NEW BUILD ING MATERIALS· 12 ·水 玻 璃 — 矿 渣 水 泥 的 缓 凝 剂 研 究摘 要 :研 究 了 磷 酸 盐 、 含 钙 材 料 对 水 玻 璃 — 矿 渣 水 泥 的 凝 结 时 间 的 影 响 试 验 结 果 表 明 ,在 常 规 水 玻 璃 掺 量 时 ,磷酸 盐 不 产 生 缓 凝 作 用 ,其 原 因 是 磷 酸 盐 阴 离 子 易 与 硅 酸 根 离 子 产 生 氢 键 缔 合 作 用 ,从 而 产 生 凝 聚 试 验 中 选 择 的 几 种含 钙 材 料 在 常 规 的 水 玻 璃 掺 量 内 有 良 好 的 缓 凝 效 果 ,含 钙 材 料 与 水 玻 璃 快 速 反 应 生 成 的 凝 胶 在 矿 渣 表 面 形 成 一 层 凝胶 体 保 护 膜 ,阻 止 了 系 统 中 OH - 对 矿 渣 活 性 的 进 一 步 激 发 ,使 水 化 产 物 的 晶 核 包 裹 在 凝 胶 中 ,阻 止 了 其 进 一 步 生 长 ,从而 延 缓 了 水 化 产 物 的 大 量 产 生 ,避 免 了 颗 粒 的 进 一 步 聚 集 ,使 系 统 的 初 凝 时 间 延 长 ,且 对 其 力 学 性 能 无 不 良 影 响 。
关 键 词 :碱 矿 渣 水 泥 ;缓 凝 剂 ;磷 酸 盐 ;含 钙 材 料Abstract : This paper studies the influence of phosphate , calcareous material on set time of water glass - slag ce2ment. The test results show the phosphate does not produce retarding action under normal addition of water glass , the rea2son is that anion of phosphate produces easily hydrogen - bonded associating action with ion of silicic acid radical so as toproduce coacervation. Several calcareous materials chose during test have good retarding result under normal addition of wa2ter glass. The gel formed from fast reaction between calcareous material and water glass will form a protecting film of col2loid on the surface of slag , thus to prevent OH - of the system exciting slag further more. It also makes crystallite of hy2drate wrapping into gel , thus stop its growing , therefore to delay production of great hydrate and to avoid further aggregationof particles. It makes the initial setting time of system prolong without any bad affection on its mechanical property.Key words : basic slag cement ; retarder ; phosphate ; calcareous material焦 宝 祥(盐 城 工 学 院 材 料 系 ,江 苏 省 盐 城 市 224003)碱 — 矿 渣 水 泥 具 有 优 良 的 水 硬 性 能 ,是 一 种 很 有 发 展 潜力 的 新 型 胶 凝 材 料 。
