水玻璃的模数和掺量对钢矿粉活性影响研究★

2014-11-26林茂松於林锋

山西建筑 2014年29期

林茂松王琼於林锋

(上海市建筑科学研究院，上海 200032)

钢渣是炼钢过程中产生的副产物，产量约为粗钢产量的15% ～20%［1］。其化学成分与水泥熟料类似，具有一定的水硬性。但由于钢渣生成温度更高，其中C3S和C2S等活性组分结晶致密，晶粒较大，水化活性偏低，钢渣微粉单独作为掺合料的资源化利用技术尚不成熟，目前大多采用钢渣与矿渣复配钢矿粉进行生产与应用。

选用合适的激发剂对钢矿粉活性进行活化处理，可提高钢渣在钢矿粉中的利用率及成品的性能，对钢渣综合利用的规模化推广具有重要意义［2-4］。水玻璃具有硅酸盐和碱激发双重作用，在水泥基材料中具有较好的激发效果［5］。本文研究水玻璃的模数和掺量对钢矿粉活性的影响，为钢渣的高效活性激发提供依据。

1 试验方法

1.1 原材料

1)钢渣粉由上海海笠新型建材有限公司提供，S95矿粉由上海宝田新型建材有限公司提供，其化学组成见表1。

表1 钢渣粉、矿渣粉的主要化学成分 %

2)基准水泥由曲阜中联水泥有限公司提供。

3)水玻璃激发剂由上海国药集团化学试剂有限公司提供，通过添加氢氧化钠调节水玻璃模数。

1.2 试验方法

钢渣粉与矿渣粉按3∶7比例复配钢矿粉，水玻璃模数通过氢氧化钠调节，分别以一定掺量在胶凝材料搅拌过程中以内掺法取代钢矿粉，掺量以Na2O计，水玻璃中水分在搅拌水中扣除，试验配比见表2。参照GB/T 18046-2008用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉测定不同模数和掺量下钢矿粉的3 d，7 d，28 d活性指数。

表2 水玻璃模数和掺量对钢矿粉活性影响试验配比 %

2 结果与讨论

不同模数和掺量的水玻璃对钢矿粉活性指数影响试验结果见图1～图4。

图1 不同掺量，模数为1.0的水玻璃对钢矿粉活性指数的影响

由图1可知，当水玻璃模数为1.0时，钢矿粉各龄期活性指数随着水玻璃的掺量增加先上升再降低，在掺量为1.5%时达到最大值，其对钢矿粉3 d，7 d，28 d各龄期的活性指数改性效果分别为12%，9%，3%。

图2 不同掺量，模数为1.6的水玻璃对钢矿粉活性指数的影响

图3 不同掺量，模数为2.2的水玻璃对钢矿粉活性指数的影响

图4 不同掺量，模数为2.8的水玻璃对钢矿粉活性指数的影响

水玻璃对钢矿粉的激发具有碱激发与硅酸盐激发双重作用。其中水玻璃的加入大大提高了液相的pH值，碱金属在OH-环境下，可以置换出钢矿粉中Ca2+，Mg2+等阳离子、加速钢矿粉中硅氧根、铝氧根的解离，进入液相并参与水化反应;另一方面，水玻璃在溶液中水解为［SiO4］离子，可以直接参与C-S-H等主要水化产物的生成。但当水玻璃掺量过高时，胶凝体系中碱含量过量，多余的OH-将以氢氧化钙等形式结晶富集，进而降低其力学性能。

图5 不同掺量，模数为3.4的水玻璃对钢矿粉活性指数的影响

由图2～图4可知，不同模数和掺量对钢矿粉活性的影响规律相同，均为先升后降。但随着水玻璃模数的提高，各模数条件下的激发效果最优掺量逐渐降低，当模数为1.6时，最优掺量为1.5%;模数为 2.2 时，最优掺量为 1.0%;模数为 2.8 时，最优掺量为0.5%。这是由于水玻璃的模数对其中［SiO4］的结构形态有较大的影响。在水玻璃中，存在着多种聚合度的［SiO4］基团，当模数小于1.5时，水玻璃溶液中存在单聚结构的［SiO4］基团，当模数不断提高，其中双聚、三聚［SiO4］基团数量逐渐增加，可有效地促进钢矿粉中铝硅玻璃相的解聚及水化产物的生成，激发效率提高，表现为最优掺量下降。但是，随着模数的提高，水玻璃中Si-O-Si网络结构趋于完整，双聚、三聚［SiO4］等基团在溶液中解聚溶解需额外的水分，并加速试样的凝结硬化，减少了钢矿粉水化所需的水分和时间，对胶凝体系强度发展不利。当模数为3.4时(见图5)，水玻璃的掺入反而降低了钢矿粉的活性指数，不能作为激发剂使用。

由此可知，只有水玻璃模数和掺量在适宜的范围，才能发挥最好的激发效果。对比各模数、最优掺量条件下对钢矿粉的激发效果可知，当水玻璃模数为1.6%，掺量为1.5%时，其对钢矿粉3 d，7 d，28 d各龄期的活性指数改性效果最优，分别为10%，11%，5%。