堿激發劑種類對礦渣水泥再生混合料影響研究

摘""要：為響應工程綠色環保的號召要求，提高固廢利用率，探究堿激發劑種類對礦渣水泥的強度影響，通過研究NaOH、Na2SiO3兩種堿激發劑對礦渣水泥膠凝材料與再生骨料結合成的堿激發再生混凝土的性能影響，從宏微觀角度探究不同堿激發劑對混合料的影響效果，確定出最適合堿激發礦渣水泥再生混合料的最佳堿激發劑。NaOH作為堿性激發劑，用于改善礦渣水泥缺陷，縮短凝結時長，提高早期強度。Na2SiO3作堿激發劑時，水玻璃模數為1.0時，混合料試件的抗壓強度和劈裂強度最高。

關鍵詞：堿激發劑"""礦渣"""再生骨料"""硅酸鈉

中圖分類號：TU528.0

Research"on"the"Effect"of"the"Type"of"Alkali"Activators"on"the"Recycled"Mixture"of"Slag"Cement

YANG"Shaobo

The"Bridge"Engineering"Co.，Ltd."of"CTCE"Group，"Changchun，"Jilin"Province，"130000"China

Abstract："In"order"to"respond"to"the"requirements"of"the"call"for"green"and"environmental-protection"engineering，"improve"the"utilization"rate"of"solid"waste，"and"explore"the"effect"of"the"type"of"alkali"activators"on"the"strength"of"slag"cement，"this"paper"studies"the"effect"of"the"two"alkali"activators"of"NaOH"and"Na2SiO3"on"the"performance"of"alkali-activated"recycled"concrete"formed"by"the"combination"of"the"cementing"material"and"recycled"aggregate"of"slag"cement，"explores"the"influence"effects"of"different"alkali"activators"on"the"mixture"from"macro"and"micro"views，"and"determines"the"best"alkali"activator"suitable"for"the"alkali-activated"recycled"mixture"of"slag"cement."NaOH，"as"an"alkali"activator，"is"used"to"improve"the"defects"of"slag"cement，"shorten"its"setting"time"and"increase"its"early"strength."When"Na2SiO3"is"used"as"an"alkali"activator，"the"compressive"strength"and"splitting"strength"of"the"mixture"specimen"are"the"highest"at"the"sodium"silicate"modulus"of"1.0.

Key"Words："Alkali"activator;"Slag;"Recycled"aggregate;"Na2SiO3

自進入改革開放后，我國調整并加快了基礎建設的步伐，使現在建筑土木行業的發展不斷加快，使得土木建筑行業進入黃金時代[1]。在進行城鎮化的快速推進建設的同時，生態環境也受到建筑行業的影響，目前建筑垃圾的處理和堆放問題日益突出，其水泥進行應用后產生的大量CO2難以處理，對環境的污染不斷增加[2-3]。由此可見，將這些建筑垃圾合理處理，在此基礎上并進行回收再利用是當前高效解決垃圾和環境污染的有效手段[4]。將建筑垃圾進行回收處理后的資源化利用，是我國現在的重要戰略舉措。

就目前而言國內現階段進行經過堿激發礦渣代替水泥，再生骨料代替天然骨料的水溫混合料研究較少，成熟應用成果的數量不多。莫林強[5]、馮天彥[6]研究了不同膠凝材料下，堿激發膠凝材料受水以及其他材料的強度影響。史文潔、郝貴強[7-8]等人將不同比例的天然骨料被再生骨料替代，對再生混凝土混合料的基本力學性能、耐久性能和微觀結構等方面進行了探索研究。趙百超[9]、胡力群[10]將不同摻量的天然骨料替代為再生骨料，測定其性能發現，再生骨料替代天然骨料的使用會降低水穩料的力學強度。楊長輝[11]在2006年提出現階段研究堿礦渣混凝土的塑化劑的成熟度不夠，而傳統的塑化劑對堿礦渣混凝土用處不大等，部分關鍵難題未被攻克。在此研究的基礎上，本文通過探究不同堿激發劑種類對堿激發礦渣水泥再生骨料混合料的影響，探索其最佳堿激發劑和配比。

1"試驗材料

試驗采用高爐礦渣（GGBS）和P·O"42.5水泥，其組成參數如表1所示。本研究采用的堿激發劑有NaOH和Na2SiO3溶液，NaOH溶液利用純度98%的固體NaOH粒配制，Na2SiO3溶液利用模數為1的固體Na2SiO3配制。

2"試驗方案

為探究NaOH、Na2SiO3兩種堿性激發劑效果的強弱，使用水泥熟料、石膏和高爐礦渣的質量比為65%：5%：30%制備礦渣水泥，以NaOH和Na2SiO3作堿性激發劑，摻量以礦渣質量的5%加入，成型4.0%"礦渣水泥摻量、設計級配（0～4.75"mm∶4.75～9.5"mm∶9.5～19"mm∶19～31.5"mm=27∶21∶29∶23）的100"%再生集料取代率試件，測定試件7"d、28"d無側向抗壓強度并進行試驗。

為滿足交通荷載對半剛性基層要求，在抗壓強度試驗的基礎下，探究不同堿激發劑對堿激發礦渣水泥混合料的效果影響，采用SEM電鏡試驗，對其微觀形成物進行分析，從宏微觀的角度闡釋堿激發劑的作用原理。試件按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG"E51—2009）為指導進行試件制備和養護。

