减水剂与矿渣- 粉煤灰基碱激发胶凝材料适应性研究

谢晓洁 谭忠奇 邱志辉 肖新华 李克亮

（1、华北水利水电大学，河南 郑州450011 2、中原环保鼎盛郑州固废科技有限公司，河南 郑州450000）

1 概述

碱激发胶凝材料是指具有潜在活性的原料（矿渣、粉煤灰、高岭石等）在碱性激发剂作用下生成具有水硬活性的一类胶凝材料，其制备过程耗能低、排放低，且具有与硅酸盐水泥相似的性能[1]。碱激发胶凝材料的研究始于二十世纪四十年代，经历了漫长的发展历程[2]。在碱激发胶凝材料过去数十年的研究过程中，取得了很多的研究成果，许多研究者对碱激发胶凝材料的研究进展也进行了较系统的阐述，但是对减水剂与碱激发胶凝材料的适应性所做研究并不多。减水剂和水泥的适应性成为长期以来困扰施工人员的技术难题[3-6]，且用于普通硅酸盐水泥的减水剂并不完全适用于碱激发胶凝材料。因此，需要通过减水剂与矿渣- 粉煤灰基碱激发胶凝材料的适应性试验，分析得出哪种减水剂对碱激发胶凝材料净浆的减水效果较好。

2 试验原材料

2.1 粒化高炉矿渣

试验采用灵寿县腾岩矿产品加工厂生产的S95 级粒化高炉矿渣，对其密度、比表面积、活性指数进行检测，其性能符合《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T 18046-2017）。粒化高炉矿渣粉的技术要求及检测结果见表1 所示。

表1 粒化高炉矿渣粉的性能指标

2.2 粉煤灰

试验采用Ⅱ级粉煤灰，对其密度、活性指数进行检测，其性能符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2017）。Ⅱ级粉煤灰的技术要求及检测结果见表2 所示。

2.3 激发剂

试验激发剂分为两种体系，一种是氢氧化钠+碳酸盐体系，另一种是P·O52.5 水泥+氯盐体系。激发剂的主要作用是激发矿渣、粉煤灰的活性，使其进行水化反应生成聚合物。激发剂的种类及相关信息见表3 所示。

表2 粉煤灰的性能指标

表3 激发剂

2.4 减水剂

试验采用的减水剂一共有五种，经过净浆试验分析哪种减水剂对不同激发剂体系制备的碱激发胶凝材料的减水效果最佳，减水剂种类及相关指标见表4 所示。

表4 减水剂

3 净浆试验

3.1 试验方法

对于减水剂与矿渣- 粉煤灰基碱激发胶凝材料相容性没有相应的规范，试验借用《水泥与减水剂相容性试验方法》（JC/T 1083-2008），采用净浆流动度法（代用法）测定减水剂在不同掺量下碱激发胶凝材料净浆的初始流动度。

3.2 试验结果及分析

试验采用萘系减水剂、聚羧酸系高性能减水剂、木质素磺酸钙、三聚氰胺型减水剂和HSB 脂肪族高效减水剂，试验分析同一减水剂在不同掺量下对不同体系激发剂的碱激发胶凝材料净浆流动度的影响。

萘系减水剂对不同体系激发剂的碱激发胶凝材料净浆初始流动度的影响，试验数据见表5 所示。

表5 用萘系减水剂时碱激发胶凝材料净浆初始流动度 单位：mm

分析得出萘系减水剂掺量范围在0.2%～1.6% 时，减水剂对提高不同体系激发剂的碱激发胶凝材料净浆的初始流动度是不一致的。

对提高激发剂体系为氢氧化钠+碳酸盐的碱激发胶凝材料净浆的初始流动度较高，最佳掺量为粒化高炉矿渣与粉煤灰用量的1.0%；对激发剂体系为P·O52.5 水泥+氯盐的碱激发胶凝材料净浆的初始流动度影响较小。

