矿渣对阿利特-硫铝酸盐水泥性能的影响

矿渣对阿利特-硫铝酸盐水泥性能的影响

阿利泰硫酸钠（ac-ac）的主要矿物为脱水硫酸钙（c）。矿渣微粉是冶炼生铁在骤冷时来不及结晶而形成的玻璃态物质,且经淬水处理后形成的粒状活性材料,经磨细之后可以作为水泥的活性混合材料和高性能混凝土的掺合料通过向阿利特-硫铝酸盐水泥熟料中加入适量矿渣,对阿利特-硫铝酸盐水泥的强度进行测试,利用X线衍射仪(XRD)、水化热和扫描电子显微镜(SEM)分析其水化产物和水化过程,并且与掺加适量矿渣的普通硅酸盐水泥进行比较。1实验1.1原材料实验室采用工业原料石灰石、粉煤灰、黏土、硅粉进行配料。通过向生料中加入化学纯的CaSO1.2水泥熟料的制备用石灰石、粉煤灰、黏土和硅粉原料配制成生料,并烧成得到一组石灰饱和系数为0.93,硅率为2.50,铝率为3.10的水泥熟料。原料组成如表2所示。除矿渣和粉煤灰外,原料都预先粉磨,粉磨后所有原料粉体经过80μm筛,且保证筛余小于10%。生料混合使用伏虎式混料机(型号HLJ-K,无锡建仪仪器机械有限公司),在混料筒中加入木球,其质量为生料的1/2,混料12h。混料结束后压成60mm×60mm×10mm的生料片,每块约70g,置于40℃的烘箱内24h。煅烧熟料时,将生料片放置于铂金片上,再一起放入匣钵中。将匣钵放入实验室高温电炉内,以10℃/min的速率升温90min到900℃,在此温度下保温30min,之后继续以10℃/min的速率升温到1450℃,保温1h。煅烧结束后取出熟料采用风扇急冷至常温。将一次烧好的熟料放入到1270℃的高温炉内进行二次热处理,并在炉中保温30min后取出,取出的熟料用风扇急冷至室温,所得熟料即为阿利特-硫铝酸盐水泥熟料。未经热处理的熟料和热处理之后的阿利特-硫铝酸盐水泥熟料分别以空白样和热处理样表示。1.3抗压强度与膨胀率熟料首先用颚式破碎机进行破碎,破碎后的熟料再用球磨机进行粉磨成粉末。实验采用SM-500型球磨机,单次粉磨4kg熟料且球磨时间为22min,熟料粉末比表面积控制在(350±10)m在阿利特-硫铝酸盐水泥、水泥空白样以及P.II52.5(江南小野田水泥有限公司)水泥中分别添加不同含量的矿渣,所掺质量分数分别为0、10%、30%和50%。国家标准GB/T17671—1999,用于测定水泥砂浆强度的试模规格大小为40mm×40mm×160mm,用于成型试块的养护箱温度设定为(20±3)℃,养护箱中养护24h后脱模,脱模后的试块放入(20±3)℃水养护箱中养护,分别测定1、3和28d水泥砂浆试块的抗压强度。采用水泥净浆试块进行膨胀率测定,试块规格为20mm×20mm×80mm,每组6个样品,养护条件和砂浆试块的养护相同,测定不同龄期样品的长度,且计算出与1d长度的变化率,该变化率即为样品的膨胀率,记为x。水化热数据收集采用8通道微量量热仪(TAMAir)进行测定,称取4g水泥样品,水灰比w/c=0.5,在20℃测试环境下探测3d内水泥样品的放热行为;采用日本Rigaku公司的Miniflex-600X型X线衍射仪(XRD)对水泥水化产物进行分析,工作电压和电流分别为40kV和15mA,Cu靶Kα线,扫描制度:5°~65°、5(°)/min。熟料定量计算用GSAS2结果与分析2.1测试结果及分析对矿渣、空白样以及热处理样进行粒度分布测试,测试结果如图1所示。对小野田水泥、空白样和热处理的熟料进行了XRD定量分析,分析结果如表3所示。由表3可知:热处理之后的熟料中C2.2抗压强度的分析在P.II52.5水泥样品和AC$AC水泥的空白样和热处理样中分别掺入不同含量的矿渣,根据质量分数0、10%、30%和50%,将各组样品命名为P0K、P10K、P30K、P50K;B0K、B10K、B30K、B50K;T0K、T10K、T30K、T50K。