【正文】 高鈣粉煤灰。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著水化齡期的增加，粉煤灰的活性組分大量吸收水泥水化析出的氫氧化鈣，使液相中的Ca(OH)2濃度下降，這有利于加速C3S、C3A的繼續(xù)水化，提高固相物質(zhì)濃度，從某種意義上講，粉煤灰本身就可作C3S、C3A的促進(jìn)劑。因此，粉煤灰致密的玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)和堅(jiān)固的表面保護(hù)膜層結(jié)構(gòu)，決定了粉煤灰較低的化學(xué)活性。然而決定粉煤灰化學(xué)活性的大小并不能單一按照熱力學(xué)的計(jì)算數(shù)據(jù)，之前已經(jīng)提到，粉煤灰中的可溶出的SiOAl2O3含量決定著粉煤灰化學(xué)活性。從熱力學(xué)的觀(guān)點(diǎn)看，礦物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性愈低，則其水化反應(yīng)能力也愈強(qiáng)。由此可以看出，其可溶性SiOAl2O3含量較低，因此火山灰反應(yīng)的程度并不高。粉煤灰的化學(xué)活性取決于火山灰反應(yīng)所生成的水化產(chǎn)物的數(shù)量和種類(lèi)，而反應(yīng)所需的SiOAl2O3是存在于粉煤灰玻璃相中的可溶性SiOAl2O3。火山灰活性是指粉煤灰中活性組分與氫氧化鈣起反應(yīng)并形成強(qiáng)度的效果。從以上綜述可以看到，粉煤灰的顆粒形貌、顆粒大小、粒度分布等物理性質(zhì)同時(shí)決定著其形態(tài)效應(yīng)及微集料效應(yīng)，以及其對(duì)水泥基膠凝材料性能的作用效果。在一般的微集料混凝土中，硬化水泥漿體結(jié)構(gòu)中最薄弱的地方在于微集料與漿體之間的界面，但對(duì)于粉煤灰作微集料而言，大量研究表明，破壞往往不在粉煤灰顆粒界面發(fā)生，而在水泥凝膠部分。粉煤灰在水泥基材料中所起到的微集料效應(yīng)有兩方面的意義：一方面是由于粉煤灰微粒本身強(qiáng)度很高，厚壁空心微珠的抗壓強(qiáng)度在700MPa以上，粒度30μm以下的粉煤灰顆粒在水泥石中可以起相當(dāng)于未水化水泥熟料微粒的作用；而另一方面，粉煤灰顆粒起到了對(duì)于水泥基材料的密實(shí)作用，這是由于粉煤灰的摻入能夠減小水泥漿體或者混凝土中的孔隙體積及較粗的孔隙，特別是填塞了漿體中毛細(xì)孔的通道，從而對(duì)于水泥漿體或者混凝土的耐久性十分有利。不過(guò)，在較細(xì)顆粒情況下，可以通過(guò)添加減水劑來(lái)改善粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)作用。其中，填充作用取決于粉煤灰的粒度分布，較小的粉煤灰顆粒能夠填充水泥顆粒間，從而因此減小了填充水的需求；表面作用取決于粉煤灰的比表面積及其顆粒的親水力，顆粒越細(xì)，比表面積越大，其表面層間水需求量越大，這與填充作用與顆粒大小的關(guān)系恰好相反；潤(rùn)滑作用則取決于粉煤灰顆粒形狀，較小的球形顆粒使得粉煤灰有較強(qiáng)的潤(rùn)滑作用，不過(guò)，磨細(xì)粉煤灰的球形顆?？赡軙?huì)在磨細(xì)過(guò)程中遭到破壞，因此會(huì)顯示出較弱的潤(rùn)滑作用。 粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)，主要表現(xiàn)為粉煤灰的顆粒形貌、粒度分布等特性所引起的可改善水泥基材料性能的填充作用、潤(rùn)滑作用等。 粉煤灰的物理活性主要是指粉煤灰形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)等的總和，是一切與自身化學(xué)性質(zhì)無(wú)關(guān)，又能促進(jìn)制品膠凝活性和改善制品性能（如強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐磨性等）的各種物理效應(yīng)的總稱(chēng)。隨著研究的深入，粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)等也逐漸被學(xué)者們承認(rèn)并重視起來(lái)。對(duì)于粉煤灰在復(fù)合膠凝材料漿體中的作用機(jī)理及其應(yīng)用技術(shù)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者進(jìn)行了多方面的研究，也取得了不少進(jìn)展，從而對(duì)粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用起到了推動(dòng)作用。粉煤灰是含有少量碳和晶體的化學(xué)成分與火山灰相近的細(xì)粉狀玻璃態(tài)物質(zhì)態(tài)。