聚羧酸系高性能减水剂对不同体系激发剂的碱激发胶凝材料净浆初始流动度的影响，试验数据见表6 所示。

表6 用聚羧酸系高性能减水剂时碱激发胶凝材料净浆初始流动度 单位：mm

分析得出聚羧酸高性能减水剂的掺量范围为0.1%～0.8%时，聚羧酸高性能减水剂对激发剂体系为氢氧化钠+碳酸盐的碱激发胶凝材料净浆的初始流动度无影响；对激发剂体系为P·O52.5 水泥+氯盐的碱激发胶凝材料净浆的初始流动度影响较大，在掺量的范围为0.5%～0.8%时，碱激发胶凝材料净浆流动度变化极小，可知最佳掺量为粒化高炉矿渣与粉煤灰用量的0.5%。

木质素磺酸钙对不同体系激发剂的碱激发胶凝材料净浆初始流动度的影响，试验数据见表7 所示。

分析得出木质素磺酸钙的掺量范围为0.1%～0.8%时，木质素磺酸钙对激发剂两种体系的碱激发胶凝材料的流动度均无影响。

表7 用木质素磺酸钙减水剂时碱激发胶凝材料净浆初始流动度 单位：mm

三聚氰胺型减水剂对不同体系激发剂的碱激发胶凝材料净浆初始流动度的影响，试验数据见表8 所示。

表8 用三聚氰胺型减水剂时碱激发胶凝材料净浆初始流动度 单位：mm

分析得出三聚氰胺型减水剂的掺量范围为0.4%～1.8%时，三聚氰胺型减水剂对激发剂体系为氢氧化钠+碳酸盐的碱激发胶凝材料的流动度影响不大；对激发剂体系为P·O52.5 水泥+氯盐的碱激发胶凝材料的流动度影响较大，在掺量的范围为1.4%～1.8%时，碱激发胶凝材料净浆流动度变化极小，可知最佳掺量为粒化高炉矿渣与粉煤灰用量的1.4%。

HSB 脂肪族高效减水剂对不同体系激发剂的碱激发胶凝材料净浆初始流动度的影响，试验数据见表9 所示。

表9 用HSB 脂肪族高效减水剂时碱激发胶凝材料净浆初始流动度 单位：mm

分析得出HSB 脂肪族高效减水剂的掺量范围为0.2%～1.0%时，HSB 脂肪族高效减水剂对激发剂体系为氢氧化钠+碳酸盐的碱激发胶凝材料的流动度影响不大；对激发剂体系为P·O52.5 水泥+氯盐的碱激发胶凝材料的流动度无影响，可以说减水剂对该体系的碱激发胶凝材料无减水效果。

综合分析表5、6、7、8、9，可知对两种激发剂体系制备的碱激发胶凝材料均有一种减水剂对其减水效果较好。以粒化高炉矿渣、粉煤灰为原材料，激发剂为氢氧化钠+碳酸盐体系，萘系减水剂对其流动度提高最大，最佳掺量为粒化高炉矿渣与粉煤灰用量的1.0%；对于P·O52.5 水泥+氯盐体系，聚羧酸高性能减水剂对其流动度提高最大，最佳掺量为粒化高炉矿（转下页）渣与粉煤灰用量的0.5%；三聚氰胺型减水剂对P·O52.5 水泥+氯盐体系的碱激发胶凝材料净浆的减水效果次之，最佳掺量为粒化高炉矿渣与粉煤灰用量的1.4%。

4 试验结论

不同减水剂的种类及掺量对以粒化高炉矿渣、粉煤灰为原材料、两种不同激发剂体系制备的碱激发胶凝材料净浆的初始流动度的影响不同。该实验针对一种激发剂体系制备的碱激发胶凝材料选择一种对其净浆的减水效果较明显的减水剂，结论如下：

（1）氢氧化钠+碳酸盐体系，萘系减水剂对其流动度提高最大，最佳掺量为粒化高炉矿渣与粉煤灰用量的1.0%；

（2）P·O52.5 水泥+氯盐体系，聚羧酸高性能减水剂对其流动度提高最大，最佳掺量为粒化高炉矿渣与粉煤灰用量的0.5%。