对样品的1、3和28d的砂浆抗压强度进行分析,分析结果如图2和表4所示。由图2(a)可知:当矿渣掺量在0和10%时,T0K、T10K样品的1和3d的砂浆强度分别高于在P0K、P10K样品和B0K、B10K样品的1和3d强度,这主要是由于硫铝酸钙矿物在水化早期迅速反应,形成AFt,从而增加水泥的早期强度。并且T10K样品3d的强度34.47MPa比3d的P0K和B0K样品强度29.99和31.73MPa都要高;但是矿渣掺量提高到30%以后强度优势不明显,这主要是由于矿渣含量的增加,减少硫铝酸钙矿物在水泥中的含量;结合3幅图可以发现,掺入矿渣之后P组样品在不同龄期的抗压强度均有下降;B和T两组样品1和3d抗压强度随着矿渣含量的增加而降低。28d的时候,矿渣掺量对其强度影响不明显,这是因为矿渣含有的活性物质在水泥浆体中反应,使孔隙率减低,从而提高了强度。综上所述,在阿利特-硫铝酸钙水泥(热处理样)中10%矿渣掺量是实验中出现的最优掺量。2.3矿渣对水泥水化放热的影响根据图3(a)、3(c)和3(e)这3组样品的放热速率可以看出:随着矿渣掺量的增加,水泥水化放热峰值逐渐降低。矿渣的掺入降低了样品中阿利特硫铝酸盐水泥的总量,水化放热总量降低。根据图3(e)可以看出,T组样品中,40h前后均出现了一个放热峰。这是由于1~3d,T组样品中C2.4矿渣掺量对aft峰的影响水化产物的研究选取掺量为10%的P、T两组样品12h、1d、3d、28dXRD图谱,此外还选取了水化龄期相同,T组不同掺量样品的水化XRD图谱见图4。从图4(a)和4(b)中可以看出:在P10K样品中,12h和1d的时候还有未反应的CaSO从图4(c)、4(d)和4(e)中可知:同一时间段,矿渣掺量增加,AFt的衍射峰强度基本相同,说明矿渣掺量对AFt影响较小。对比图4(c)和4(d)可知:同一掺量从1到3d的时候,AFt峰都有所降低。结合图4(c)、4(d)和4(e)可以看出:3和28d的T10K、T30K样品中仍有少量AFm存在,而T50K样品,AFm的衍射峰几乎无法识别。此外,随着反应的进行,矿渣的加入还减少了CH(Ca(OH)2.5矿渣对膨胀率的影响样品适量的膨胀可以补偿水泥浆体在水化过程中的收缩。对不同龄期的水泥净浆试块的膨胀性能进行了测定,测定到龄期150d的膨胀结果如图5所示。从图5的3组样品膨胀率可以看出:掺入矿渣之后的样品均表现出微膨胀的性质。对于普通硅酸盐水泥来说,随着水化龄期的延长,水泥膨胀率有稍微的增加;对于B组样品,随着矿渣含量的增加,B组样品的膨胀率降低,说明矿渣的加入抑制了B组样品的膨胀,可能是由于矿渣的加入使浆体中胶凝相的含量降低,膨胀率降低;对于T组样品,随着矿渣含量的增加,T组样品的膨胀率增加,且在水化早期膨胀率远大于P和B组的样品,分析认为矿渣的加入,促进了早期水化过程中硫铝酸钙矿物的水化,使得膨胀率有所增加3水泥熟料配方的对比分析1)矿渣的掺入对阿利特-硫铝酸盐水泥的早期强度影响很大,后期可能由于发生了火山灰反应而使其影响变小。在阿利特-硫铝酸盐水泥熟料中掺入10%矿渣后,1、3和28d的抗压强度分别为16.94、34.47和51.54MPa,高于对比组同掺量的样品1和3d强度,还高于对比组纯水泥的强度。分析结果得出在阿利特-硫铝酸钙熟料中掺入10%矿渣为本实验最优掺量。2)水泥水化放热量和早期速率随着矿渣掺量的增加均有所降低,水化放热量不断减少,其原因大致由于矿渣的掺入使得阿利特-硫铝酸盐水泥熟料的各组分含量较未掺的样品的组分减少,水化产生的矿物量总量减少。结合水化热和水化XRD图谱