本文采用選擇性溶解法研究摻硅灰/粉煤灰的復(fù)合水泥漿體中硅灰/粉煤灰的反應(yīng)程度。尤其是復(fù)合摻加多種礦物摻合料和大摻量情況下，因?qū)е滤嗍慕M成、結(jié)構(gòu)及形成發(fā)展過(guò)程與普通水泥石顯著不同，而且在物理、力學(xué)性能與耐久性方面也有差異。若要實(shí)現(xiàn)水泥混凝土行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，那么在水泥基材料的生產(chǎn)和應(yīng)用中最大可能的消化、利用人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)中排出的工業(yè)廢渣，在水泥混凝土水化和結(jié)構(gòu)形成過(guò)程的不同時(shí)期、不同層次上發(fā)揮工業(yè)廢渣作用，達(dá)到物盡其用、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果，改善水泥基材然而研究和實(shí)踐證明，工業(yè)廢渣的應(yīng)用，尤其是在大摻量情況下，給水泥基材料性能帶來(lái)了一些負(fù)面影響，這些問(wèn)題的出現(xiàn)提示人們對(duì)工業(yè)廢渣的應(yīng)用條件需進(jìn)行仔細(xì)思考。如果能最大限度利用它們作為活性摻合料并加上盡可能少的水泥熟料制備出具有高性能的混凝土材料，不僅減輕環(huán)境污染，料的性能尤其是耐久性。粉煤灰是工業(yè)廢渣的一種，現(xiàn)在由于逐漸被利用起來(lái)，工業(yè)廢渣的資源化已充分體現(xiàn)，并成為制備高性能混凝土必不可少的活性礦物摻合料組分。如果通過(guò)提高水泥性能，增加工業(yè)廢渣的利用量，用較少的高性能水泥達(dá)到較大摻量的劣質(zhì)水泥的使用效果，以質(zhì)量提高替代數(shù)量增長(zhǎng)，這是我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水泥基材料科學(xué)發(fā)展的重大需求。我國(guó)每年各種工業(yè)廢渣8億多噸，這些工業(yè)廢渣堆積如山，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。我國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó)，占全世界的總產(chǎn)量1/3以上[1]，2005年水泥產(chǎn)量已達(dá)10億噸，占世界水泥產(chǎn)量的1/3以上。對(duì)同一摻量比粉煤灰不溶物和水泥不溶物及各個(gè)齡期復(fù)摻不溶物中鋁鹽含量進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)采用絡(luò)合滴定法，以乙二胺四乙酸（EDTA）為絡(luò)合劑有效滴定鋁離子。 實(shí)驗(yàn)分別對(duì)煅燒—瀝濾工藝中的煅燒活化過(guò)程、溶出過(guò)程進(jìn)行探究。摘 要粉煤灰和硅灰現(xiàn)已成為高性能水泥中必不可少的性能調(diào)節(jié)型輔助性膠凝材料，確定水泥漿體中粉煤灰或硅灰的反應(yīng)程度，對(duì)評(píng)價(jià)它們的反應(yīng)活性及其對(duì)該體系結(jié)構(gòu)形成的貢獻(xiàn)、研究反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等具有重要意義。 本文選取粉煤灰與硅灰，采用鹽酸選擇性溶解法測(cè)定粉煤灰和硅灰的反應(yīng)程度，研究水泥漿體中粉煤灰或硅灰的反應(yīng)程度與摻量的關(guān)系。通過(guò)對(duì)粉煤灰的活化機(jī)理進(jìn)行研究，選用Na2CO3為活化劑，選擇H2SO4為溶出劑。關(guān)鍵詞：粉煤灰，硅灰，反應(yīng)程度，活化，絡(luò)合劑 Abstract Fly ash and silica fume highperformance concrete has bee an indispensable helper type performance tuning cementitious materials to determine the cement paste and silica fume in the reaction of fly ash or the extent of the evaluation of their reactivity and theircontribution to the formation of the architecture, kinetic study has important significance. This selection of fly ash and silica fume, the use of hydrochloric acid selective dissolution method for the