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碱矿渣水泥具有优良的物理力学性能和耐久性,是一种环境效益和经济效益显著的新型低碳型胶凝材料,其推广研究应用,符合社会经济可持续发展战略,具有重要的意义。发展至今,碱矿渣水泥相关理论已日臻完善;然而制约碱矿渣胶凝材料基础理论不足的问题却一直未得以很好的解决。从水化反应的本质入手,研究碱矿渣水泥的水化特性和规律,揭示水化过程的物理化学本质和机理,为解决制约其发展的关键技术问题提供理论基础十分必要。
本文借助于EDS、IR、DSC-TG和SEM等微观测试手段,研究了碱矿渣水泥的活性、水化程度、水化放热行为、水泥石孔隙液相组成以及水化产物的组成和结构,研究揭示的基本规律包括:
①碱矿渣水泥的活性与碱组分种类、掺量和矿渣的比表面积有关。碱组分为水玻璃的碱矿渣水泥的活性优于其他碱组分的,碱组分为Na2SO4最差;模数在1.0-2.42的范围内,提高水玻璃模数,碱矿渣水泥的活性先增加后降低,碱组分为模数2.0水玻璃时最高;Na2O当量在3%~6%范围内,提高碱组分掺量和矿渣的比表面积,有利于碱矿渣水泥活性的优化。
②碱矿渣水泥的水化程度取决于碱组分的种类、掺量和矿渣的比表面积等因素。Na2O当量一定时,碱组分为NaOH的碱矿渣水泥的水化程度最强,其90d水化程度可达42.5%,碱组分为Na2SO4的最差;模数在1.0~2.42的范围内,水玻璃模数的提高降低了碱矿渣水泥的水化程度;Na2O当量在3%~6%范围内,碱矿渣水泥的水化程度随碱组分掺量的提高和矿渣比表面积的增加呈增长趋势。
③碱组分种类、掺量和水玻璃模数均影响碱矿渣水泥的水化放热行为。碱组分为NaOH的碱矿渣水泥的累积水化放热量最高;模数在1.0~2.42的范围内,提高水玻璃模数,碱矿渣水泥水化放热速率先增大后减小,水化放热量降低;Na2O当量在3%~6%范围内,提高碱组分掺量,碱矿渣水泥水化放热量增多,水化放热速率加快。
④同硅酸盐水泥相比,碱矿渣水泥属于低热水泥的范畴,水化放热量的多少取决于其活性的高低;缓凝剂YP-3和PN能显著影响碱矿渣水泥的水化放热行为,降低水化放热量。
⑤碱矿渣水泥石孔隙溶液的pH值随着水化龄期的延长而降低;养护龄期延长,可溶性离子Al、Si、Na、K、Ca等离子的浓度降低;水化龄期一定时,碱组分为NaOH的碱矿渣水泥石孔隙溶液的pH值最大、Al离子和K离子的浓度最高,但其Si离子的浓度最低;水玻璃模数的提高,碱矿渣水泥水泥石孔隙溶液的pH值和Al、Na、K离子的浓度降低,Si离子的浓度增高。
⑥碱矿渣水泥主要水化产物为Ⅰ型水化硅酸钙,其C/S比为0.9~1.4,且水化产物中不含有CH。