关键词：
复合胶凝材料配伍技术研究（共7篇）
篇1：复合胶凝材料配伍技术研究
复合胶凝材料配伍技术研究
武广客专设计时速为350km/h,设计使用寿命为1,对混凝土的耐久性等提出很高的.要求,按普通配合比设计规范设计采用单一的胶凝材料配制混凝土已不能满足高性能混凝土的质量要求,复合混凝土胶凝材料,将胶凝材料中的两种、三种、或四种进行复配,通过试验确定其最佳复配比例,然后将其掺入混凝土中改善混凝土的性能,对各种胶凝材料的配制技术的研究,减少了高性能混凝土配合比的设计时对选材的困惑.
作 者：唐希峰 TANG Xi-feng 作者单位：中铁十一局集团第三工程有限公司,湖北,十堰,44刊 名：石家庄铁路职业技术学院学报英文刊名：JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAY TECHNOLOGY年，卷(期)：9(1)分类号：U416.216关键词：高性能混凝土 配合比设计 胶凝材料配伍
篇2：复合胶凝材料配伍技术研究
碱激活粉煤灰-矿渣-煤矸石复合体系胶凝材料强度研究
碱激活粉煤灰-矿渣-煤矸石复合体系胶凝材料较优养护环境为20±1℃、相对湿度90%湿气养护,其在28d养护龄期内强度发展势头较好.碱激活粉煤灰-矿渣-煤矸石复合体系胶凝材料28d、40d强度随煤矸石含量(30%~50%)的增加而增加,随矿渣含量增加而增加,随水玻璃:氢氧化钠值的增加而先增大后降低,随液胶比的.增加而降低,随激发剂的增加而先增大后降低.粉煤灰受碱性激发水化硬化较缓慢,在28d龄期对材料的强度增长贡献不大,但在40d龄期对材料强度的提高作用就较为明显了.碱激活粉煤灰-矿渣-煤矸石复合体系胶凝材料较优制备参数为煤矸石:矿渣:粉煤灰为5:4:1,水玻璃:氢氧化钠为5:1,激发剂掺量为20%该配比下,材料在0.40水灰比条件下,28d强度达到17.7MPa,40d强度达到41.55MPa.
作 者：李晓 牛晚扬 潘文浩 Li Xiao Niu Wanyang Pan Wenhao 作者单位：沈阳建筑大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳,110168刊 名：粉煤灰英文刊名：COAL ASH CHINA年，卷(期)：20(3)分类号：X705关键词：激发剂 煤矸石 矿渣 粉煤灰 胶凝材料
篇3：复合胶凝材料配伍技术研究
烟气脱硫石膏是对含硫燃料燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏。近几年我国脱硫石膏的产量越来越高,而品质优良的天然石膏储备日益减少,脱硫石膏的加工与应用蕴藏着巨大的市场机遇[1]。
国外对脱硫石膏的研究和利用已经有很长的历史。如在日本,脱硫石膏占日本国内石膏总消耗量的20%～25%,是日本石膏工业的重要来源。在美国,将脱硫石膏与粉煤灰及少量石灰混合,形成烟灰材料,利用这种材料在凝结反应过程中产生的强度,作为路基、路面下基层或平整土地所需砂土。在德国,脱硫石膏主要在建筑工业领域应用,约占德国石膏需求总量的50%,估计脱硫石膏将来会100%取代天然石膏用于生产胶凝性墙板和水泥[2,3,4]。在我国,脱硫石膏产生的历史很短,综合利用也是刚刚起步,对其应用价值和市场竞争力普遍认识不够。目前国内几乎所有关于脱硫石膏的文献都是对水泥调凝剂、砌块、石膏板以及粉刷石膏的研究[5,6,7,8],而本文提出了一条新的使用脱硫石膏的技术路径:拟将脱硫石膏低温热激活后再与含适当矿物组分的工业废物或天然矿物材料配伍,使其成为具有高活性的水硬性胶凝材料,用以替代一定量的水泥。该水硬性胶凝材料可单独使用,也可与其他辅助胶凝材料复配使用,用于水泥混凝土制备行业。
