氢氧化钠与硅酸钠对矿渣活性的激发效果浅析.pdf

浙江建筑,第29卷,第7期,2012年7月
Zheiiang Construction, Vol 29, No.7, Jul 2012
氢氧化钠与硅酸钠对矿渣活性的激发效果浅析
Analysis of the Stimulation Effect of Sodium Hydroxide
and Sodium Silicate on Slag Activity
喻骁,胡爱宇
HU Ai
(1.南京工程学院建筑工程系,江苏南京211167;2.河海大学力学与材料学院,江苏南京210098)
摘要:氢氧化钠与硅酸钠都能激发矿渣的活性,但两者的激发机理并不相同,激发效果也有很大的区别。在此分析了这两
种激发剂激发矿渣活性的作用机理,总结了两者单独掺加时的最佳掺量范围,指出了硅酸钠的模数和掺量对矿渣水泥的凝结时间
影响显著。最后从矿渣水泥增强的角度出发,提出了根据矿渣的成分体系选择这两种激发剂的方法
关键词:氢氧化钠;硅酸钠;矿渣;碱激发
中图分类号:TU528
文獻标志码:A
文章编号:1008-3707(2012)07-0048-04
作为一种具有潜在活性的材料,矿渣本身磨细离子键形式存在于网架形成体的空隙中,以平衡电
后加水再经过凝结就能产生一定强度,但强度并不荷;矿渣中的AP和Mg2'不仅是网架的形成体,还
高,不足以在建筑中加以利用。要想获得较高强度,是网架的改性体。钙或铝、镁等离子使得网架形成
必须使用激发剂来激发矿渣的潜在活性。一般说体的硅氧四面体呈亚稳态,赋予矿渣潜在的活性
来,凡是在水中能发生碱性反应的碱金属化合物均
蒲心诚等人认为矿渣的玻璃体是一种分相
能作为矿渣的碱性激发剂。在这些碱金属化合物结构,由连续的富钙相和不连续的类似球状或柱状
中,由于来源和价格因素,常用的激发剂多是钠的化粒子的富硅相组成。连续的富钙相将不连续的富硅
合物,且以氢氧化钠和硅酸钠最为常用。但关于这相包裹在其中,形成矿渣玻璃体的主要结构形成体。
两种碱激发剂对矿渣活性的激发效果缺乏系统的分富钙相的主要网络形成体中的Ca~-0、Mg-0健比
析与总结,实际工程中工作人员只能依据经验进行富硅相中的Si-0键弱得多,同时富钙相的结构具
试配。本文在对矿渣的活性机理进行分析的基础有多相性,是由许多化学成分和结构相近的极微小
上,探讨了氢氧化钠和硅酸钠激发矿渣活性的机理,单元聚集在一起形成的聚结构,具有较高的热力学
总结了利用这两种碱激发剂激发出矿渣最大潜在活不稳定性,因此富钙相的水硬活性高于富硅相。但
性的途径和方法,以供实际使用时参考。
即使活性较高的富钙相仍然具有一定的动力学稳定
矿渣活性机理
性,必须克服一定的活化能才能使其破坏。
无规则网络学说认为:微观下的矿渣颗粒内部
2氢氧化钠
亚稳态的玻璃体约占85%左右,这种玻璃体由网架2.1氢氧化钠激发矿渣的机理
形成体和网架改性体组成。网架形成体主要由
氢氧化钠能激发矿渣的活性,激发效果与矿渣
[SiO,]“组成;网架改性体主要由Ca2“组成,它以的成分以及氢氧化钠的掺量有关。其激发机理有研
收稿日期:2012-03-23
基金项目;南京工程学院科研基金项目(QKJB2009012)
作者简介:喻骁(1975一),女,重庆人,讲师,从事建筑材料研究工作。
第7期
喻骁等:氢氧化钠与硅酸钠对矿渣活性的激发效果浅析
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究者认为2:氢氧化钠有助于矿渣中的玻璃体或晶体硬活性没能激发出来;在氢氧化钠为7%~10%时,