苏 、 中 、 美 、 英 、 加 、 澳 等 国 家 都 对 其 进 行了 广 泛 的 研 究 ,但 碱 — 矿 渣 水 泥 应 用 的 瓶 颈 之 一 是 其 凝 结 速度 太 快 ,虽 然 有 一 些 碱 — 矿 渣 水 泥 的 缓 凝 剂 研 究 报 道 ,但 可重 复 性 不 高 ,有 时 甚 至 是 相 互 矛 盾 的 因 此 ,分 析 其 中 的 原因 ,进 一 步 研 究 用 于 碱 — 矿 渣 水 泥 的 缓 凝 剂 非 常 必 要 1 原 材 料 与 试 验 方 法1. 1 原 材 料矿 渣 (Slag) :为 上 海 宝 钢 水 淬 矿 渣 ,用 试 验 小 磨 磨 细 ,80μ m筛 筛 余 3. 4 % ,经 X - 射 线 衍 射 分 析 主 要 矿 相 为 玻 璃 体 ,其 化 学 组 成 为 : SiO2 36. 37 % , CaO 37. 73 % ,Al2O3 13. 21 % ,MgO 7. 01 % ,Fe2O3 1. 98 %水 玻 璃 (WG) :为 市 售 商 品 水 玻 璃 ,其 主 要 成 分 为 SiO227. 86 % ,Na2O 7. 98 % , H2O 65. 50 % ,模 数 为 3. 49。
用 化 学 纯NaOH调 制 ,得 到 模 数 1. 35 ,含 固 量 为 30 %的 溶 液 含 钙 材 料 :Ca(OH) 2、 Ca(NO3) 2 为 分 析 纯 试 剂 ;水 泥 为 强度 等 级 为 42. 5级 的 硅 酸 盐 水 泥 化 学 建 材 Chemical Building Materials图 4 是 模 型 Ⅱ 在 混 凝 土 干 收 缩 值 r = 5/ 10 000 时 ,节 点最 大 主 应 力 分 布 图 与 图 2 相 比 ,图 4 中 的 最 大 主 应 力 值 不但 减 小 了 许 多 ,而 且 拉 应 力 减 少 了 许 多 ,稀 疏 了 许 多 ,这 表 明该 墙 板 不 易 产 生 开 裂 图 4 模 型 Ⅱ 节 点 最 大 主 应 力 分 布(图 中 方 框 格 为 配 筋 )4 结 论(1)平 面 钢 丝 墙 板 产 生 裂 缝 的 主 要 原 因 是 混 凝 土 的 干 收缩 值 偏 高 ,最 大 主 应 力 超 过 了 混 凝 土 的 抗 拉 强 度 而 产 生 建议 进 行 材 料 的 配 比 研 究 ,使 混 凝 土 的 干 收 缩 值 能 有 效 地 控 制在 5/ 10 000以 内 。
2)将 混 凝 土 的 干 收 缩 值 控 制 在 5/ 10 000 ,并 采 用 布 置 空间 钢 丝 网 架 、 预 留 收 缩 孔 、 改 善 墙 板 支 承 方 式 的 综 合 方 案 设计 墙 板 ,拆 模 后 适 当 进 行 人 工 养 护 ,可 以 解 决 墙 板 开 裂 收 稿 日 期 :2002 — 01 — 28联 系 地 址 :黄 石 市 黄 石 高 等 专 科 学 校 土 建 系联 系 电 话 :13972780083· 13 ·新 型 建 筑 材 料 11/ 2002磷 酸 盐 :磷 酸 二 氢 钠 (NaH2PO4) 、 多 聚 磷 酸 钠 (Na5P3O10) 、磷 酸 氢 二 钠 (Na2HPO4) 、 磷 酸 钠 (Na3PO4) 1. 2 试 验 方 法水 玻 璃 — 矿 渣 水 泥 凝 结 时 间 测 定 :将 矿 渣 、 水 玻 璃 、 水 及外 加 剂 按 一 定 比 例 加 入 到 净 浆 搅 拌 机 ,拌 和 3 min ,凝 结 时 间用 维 卡 仪 按 GB 1346— 89进 行 水 玻 璃 — 矿 渣 水 泥 系 统 强 度 试 块 的 制 备 和 测 定 :用 W/C = 0. 32净 浆 ,水 玻 璃 掺 量 为 矿 渣 质 量 的 6 % ,3 cm× 3 cm× 5cm试 模 成 型 ,在 潮 湿 空 气 中 养 护 1 d 脱 模 ,并 在 潮 湿 空 气 中养 护 至 各 龄 期 ,用 NYL — 300型 试 验 机 测 试 抗 压 强 度 。