本文首先从脱硫石膏(简称FGD)的低温热激活研究出发,研究了不同温度激活FGD的溶出速度及物相组成,再将热激活后的FGD与含铝掺合料(简称HL)配伍成为水硬性FGD辅助胶凝材料(简称FGD胶凝材料),并将其替代一定量的水泥成为FGD-水泥复合胶凝体系(简称FGD复合胶凝体系)。通过分析FGD胶凝材料对FGD复合胶凝体系蒸养及标养胶砂活性的影响来研究FGD的最佳热激活温度;通过研究不同活性的HL对FGD胶凝材料配伍比例的影响,并依据HL活性初步确定了FGD胶凝材料的配伍范围;最后通过长期泡水方法对体系体积稳定性的研究来探寻FGD胶凝材料最合适的配伍比例。
1 试验材料及方法
1.1 原材料
本文采用的FGD及HL的产地及成分见表1,水泥采用上海海螺水泥有限责任公司生产的P·O42.5水泥。其中3种HL的比表面积均为1 370m2/kg。
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1.2 试验内容及方法
1.2.1 FGD热激活及其溶解度测定与物相分析
FGD热激活试验所用设备为上海科成DRY-36高温工业炉,煅烧所用匣钵尺寸为150mm×150mm×500mm,重1kg,FGD层厚500mm(放满)。4个匣钵放入高温炉内煅烧,从室温升至所需温度(400℃、500℃、600℃、700℃及800℃),保温1h,打开炉门自然降温冷却。
对不同温度激活后的FGD进行溶解度测定试验。试验方法是利用“732”苯乙烯强酸性阳离子交换树脂对石膏溶液进行阳离子交换处理,再用酸碱滴定法测量并计算出溶液中的CaSO4浓度。
为了解不同温度激活后的FGD的物相组成,分别对各温度处理后的FGD进行XRD分析。
1.2.2 FGD复合胶凝体系活性指数测定
FGD复合胶凝体系胶砂强度测定针对FGD不同煅烧温度在蒸养条件下进行7组试验(基准、未煅烧、400℃、500℃、600℃、700℃及800℃),在标养条件下进行2组试验(未煅烧及800℃)。除蒸养基准组(全水泥)外,每组试验FGD胶凝材料替代50%的水泥且采取3种不同的组成(FGD/HL比例分别为5∶5、6∶4及7∶3)。试验采用焦作HL。本文按照GB/T17671—1999(ISO法)规定的方法来测定胶砂强度。
FGD复合胶凝体系活性指数定义为掺FGD胶凝材料的水泥与纯水泥强度之百分比。蒸养活性指数是指试件经一定时间蒸养后即时测得的强度与同条件下纯水泥强度之百分比。
蒸养所采用的设备为YH-0B型蒸汽养护箱,试条成型后,立即带模蒸养。蒸养制度:在15℃静停120min;然后升温至60℃,升温时间120min;在60℃恒温6h;降温至15℃,降温时间为120min;关闭蒸养箱,冷却至室温。
1.2.3 HL掺合料活性对FGD胶凝材料配伍的影响
活性铝溶出量是指经过酸处理的HL溶出Al2O3的量占试样总质量的百分数。铝离子与EDTA在pH为3～6范围内可定量络合,但由于常温条件下络合速度缓慢,必须先加入过量EDTA,再以亚硝基红盐为指示剂,以铜盐进行返滴定,在pH为4.5条件下,指示剂由黄色经翠绿色突变为草绿色为终点,根据硫酸铜溶液消耗量计算活性Al2O3含量。
针对不同产地(不同活性)的HL在蒸养条件下进行3组复合胶凝体系强度试验,每组试验FGD胶凝材料替代50%的水泥且采取3种不同的组成(FGD/HL比例分别为5∶5、6∶4及7∶3)。其中FGD采用经过800℃热激活试样。
1.2.4 体积稳定性试验
针对养护制度的不同做2组试验,每组试验除基准组为全水泥外,FGD胶凝材料替代50%的水泥且采取3种不同的组成(FGD/HL比例分别为5∶5、6∶4及7∶3),其中FGD采用经过800℃热激活试样,HL采用河南焦作试样。采用砂浆试样条长期泡水并观察其是否开裂和变形的方法来验证其体积安定性,浸泡时间长达1年。
采用蒸养条件下4种不同组成(不含FGD胶凝材料,含FGD胶凝材料:FGD/HL比例分别为5∶5、6∶4及7∶3)的试件,按JC/T603—1995进行水泥胶砂干缩率试验。其中FGD采用经过800℃热激活试样,HL采用河南焦作试样。
2 结果与分析讨论
2.1 FGD热激活后的物相分析及其溶解特性
