【正文】 觀結(jié)構(gòu)對(duì)其在水化硬化過(guò)程中起到的收縮補(bǔ)償效應(yīng)進(jìn)行解說(shuō)[13]。從宏觀上看：礦渣硅酸鹽水泥調(diào)水后，首先水泥熟料礦物與水作用，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等，這些水化物的性質(zhì)與純硅酸鹽水泥水化時(shí)是相同的。生成的氫氧化鈣是礦渣的堿性激發(fā)劑，它解離了玻璃體的結(jié)構(gòu)，使得玻璃體中的Ca2+、AlO4Al3+、SiO44+離子進(jìn)入溶液，生成新的水化物，即水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣。有石膏和明礬提供SO42離子時(shí)還會(huì)生成水化硫鋁酸鈣AFT即(鈣礬石) [14]，鈣礬石具有一定的微膨脹性能，從而對(duì)水泥水化硬化過(guò)程中的體積收縮具有一定的補(bǔ)償作用。從微觀結(jié)構(gòu)上看，在一般情況下，礦渣的堿性系數(shù)越高，表現(xiàn)出的水硬性就越高，從礦渣玻璃體微觀結(jié)構(gòu)模型可以知道，礦渣是由富鈣相和富硅相組成的具有致密結(jié)構(gòu)的整體，其中富鈣相占多數(shù)為連續(xù)相，將非連續(xù)的呈類似球狀或柱狀分布的富硅相包裹于其中，富鈣相可以認(rèn)為是礦渣玻璃體的結(jié)構(gòu)形成體，維持著礦渣玻璃體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，在富鈣相玻璃中，網(wǎng)絡(luò)形成體中的CaO、MgO鍵比SiO[15]鍵弱得多，這是因?yàn)楦烩}相本身有具有很多細(xì)小單元聚集而成的堆積結(jié)構(gòu)，具有龐大的內(nèi)比表面積，更增加了熱力學(xué)不穩(wěn)定性，但另一方面，富鈣相又具有一定的熱力學(xué)穩(wěn)定性，使其破壞必須克服一定的活化能。在通常情況下，由于水分子的弱作用不足以克服富鈣相分解活化能，富鈣相在水中能夠保持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，故礦渣玻璃體在水中是近似惰性的，礦渣在通常情況下與水不能發(fā)生反應(yīng)，在堿性環(huán)境中，情況則大不一樣，高濃度的OH離子的強(qiáng)烈作用克服了富鈣相的分解活化能，富鈣相迅速與OH發(fā)生了如下反應(yīng)而溶解： SiOCaOSi+NaOH=SiONa+Ca(OH)2 (1)由于富鈣相是連續(xù)相，富硅相呈類似球狀分布于富鈣相中，故在礦渣玻璃體中，富鈣相相當(dāng)于膠結(jié)物維持著整個(gè)礦渣玻璃體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，當(dāng)富鈣相在堿性介質(zhì)中與OH迅速反應(yīng)而溶解后，礦渣玻璃體解體，富硅相逐步暴露于堿性介質(zhì)中，它與OH能發(fā)生如下反應(yīng)： SiOSi=+HOH+SiOH (2) SiOH+NaOH=SiONa+HOH (3)由于SiO鍵的鍵能比CaO或MgO鍵的鍵能大三倍左右，且富硅相本身的分散度又比富鈣相小得多，從化學(xué)鍵和分散結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可以判斷，在堿性溶液中，富鈣相的反應(yīng)較為劇烈和迅速，而富硅相的反應(yīng)則較為緩慢和持久，故礦渣在堿性介質(zhì)環(huán)境中，初期的水化過(guò)程以富鈣相的迅速水化和解體并導(dǎo)致礦渣玻璃體解體為主，里面原先結(jié)構(gòu)的富硅相則填充在富鈣相的水化產(chǎn)物的間隙中，隨著富硅相水化反應(yīng)的進(jìn)行，其水化產(chǎn)物不斷填充于富鈣相的水化產(chǎn)物之間的間隙中，所以富硅相的存在，在前期提高了水泥石的致密度，而后期則保證了水泥后期強(qiáng)度的不斷增長(zhǎng)。礦渣的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及富鈣相、富硅相的性質(zhì)決定了礦渣玻璃體中富鈣相所占的比例越大，礦渣在堿性環(huán)境中的水化就越迅速，表現(xiàn)出的水硬活性就越高；礦渣玻璃體中富硅相所占的比例越大，礦渣在堿性環(huán)境中的水化就越遲緩，在水化初期表現(xiàn)出的水硬活性就越低。 