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[摘 要] 本文研究了用玄武岩、粉煤灰、矿渣制做碱激发胶凝材料的工艺过程与条件，采用了正交实验的原理合理分配试验数据和试验次数，并对胶凝材料的力学性能进行了测试。
[关键词] 玄武岩 粉煤灰 矿渣 碱激发 胶凝材料
0、概述
中国的胶凝材料产量虽己跃居世界的前列，但与发达国家相比，在开发利用的技术水平、广度和深度及资源效益、经济效益和环境效应上都有相当大的差距，因此国家已开始把减轻环境负荷作为共同努力的目标。煅烧法制得的胶凝材料不仅要耗费大量的石灰石，使人类赖以生存的环境遭到破坏，而且消耗大量的能源资源，以及由此带来的一系列的环境污染问题。材料产业的发展必须走与资源能源和环境相协调的道路才是可持续发展的选择，因此“绿色材料”顺应了时代的潮流。
利用玄武岩、粉煤灰、矿渣作胶凝材料将是一种新型绿色胶凝材料，无须高温煅烧，生产工艺过程简单，可以大量节约能源和资源，污染小，以各种工业废渣作原料，不仅实现了废物再利用节约了能源，而且大大减少了由这些工业废渣带来的坏境污染。同时免烧也可以节约大量能源以及减少由此带来的环境污染。由此可见，碱激发胶凝材料将是一种新型绿色环保高性能的胶凝材料。
1、试验原材料
1.1玄武岩
玄武岩是由火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的一种致密状或泡沫状结构的岩石。它在地质学的岩石分类中，属于岩浆岩（也叫火成岩）。我国是多火山国家，火山分布很广泛，主要分布在川、滇、黔、鲁地区、云贵高原，河南省也有很多死火山，试验用玄武岩为为河南汝阳、伊川、临汝三县交界处大安乡出的玄武岩矿体。根据分析鉴定结果，玄武岩的主要成份是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO（还有少量的K2O、Na2O），其中SiO2含量最多，约占45%～50%。其化学组成见表1-1。
1.2粉煤灰
粉煤灰的化学成份看主要是SiO2、Al2O3和Fe2O3，高钙灰则含有较多的CaO。从矿物组成看主要粉煤灰主要由结晶体、玻璃体组成。在结晶体中，有石英和莫来石。玻璃体的主要成分是Al2O3和SiO2。铝硅玻璃体（SiO2与Al2O3总含量在60％以上）是粉煤灰的主要组成成分，也是粉煤灰活性的主要来源，大锅炉排放的粉煤灰，玻璃体的含量较高;小锅炉排放的粉煤灰玻璃体含量低，粉煤灰能同生石灰、石膏等在一定条件下生成水化硅酸盐和水化铝酸盐等，而使所制备材料获得强度。细的粉煤灰表而积大,产生的可溶性SiO2,Al2O3多,相应生成的水化物就多，这有利于提高砖坯强度，制砖用的粉煤灰细度，一般控制存140目筛筛余小于10%，本实验采用电厂粉煤灰化学组成如表1-2。
1.3矿渣
矿渣是在1350℃～1550℃的高炉中冶炼生铁时的副产品，由于其熔融体的密度一般为2.8g/cm，，比铁水轻(铁水密度为7.0～8.0g/cm，)，因而浮在铁水上面，定期从排渣口排出，经水或空气急冷后处理成为粒状的颗粒，称为粒化高炉矿渣。当采用水冷时，其玻璃体含量可高达95%以上。本文所用的矿渣的化学组成如表1-3。
1.4外加剂
（1）偏硅酸钠碱性激发剂(Na2SiO3°5H2O)为白色晶体粉末，显碱性，易于水合。试验用的Na2SiO3°5H2O模数为1.0含水率42.5%。
（2）减水剂占总配方的0.7%，试验用的某建材外加剂厂生产，具有较强的高分散性和低起泡性特点，对水泥颗粒有较强的分散作用，本品具早强增强效果明显，因而可是混凝土综合性能大为提高，可广泛用于高层建筑、桥梁、高抗渗及抢工要求的工程项目，具有明显的技术经济效果。
（3）促硬剂占硅酸钠的12%，试验用的为某化学试剂厂生产，该品为白色颗粒和结晶性粉末，能缩短硬化时间，提高早期硬化强度。
2、试验方案及数据分析
2.1试验方案
