碱激发矿渣胶凝材料膨胀性能分析

程黎明 王国靖 吴端阳 齐英伟

（吉林建筑大学材料科学与工程学院，吉林长春 130000）

碱激发矿渣胶凝材料膨胀性能分析

程黎明 王国靖 吴端阳 齐英伟

（吉林建筑大学材料科学与工程学院，吉林长春 130000）

随着我国社会发展水平的进一步提升，在土木工程领域的投入和研究也越来越多，其中对建筑材料的探索也是源源不断。胶凝材料在建筑工程的施工中应用广泛，尤其是对于碱激发矿渣胶凝材料的使用更是日益增多，然而在具体的材料使用过程中，也会出现一些碱激发矿渣胶凝材料的质量事故和种类选择不当的情况，经过大量科学研究表明，其干缩性能产生的负面影响不可忽视。本文以碱激发矿渣胶凝材料为研究对象，通过设计科学合理的试验来对其膨胀性能进行详细的研究和探讨，意在为碱激发矿渣胶凝材料的使用提供更多可供参考的数据和经验，有助于日后碱激发矿渣胶凝材料的广泛使用。

碱激发：矿渣：胶凝材料：膨胀性能

前言：随着我国现代化进程的进一步推进，在建筑领域的需求是越来越高，这也就加大了对建筑材料的探索和研究，而碱激发矿渣胶凝材料在所有建筑材料中扮演着很重要的角色，而在实际使用过程中，往往也会出现一些碱激发矿渣胶凝材料的质量事故和种类选择不当的情况，而经过大量分析结果发现，该材料的膨胀性能对这些问题有一定的影响，因此，加大对碱激发矿渣胶凝材料膨胀性能的研究力度，为以后该材料的推广和使用提供原始的数据和经验也就成了建筑材料研究者的关注焦点。

一、碱激发矿渣胶凝材料膨胀性能试验

1.1 试验材料

碱激发矿渣胶凝材料来源广泛，该材料的主要原料有以下一些；

①矿渣；常见的工业矿渣主要包含有氧化镁、氧化钙、氧化铝、氧化钾、二氧化硅、氧化钠、三氧化二铁等，试验选取的矿渣密度保持在2.90克每立方厘米，比表面积为4000克每平方厘米；

②水泥；其组成成分和矿渣相同，只是各组分含量不同，试验选取的水泥密度为3.20克每立方厘米，比表面积为3000克每平方厘米；

③碱激发剂；试验选择的碱激发剂为市面上购买的水玻璃溶液和苛性钠溶液，通过一定比例混合，自制得到水玻璃。

1.2 试验手段

在准备好试验所需的材料后，紧接着开始进行试验，试验过程中需要用到的仪器和器械有试剂瓶、带孔的橡胶皮塞、标有具体量程的吸管。首先要提前配制好一定浓度的碱标准溶液，然后将所需要的试样制备后置于实验室内，为了方便试验，本次研究选择了2类不同的胶凝材料，分别是水和水泥、碱激发剂和矿渣，各种胶凝材料相应的配比都满足试验要求。其中，每类材料的膨胀试验进行3次。

二、试验结果

对比研究了水和水泥与碱激发剂和矿渣的膨胀性能，将得到的一系列数据进行分析，最终将两种胶凝材料的膨胀性能实施比较。结果发现；水和水泥的胶凝系统的膨胀值是随着作用时间的增加而增加的，其中该胶凝体系经过一天胶结作用的膨胀值可以达到经过28天所达到的膨胀值的57.1%，经过3天胶结作用的膨胀值可以达到经过28天所达到的膨胀值的97.0%，其中前三天内的水和水泥系统膨胀值的变化最为显著；而碱激发剂和矿渣的胶凝体系的膨胀值同样也是随着作用时间的增加而增加的，只是和水与水泥比起来，在各个阶段的膨胀值都相对较小，其中该胶凝体系经过一天胶结作用的膨胀值可以达到经过28天所达到的膨胀值的45.9%，经过3天胶结作用的膨胀值可以达到经过28天所达到的膨胀值的79.8%，碱激发剂和矿渣的胶凝体系的膨胀周期是伴随作用时间的增大大增大的，并且在前七天内碱激发剂和矿渣的胶凝体系其膨胀值的变化最为显著。

三、试验讨论

在一定条件下，碱激发矿渣胶凝材料在水化进行的同时其体积会逐渐膨胀，其膨胀的程度也是由水化作用的形成物质所影响的，通过查阅资料不难发现，含有硅酸盐的水泥的水化作用后一般都会生成多种胶凝物质和相应的结晶，发生作用后的整个体积相比于水和水泥胶凝体系的水化作用前要大得多，因此，碱激发矿渣胶凝材料在水化进行的同时其体积会逐渐膨胀。碱激发矿渣胶凝材料的膨胀值的变化是伴随其水化作用时间的推移而呈现出一定规律的变化的。一般来说，碱激发矿渣胶凝材料在水化作用的进行中表现出来的特征就包括该材料里面多种矿物质的溶解在短时间内可以完成，但是水化作用的变化较为缓慢。