FGD胶凝材料为体系提供强度的原理是:在Ca(OH)2的激发下,CaSO4与HL中的活性铝反应,生成水硬性胶凝产物。为避免该水化产物在后期大量生成导致安定性不良,希望其尽可能在前期完成。通过研究FGD溶出速度和物相组成探讨FGD最佳热激活温度。
图1是对不同温度激活的FGD进行XRD物相分析。从XRD分析中可以看出,FGD在煅烧温度超过500℃后主要成分为无水硫酸钙。资料显示,石膏经400℃煅烧后应无半水石膏,但从图1可以看出,400℃煅烧后的FGD仍存在一定量的半水石膏,这是因为炉内匣钵中FGD层太厚(500mm)而导致没有煅烧完全。
对不同温度煅烧的FGD在纯水中不同龄期的溶解度的试验结果进行数据分析,发现各煅烧FGD在纯水中的溶解度S(以g/L来表示CaSO4浓度)与溶解时间t(min)的双对数lglg t之间存在着良好的线性关系,线性相关系数r均在0.98以上,斜率表征FGD在纯水中的溶出速度,如表2所示。
从表2中可以看出,FGD溶出速度随着煅烧温度的升高而增大,由未煅烧时的0.176升高到800℃的0.322。
2.2 FGD热激活温度及配伍比例对FGD复合胶凝体系活性的影响
2.2.1 FGD热激活温度对蒸养条件下胶砂活性的影响
蒸养条件下FGD不同热激活温度及FGD/HL不同配伍比例下的复合胶凝体系不同龄期的胶砂活性指数变化如图2～图4所示。
从图2～图4可以看出,复合胶凝体系活性指数随着HL的掺量增加而增加,在FGD/HL配比为5∶5时,FGD在各种不同热激活温度下的复合胶凝体系活性指数均是最大的。
由图2～图4还可以分析出,三种配比中经400℃激活的FGD的蒸养后的活性指数均最低,这是因为FGD煅烧不彻底,含有相当一部分的半水石膏,遇水后发生化学反应,产生胶凝特性,它不能参与复合胶凝体系的水化反应,同时半水石膏吸水变成二水石膏,吸收了大部分水分,造成胶凝体系没有足够的水分充分水化,因此造成了强度的大大下降。
从图2～图4进一步可以分析出,未煅烧的FGD和经500℃以上处理的FGD的蒸养、7d、28d胶砂活性指数总体来说相差不大。这是因为尽管煅烧FGD在纯水中的溶出速度随着热激活温度的升高而增大,因此激活温度越高,体系生成的产物速度本应该就越快,但由于蒸养能够促进反应加速,从而掩盖了热激活后FGD溶出速度提高的优势。
2.2.2 FGD热激活对标养条件下胶砂活性的影响
在标养条件下FGD热激活对复合胶凝体系力学性能的影响见图5及图6。
由图5和图6分析得出,在标准养护条件下,经800℃激活的FGD复合胶凝体系7d、28d强度明显高于未煅烧的FGD,这是因为FGD经热激活后在水中的溶解速度要高于未煅烧的FGD,溶解速度的提高加速了FGD参与水化反应,从而提高了强度的发展。因此热激活在标养条件下有助于FGD复合胶凝体系强度的发展。
2.3 HL掺合料活性对FGD胶凝材料配伍的影响
表3列出了来自河南巩义、焦作和开封三个产地的HL活性铝的溶出量检测结果。图7所示的是不同HL对FGD复合胶凝体系蒸养强度的影响。表4列出了根据FGD中CaSO4和HL中活性Al2O3的含量计算出的FGD胶凝材料各个配比中CaSO4/活性Al2O3的摩尔比。
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由图7可分析出,各配比下FGD胶凝材料含焦作HL的试件蒸养活性指数均最大,含巩义HL试件的蒸养活性指数最小,这与不同HL活性铝含量相一致,即活性铝含量越高,体系蒸养活性指数越高。因此FGD复合胶凝体系除与HL的掺量有关,还与HL中活性铝含量有关。
活性铝含量低(如巩义HL及开封HL)不适合与FGD配伍制备FGD胶凝材料,因为HL活性铝含量过低导致体系蒸养活性指数相对过低,要提高体系活性则需提高HL的掺量,从而降低了FGD的利用率。因此开封试样及巩义试样不利于保证FGD较高的利用率。