determination of the reaction of fly ash and silica fume degree of cement paste and fly ash or silica fume in the reaction of the relationship between the degree and content. Experiments were calcined leaching calcined in the activation process, the dissolution process of the activation mechanism of fly ash study Na2CO3 used as an activator, select H2SO4 as dissolution to the same content and cement fly ash insoluble in all age insoluble and insoluble in the aluminum doped pound content of research and experiment by plexometric titration to ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) as plexing agent effective titrationaluminum ion.Key words: fly ash, silica fume, the degree of response, activation, plexing agent目錄第一章 前言 1 1 2 硅灰對(duì)水泥漿體的影響 5 5 硅灰作用機(jī)理探討 8 9 10第二章 研究方案、原材料、試驗(yàn)儀器及試驗(yàn)方法 12 12 13 14 14 15 16 16 16第三章試驗(yàn)過(guò)程研究探討與試驗(yàn)結(jié)果 1粉煤灰、硅灰燒失量及鹽酸不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定 19 20 26 27 27 28 29 30 31 33 37 摻硅灰/粉煤灰的復(fù)合水泥漿體中硅灰和粉煤灰反應(yīng)程度計(jì)算公式 38 38 40第四章結(jié)論 42實(shí)驗(yàn)心得 43謝辭 44參考文獻(xiàn) 46第一章 前言自從1824年硅酸鹽水泥問(wèn)世以來(lái)，硅酸鹽水泥被廣泛地應(yīng)用于市政、橋梁、道路、水利、地下、海洋以及軍事等工程領(lǐng)域，發(fā)揮著無(wú)以替代的作用和功能，成為現(xiàn)代社會(huì)最重要的物質(zhì)基石之一。然而，水泥生產(chǎn)消耗大量不可再生的煤等化石能源，同時(shí)，還消耗大量的石灰石、鐵礦石和粘土等不可再生的自然資源，水泥生產(chǎn)過(guò)程中還排放出大量的產(chǎn)生溫室效應(yīng)的CO2，導(dǎo)致全球平均氣溫逐年上升。粉煤灰和硅灰一直被稱(chēng)為工業(yè)廢渣，現(xiàn)在逐漸成為制備水泥和混凝土必不可少的輔助膠凝材料。如果通過(guò)科學(xué)研究，提高水泥熟料的性能，有效地利用數(shù)以?xún)|噸計(jì)的各類(lèi)工業(yè)廢渣，實(shí)現(xiàn)節(jié)能且具有高性能的水泥生產(chǎn)，那么水泥工業(yè)將不僅僅是一個(gè)低排廢的工業(yè)，而且將是一個(gè)環(huán)保型的工業(yè)；水泥將不僅為人類(lèi)社會(huì)提供居住場(chǎng)所，而且將為人類(lèi)清潔生存環(huán)境。許多像粉煤灰這樣的工業(yè)廢渣可以在建筑領(lǐng)域中得到應(yīng)用。而且節(jié)約能源、降低成本，是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的必由之路。眾所周知，材料的性能與其組成、結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的，工業(yè)廢渣的應(yīng)用使水泥石的組成結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。因此要認(rèn)識(shí)工業(yè)廢渣對(duì)水泥基材料性能的正負(fù)效應(yīng)，揚(yáng)長(zhǎng)避短、合理應(yīng)用工業(yè)廢渣，需要研究復(fù)合水泥漿體（摻硅灰/粉煤灰）水化產(chǎn)物的數(shù)量、組成及各個(gè)層次結(jié)構(gòu)的影響，數(shù)量與結(jié)構(gòu)的研究。由于選擇性溶解法研究硅灰和粉煤灰復(fù)摻中硅灰/粉煤灰的反應(yīng)程度文章很少，本文主要探討研究方法。雖然屬于火山灰類(lèi)物質(zhì)，但無(wú)論從形成過(guò)程，還是結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上看，粉煤灰與火山灰都有一定的差異。