当碱激发矿渣胶凝材料里面加入碱激发溶液后，就会很快相互出现作用，这时碱激发矿渣胶凝材料的各种成分就逐渐分解，因此，在掺水后的一瞬间，充满于碱激发矿渣胶凝材料的微粒的空隙中的液体就不会简单的是水，里面还会溶解有很多不同的离子，这些离子通常包括钙离子、氢氧根离子、硫酸根离子、钠离子、钾离子等，在上述的几种离子逐渐分解最后饱和，然后就会在碱激发矿渣胶凝材料微粒的周围产生一定的水化物，该材料的水化效率一般都用单位时间的水化作用的程度来描述的，其中的水化作用的程度也就是在某段规定时间的完成水化作用的数值，在本次试验中碱激发矿渣胶凝材料微粒经过200天的水化作用后，其水化作用的程度就可以超过50%，而且通过试验得到的结论就充分说明了碱激发矿渣胶凝材料的水化作用膨胀值的数值以及变化趋势。

为了进一步来探讨碱激发矿渣胶凝材料的膨胀性能，还需要通过铵根离子的交换容量的大小对碱激发矿渣胶凝材料的生成物进行科学的分析。经过设计的试验来检测，结构发现；在水和水泥的胶凝体系中，运用铵根离子进行离子交换最终得到的数据比100克每55毫摩尔还要低，而且其交换容量伴着水化作用的延伸数量上基本保持稳定，这一结果也就充分证明了水和水泥胶凝体系结合铵根离子的交换过程中没有显著的变化；而在检测碱激发矿渣胶凝材料和铵根离子的交换效果时，结果为100克每269毫摩尔，这个结果和采用沸石和铵根离子来交换的结果基本相同，这也在一定角度上说明碱激发矿渣胶凝材料通过水化作用后生成的物质其组成构造和沸石基本相同。而且碱激发矿渣胶凝材料和铵根离子的交换容量的大小是伴着水化作用的持续进行而呈现不断增加的趋势，进一步研究还发现，在前一周内的变化最为显著，而一周以后数值没有多大变化，只是在22天时数值稍有偏大，这一现象也和碱激发矿渣胶凝材料的膨胀变化趋势非常吻合，同时也说明了碱激发矿渣胶凝材料在前一周中产生的物质在使得其体积发生膨胀的作用上效果显著，并且伴着聚合产物的持续生成，就会逐渐出现一些网状明显的新型结构，其膨胀作用趋于不变，在其生成更大的聚合物后，膨胀作用又会继续突显。这种变化趋势也就非常明显的体现了碱激发矿渣胶凝材料发生水化作用的特点，就是一个从分解到朝着一个方向发生转移，然后继续发生聚合的阶段。这个阶段的变化反复持续发生，并且变化很漫长。即使在碱激发矿渣胶凝材料发生了几年的水化作用后，进过检测还会观察到体系中依然有很多没有发生作用的碱激发矿渣胶凝材料

四、结论

本文通过以碱激发矿渣胶凝材料为研究对象，充分与水和水泥的胶凝体系形成对照，采用科学的试验手段的技巧，巧妙运用控制变量法和对比法进行试验，将得到的数据进行科学近似的处理和分析，得到了关于碱激发矿渣胶凝材料的膨胀性能的变化规律，结果如下；

①碱激发矿渣胶凝材料的膨胀值是随着作用时间的增加而增加的，只是和水与水泥比起来，在各个阶段的膨胀值都相对较小，而且碱激发剂和矿渣的胶凝体系的膨胀周期是伴随作用时间的增大而增大的，并且在前七天内碱激发剂和矿渣的胶凝体系其膨胀值的变化最为显著。

②碱激发矿渣胶凝材料通过水化作用后生成的物质其组成构造和沸石基本相同。而且碱激发矿渣胶凝材料和铵根离子的交换容量的大小会伴着水化作用的持续进行而呈现不断增加的趋势。

[1]许亮，王远辉，碱激发矿渣胶凝材料膨胀性能研究，2014（11）

[2]孙小伟，吴陶俊，碱激发矿渣胶凝材料的试验研究，2015（1）

[3]郑娟蓉，姚振亚，碱激发胶凝材料化学收缩或膨胀的试验研究，2015（2）

G322

B

1007-6344（2015）10-0040-01

【吉林省大学生创新创业训练计划项目，编号为201410191032】