碱激发大掺量粉煤灰胶凝材料活性的试验研究

刘青松，张圣菊

（江苏科技大学 土木工程与建筑学院，江苏 镇江 212003）

0 引言

我国粉煤灰年排放量大约有3亿吨，随着发电厂、城市供热工程的不断增加，粉煤灰的产量也必将随之增多.估计到2020年，我国粉煤灰的年排放量将达到现在的3倍左右.这么多的粉煤灰不仅占用大量农田，而且会造成地下水、空气的污染，破坏生态平衡.因此，加大对粉煤灰的妥善处理和综合利用的研究与开发显得日益重要.传统结构混凝土中粉煤灰掺入量一般占胶凝材料总量的15%-30%，掺量达40%以上的研究和应用并不多见，即使在大体积混凝土中粉煤灰取代限量一般也仅为50%.本文通过试验，研究了以不同掺量的水泥、氢氧化钠，氢氧化钙，硫酸钠作为碱激发剂，激发粉煤灰胶凝材料活性的性能.

1 原材料及主要性能指标测定方法

1.1 原材料

（1）水泥：采用镇江市金山水泥有限公司生产的32.5级普通硅酸盐水泥.其它性能指标测试结果如表1：

（2）砂：采用中砂，测试指标有细度模数2.8，表观密度2.67g/cm3，含泥量:1.8%;泥块含量:0.5%，砂率在30%-50%之间取值.

（3）碱激发剂：水泥，氢氧化钠，氢氧化钙，硫酸钠.

（4）粉煤灰：采用镇江谏壁电厂生产Ⅱ级粉煤灰，表观密度2.3g/cm3.

1.2 主要性能指标测定方法

根据JGJ 98-2000《砌筑砂浆配合比设计规程》设计试块配合比.

根据GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》测定砂浆试块强度.

根据GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》评定试块是否合格.

2 试验结果及分析

根据JGJ 98-2000《砌筑砂浆配合比设计规程》配合比的计算方法,选用初步配合比，对水泥掺量分别为30%、40%的砂浆试块进行试验,经过试配后最终采用的砂浆试块的配合比见表2所示.

表2 试块的材料配合比

根据GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》测定砂浆试块抗折、抗压强度，检测结果如下图所示：

如图1—图4所示：Ca(OH)2和Na2SO4，水泥复掺，抗折，抗压强度在都在不断提高，在龄期为28d，Ca(OH)2和Na2SO4掺量较高的情况下，砂浆的强度提高较快；标养90d，砂浆试块的强度增长呈直线趋势，且Ca(OH)2为2.5%，Na2SO4为2.0%，砂浆的强度均接近基准砂浆强度，而且水泥掺量为40%时的效果最为明显，都已经达到一定基准强度.

综合以上试验数据及其分析：粉煤灰活性被激发的原因可能是:1.粉煤灰中存在大量的结晶体和玻璃体颗粒，其中可溶出SiO2,Al2O3的含量决定着粉煤灰化学活性，但由于粉煤灰在高温流态作用下的快速形成过程，其大量粒子仍保持了高温流态玻璃相的较为致密结构，因此可溶活性SiO2，Al2O3少，然而激发剂的使用加速了粉煤灰玻璃体表面的富SiO2和富SiO2-Al2O3的双层玻璃保护层的溶解；2.Ca(OH)2和Na2SO4，水泥的复合使用，可有效破坏粉煤灰的玻璃珠外壳及硅酸铝网结构，致使激发生成具有增强作用的水化产物，产物中有大量的水化硅酸钙，水化铝酸钙，钙矾石等水化硅酸盐矿物出现，粉煤灰胶结体形成了结构连续，内部结构的水化产物，增强粉煤灰的潜在活性.

3 结论

（1）拌制胶凝材料时，由于粉煤灰是主要成分，水泥只占其30%-40%，致使拌制砂浆时用水量降低，大大改善了砂浆在标准配合比下的和易性，而且可以增强砂浆试块的抗折，抗压强度，水的最佳掺量为270ml.

（2）Ca(OH)2、Na2SO4和水泥复掺，可以激发大掺量粉煤灰胶凝材料的活性，提高砂浆的强度.根据砂浆试块的评定方法，试块在标况下28d的强度标准，水泥：30%-40%，Ca(OH)2:2.5%和Na2SO4:2.0%复掺下的粉煤灰试块可以用于实际工程.

〔1〕刘飞鹏.掺碱激发剂粉煤灰水泥胶砂强度性能试验研究[J].水力发电，2014，07.

〔2〕李书进，厉见芬.碱激发大掺量粉煤灰胶凝材料的试验研究[J].粉煤灰，2010，06.

〔3〕郭成洲,朱教群,周卫兵.NaOH 和 Na2CO3对磷渣水化过程的影响[J].硅酸盐通报，2012，02.

〔4〕孙恩禹,张巨松,徐亮.碱胶凝材料复合固体激发剂的实验研究[J].山西建筑，2006，04.