劑的堿激發膠凝材料凈漿初始流動度的影響，試驗數據見表5 所示。

表5 用萘系減水劑時堿激發膠凝材料凈漿初始流動度 單位：mm

分析得出萘系減水劑摻量范圍在0.2%～1.6% 時，減水劑對提高不同體系激發劑的堿激發膠凝材料凈漿的初始流動度是不一致的。

對提高激發劑體系為氫氧化鈉+碳酸鹽的堿激發膠凝材料凈漿的初始流動度較高，最佳摻量為粒化高爐礦渣與粉煤灰用量的1.0%；對激發劑體系為P·O52.5 水泥+氯鹽的堿激發膠凝材料凈漿的初始流動度影響較小。

聚羧酸系高性能減水劑對不同體系激發劑的堿激發膠凝材料凈漿初始流動度的影響，試驗數據見表6 所示。

表6 用聚羧酸系高性能減水劑時堿激發膠凝材料凈漿初始流動度 單位：mm

分析得出聚羧酸高性能減水劑的摻量范圍為0.1%～0.8%時，聚羧酸高性能減水劑對激發劑體系為氫氧化鈉+碳酸鹽的堿激發膠凝材料凈漿的初始流動度無影響；對激發劑體系為P·O52.5 水泥+氯鹽的堿激發膠凝材料凈漿的初始流動度影響較大，在摻量的范圍為0.5%～0.8%時，堿激發膠凝材料凈漿流動度變化極小，可知最佳摻量為粒化高爐礦渣與粉煤灰用量的0.5%。

木質素磺酸鈣對不同體系激發劑的堿激發膠凝材料凈漿初始流動度的影響，試驗數據見表7 所示。

分析得出木質素磺酸鈣的摻量范圍為0.1%～0.8%時，木質素磺酸鈣對激發劑兩種體系的堿激發膠凝材料的流動度均無影響。

表7 用木質素磺酸鈣減水劑時堿激發膠凝材料凈漿初始流動度 單位：mm

三聚氰胺型減水劑對不同體系激發劑的堿激發膠凝材料凈漿初始流動度的影響，試驗數據見表8 所示。

表8 用三聚氰胺型減水劑時堿激發膠凝材料凈漿初始流動度 單位：mm

分析得出三聚氰胺型減水劑的摻量范圍為0.4%～1.8%時，三聚氰胺型減水劑對激發劑體系為氫氧化鈉+碳酸鹽的堿激發膠凝材料的流動度影響不大；對激發劑體系為P·O52.5 水泥+氯鹽的堿激發膠凝材料的流動度影響較大，在摻量的范圍為1.4%～1.8%時，堿激發膠凝材料凈漿流動度變化極小，可知最佳摻量為粒化高爐礦渣與粉煤灰用量的1.4%。

HSB 脂肪族高效減水劑對不同體系激發劑的堿激發膠凝材料凈漿初始流動度的影響，試驗數據見表9 所示。

表9 用HSB 脂肪族高效減水劑時堿激發膠凝材料凈漿初始流動度 單位：mm

分析得出HSB 脂肪族高效減水劑的摻量范圍為0.2%～1.0%時，HSB 脂肪族高效減水劑對激發劑體系為氫氧化鈉+碳酸鹽的堿激發膠凝材料的流動度影響不大；對激發劑體系為P·O52.5 水泥+氯鹽的堿激發膠凝材料的流動度無影響，可以說減水劑對該體系的堿激發膠凝材料無減水效果。

綜合分析表5、6、7、8、9，可知對兩種激發劑體系制備的堿激發膠凝材料均有一種減水劑對其減水效果較好。以粒化高爐礦渣、粉煤灰為原材料，激發劑為氫氧化鈉+碳酸鹽體系，萘系減水劑對其流動度提高最大，最佳摻量為粒化高爐礦渣與粉煤灰用量的1.0%；對于P·O52.5 水泥+氯鹽體系，聚羧酸高性能減水劑對其流動度提高最大，最佳摻量為粒化高爐礦（轉下頁）渣與粉煤灰用量的0.5%；三聚氰胺型減水劑對P·O52.5 水泥+氯鹽體系的堿激發膠凝材料凈漿的減水效果次之，最佳摻量為粒化高爐礦渣與粉煤灰用量的1.4%。

4 試驗結論

不同減水劑的種類及摻量對以粒化高爐礦渣、粉煤灰為原材料、兩種不同激發劑體系制備的堿激發膠凝材料凈漿的初始流動度的影響不同。該實驗針對一種激發劑體系制備的堿激發膠凝材料選擇一種對其凈漿的減水效果較明顯的減水劑，結論如下：

（1）氫氧化鈉+碳酸鹽體系，萘系減水劑對其流動度提高最大，最佳摻量為粒化高爐礦渣與粉煤灰用量的1.0%；

（2）P·O52.5 水泥+氯鹽體系，聚羧酸高性能減水劑對其流動度提高最大，最佳摻量為粒化高爐礦渣與粉煤灰用量的0.5%。