大掺量粉煤灰碱激发胶凝材料的活性分析

王国靖 程黎明 齐英伟 吴端阳 孔令炜

(吉林建筑大学材料科学与工程学院，吉林 长春 130000）

大掺量粉煤灰碱激发胶凝材料的活性分析

王国靖 程黎明 齐英伟 吴端阳 孔令炜

(吉林建筑大学材料科学与工程学院，吉林 长春 130000）

随着我国科技水平的不断发展，在建筑领域的投入也越来越多。因此，对建筑材料的产量和质量标准也就有所提高，为了进一步促进建筑领域的持续发展，就需要对建筑材料的各种性能有个全面的认识和了解。经过大量研究发现，把氢氧化钙和氢氧化钾等一些碱性的激发剂混入到大掺量的粉煤灰胶凝材料里面可以极大地促进粉煤灰火山灰的活性。本文以大掺量粉煤灰凝胶材料为研究对象，采用相应的力学实验及XRD试验进行分析，对把氢氧化钙和氢氧化钾等一些碱性的激发剂混入到大掺量的粉煤灰胶凝材料里面的火山灰的活性情况进行详细分析和探讨，经过大量科学有效的试验和分析可以得出；将碱性的激发剂混入到粉煤灰胶凝材料里面可以有效激发起火山灰的活性，而且进一步研究还发现，采用多种碱性激发剂相结合的活性明显要比采用氢氧化钙这种单一的碱性激发剂要高出很多。

大掺量粉煤灰 碱激发剂 胶凝材料 活性

前言：随着我国工业化的大幅度推进，在建筑方面的投入逐渐加大，这就导致对建筑材料的需求也逐渐增多。因此，为了进一步研究建筑材料的特性从而对已有材料进行完善，必须首先对材料的性能进行全面了解。其中对粉煤灰的研究就成了建筑材料的重点。，经过大量科学有效的试验和分析可以得出；将碱性的激发剂混入到粉煤灰胶凝材料里面可以有效激发起火山灰的活性，而且进一步研究还发现，采用多种碱性激发剂相结合的活性明显要比采用氢氧化钙这种单一的碱性激发剂要高出很多。

粉煤灰按照含钙量的不同可以将其分成高钙粉煤灰和低钙粉煤灰。目前我国使用较多的还是低钙类的粉煤灰，此材料的水化速率较低，而且低钙粉煤灰的活性还需要由一些碱激发剂加以催化才能显示出来。这就造成了粉煤灰胶凝材料的强度不能满足要求。尤其对于大掺量的粉煤灰来说，其活性也会更低，

一、原料成分和试验手段

1.1 原料组成

进行试验的粉煤灰属于低钙类的粉煤灰，从专门的混凝土搅拌站取得；水泥的型号为P.O. 42.5R 级，该型号水泥的质量都符合标准，碱激发剂采用单独形式存在的氢氧化钾、氢氧化钙和两者的结合体，减水剂为液态聚羧酸。

1.2 试验手段

把选取好的粉煤灰、碱激发剂、砂子、水、减水剂、水泥按照适当的配合比进行拌合和振捣的处理，然后将其做成一个55 mm×55 mm×150 mm的样品，再放入养护箱里面2天后将模板进行去除，养护相应龄期，根据硅酸盐水泥国家相应标准对其进行力学性能测试，同时将样品研磨成粉状实施XRD衍射试验，以此来对不同种类的碱激发剂对粉煤灰的火山灰活性的情况进行科学评价和探讨。

二、试验结果

按照上述的方法和配合比将试验所需材料准备好后进行各项测试，经过对测试所得数据进行严格的统计和处理。

2.1 样品的抗压极限和抗折极限

经过力学性能试验的测试后，发现经过碱激发剂的混入后，粉煤灰胶凝材料样品的抗压极限和抗折极限都极大得到增强。本次研究在一定程度上可以充分显示，各种碱激发剂都可以大大的激发粉煤灰的火山灰的活性，此外，氢氧化钙这种碱激发剂的混合量也会对其活性的大小产生影响，相反的如果其含量超过了一定限度，激发的效果会受到抑制，同时，本次研究还发现，采用氢氧化钙和氢氧化钾的混合体作为粉煤灰胶凝材料的碱激发剂的激发效果远远要比氢氧化钙单独的激发效果好的多。

2.2 粉煤灰胶凝材料XRD测试

采用经过养护28天的样品研磨成粉状，将其实施XRD试验，结果表明，在混入了15%的氢氧化钙样品中，二氧化硅的衍射结果不明显，相反钙钒石的衍射结果很清晰，在混入了15%的氢氧化钙和氢氧化钾作为碱激发剂的试样中，这些指标都显著存在。这就说明粉煤灰含有大量的二氧化硅，同时在反应物中也存在钙钒石等颗粒，这些产生的颗粒能最大限度的填补样品的空隙，以此来增强样品的强度。