3"試驗結果和分析

3.1"兩種堿激發劑強度影響結果

通過實驗數據發現以NaOH、Na2SiO3作為激發劑激發礦渣都能提高再生水穩料的7"d、28"d抗壓強度：在NaOH摻量為6%時，7"d、28"d抗壓強度分別提高了21.9%、21.1%；Na2SiO3摻量為4%時，7"d、28"d抗壓強度分別提高了28.1%、34.2%，并且在NaOH、Na2SiO3到達一定濃度后對激發作用不大。NaOH、Na2SiO3分別存在一個最優濃度6%、4%，通過宏觀對比抗壓強度的增強效果看，Na2SiO3激發效果更好一點。

3.2"SEM微觀分析

分別對養護7"d、28"d的兩種堿激發試件取樣，掃描電鏡（SEM）觀察水化產物形貌。圖1（a-d）是NaOH、Na2SiO3溶液激發再生骨料礦渣水泥水化的SEM照片，不難發現，在骨料表面已經發生了水化反應，其中C-S-H膠凝體比較多，也有一定數量的柱狀鈣礬石晶體（AFt），C-S-H凝膠體和鈣礬石晶體（AFt）包裹在一起大量覆蓋在再生骨料表面和骨料—骨料接觸處。

根據圖1（a）"（b）可知：經過7"d的養護，膠凝材料已經發生了水化反應，但是圖1（a）內部結構疏松，孔隙較多，化合物沒有圖1（b）中分布均勻，成因在于NaOH溶液堿性較強，激發礦渣速度較快，包裹在骨料表面，影響后續反應的進行；圖1（b）采用的堿性激發劑是Na2SiO3溶液，Na2SiO3溶液作為一種堿性礦黏合劑，模數越大，Si含量越多，黏度越大，但是由于堿性較低，高爐礦渣的活性物質沒有完全激發，生成的化合物較少，強度不高。

圖1（c）、圖1（d）比圖1（a）、圖1（b）更加致密，孔隙更少，化合物更多，分布均勻，顆粒比較緊密，這說明28"d比7"d水化反應更充分，后期強度更高。同時，僅就圖1（c）、圖1（d）而言，圖1（c）沒有圖1（d）致密，這說明以NaOH為激發劑沒有Na2SiO3的效果好，這是因為Na2SiO3溶液不僅能夠像NaOH溶液一樣提供OH-，OH-起到催化劑的作用，提供大量的SiO44-，促使Ca（OH）2+SiO44-→C-S-H反應不斷地進行，水硅膠參與反應，Na2SiO3在激發過程中能夠起到雙重作用。水玻璃中［SiO3"（"OH）"2］2-的存在，硅酸根陰離子和礦渣一起能夠提供SiO44-和AlO45-，進一步促進了水化進程。

4"結論

NaOH作為堿性激發劑，用于改善礦渣水泥缺陷，縮短凝結時長，提高早期強度。存在一個最優濃度，能最大程度地促進復合膠凝材料的水化過程。

Na2SiO3作堿激發劑時，水玻璃模數由0.8增加到1.0，混合料試件的抗壓強度和劈裂強度增大；當模數為1.0時強度最高，水玻璃溶液摻量的增加，混合料試件的抗壓強度和劈裂強度增大，宜取5.0"%摻量。水玻璃溶液摻量的增加有效地增加膠凝材料漿體的堿度，提供了大量的［SiO3"（"OH）"2］2-，促進高爐礦渣水解，同時與溶解的Ca2"+生成"C-S-H"凝膠，進而提高混合料的強度。

參考文獻

[1]"楊麗萍，肖鋒.建設工程經濟與市場經濟協調發展關系分析[J].建筑工程技術與設計，2017（8）：3111.

[2]"楊德志，張雄.建筑固體廢棄物資源化戰略研究[J].中國建材，2006"（5）："83-84.

[3]"冷發光，何更新，張仁瑜，等.國內外建筑垃圾資源化現狀及發展趨勢[J].環境衛生工程，"2009，17（1）："33-35.

[4]"陸凱安.我國建筑垃圾的現狀與綜合利用[C]"http://中國硅酸鹽學會房屋建筑材料分會第七屆學術年會論文集.北京：中國建材工業出版社，2003：67-69.

[5]"莫林強，黃世源，魏煒，等.熱堿活化赤泥-礦渣地聚物砂漿強度性能及聚合機理研究[J].西部交通科技，2023"（9）："1-3，12.

[6]"馮天彥，張冬冬，譚波，等.堿激發膠凝材料固化/穩定化土壤重金屬研究進展[J].化工礦物與加工，2021，50（3）：52-56.

[7]"史文潔，張曉華，楊童鑫，等.再生粗細骨料雙摻對混凝土耐久性能的影響研究[J].四川水泥，2023"（9）：8-10.

[8]"郝貴強，馮寒非，于海豐，等.考慮取代率和磚骨料品質的再生混凝土抗壓強度計算方法[J].河北工業科技，"2023，40"（3）："202-209.

[9]"趙百超.廢棄混凝土對水泥穩定土疲勞特性影響研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2020.

[10]"胡力群，沙愛民.水泥穩定廢粘土磚再生集料基層材料性能試驗[J].中國公路學報，2012，25（3）：73-79，86.

• 楊長輝，劉先鋒，劉建."堿礦渣水泥及混凝土化學外加劑的研究進展[J]."混凝"土，"2006"（4）："17-18.