礦渣在水泥中的應(yīng)用粒化礦渣具有潛在的水硬膠凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激發(fā)劑作用下，可顯示出水硬膠凝性能，是優(yōu)質(zhì)的水泥原料。?；V渣既可以作為水泥混合料使用，也可以制成無(wú)熟料水泥[16]。，是用硅酸鹽水泥熟料與?；郀t礦渣再加入3％5％的石膏混合磨細(xì)或者分別磨后再加以混合均勻而制成的。礦渣硅酸鹽水泥簡(jiǎn)稱為礦渣水泥。在磨制礦渣水泥時(shí)，其摻入量可以占到水泥重量的20％85％。這樣對(duì)于提高水泥質(zhì)量，降低水泥生產(chǎn)成本是十分有利的。礦渣水泥與普通水泥相比有如下特點(diǎn)：第一：具有較強(qiáng)的抗溶出性和抗硫酸鹽侵蝕性能，故能用于水上工程、海港及地下工程等，但在酸性水以及含鎂鹽的水中，礦渣水泥的抗侵蝕性較普通水泥差。第二：水化熱較低[17]，適合于澆筑大體積混凝土。第三：耐熱性較強(qiáng)，使用在高溫車間及高爐基礎(chǔ)等容易受熱的地方比普通水泥好。第四：早期強(qiáng)度低[18]，而后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率高，所以在施工時(shí)應(yīng)注意早期養(yǎng)護(hù)。此外，在循環(huán)受干濕或凍融作用條件下，其抗凍性不如硅酸鹽水泥，所以不適宜用在水位時(shí)常變動(dòng)的水下混凝土建筑中[19]。，是將干燥的?；V渣和石膏、硅酸鹽水泥熟料或石灰按照一定的比例混合磨細(xì)或者分別磨細(xì)后再混合均勻所得到的一種水硬性膠凝材料。在配制石膏礦渣水泥時(shí)，高爐粒化礦渣是主要的原料，一般配入量可高達(dá)80％左右。石膏在石膏礦渣水泥中是屬于硫酸鹽激發(fā)劑。它的作用在于提供水化時(shí)所需要的硫酸鈣成分，激發(fā)礦渣中的活性。一般石膏的加人量以15％為宜。少量硅酸鹽水泥熟料或石灰，系屬于堿性激發(fā)劑，對(duì)礦渣起堿性活化作用，能促進(jìn)鋁酸鈣和硅酸鈣的水化。在一般情況下，如用石灰作堿性激發(fā)劑，其摻入量宜在3％以上，最高不得超過(guò)5％，如用普通水泥熟料代替石灰，摻人量在5％以上，最大不超過(guò)8％。這種石膏礦渣水泥成本較低，具有較好的抗硫酸鹽侵蝕和抗?jié)B透性。適用于混凝土的水下建筑物。[20]，是將干燥的?；郀t礦渣、生石灰以及5％以下的天然石膏。按適當(dāng)?shù)谋壤浜夏ゼ?xì)而成的一種水硬性膠凝材料。石灰的摻加量一般為10％30％。它的作用是激發(fā)礦渣中的活性成分，生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣。石灰摻量太少，礦渣中的活性成分難以充分激發(fā)；摻人量太多，則會(huì)使水泥凝結(jié)不正常、強(qiáng)度下降和安定性不良。石灰的摻人量往往隨原料中氧化鋁含量的高低而增減，氧化鋁含量高或氧化鈣含量低時(shí)應(yīng)多摻石灰。通常先在12％20％范圍內(nèi)配制。石灰礦渣水泥可用于蒸汽養(yǎng)護(hù)的各種混凝土的預(yù)制品，水中、地下、路面等的無(wú)筋混凝土和工業(yè)與民用建筑砂漿。 激發(fā)劑 激發(fā)劑的分類根據(jù)激發(fā)劑的成分可以粗略的將其分為堿土金屬化合物激發(fā)劑。如：CaO、Ca(OH)2等。堿金屬激發(fā)劑。如：NaOH、Na4SiONaF等。硫酸鹽激發(fā)劑。如：CaSOKAl(SO4)12H2O等。 雙重激發(fā)劑通常情況下，只加入硫酸鹽時(shí)，礦渣的活性并不能很好的激發(fā)，只有在一定的堿性環(huán)境中，在加入一定量的硫酸鹽，礦渣的活性才能充分的發(fā)揮，并能得到較高的膠凝強(qiáng)度，這是因?yàn)?，堿性環(huán)境中OH 將促使礦渣中的硅氧聚合鏈的鍵破壞，加速礦渣的分散、溶解，并形成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。在硫酸鹽存在的條件下，SO42離子可與礦渣中活性Al2O3和水化鋁酸鈣化合生成水化硫鋁酸鈣，大量消耗溶液中的鈣、鋁離子，反過(guò)來(lái)又加速了礦渣水化進(jìn)程，這兩種作用相互促進(jìn)，硫酸鹽激發(fā)實(shí)質(zhì)是堿和鋁酸鹽共同作用的混合激發(fā)。 膨脹機(jī)理 鈣礬石早期膨脹機(jī)理水泥漿體中，石膏與C3A和C4AF等含鋁礦物反應(yīng)生成鈣礬石，鈣礬石在水泥硬化漿體中普遍存在，通常為針狀晶體，很容易生成，并且十分穩(wěn)定[21]。