本文选自《商品混凝土》杂志2021年第3期
激发大掺量矿粉水泥砂浆的早期性能研究
陈晶，赵鲁卿，朱立德，陈忠华，王宗森，郭翠芬，郭群
［摘 要］本文主要研究了不同激发剂对于大掺量矿粉水泥砂浆早期性能的影响规律。在矿粉替代量为70% 的水泥砂浆中，复掺 1% 硅酸钠（模数：2.2）、3% 硫酸钙和 2% 的氧化钙的早期性能最优。3 天和 7 天抗压强度都略高于相同强度等级的纯水泥砂浆。此外，碱激发矿粉胶凝材料体系自干燥收缩大的问题也得到解决。
［关键词］矿粉；碱激发；早期性能；干燥收缩
0 引言
水泥混凝土材料自问世以来已经经历了近两百年的发展历史，是支撑国民经济建设和社会发展的重要基础材料，广泛应用于道路、桥梁、铁路、地下、海洋及军事等领域中，发挥着不可代替的作用和功能 [1] 。在给人类社会带来便利的同时，也给自然资源、大气环境等方面带来了巨大挑战 [2,3] 。水泥的烧结过程不仅消耗了大量的矿物资源，而且带来了巨大的污染排放问题。在不损失性能的前提下，减少水泥用量是众多学者们不断探索的方向 [4-8] 。高温熔融的矿渣是工业炼铁的废弃物，在水淬冷却后会形成大量的玻璃相，不仅具有火山灰活性，其富钙成分也赋予其潜在的胶凝活性。但矿粉的水化活性与水泥无法相提并论，导致在大掺量引入矿粉后，早期性能明显不足。因此，需要加入一定量的激发剂来更好地激发矿粉的早期活性。
矿粉的玻璃体结构主要由钙、硅和少量的铝、镁组成，在碱性条件下可以发生裂解，溶解出不同离子参与水泥水化反应。常用的碱激发试剂有氢氧化钠、硅酸钠、碳酸钠、硫酸钠等 [9-12] 。在这其中，硅酸钠又称水玻璃，是最受关注且效果很好的激发矿渣的化学试剂。水玻璃是一种强碱弱酸盐，呈碱性，不仅可以配合氢氧化钠调节模数，破坏矿粉的玻璃体结构，而且区别于其他的激发剂，水玻璃具有的硅元素是 C-S-H 凝胶合成的重要元素，对于早期性能的贡献有很大帮助。故本文采用硅酸钠为激发试剂，并加入适量的石膏和氧化钙进行调控，研究在不同激发条件下矿粉水泥砂浆的早期性能和水泥石中水化产物的组成、微结构和水化进程，优选出了在 70% 矿粉掺量下的最佳激发方案。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料与样品制备
大掺量矿粉水泥砂浆采用 P·I42.5 基准水泥、磨细马钢矿粉和标准砂制备。其中马钢矿粉来源于安徽马钢嘉华新型建材有限公司，主要性能与化学组成见表 1；矿粉水泥砂浆制备水胶比为 0.5，矿粉替代率为水泥质量的 70%，胶砂比为 1:3；激发剂选用模数 2.2 的水玻璃（Na 2 SiO 3 ·9H 2 O）、硫酸钙（CaSO 4 ·2H 2 O）和氧化钙（CaO），掺量变化为胶凝材料质量分数的 1%～5%（C 代表水泥、KF70 代表矿粉掺量 70%，N 代表 1% 硅酸钠，C3 代表 3% 掺量二水石膏，C5 代表 5% 掺量二水石膏，C2 代表 2% 掺量 CaO）。矿粉水泥砂浆的配合比如表 2 所示，掺或不掺激发剂的大掺量矿粉水泥砂浆的制备参照 GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度试验》方法进行，在标准养护条件下养护至一定龄期。为进行微观分析，还采用同样原材料制备掺或不掺激发剂的大掺量矿粉水泥净浆，水胶比为 0.4。
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