HL中活性铝含量较高时(如焦作试样活性Al2O3大于40%),选择FGD与HL的配伍以CaSO4/活性Al2O3摩尔比≤2时,FGD复合胶凝体系蒸养活性指数较高(如图7中5∶5和6∶4的焦作试样蒸养活性指数能达到180%以上),当摩尔比达到3左右时(即图7中的7∶3焦作试样),体系蒸养活性指数明显下降(降到150%)。因此焦作试样既保证FGD高的利用率又使复合胶凝体系活性满足要求。
2.4 FGD复合胶凝体系体积稳定性
2.4.1 长期浸泡安定性
在标养条件下,只有FGD/HL比例为7∶3的试样(即CaSO4/活性Al2O3摩尔比为3以上)的FGD复合胶凝材料砂浆试样安定性不好,如图8(a)所示,照片中黑色方框圈出的是裂纹出现比较明显的部分,图8(b)是该部分放大后的照片,其他配比下的试件既无起拱弯曲现象也无裂纹出现,证明安定性良好;在蒸养条件下,试验中所有配比下的胶砂试件均无起拱弯曲现象也无裂纹出现,证明蒸养条件下的试件安定性良好。对比图8(c)和图8(a),相同CaSO4/活性Al2O3摩尔比试样经过蒸养后的试件安定性要好于标养条件下的试件,这是因为蒸养提高了水化反应速率,使得大部分反应在前期完成,后期生成的产物少,从而不会影响体积安定性,标养条件下后期反应相对较多则会导致安定性不良。
综合考虑FGD复合胶凝体系活性、安定性及FGD多用原则,HL活性Al2O3含量超过40%时,FGD与HL配比以CaSO4/活性Al2O3摩尔比达2左右,既能达到较高的活性,又能满足安定性要求。
2.4.2 干缩性
在蒸养条件下各配合比胶砂试样干缩率见图9。
由图9可以看出,经过蒸养后,不含FGD胶凝材料的基准组随着龄期的增加干缩值增大,而掺有FGD胶凝材料的试样出现一定程度的膨胀,并且随着CaSO4/活性Al2O3摩尔比增加膨胀值增大,在28d后不再变化。这是因为掺有FGD胶凝材料的组分中FGD与HL在蒸养条件下水化反应生成钙矾石,造成试样早期一定程度的膨胀,但是28d后几乎没有膨胀,说明后期体积稳定性较好。由上节讨论可知,这种膨胀并没有对试件体积长期安定性造成影响,相反还可能在一定程度上解决了水泥基材料因干缩而出现的开裂问题。
3 结论
1)随着煅烧温度的升高,脱硫石膏的溶解速度变大;脱硫石膏在煅烧温度超过500℃后主要成分为无水硫酸钙。
2)蒸养条件下,脱硫石膏的热激活对脱硫石膏复合胶凝体系活性指数影响不大;但在标养条件下,热激活对脱硫石膏复合胶凝体系强度发展有明显促进作用。
3)从脱硫石膏复合胶凝体系活性角度来看,含铝掺合料中活性铝含量较低时(活性Al2O3含量为30%左右),不宜用于与脱硫石膏配伍;活性Al2O3含量较高时(活性Al2O3含量大于40%),选择脱硫石膏与含铝掺合料按CaSO4/活性Al2O3摩尔比≤2时,脱硫石膏复合胶凝体系蒸养活性指数能达到180%以上。
4)在蒸养条件下,不同配比脱硫石膏复合胶凝体系的砂浆试样浸泡安定性均良好,且试样在早期出现一定程度的膨胀,不仅没有对体系造成安定性问题,相反在一定程度上解决了水泥基材料因干缩而造成的开裂问题;在标养条件下,除脱硫石膏与含铝掺合料比例特别高(7∶3),即CaSO4/活性Al2O3摩尔比为3以上的脱硫石膏复合胶凝材料砂浆试样安定性不好外,其他配比下的试件安定性均良好。
5)综合考虑脱硫石膏复合胶凝体系活性、安定性及脱硫石膏多用原则,含铝掺合料中活性Al2O3含量超过40%时,脱硫石膏与含铝掺合料配伍以CaSO4活性Al2O3摩尔比达2左右的试件既能达到较高的活性,又能满足安定性要求。
参考文献
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篇4：复合胶凝材料配伍技术研究
关键词：大豆蛋白；阿拉伯胶；复合凝胶；凝胶性质
中图分类号：TS201.2 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）08-0040-04
