三种碱激发胶凝材料的反应机理及其产物(2)

三种碱激发胶凝材料的反应机理及其产物

液中的Ca2+和OH-生成CSH,并使溶液的pH值下降.溶液的pH值变化反过来又促进水玻璃进一步水解.NaOH在水化初期主要对粉煤灰起激发破键作用,到反应后期,溶液中的Na+亦积极参与跟Ca2+、Mg2+进行的阳离子交换反应,形成无定形的或低结晶度的含碱的富铝水化硅酸钙,钠离子在其中起到平衡结构中的负电荷的作用,这些含碱的水化产物可能是一种无定形的碱铝硅酸盐的沸石类产物或结构上类似于沸石的前驱体的无定形铝硅酸凝胶[3].

2　碱激发矿渣的反应机理及产物

粒化高炉矿渣(简称矿渣),,土的混合材或掺和料之外,.

矿渣是在1350℃～1550℃,2.8g/cm3,比铁水轻(铁水密度为7.0～8.0g/3,定期从排渣口排出,经水或空气急冷后处理成为粒状的颗粒,.,其玻璃体含量可高达95%以上.

,.但常用的公式有3个[4],即碱性系数Mo、质量系数K和活度系数Mn.(CaO+MgO)与酸性氧化物(Al2O3+SiO2)的比值.根据碱性系数Mo的大小,可以将矿渣分为三种:Mo>1的矿渣称为碱性矿渣,Mo=1的称为中性矿渣,Mo<1的称为酸性矿渣.

质量系数(K)的具体规定如下式:

K=SiO2+MnO+TiO2

式中CaO、MgO、Al2O3、SiO2、MnO、TiO2为相应氧化物的质量百分数.质量系数K反映了矿渣中活性与低活性和非活性之间的比例,质量系数K越大,则矿渣活性越高.在我国的国标中,要求质量系数K≥

1.2.活度系数Mn是指氧化物Al2O3与SiO2的质量比,一般要求活度系数Mn>0.12.三个系数值越大,活性越高.

粒化高炉矿渣的活性与其化学组成、玻璃体含量及细度有关.Taleing等对矿渣的结构特征与其水硬活性的关系进行了深入的研究,认为矿渣是结晶相和玻璃相的聚合体,前者是惰性组分,后者是活性组分.因此玻璃相的成分越多,矿渣的活性就越大,而相对于玻璃相而言,玻璃网络体的聚合度越小,其水硬活性越高[5].

徐彬和蒲心诚对矿渣玻璃体结构作了进一步的研究[6],他们认为矿渣玻璃体是一种分相结构,由连续的富钙相(占多数)和不连续的富硅相(占少数)组成.而连续的富钙相将非连续的富硅相包裹于其中.因而富钙相是矿渣玻璃体的结构形成体,维持着矿渣玻璃体结构的稳定.富钙相的主要网络形成体中的Ca-O、Mg-O键比富硅相中的Si-O键弱得多,同时富钙相的结构具有多相性,是由许多化学成分和结构相近的极微小单元聚集在一起形成的堆聚结构,因此具有庞大的内比表面积,从而具有较高的热力学不稳定性,故富钙相的水硬活性高于富硅相;另一方面,富钙相又具有一定的动力学稳定性,必须克服一定的活化能才能使其破坏.

当细磨矿渣单独调水时,由于水分子的作用不足以克服富钙相的分解活化能,富钙相在水中能够保持其结构的稳定,这时只有少量的Ca2+

离子释放到溶液中,并在矿渣颗粒表面形成一层缺钙的硅铝酸盐酸性保护膜,这层保护膜,相对于水来说是不渗透的,从而阻止了矿渣的进一步水化.当矿渣遇到水玻璃或其他强碱溶液时,矿渣在OH-离子的强烈作用下克服了富钙相的分解活化能,破除先前所形成的酸性保护膜,并继续深入到富硅相当中,促使Si-O-Si、Si-O-Al、Al-O-Al等键断裂,玻璃体结构解体,产生的SiO44-、AlO45-、Ca2+离子进入溶液,重新组合,形成新的水化产物,即发生[SiO4]4-阴离子解聚———聚合反应.这一过程总的来说是[SiO4]4-单体含量减少,高聚物含量增多,双聚体及其他低聚物则有从单体聚合、多聚体解聚生成以及自身又解聚的两重反应[7].禹尚仁和王悟敏[8]也认为,硅酸钠矿渣水泥的水化,既有硅酸根离子的缩聚作用,又有在碱性激发下多硅酸根阴离子的解聚作用,但整个水化过程以缩聚反应为主.由于硅酸钠水溶液中有大量的[SiO2(OH)2]2-离子存在,大大加快了硅酸根阴

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