三、大掺量粉煤灰活性的原理

粉煤灰是一种从火力发电站产生的废气中产生的粉状物，它的化学构成有二氧化硅、氧化钙、三氧化二铝以及一些未燃尽的炭粉。将粉煤灰混入在水泥胶凝材料里面，然而粉煤灰自身完全不存在水硬性，之所以其混合体具有活性是因为粉煤灰颗粒里面的二氧化硅和三氧化二铝与水泥里面的氢氧化钙出现化学反应，并产生构成很紧密的水化硅酸盐之类的胶凝状态的物质，故可以用来增强水泥胶结后的强度，也就是说，粉煤灰的活性只有通过氢氧化钙激发之后方能表现出其活性，一般状况下，水泥经过水化的产物即氢氧化钙的能溶解在水中的量非常少，PH值较低，因此激发的速度往往很慢，也不能很好的保证其强度。

粉煤灰的活性大小取决于二氧化硅以及三氧化二铝的含量，而且内在的活性就由碱激发剂的量决定。其粉状形态在高温情况下发生迅速冷却，冷却后，能够保持高温玻璃相或晶相，一般条件下，这种物质的结构比较稳定，因此，就会对二氧化硅以及三氧化二铝的溶出有一定的阻隔效果，进而很少能由碱激发剂激发，这样一来就会大大的减少了粉煤灰的活性大小。通过碱液加以处理之后，可以极大程度的和粉煤灰颗粒发生反应，进而促进粉煤灰和氢氧化钙发生作用。这样在碱性条件下，粉煤灰颗粒表面化学键发生破坏，就会产生不够饱和的化学键，进而与其他成分发生反应形成沸石型的结构而增强粉煤灰的强度。

在一般条件下，就算饱和的石灰水其PH值也是比12要小很多，这样的碱度也很难满足粉煤灰相关结构发生分解的需要，进而造成最后激发的活性不是足够的大。所以说，粉煤灰只有在强碱溶液的条件下（一般至少在13左右）才能充分保证其相关结构发生分解，要想使得活性大大的提高，就要向粉煤灰中掺入一定量的强碱溶液，本文通过对粉煤灰的活性进行科学分析和实验，在向粉煤灰中加入了一定量的氢氧化钙和氢氧化钾粉末等一些碱激发剂之后，能够提高粉煤灰的活性激发有利的碱性环境PH值，进而可以促进粉煤灰颗粒表面的玻璃结构水解并发生反应，对浆液胶结后的强度有很大的提升效果，在这个过程中，氢氧化钙的含量也会对最终的活性大小有一定的影响，因此，在粉煤灰中加入的碱的剂量一定要严格控制到允许的范围，如果碱量太大就会减少钙离子的含量，进而阻碍胶凝物质的产生，更加严重的还会进一步降低水泥的硬化后的强度。

结语：现阶段我国使用的粉煤灰基本上都属于低钙类的粉煤灰，该类粉煤灰的活性较低，而且低钙粉煤灰的活性还需要由一些碱激发剂加以催化才能显示出来。这就造成了粉煤灰胶凝材料的强度不能满足要求。尤其对于大掺量的粉煤灰来说，其活性也会更低。因此必须在粉煤灰里面加入适当的碱激发剂，经过本次试验和分析可以发现，和没有加入碱激发剂相比，氢氧化钙和氢氧化钾能够在一定程度上使得粉煤灰的火山灰活性有显著的提高，特别是在早期粉煤灰的活性上激发的最为明显。 同时进一步研究还发现，若是采用氢氧化钙和氢氧化钾的混合体来作为碱激发剂对粉煤灰的火山灰活性进行激发，效果远远要比采用单一碱激发剂的作用效果好得多。 同时碱激发剂里面的氢氧化钙的含量也会对粉煤灰的活性有一定的影响，氢氧化钙的含量过大会造成激发不足而使得活性减小。因此，在实际的配制中严格控制键激发剂的量，进而可以最大限度的激发粉煤灰的活性，来保证其在胶结后的强度满足相应标准。

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[3]杨久俊等.粉煤灰活性激发影响因素研究，2014（6）

[4]郑娟荣等，碱激发粉煤灰胶凝材料砂浆及混凝土的性能研究，2015（2）

[5]何廷树等.激发剂种类对不同粉煤灰掺量的水泥胶砂强度的影响，2014（10）

G322

B

1007-6344（2015）11-0046-01

【吉林省大学生创新创业训练计划项目，编号为201410191032。】