大豆蛋白因其原料丰富、蛋白质含量高、功能特性良好、营养价值高及低成本而倍受关注[1]。大豆蛋白不仅是一种优质植物蛋白源，同时具有许多功能特性，如起泡性、乳化性、溶解性、凝胶性等，其中凝胶特性作为大豆蛋白产品的一个重要功能特性直接影响着产品的品质[2]。阿拉伯胶是以采自金合欢树的树胶液为原料制造而成的胶类物质，主要由半乳糖、L-阿拉伯糖和L-鼠李糖等多糖类成分构成，其已成为我国食品工业中应用最为广泛的胶体之一[3]。Schmitt研究了β-乳球蛋白与阿拉伯胶在中性水溶液中的复合凝聚情况，结果显示，在pH值为7.2时，β-乳球蛋白与阿拉伯胶在比例为1∶2时，复合的程度达到最大[4]。Liu研究了酸性条件下（pH值为1.5～6.5）不同比例的大豆分离蛋白与阿拉伯胶的相互作用情况，结果显示，大豆分离蛋白与阿拉伯胶能形成可溶和不可溶的复合物，在大豆分离蛋白与阿拉伯胶比例为1∶1时，开始形成可溶复合物的pH值为4.2，形成不可溶复合物的pH值为3.7[5]。综合来看，目前国内外较多研究热致复合凝胶特性，而对不同方式诱导形成复合凝胶方面的研究较少。因此，本课题以大豆蛋白和阿拉伯胶为原料，通过热诱导、盐离子诱导、酶诱导方式制备复合凝胶，研究不同种诱导方式形成凝胶的特性，为拓展蛋白质—多糠复合物凝胶在食品工业中的应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
大豆蛋白粉：大豆分离蛋白，市售；阿拉伯树胶：食品添加剂，市售。
MgCl2（M=0.25%）；CaCl2（M=0.25%）；转谷氨酰胺酶（TGase），市售。
1.2 仪器和设备
DK-98-nA型电热恒温水浴锅：天津市泰斯特仪器有限公司；JJ-1型磁力搅拌器：日本电子（JEDL）；AL204型电子天平：上海精科实业有限公司；pHS-3C型酸度计：梅特勒—托利多仪器（上海）有限公司；GL-21M型高速离心机：上海精密仪器研究所。
质构仪运行模式：TPA；测试速度：1.00 mm/s；返回速度：1.0 mm/s；时间：1 s；探头：TA4/1000：D。
1.3 试验方法
1.3.1 加热诱导大豆蛋白和阿拉伯胶成胶 大豆蛋白与阿拉伯胶比例（质量比）为1∶1.0，1∶1.5，1∶2.0，加水50 mL，配制10%（W/V）的溶液。调节pH值为8.0，于离心机上除去气泡[6]，样品溶液加入50 mL烧杯中，锡纸封口，置于恒温水浴锅中加热，分别在70，80，90，100 ℃加热1 h，取出置于冰水中迅速冷却30 min[7]，制得凝胶，放于冰箱中冷藏24 h。
1.3.2 盐离子诱导大豆蛋白和阿拉伯胶成胶 大豆蛋白与阿拉伯胶比例（质量比）为1∶2.0，加水50 mL，配制10%（W/V）的溶液[8-9]。加入0.25 mmol/L CaCl2和MgCl2，调节pH值为8.0，于离心机上除去气泡，样品溶液加入50 mL燒杯中，锡纸封口，置于恒温水浴锅中加热，分别在70，80，90，100 ℃加热1 h，取出置于冰水中迅速冷却30 min，制得凝胶，放于冰箱中冷藏24 h。
1.3.3 酶（MTGase）诱导大豆蛋白和阿拉伯胶成胶 在MTGase酶的催化下，蛋白中赖氨酸上的ε-氨基和谷氨酸上的γ-羟酰胺基之间可以发生结合反应，从而导致蛋白质和多肽之间发生共价交联作用而形成稳定凝胶。控制底物浓度可得到不同性能的凝胶，以便研究[10-11]。大豆蛋白与阿拉伯胶比例（质量比）为
1∶1.0，1∶1.5，1∶2.0，加水50 mL，配制3种不同浓度的溶液。先加大豆蛋白，在磁力搅拌器上搅拌1 h，后加阿拉伯胶，再加入MTGase酶（酶当量=50 U/g）[12]，调节pH值为8.0，于离心机上除去气泡，样品溶液加入50 mL烧杯中，置于37 ℃恒温水浴锅中加热1 h，取出置于冰水中迅速冷却30 min，制得凝胶，放于冰箱中冷藏24 h。
2 结果与分析
2.1 加热诱导大豆蛋白和阿拉伯胶成胶的凝胶特性
1） 将大豆蛋白和阿拉伯胶在不同温度（70，80，90，100 ℃）下制得的凝胶，用质构仪测定3次，取平均值[13]，结果见表1。
由表1可知：在相同浓度（1∶2.0）、不同温度下，凝胶强度先随温度的升高而增强，到90 ℃凝胶强度达到最大（176.5 g），然后又减小。