2 试 验 结 果 与 讨 论2. 1 标 准 养 护 下 影 响 初 凝 时 间 的 因 素表 1 是 水 灰 比 和 水 玻 璃 掺 量 对 水 玻 璃 — 矿 渣 水 泥 初 凝时 间 的 影 响 由 表 1 可 见 ,当 水 玻 璃 掺 量 一 定 时 ,随 着 水 灰 比 的 增加 ,初 凝 时 间 延 长 ;当 水 灰 比 不 变 时 ,随 着 水 玻 璃 含 量 的 增加 ,凝 结 时 间 缩 短 其 原 因 是 低 水 灰 比 下 ,碱 浓 度 增 加 更 快 由 此 可 以 看 出 ,初 凝 时 间 主 要 与 体 系 中 碱 溶 液 浓 度 有 关 ,即水 化 产 物 生 成 速 度 与 溶 液 各 种 离 子 浓 度 尤 其 是 碱 离 子 浓 度有 关 ,碱 离 子 浓 度 越 高 ,水 化 产 物 生 成 速 度 越 快 ,凝 结 速 度越 快 另 外 ,在 碱 浓 度 一 定 的 情 况 下 (10. 7 %水 玻 璃 液 相 浓度 )即 水 玻 璃 掺 量 分 别 为 2. 6 %、 3. 0 %和 3. 8 % ,对 应 的 水 灰比 为 0. 24、 0. 28 和 0. 36 时 ,初 凝 时 间 分 别 是 18 min、 37 min和 67 min ,这 说 明 水 玻 璃 掺 量 虽 然 是 通 过 浓 度 对 凝 结 时 间产 生 影 响 ,但 初 凝 时 间 还 与 单 位 体 积 内 水 化 产 物 的 数 量 有关 。
由 此 可 见 , (1)在 水 玻 璃 掺 量 一 定 时 ,水 灰 比 越 大 ,水 玻璃 浓 度 越 小 ,初 凝 时 间 越 长 ,即 凝 结 越 易 控 制 ; (2) 在 水 灰 比一 定 时 ,水 玻 璃 浓 度 越 大 ,凝 结 时 间 越 短 ,且 随 着 水 玻 璃 浓 度增 加 ,增 大 水 灰 比 调 节 凝 结 时 间 的 能 力 下 降 2. 2 缓 凝 剂 对 凝 结 时 间 的 影 响文 献 报 道 的 水 玻 璃 — 矿 渣 水 泥 的 缓 凝 剂 有 磷 酸 盐 、 碳 酸盐 、 石 灰 、 水 泥 熟 料 、 硝 酸 钙 和 有 机 硅 等 物 质 [1 ] 但 研 究 的 结 果有 很 大 差 异 ,有 时 是 相 互 矛 盾 的 ,有 必 要 对 其 进 一 步 研 究 2. 2. 1 磷 酸 盐 对 凝 结 时 间 的 影 响表 2 是 几 种 磷 酸 盐 对 水 玻 璃 — 矿 渣 水 泥 凝 结 时 间 的 影响 ,其 水 玻 璃 掺 量 为 矿 渣 量 的 3 % ,水 灰 比 为 0. 28(液 相 中 水玻 璃 质 量 百 分 浓 度 为 10. 7 %) 。
从 表 2 可 以 看 出 ,多 聚 磷 酸 钠 掺 量 为 0. 25 %时 即 具 有良 好 的 缓 凝 作 用 ,掺 量 增 加 凝 结 时 间 反 而 缩 短 ,达 2 %时 则 具有 促 凝 作 用 磷 酸 二 氢 钠 掺 量 为 0. 25 % ,即 产 生 缓 凝 作 用 ,2 %时 缓 凝 作 用 最 大 ,初 凝 时 间 达 210 min ,到 4 %时 则 产 生 速凝 作 用 其 它 磷 酸 盐 也 有 类 似 的 规 律 ,只 不 过 最 佳 掺 量 有 所不 同 :磷 酸 钠 为 0. 5 % ,磷 酸 氢 二 钠 为 0. 5 %～ 1. 0 % 其 最 佳掺 量 的 排 列 顺 序 是 :多 聚 磷 。