本试验就是利用碱激发剂在免烧免蒸的条件下发生一系列的物理化学反应，激发玄武岩的潜在活性，经一定的物理化学手段的处理使其28d达到一定的强度。
用固体硅酸钠做激发剂，用三因素（硅酸钠掺量、粉煤灰－玄武岩配比、矿渣掺量），设定三水平正交表做（水平：硅酸钠掺量6%/10%/14%；粉煤灰－玄武岩配比3:1/1:1/1:3；矿渣掺量0%/20%/40%），并掺减水剂及促硬剂。
2.2试验数据及分析
正交表结果如表2-2所示。
由上述正交实验的结果可以看到最优组合为C3A2B1。其中A1B3C3、A2B2C1、A3B3C1、A3B1C2这四种配方出现不同程度的倒缩，判断其原因可能是前期形成的网络物质在后期由于某些物质的消失而比在失去健和能力。
2.3最佳配方实验
硅酸钠分别取6%、8%、10%、12%、14%、16%；玄武岩/粉煤灰的比取3：1；矿渣取40%，试验及结果如表2-3所示：
由上图可以看出在运用最优组合C3A2B1所做的实验中硅酸钠含量为10%的强度最高，同优化实验所得结果相吻合。而硅酸钠取14%、16%时，他们的七天强度出现倒缩。
3、结论
（1）通过正交实验，获得影响试样砖性能的各物料五水硅酸钠、玄武岩/粉煤灰、矿渣这几种原料中，矿渣的因素是最主要的，对实验结果起着至关重要的作用。
（2）依照正交实验数据，综合各因素影响确定最优配比C3A2B1：矿渣40%、硅酸钠10%及玄武岩：粉煤灰=3:1，此种配比下，3d和28d强度分别达到了50.4Mpa和126.67Mpa，性能优异，可以和高性能胶凝材料媲美。■
参 考 文 献
[1]贺可音，周会成，李保录.玄武岩作水泥原料的试验研究.467047).2003-12.1-3
[2]王飒鹏，张伟.玄武岩纤维的性能与应用.1009-9441(2002)04- 0017-02
[3]潘淑琴.煤矸石、玄武岩、粉煤灰复合三掺生产水泥
[4]杨南如.充分利用资源，开发新型胶凝材料[J].建筑材料学报,1998,1(1):19
[5]王岚,陈阳,李振伟.连续玄武岩纤维及其复合材料的研究
作者简介：陈祥谦，男，工程师，河南省商丘市建筑工程质量监督站，长期从事一线工程的设计、监理等工作。
[关键词] 玄武岩 粉煤灰 矿渣 碱激发 胶凝材料
0、概述
中国的胶凝材料产量虽己跃居世界的前列，但与发达国家相比，在开发利用的技术水平、广度和深度及资源效益、经济效益和环境效应上都有相当大的差距，因此国家已开始把减轻环境负荷作为共同努力的目标。煅烧法制得的胶凝材料不仅要耗费大量的石灰石，使人类赖以生存的环境遭到破坏，而且消耗大量的能源资源，以及由此带来的一系列的环境污染问题。材料产业的发展必须走与资源能源和环境相协调的道路才是可持续发展的选择，因此“绿色材料”顺应了时代的潮流。
利用玄武岩、粉煤灰、矿渣作胶凝材料将是一种新型绿色胶凝材料，无须高温煅烧，生产工艺过程简单，可以大量节约能源和资源，污染小，以各种工业废渣作原料，不仅实现了废物再利用节约了能源，而且大大减少了由这些工业废渣带来的坏境污染。同时免烧也可以节约大量能源以及减少由此带来的环境污染。由此可见，碱激发胶凝材料将是一种新型绿色环保高性能的胶凝材料。
1、试验原材料
1.1玄武岩
玄武岩是由火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的一种致密状或泡沫状结构的岩石。它在地质学的岩石分类中，属于岩浆岩（也叫火成岩）。我国是多火山国家，火山分布很广泛，主要分布在川、滇、黔、鲁地区、云贵高原，河南省也有很多死火山，试验用玄武岩为为河南汝阳、伊川、临汝三县交界处大安乡出的玄武岩矿体。根据分析鉴定结果，玄武岩的主要成份是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO（还有少量的K2O、Na2O），其中SiO2含量最多，约占45%～50%。其化学组成见表1-1。
1.2粉煤灰