发生结构离解,矿渣中的=Si-0一i=和=Al-0一矿渣水泥早期强度发展迅速而后期缓慢;当氢氧化
AI=键在OH作用下断裂,形成[SiO,]和钠掺量为5%,3d时的抗压强度达70.73MPa,7d
A1O2]°进入液相,形成分散的絮凝状产物。随着时为99.11MPa,激发效果最好。
絮凝状产物增多,絮凝相之间发生缩聚反应,最后形
归纳统计已有的文献结果,可以认为氢氧化钠
成主要成分为C一S一-H、CAH1:及C2ASH的凝胶作为矿渣水泥的激发剂单独掺入时的最佳掺量约为
或复杂的晶体以及无定型结构水化产物。
拌合水的5%~8%。如果时间允许,要检测3、7
也有研究者认为氢氧化钠在激发过程中的作用28d及更长龄期的强度,因为可能出现加入氢氧化
类似于碱催化作用:在氢氧化钠形成的强碱溶液钠后导致矿渣水泥早期(3d或7d)强度较高,但是
中,矿渣玻璃体中的富钙相先离解出Ca2和AP',后期(28d)强度倒缩的现象。此外,也可能出现
然后富硅相再离解出[SiO,]'(离解速度较慢),经28d强度倒缩后,随着龄期的继续延长,强度再度回
过一系列化学反应最后形成水化硅酸钙凝胶与水化升的现象。
铝酸钙晶体。在反应中,氢氧化钠先与矿渣反应,然3硅酸钠
后又在新的反应中重新生成,故起到催化的作用。
反应方程式如下
硅酸钠是Na20.nSiO2的统称,俗称水玻璃。n
Si(OH)+2NAOH-+, Si0, +H, 0
称为模数,随着n的增大,硅酸钠在水中的溶解度逐
Na2SiO3+xCa(OH)2+yH2Oー→SiO2?xCa?yH120+2NaOH
渐变难。n<1时,能溶于常温水中;n=1~2时,只
2AL(OH) +2NA0H-2NAA10 +H
能在热水中溶解;当n>3时,则要在0.4MPa的蒸
2NaAO,+PCca(OH)+4日Oー→AC?4420+2Na。H汽中オ能溶解。除了粒状的偏硅酸钠外,市面上的
2.2氯氧化钠掺量对矿渣水泥强度的影响
硅酸钠通常为液体,模数通常在1.6~3.3。
氢氧化钠的掺量对矿渣水泥的强度有很大影3.1硅酸钠激发矿渣的机理
响,通常不同成分的矿渣都可以通过试验找到一个
硅酸钠激发矿渣的反应过程如下
最佳掺量。在小于该最佳掺量时,矿渣水泥的强度
(1)硅酸钠水解与硅胶化
随着氢氧化钠掺量的增大而增大;但超过最佳掺量
2Na02?nSiO2+2(n+1)H2O→NaOH
后,矿渣水泥的强度则随着氢氧化钠掺量的增大而nSi(OH)
降低。这是“浓度效应”引起的结果:当掺量低于最
Si(OH)4-SiO2(活性)+2H20
佳摻量时,随着碱掺量的增大,OH“离子的浓度逐
(2)矿渣的表面激发:溶液中0H离子穿透矿
渐増大,对矿渣玻璃体的激发作用逐渐增强,水化产渣表面,进人玻璃体内部空穴与Ca2“反应,导致亚
物生成速度加快,矿渣水泥的强度也因此增大。但稳态的玻璃体解体,游离出Ca2“和[SiO,]离子。
当氢氧化钠超过最佳掺量后,OH离子浓度过高,即
被快速激发生成的水化物会在矿渣颗粒表面形成
Si-0一Ca-0-Si=+2NaOH→2(=Si
层保护膜,阻止颗粒内部继续水化,反而导致矿渣水O-Na)+Ca2++20H
泥强度下降
(3)水化硅酸钙(C-S-H)形成:由于Ca2'扩
姜奉华经过试验发现:氢氧化钠掺量为2%散速度较大,较快进人溶液中,并与活性[SiO.]发
时,矿渣水泥试样1d不能脱模,几乎没有强度;氢生反应,生成低碱度的C-S一H凝胶。即:
氧化钠的掺量在6%~8%时,试样各龄期的抗压强SiO2(活性)+Ca(OH)2(ag)-→CaO?SiO,(ag)
度发展较好。采用8%的氢氧化钠、矿渣水泥水灰
由以上反应过程可见,硅酸钠对于矿渣的激发
比为0.