2） 将大豆蛋白和阿拉伯胶在不同复合物浓度（大豆蛋白∶阿拉伯胶=1∶1.0，1∶1.5，1∶2.0）下制得的凝胶，用质构仪测定3次，取平均值，结果见表2。
由表2可知：在相同温度（90 ℃）下，凝胶强度随复合物浓度的增大而增强，在1∶2.0时达到最大凝胶强度（141.0 g）。
2.2 盐离子诱导大豆蛋白和阿拉伯胶成胶的凝胶强度
1） 将大豆蛋白和阿拉伯胶在不同温度（70，80，90，100 ℃）下加入CaCl2（0.25%）后制得的凝胶，用质构仪测定3次，取平均值，结果见表3。
nlc202309081306
2） 将大豆蛋白和阿拉伯胶在不同温度（70，80，90，100 ℃）下加入MgCl2（0.25%）后制得的凝胶，用质构仪测定3次，取平均值，结果见表4。
由表3和表4可知：在不同温度下加入盐离子，凝胶强度随温度的升高而增强，在90 ℃时最大，加入钙离子时为139.5 g，加入镁离子时为154.0 g；且在此温度下，加入镁离子时的凝胶强度大于加入钙离子时的凝胶强度（如图1所示）。
2.3 酶诱导大豆蛋白和阿拉伯胶成胶的凝胶强度
将大豆蛋白和阿拉伯胶以不同复合物浓度（大豆蛋白∶阿拉伯胶=1∶1.0，1∶1.5，1∶2.0）下通过MTGase诱导所制得的凝胶，用质构仪测定3次，取平均值，结果见表5。
由表2和表5可知：不同比例复合凝胶的粘度和弹性差异不显著；但在同一温度下，凝胶强度随复合物浓度的增大而增强，在浓度比例为1∶2.0时达到最大；且加了MTGase的凝胶强度远大于不加酶的（如图2所示），这与文献报道一致[14-15]。
3 结论与讨论
试验结果表明：热诱导复合凝胶在加热温度90 ℃、大豆蛋白和阿拉伯胶的比例为1∶2.0时，胶凝强度最强（176.5 g）；盐离子诱导复合凝胶，加入MgCl2时的凝胶强度大于加入CaCl2时的凝胶强度；利用TGase酶诱导形成的复合凝胶，凝胶强度比热诱导和盐离子诱导形成的凝胶的强度都大，且形成凝胶的时间显著缩短。
本次试验只研究了凝胶的一部分功能性质（用质构仪测定凝胶强度等），在以后的研究和试验中，需进一步研究复合凝胶的其他性质（如可用流变仪测定凝胶的流变学性质，用扫描电镜研究凝胶的微观结构；用红外光谱仪和DSC研究凝胶的结构变化等），并将之应用于食品工業生产及食品外的各个领域。
参考文献
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Abstract： Taken soybean protein and Arabia gum as raw material， through different ways （heat induced， salt ion induced， enzyme induction） composite gel was induced to form， and its gel properties was studied. The study results showed that when the heating temperature was 90 ℃ and the ratio of soy protein and Arabia gum was 1∶2， the strength of the composite gel induced by heat was the highest （176.5 g）； The strength of the composite gel induced by salt ions added MgCl2 was higher than added CaCl2； The strength of the composite gel induced by TGase enzyme was higher than both the composite gel induced by heat and by salt ions， and the formation time of gel was short.