鈣礬石膨脹特性與水泥液相的堿性條件有關(guān)。在液相中Ca(OH)2飽和條件下形成的鈣礬石，結(jié)晶細(xì)小，并靠近原始含鋁相表面，單位重量引起的膨脹大，但不易控制。在液相中Ca(OH)2低于飽和條件下形成的鈣礬石[22]，其晶體比較粗大，并且比較分散，其膨脹作用小，且較易控制。鈣礬石的膨脹特性還與和鈣礬石同時(shí)形成的凝膠相的特點(diǎn)和數(shù)量有關(guān)，對(duì)于水泥中鈣礬石的膨脹，石膏的摻加量是一個(gè)十分關(guān)鍵的因素，適當(dāng)增加石膏摻量可以延續(xù)膨脹持續(xù)的時(shí)間， 從而增加最終的膨脹量，同時(shí)，又必須控制合適的石膏摻量， 以避免不穩(wěn)定的膨脹。含鋁礦物對(duì)鈣礬石膨脹也影響很大[23]，一般在相同石膏摻量時(shí)， 含鋁礦物越多，其膨脹也越大。另外，不同含鋁礦物形成的鈣礬石，其膨脹作用也不同。鈣礬石膨脹的最主要特性是膨脹發(fā)生很快，一般情況下，鈣礬石膨脹在28 d時(shí)已基本穩(wěn)定[24]。 方鎂石的后期膨脹方鎂石是晶態(tài)氧化鎂[25]，存在于熟料各礦物之間，它的數(shù)量主要為熟料中氧化鎂總含量減去固溶氧化鎂含量. 經(jīng)高溫煅燒的熟料中的方鎂石，水化以后形成水鎂石，其特點(diǎn)是十分緩慢，主要發(fā)生在后期[26]。2 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯康V渣水泥的收縮補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，通過(guò)調(diào)整不同原料的配合比包括礦渣粉、硅酸鹽水泥熟料、石膏以及明礬，達(dá)到最好的效果，即在滿足強(qiáng)度的前提條件下測(cè)定礦渣水泥試塊的膨脹率，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，達(dá)到希望的目標(biāo)。 實(shí)驗(yàn)原料選用馬鋼高爐水淬礦渣，其化學(xué)成分(％) 馬鋼礦渣化學(xué)成分SiO2CaOAl2O3MgOMnOTiO2FeOSMFeF2. 71微量微量 無(wú)水石膏、集料(標(biāo)準(zhǔn)砂)1250 g硅酸鹽水泥熟料(粉末)明礬(市售分析純) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備NRJ411A 型水泥膠砂攪拌機(jī)：自動(dòng)程序控制，攪拌180 s停車NJ160A 型水泥凈漿攪拌機(jī)：自動(dòng)程序控制，慢攪拌120 s，停車15 s，然后快速攪拌120 s停車。GZ85 型水泥膠砂振動(dòng)臺(tái)GJ84 水泥快速養(yǎng)護(hù)箱三聯(lián)模具4040160 mm抗壓試驗(yàn)機(jī)：NYJ300型壓力試驗(yàn)機(jī)抗折試驗(yàn)機(jī)：DKZ500型電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī) 實(shí)驗(yàn)步驟(第一階段) 標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量測(cè)定測(cè)量礦渣水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量時(shí)，可參照水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的原理。水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，是按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法和指定的儀器，將水泥制成具有標(biāo)準(zhǔn)稠度所需要的用水量，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度是以用水量與水泥質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示的。當(dāng)一定質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)試錐，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在凈漿中自由沉落時(shí)，以試錐下落深度s (mm) 的大小，反應(yīng)水泥