碱激发矿渣混凝土制备及性能研究

碱激发矿渣混凝土制备及性能研究

张艳芳

中国能源建设集团山西电力建设第一有限公司山西省大同市037000

摘要：中國在工业现代化的进程中每年有超过10亿t的工业废渣排放，而综合利用率不足40%，累积存达64亿t。这些工业废渣大多为低活性铝硅酸盐材料，是一类可再利用资源，能够用于制备不同类型胶凝材料和掺合料。其中，以化学原理设计制备的无熟料水泥碱矿渣水泥多年来被受关注。科研人员对碱矿渣水泥及混凝土的水化机理、力学性能、变形规律、耐久性能等诸多方面进行了大量研究，取得了丰硕成果。本文主要针对碱激发矿渣混凝土制备及性能进行简要分析。

关键词：碱激发；矿渣混凝土；制备；性能

1原料及方法

1.1主要原料

矿渣粉，比表面积为450m2/kg，符合我国标准GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》规定的比表面积>400m2/kg，平均粒径为14.50μm，密度为3.120g/cm3，其化学成分见表1。

2结果与讨论

2.1水玻璃模数对胶凝材料性能影响

为了研究水玻璃模数及掺量对矿渣胶凝材料潜在活性激发效果的影响，本次试验主要研究了模数1.5、1.2、1.0和0.8的水玻璃，掺量分别为10%、12%和14%时，对矿渣潜在活性激发效果，试验结果详见表3，水玻璃模数及掺量对试件强度影响见图1。

由表4可以看出，随着粉煤灰掺量的越大，料浆的流动性越好，但当粉煤灰掺量超过40%时，料浆流动度增加不明显。强度试验结果表明，当粉煤灰掺量由0%增加至60%时，胶砂试件强度降低了约26.67%。综上所诉，碱激发矿渣胶凝材料中适当添加粉煤灰可以有效改善其流动性，相比矿渣，水玻璃对粉煤灰激发效果较差。

2.3碱激发矿渣混凝土性能研究

本次试验是在碱激发矿渣胶凝材料试验结果的基础上，研究激发剂掺量、粉煤灰掺量和聚缩酸系减水剂对碱激发矿渣混凝土性能影响情况，试验结果详见表5，碱激发矿渣混凝土性能测试结果见图2。由表5和图2的试验结果可知，聚缩酸系减水剂可以适当改善混凝土工艺性能，但是会对碱激发矿渣混凝土力学性能产生负面的影响；通过编号为a、c和d三组试验的结果对比发现，当激发剂掺量由14%分别增加到16%和18%时，碱激发矿渣混凝土强度增加了约59.71%和61.73%，这表明激发剂掺量16%时已经达到饱和掺量，继续增加其掺量对矿物掺和料的激发效果无显著改善；将矿渣掺量由70%增加至80%后，抗压强度提高了7%左右，该结果验证了水玻璃作为激发剂对矿渣的激发效果优于粉煤灰。由16h和28d的抗压强度数据表明，采用碱激发矿渣作为胶凝材料可以配制出满足预制构件生产需求的C50混凝土。

2.4经济效益分析

本部分主要将实际生产中采用的C50普通混凝土与相同等级的碱激发矿渣混凝土进行价格对比分析，相关材料价格见表6。

由表6价格信息计算得知，普通混凝土成本价格约为410.4元/t，碱激发矿渣混凝土价格约为404.3元/t，相比普通混凝土价格降低了1.48%。由经济分析表明相比于普通混凝土，碱激发矿渣混凝土在成本价格方面具有一定的优势，能够满足实际生产要求，并且碱激发矿渣混凝土属于绿色环保型建材，其采用的矿渣和粉煤灰均为工业废弃物，资源丰富，价格低廉。综上所述，碱激发矿渣混凝土具有较强的实际推广及应用意义。

3结论

本文主要研究了水玻璃模数和掺量对矿渣强度激发效果的影响，适量粉煤灰替代矿渣对碱激发胶凝材料性能影响以及碱激发矿渣混凝土配合比及力学性能，并对其进行效益分析，具体结论如下：

（1）水玻璃模数越低掺量越大，对矿渣强度激发效果越好，但其超过一定范围后，矿渣强度增加效果不明显。

（2）采用水玻璃作为激发剂时，其对矿渣强度激发效果明显优于粉煤灰，但粉煤灰可以在一定程度上改善碱激发矿渣胶凝材料的工作性。

（3）碱激发矿渣混凝土试验表明，聚羧酸系减水剂可以降低水胶比，但对碱矿渣混凝土强度发展带来负面影响，另外当水玻璃模数1.0，掺量在16%~18%时，可以配制出C50碱矿渣混凝土。相比于普通混凝土，碱矿渣混凝土属于绿色环保型建材，经济社会效益明显，具有较强推广意义。

参考文献

[1]张西玲，姚爱玲.矿渣的活性激发技术及机理的研究进展[J].萍乡高等专科学校学报.2016（03）

[2]王培铭，金左培，张永明.碱矿渣胶凝材料复合激发剂的研究[J].新型建筑材料.2015（08）

[3]成立.三种碱激发胶凝材料的反应机理及其产物[J].荆门职业技术学院学报.2016（06）