粉煤灰的化学成份看主要是SiO2、Al2O3和Fe2O3，高钙灰则含有较多的CaO。从矿物组成看主要粉煤灰主要由结晶体、玻璃体组成。在结晶体中，有石英和莫来石。玻璃体的主要成分是Al2O3和SiO2。铝硅玻璃体（SiO2与Al2O3总含量在60％以上）是粉煤灰的主要组成成分，也是粉煤灰活性的主要来源，大锅炉排放的粉煤灰，玻璃体的含量较高;小锅炉排放的粉煤灰玻璃体含量低，粉煤灰能同生石灰、石膏等在一定条件下生成水化硅酸盐和水化铝酸盐等，而使所制备材料获得强度。细的粉煤灰表而积大,产生的可溶性SiO2,Al2O3多,相应生成的水化物就多，这有利于提高砖坯强度，制砖用的粉煤灰细度，一般控制存140目筛筛余小于10%，本实验采用电厂粉煤灰化学组成如表1-2。
1.3矿渣
矿渣是在1350℃～1550℃的高炉中冶炼生铁时的副产品，由于其熔融体的密度一般为2.8g/cm，，比铁水轻(铁水密度为7.0～8.0g/cm，)，因而浮在铁水上面，定期从排渣口排出，经水或空气急冷后处理成为粒状的颗粒，称为粒化高炉矿渣。当采用水冷时，其玻璃体含量可高达95%以上。本文所用的矿渣的化学组成如表1-3。
1.4外加剂
（1）偏硅酸钠碱性激发剂(Na2SiO3°5H2O)为白色晶体粉末，显碱性，易于水合。试验用的Na2SiO3°5H2O模数为1.0含水率42.5%。
（2）减水剂占总配方的0.7%，试验用的某建材外加剂厂生产，具有较强的高分散性和低起泡性特点，对水泥颗粒有较强的分散作用，本品具早强增强效果明显，因而可是混凝土综合性能大为提高，可广泛用于高层建筑、桥梁、高抗渗及抢工要求的工程项目，具有明显的技术经济效果。
（3）促硬剂占硅酸钠的12%，试验用的为某化学试剂厂生产，该品为白色颗粒和结晶性粉末，能缩短硬化时间，提高早期硬化强度。
2、试验方案及数据分析
2.1试验方案
本试验就是利用碱激发剂在免烧免蒸的条件下发生一系列的物理化学反应，激发玄武岩的潜在活性，经一定的物理化学手段的处理使其28d达到一定的强度。
用固体硅酸钠做激发剂，用三因素（硅酸钠掺量、粉煤灰－玄武岩配比、矿渣掺量），设定三水平正交表做（水平：硅酸钠掺量6%/10%/14%；粉煤灰－玄武岩配比3:1/1:1/1:3；矿渣掺量0%/20%/40%），并掺减水剂及促硬剂。
2.2试验数据及分析
正交表结果如表2-2所示。
由上述正交实验的结果可以看到最优组合为C3A2B1。其中A1B3C3、A2B2C1、A3B3C1、A3B1C2这四种配方出现不同程度的倒缩，判断其原因可能是前期形成的网络物质在后期由于某些物质的消失而比在失去健和能力。
2.3最佳配方实验
硅酸钠分别取6%、8%、10%、12%、14%、16%；玄武岩/粉煤灰的比取3：1；矿渣取40%，试验及结果如表2-3所示：
由上图可以看出在运用最优组合C3A2B1所做的实验中硅酸钠含量为10%的强度最高，同优化实验所得结果相吻合。而硅酸钠取14%、16%时，他们的七天强度出现倒缩。
3、结论
（1）通过正交实验，获得影响试样砖性能的各物料五水硅酸钠、玄武岩/粉煤灰、矿渣这几种原料中，矿渣的因素是最主要的，对实验结果起着至关重要的作用。
（2）依照正交实验数据，综合各因素影响确定最优配比C3A2B1：矿渣40%、硅酸钠10%及玄武岩：粉煤灰=3:1，此种配比下，3d和28d强度分别达到了50.4Mpa和126.67Mpa，性能优异，可以和高性能胶凝材料媲美。■
参 考 文 献
[1]贺可音，周会成，李保录.玄武岩作水泥原料的试验研究.467047).2003-12.1-3
[2]王飒鹏，张伟.玄武岩纤维的性能与应用.1009-9441(2002)04- 0017-02
[3]潘淑琴.煤矸石、玄武岩、粉煤灰复合三掺生产水泥
[4]杨南如.充分利用资源，开发新型胶凝材料[J].建筑材料学报,1998,1(1):19
[5]王岚,陈阳,李振伟.连续玄武岩纤维及其复合材料的研究
作者简介：陈祥谦，男，工程师，河南省商丘市建筑工程质量监督站，长期从事一线工程的设计、监理等工作。