化學激活劑對礦物摻合料活性的影響研究

摘" " " 要：隨著當前建筑行業的發展，對礦物摻合料的要求也越來越高，而不同摻合料的活性、質量和用量又不一樣。針對礦粉、粉煤灰、爐渣3類摻合料進行化學成分分析，選用不同激活劑，研究激活劑對摻合料的活性激發程度。結果顯示：ZY-4號激活劑對3類摻合料的激活效果較為優異，其中對礦粉的活性激活能夠達到101.5%，說明Na2S2O3和NaAlO2水解后能夠與鈣質和硅質材料反應，加快水化進程，增長抗壓強度。

關" 鍵" 詞：激活劑；化學分析；摻合料；活性

中圖分類號：TQ172.4" " " 文獻標識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2023）05-0630-04

自“雙碳”目標以來，隨著水泥行業的管控發展，對于水泥企業的節能降耗的要求也越來越高。作為傳統的窯爐行業，水泥的污染物排放以及資源消耗量，一直是受到政府和社會的廣泛關注。在2021年底，自然資源部、科技部等部委針對工業原材料發展提出了新要求，發布了《“十四五”原材料工業發展規劃》。因此，水泥行業也將面臨新發展要求，水泥企業在對資源的利用率也必須逐步增多，其中針對不同類別混合材的摻入量將增大。

作為常見的摻合料，礦粉、粉煤灰、爐渣都是具有潛在活性的膠凝材料，常常將其應用到混凝土或水泥中，不僅具有價格低廉、來源廣泛等優勢，還能夠節約資源、綠色環保。因此，對于水泥混合材，如何更好地使用這些材料、節約水泥生產成本、提高水泥性能等，已經成為水泥企業非常關注的焦點問題。因此，在本研究中，通過對礦粉、粉煤灰、爐渣的化學成分分析，基于復合助磨劑的化學激活和表面改性，以及這些顆粒的級配和晶格物相的研究，來提高礦粉、粉煤灰、爐渣的活性和力學性能。

1" 試驗材料及方法

1.1" 原材料

水渣來源于益陽東方建材礦粉廠，粉煤灰來源于電廠Ⅰ級煤灰，爐渣來源于桃江南方水泥廠，水泥來源于桃江南方42?5普通硅酸鹽水泥，標準砂購于廈門艾思歐標準砂。

1.2" 激活劑材料

材料廠家及純度如表1所示。

2nbsp; 試驗過程

2.1" 助磨劑配方

助磨劑原料比例如表2所示 。

2.2" 膠砂成型實驗

參照《用作水泥混合材料的工業廢渣活性試驗方法》（GB/T12957—1991）以及《水泥膠砂強度檢驗方法》（GB/T17671—1999），對礦粉、粉煤灰和爐渣活性的膠砂成型試塊（配合比如表3、表4所示），分別養護7天和28天。實驗在環境溫度為20±2 ℃的條件下進行，激活劑摻量均為0.1%。

2.3" 計算

混合材7 d 活性指數：

A7=R7×100/R07。" " " " " （1）

式中：A7 —混合材7 d 活性指數；

R7 —試驗膠砂7 d 抗壓強度；

R07 —對比膠砂7 d 抗壓強度。

混合材28 d 活性指數：

A28=R28×100/R028。" " " " "（2）

式中：A28—混合材28 d 活性指數；

R28—試驗膠砂28 d 抗壓強度；

R028—對比膠砂28 d 抗壓強。

3" 試驗結果分析

3.1" 混合材化學成分分析

采用XRF對礦粉、粉煤灰、爐渣、石灰石進行化學成分分析，結果如表5至表7所示。

對礦粉、粉煤灰和爐渣這3類具有代表性膠凝材料進行化學成分分析。其中，礦粉是以CaO、SiO2和Al2O3為主要成分，并且可以大體分為鈣相和硅相兩類，以鈣相居多且活性大，是礦粉活性的主要來源。粉煤灰是以硅質材料占主要成分，還含有較多鋁和鐵質化合物，其中SiO2、Al2O3是具有活性的水化材料，使得粉煤灰在水泥、混凝土中作為良好的活性混合材、填充料。爐渣是以鈣質成分和鐵質化合物為主要材料，含有較多的CaO和Fe2O3，而爐渣組分種類較多，主要組成部分是熔渣、金屬和玻璃碎片等，是一類具有潛在活性材料。

3.2" 性能結果與分析

將制成的試塊養護至7、28天后進行強度測試，結果如圖1至如3所示。

空白為普通425水泥強度，其他為在不同樣品下的強度激活顯示了不同效果，為了更便于樣品對比，將活性數據整理如表8所示。從表8中可以看出，ZY-4配方，在對礦粉、粉煤灰、爐渣的活性激活效果中表現最優，7天活性分別達到了78.2%、78.0%、78.3%，28天活性分別為101.4%、80.9%、81.8%。相比于未加激活劑的樣品，在28天活性分別增長了13.5%、8.8%、9%。結果說明，在同等摻量下，相比于其他樣品，ZY-4中Na2S2O3和NaAlO2遇水電離成硫代硫酸根離子、鋁酸根離子、Na+離子，在堿性環境下，會與這類膠凝材料中的氧化鋁、氧化鈣等反應生成水化硫鋁酸鈣和氫氧化鈣。而NaCl、CaCl2與Na2S2O3搭配后，沒有表現出明顯的協同促進效果，抗壓強度差于ZY-4。同時，三乙醇胺在這類膠凝材料的水化過程中，能與在堿性溶液中的Ca2+、Al3+等離子形成比較穩定的絡合離子，可與所得礦粉的水化產物作用生成溶解度很小的絡合鹽，使水化產物增加，水化進程加快，增加水泥" " 強度。