粉煤灰活性的早期研究，主要集中在粉煤灰的“火山灰效應(yīng)”。目前，對(duì)于粉煤灰活性的探討，可以從物理活性和化學(xué)活性?xún)蓚€(gè)方面進(jìn)行。它是粉煤灰能夠直接被充分利用、最有實(shí)用價(jià)值的活性，是粉煤灰早期活性的主要來(lái)源[2]。 王愛(ài)勤等[3]通過(guò)研究不同顆粒形貌及粒度分布的粉煤灰對(duì)于水泥砂漿需水性影響，認(rèn)為粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)是其填充作用、表面作用以及潤(rùn)滑作用的綜合體現(xiàn)。綜合而言，粉煤灰的顆粒分布及形貌對(duì)于其物理活性作用有較大影響，且有所矛盾：較粗粉煤灰顆粒，對(duì)減小其顆粒表面層間水有利，但對(duì)減小水泥砂漿的填充水不利，且潤(rùn)滑作用較差；非常細(xì)的粉煤灰顆粒，則與上相反。另外，粉煤灰的填充作用在較少摻量時(shí)更加明顯，而當(dāng)摻量增加時(shí)，其填充作用往往可能被其不利的表面作用所抵消；而潤(rùn)滑作用則在大摻量粉煤灰時(shí)更加明顯。同時(shí)，粉煤灰的微集料效應(yīng)又另有特色：在水化早期的水泥漿體中，界面上水化產(chǎn)物不多，聯(lián)接薄弱；但在后期，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，粉煤灰表面生成低鋁的CSH凝膠，使界面粘結(jié)力增強(qiáng)，從而明顯地增強(qiáng)了水泥石的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此粉煤灰的微集料效應(yīng)也可以稱(chēng)為“活性微集料效應(yīng)”，即水化早期，粉煤灰的單純物理作用可以理解為“第一個(gè)微集料效應(yīng)”；而水化后期，可以看作是粉煤灰的“第二個(gè)微集料效應(yīng)”與火山灰反應(yīng)的共同作用。粉煤灰的化學(xué)活性主要體現(xiàn)在其自身的火山灰活性以及對(duì)水泥水化的促進(jìn)作用上?？梢钥闯?，由于CaO的含量一般較低，所以粉煤灰的主要活性成分是SiO2和Al2O3。、Al2O3及可溶性SiOAl2O3含量[4]。胡家國(guó)等[4]從粉煤灰水化反應(yīng)的熱力學(xué)入手，來(lái)分析粉煤灰的火山灰活性。通過(guò)參考粉煤灰組分的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，用熵變來(lái)表示粉煤灰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)用自由能變化來(lái)表示反應(yīng)過(guò)程的可能性，兩方面的熱力學(xué)計(jì)算表面，粉煤灰與普通水泥都具有較高的活性和較強(qiáng)的水化反應(yīng)能力。由于粉煤灰在高溫流態(tài)化條件下的快速形成過(guò)程，其大量粒子仍保持了高溫液態(tài)玻璃相的較為致密結(jié)構(gòu)，因此可溶活性SiOAl2O3少；又因?yàn)榉勖夯也Ａw表面的富SiO2和富SiO3－、Al2O3的雙層玻璃保護(hù)層的阻礙作用，使顆粒內(nèi)部本來(lái)含量不多的可溶性SiOAl2O3很難溶出，因此活性難以發(fā)揮。另外，粉煤灰的化學(xué)活性還表現(xiàn)在對(duì)于水泥水化的促進(jìn)作用上。、硅灰對(duì)水泥漿體的影響粉煤灰（fly ash，F(xiàn)A）是火力發(fā)電廠(chǎng)煤粉燃燒后的殘余物，在排向大氣之前由機(jī)械收集裝置或靜電沉降裝置收集起來(lái)。粉煤灰中各種顆粒密度差異非常大，McCarthy[5]等對(duì)178種粉煤灰的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示。研究結(jié)果顯示，低鈣粉煤灰的密度通常比較低，且變化范圍也比較大，高鈣粉煤灰的密度平均要比低鈣粉煤灰的密度高19%左右。細(xì)度是粉煤灰非常重要的指標(biāo)，粉煤灰的細(xì)度通常采用一定孔徑的篩余量表示，也有采用比表面積表示的，這兩種指標(biāo)只能給出粉煤灰整體的細(xì)度，除此之外還有采用粒徑分布曲線(xiàn)來(lái)表示粉煤灰細(xì)度的。他們得出粉煤灰中的氧化物以相關(guān)礦物出現(xiàn)的順序?yàn)椋海?）SiO2在低鈣粉煤灰中出現(xiàn)的順序?yàn)椋翰Ａw石英莫來(lái)石；在高鈣粉煤灰中出現(xiàn)的順序?yàn)椋翰Ａw石英硅酸鹽。（3）CaO在低鈣粉煤灰中出現(xiàn)的順序?yàn)椋翰Ａw石英硫酸鈣；在高鈣粉煤灰中出現(xiàn)的順序?yàn)椋翰Ａw石灰硫酸鈣C3A默硅鎂鈣石黃長(zhǎng)石C2S。由于粉煤灰的化學(xué)組成、礦物相影響因素很多，要建立它們之間的關(guān)系還有很多研究工