三种碱激发胶凝材料的反应机理及其产物

三种碱激发胶凝材料的反应机理及其产物

第19卷第6期　　　　　　　　　　　　　　荆门职业技术学院学报　　　　　　　　　　　　　　　2004年11月Vol.19No.6　　　　　　　　　　　　JournalofJingmenTechnicalCollege　　　　　　　　　　　　　Nov.2004

三种碱激发胶凝材料的反应机理及其产物成　立

(荆门职业技术学院化学工程系,　[摘　要]　、.文章分析和论述了碱激发

粉煤灰、.

[关键词]　;;;反应机理;产物

[　T[]　A　[文章编号]　1008-4657(2004)06-0092-04

硅酸盐水泥是传统无机胶凝材料中用途最广、使用量最大的一员,是建筑工程的基本材料.经过近200a的生产实践,其生产工艺、煅烧设备、粉磨设备、质量检验及控制方法等都取得了巨大进步.但是,硅酸盐水泥“两磨一烧”的生产工艺消耗大量资源、能源,并且严重破坏了生态环境,成为可持续发展的严重障碍.我国水泥产量近年来居世界第一,据报道,再过30a我国生产水泥用石灰石资源将面临枯竭的危机,因此,研究开发新型绿色胶凝材料具有重要意义.

近年来国际上争相研究开发出了一系列碱激发胶凝材料,已成为常温下制备胶凝材料的重要方法和新技术.它是指由具有火山灰活性或潜在水硬性原料与碱性激发剂反应而成的胶凝材料,简称碱胶凝材料.这些原料一般都属于铝硅酸盐系列,主要包括各类天然铝硅酸盐矿物以及各种铝硅酸盐工业副产品或废渣,常见的有高炉矿渣、煤渣、钢渣、粉煤灰、磷渣、赤泥、天然火山灰、烧粘土等.其生产工艺不需经水泥生产的“两磨一烧”,而是利用碱的化学作用使硅酸盐或铝硅酸盐网络中的硅氧键断裂再聚合,生成各种含碱水合(铝)

硅酸盐反应产物,直接获得胶凝材料,具有绿色环保特性.本文对碱激发矿渣、粉煤灰及偏高岭土的反应机理及其产物进行了分析和论述.

1　碱激发粉煤灰的反应机理及产物

粉煤灰是指燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出、被收尘器收集的物质.粉煤灰颗粒是一种以Al2O3和SiO2为主要成分的微细玻璃体,其活性主要是来源于含量为50%～80%的玻璃体.但由于粉煤灰的化学组成中w(CaO)/w(SiO2)比小(约为0.1～0.15),玻璃体结构网络中[SiO4]4-聚合度高,形成较连续的三维网络结构,所以粉煤灰活性较低,一般条件下较难被碱所激发.但由于Al3+也参加粉煤灰中网络结构的形成[1],其铝酸盐网络中硅氧链断裂处的硅氧四面体(SiO44-)和Al3+代替Si4+形成的铝氧四面体(AlO45-)是不稳定的[2],当粉煤灰与碱金属溶液接触后,高pH值的氢氧化钠溶液便从表面开始对粉煤灰进行激发,逐渐破坏硅(铝)氧网络,使玻璃体结构解离,并在粉煤灰表面形成许多硅酸根离子和铝酸根离子,当系统中存在含钙物质时,他们与钙离子一起溶于水,但离子扩散速度不一致.其中的[SiO4]4-阴离子是一个解聚———聚合的过程,双聚体及其它低聚物有从单体聚合生成及多聚体解聚生成以及自身又解聚的两重反应.当达到一定浓度后在粉煤灰表面形成低钙富硅层或在附近形成低C/S的CSH层或水化铝酸钙等反应产物,随着激发作用由表向里进行,CSH层剥离并向液相空间转移.当采用水玻璃激发粉煤灰时,水玻璃中的含水硅酸钠水解后生成氢氧化钠与含水硅胶,含水硅胶结合溶

[收稿日期]2004-03-09

[作者简介]成　立(1968-),女,湖北石首人,荆门职业技术学院化学工程系讲师.研究方向:无机非金属材料科学

与工程.E-mail:cclwb.9516@.

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