3.3" ZY-4型激活劑水泥水化熱的影響

為了研究ZY-4樣品對水泥水化熱的影響，研究了在空白樣品和加入ZY-4樣品，摻粉煤灰水泥的水化速率和放熱量測試，結果如圖4、圖5所示。結果分析表明，由于水泥的溶解，其中石膏會促進C3A轉化成AFt，這就產生了水化速率的第一放熱峰。而由于C3S的水化，會產生C—S—H和CH，這就成為了第二放熱峰。最后由于石膏消耗完，原生成的AFt會轉化成AFm，這就形成了第三放熱峰，且此過程還有C2S和C4AF的反應。因此， ZY-4的第一放熱峰是明顯高于空白粉煤灰水泥樣品，這表明了三乙醇胺和NaAlO2促進了C3A 的水化和AFt 的形成。而在圖5中，ZY-4的加入，對摻粉煤灰水泥基材料的水化放熱量沒有產生明顯的作用，這樣就說明了ZY-4激活劑的使用，不會對摻有粉煤灰水泥以及混凝土工程有不利影響。因此，在相比于其他無機鹽來說，在NaAlO2存在的情況下，樣品對水泥的水化有促進效果，但最終對水化熱沒有不利影響。

4" 結 論

本文通過使用不同化學激活劑，分別對粉煤灰、爐渣和礦粉進行活性檢測實驗，從實驗結果中可以看出，ZY-4號樣品對幾類混合材的激活效果最佳。其主要激活機理是由于Na2S2O3和NaAlO2遇水電離成硫代硫酸根離子、鋁酸根離子、鈉離子，會與這類膠凝材料中鈣質、鋁質材料反應生成水化硫鋁酸鈣和氫氧化鈣，使水化產物增加，水化進程加快，28天活性激發最高能提高13.5%，有利于礦粉的后期強度穩定。其中，對于粉煤灰來說，隨著水化逐步進行，Al3+ 和Si2+離子從中溶出，在加入三乙醇胺和NaAlO2后，是C3A 的水化和AFt 的形成，提高了水泥膠砂試塊的密實度，提高水泥強度。

參考文獻：

[1] 歐陽彩香.石灰石粉復合摻合料對水泥膠砂性能影響規律[J].江西建材，2022（2）：29-31.

[2] 何智海，王燈燈，方劉基，等.礦物摻合料對水泥基材料自收縮影響綜述[J].混凝土，2022（3）：86-92.

[3] 李三.礦物摻合料對水泥-水玻璃雙液注漿材料的影響[J].建材世界，2021，42（6）：6-9.

[4] 王瑞陽，余劍英，韓曉斌，等.絡合型外加劑與礦物摻合料對水泥基材料結構與性能的影響研究[J].公路，2021，66（7）：249-254.

[5] 盧翔，代文彬，李宇，等.電爐渣熱態改質過程中堿度對膠凝活性的影響[J].安徽工業大學學報（自然科學版），2017，34（3）：209-214.

[6] 劉軍，孟書靈，李曉文，等.提高礦粉活性方法的研究[J].混凝土，2018（4）：70-74.

[7] 幸余彬，賀任，鐘康，等.聚羧酸減水劑替代醇胺對助磨劑性能影響的研究[J].遼寧化工，2022，51（1）：28-30.

[8] 騰娜.不同改性劑對氯氧鎂水泥耐水性能的改善及其機理研究[J].遼寧化工，2020，49（4）：346-350.

[9] 管宇晨，潘菲，林琛.磷酸鹽對礦粉-水泥體系的影響[J].粉煤灰綜合利用，2017（4）：30-33.

[10] 王倩，王麗花，張豪.污泥焚燒灰與粉煤灰混合后用作混凝土摻合料的研究[J].新型建筑材料，2022，49（4）：73-75.

Abstract：" With the development of the current construction industry， the requirements of mineral admixtures are getting higher and higher， and the activity， quality and dosage of different admixtures are different. In this paper， the chemical composition of three types of admixtures including mineral powder， fly ash and slag was analyzed， and different activators were selected to study the activation degree of activator's activity on admixtures. The results showed that ZY-4 activator had excellent activation effect on the three types of admixtures， among which the activation of mineral powder reached 101.5%， indicating that Na2S2O3 and NaAlO2 could react with calcareous and siliceous materials after hydrolysis， speeding up hydration process and increasing compressive strength.

Key words：" Activator; Chemical analysis; Admixture; Activity