堿激發(fā)粉煤灰生成膠凝材料的研究(編輯修改稿)
2024-07-22 22:19 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 hs of NaOH reacts with fly ash after 40min(A和B)and 90min(C和D)由以上分析可知，堿激發(fā)粉煤灰生成膠凝材料，是粉煤灰和堿溶液反應(yīng)生成硅鋁酸鹽凝膠的結(jié)果，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，其數(shù)量逐步增加，然后凝膠團(tuán)相互膠連，逐漸形成大的整體結(jié)構(gòu)，最后通過(guò)凝膠的聚合作用，形成密實(shí)的材料。凝膠的生成和生長(zhǎng)對(duì)粉煤灰膠凝材料至關(guān)重要，如果堿與粉煤灰反應(yīng)的條件控制不當(dāng)，凝膠聚合形成了不具有膠凝性的結(jié)晶體，對(duì)材料的膠凝性不利。 堿溶液的作用堿對(duì)粉煤灰產(chǎn)生膠凝材料起舉足輕重的作用。石英和莫來(lái)石的活性較差，較難與堿液反應(yīng)，而其中的玻璃態(tài)硅、鋁氧化物在堿溶液中溶解性比結(jié)晶相好得多[5]。因此，要形成高強(qiáng)度的膠凝材料，堿溶液不僅要與玻璃態(tài)的硅、鋁氧化物充分反應(yīng)生成凝膠，還要盡可能地溶解石英和莫來(lái)石晶體參與生成凝膠過(guò)程。Norihiro等[6]研究了粉煤灰與堿性溶液的關(guān)系，證明在溫度與液固比一定的條件下，用NaOH與粉煤灰反應(yīng)的效果比KOH、Na2CO3好得多，文章指出：Na＋不僅是硅鋁酸鈉凝膠的構(gòu)成體，Na＋的含量還影響凝膠的生成速率；此外適當(dāng)增加OH－的濃度會(huì)顯著增加粉煤灰的溶解度；Murayama等[7]的研究同樣證明在采用粉煤灰進(jìn)行水熱合成沸石的反應(yīng)中，NaOH對(duì)粉煤灰的溶解能力最強(qiáng)，KOH 次之，Na2CO3最差。加之NaOH較廉價(jià)、來(lái)源廣，選用NaOH作為堿激發(fā)劑最合適。由表4可知，在相同的物質(zhì)組成中，試樣的強(qiáng)度與NaOH的濃度有很大關(guān)系，即在一定的條件下，產(chǎn)生膠凝材料的強(qiáng)度隨著堿溶液濃度的增加而增加，當(dāng)NaOH濃度達(dá)到10M以上時(shí)，試樣的強(qiáng)度增加不明顯，如圖5所示，證明在SOL/FA(溶液質(zhì)量／粉煤灰質(zhì)量)，NaOH濃度不宜大于12M。. The relation between alkalinity and cementing material strength圖5 堿度與膠凝材料強(qiáng)度的關(guān)系 測(cè)試結(jié)果分析 水玻璃用量的影響粉煤灰中硅、鋁氧化物的溶解速率是不同的。 Hollman等[8]采用分光光度計(jì)分析堿溶解過(guò)程中Si4+ 和Al3+ 濃度的變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)前期Al2O3溶解率相對(duì)較快，SiO2溶解相對(duì)滯后。加入水玻璃后，可以與前期生成的鋁酸鈉結(jié)合，形成硅鋁酸鈉凝膠。同時(shí)水玻璃本身是凝膠物質(zhì)，在一定的條件下，它可以更好地把粉煤灰顆粒粘結(jié)在一起。表4和圖6表明，F(xiàn)NW5樣品中加入5g水玻璃后，所測(cè)試樣的強(qiáng)度較相同條件未加水玻璃的試樣（FN3）強(qiáng)度有較大幅度的增長(zhǎng),抗壓強(qiáng)度增加24%；FNW1和FNW2樣品中分別加入10g水玻璃，它們的機(jī)械強(qiáng)度顯著提高，F(xiàn)NW2比FN3抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別增加18%和55%；FNW6試樣中繼續(xù)增加水玻璃用量到15g，試樣強(qiáng)度仍有所增加。但增加水玻璃的量，會(huì)增加制備成本。 圖6 水玻璃用量與膠凝材料強(qiáng)度的關(guān)系. The relation between the quantity of sodium silicate gel and cementing material strength除了以上討論的因素外，粉煤灰的組成、粒度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、高溫煅燒等因素對(duì)膠凝材料的性能也有較大影響。總的來(lái)講，粉煤灰中高活性玻璃態(tài)的硅、鋁氧化物含量越高，越容易早期生成較多的硅鋁酸鹽凝膠；粉煤灰越細(xì)，其比表面積越大，粉煤灰反應(yīng)活性就越好，化學(xué)反應(yīng)速度就會(huì)明顯加快[910]；反應(yīng)溫度越高，達(dá)到一定反應(yīng)程度所用時(shí)間就越短；反應(yīng)時(shí)間短，形成凝膠數(shù)量少，膠凝材料強(qiáng)度低，但反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也會(huì)使凝膠物質(zhì)向晶態(tài)轉(zhuǎn)化，同樣降低所形成膠凝材料強(qiáng)度；其它的雜質(zhì)物質(zhì)，尤其是碳粒，
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