Key words： soybean protein； Arabia gum； composite gel； gel properties
篇5：复合胶凝材料配伍技术研究
硅铝质胶凝材料是以矿渣、粉煤灰渣、磷渣等工业废渣或火山灰、沸石等天然矿物为主要原料,通过物理、化学激发作用制得的水硬性胶凝材料。与水泥基胶凝材料相比,此胶凝材料具有独特的水化机理、产物组成和孔隙结构,因而具有许多优良性能[1]。
硅铝质胶凝材料的研究可追溯至1957年,由乌克兰基辅建筑工程学院的维·德·格卢霍夫斯基教授等人首次制备出碱-矿渣胶凝材料[2]。此后,国内外众多学者对碱激发类胶凝材料进行了研究,并取得了大量的研究成果[3]。但要实现工业化生产,还存在激发剂匹配、质量稳定性、施工便利性、安全性等各方面问题。本文旨在通过固体化学激发剂的复配,寻求复合激发剂与硅铝酸盐原材料的匹配关系,确定胶凝材料组成,制备出成本较低、性能良好、使用方便,又能满足工业化生产的新型胶凝材料,实现经济、社会和环境的多重效益。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
(1)矿渣
矿渣取自江苏沙钢集团,为水淬粒化高炉矿渣,磨细至比表面积为441m2/kg,其化学成分见表1。
%
碱性系数:属于碱性渣;
质量系数:具有良好的水硬活性。
(2)粉煤灰
采用国电常州某公司生产的F类粉煤灰,其化学成分见表2。
%
(3)超细活性粉末
选用市售微硅粉和碳酸钙超细粉。其中微硅粉比表面积为20300 m2/kg;碳酸钙超细粉的细度为1250目。两者按一定比例混合均匀,备用。
(4)复合激发剂及缓凝组分
采用NaOH碱性激发剂、粉状固体偏硅酸钠激发剂进行复配制得,具有良好的相容性和稳定性。经计算和试验,复配比例初步确定为:
缓凝组分选择磷酸盐和钡盐类进行试验,均为化学纯。
1.2 试验方法
(1)胶凝材料制备
将矿渣粉、粉煤灰和超细活性粉末按一定比例预混均匀,掺加一定量复合激发剂进行二次混合,制得所需胶凝材料。
(2)胶凝材料标准稠度用水量、凝结时间、安定性、扩展度试验参照GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》中规定的试验方法进行。
(3)胶砂强度试验依据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》中规定的方法进行。
2 试验结果及讨论
2.1 胶凝材料组成比例对胶砂强度及扩展度的影响
研究表明[4]:利用粉煤灰或其它工业废渣取代一部分矿渣往往能够充分发挥渣体的潜在活性,更加合理、有效地利用资源,笔者称之为“活性效应叠加”。因此,为确定多组分胶结材的各组成比例,试验中固定复合激发剂掺量为10%,硅铝质胶凝材料的胶砂强度随粉煤灰和超细粉掺量变化的结果如表3所示。
由表3可知:随着粉煤灰掺量的增加,胶砂强度不断降低,尤其在粉煤灰掺量超过30%后,强度下降愈加明显。当粉煤灰掺量增至50%时,28d抗折强度、抗压强度较单组分矿渣试样分别降低了35.0%和35.9%,仅为7.4MPa和34.8MPa。这说明粉煤灰的掺入在获得更佳的工作性能的同时,一定程度上降低了胶凝材料的强度。
与多组分胶结材相比,随着超细活性粉末掺量的增大,多组分胶凝体系各龄期胶砂强度均有所增加。当超细活性粉末掺量为5%时,胶砂试件28d抗折强度、抗压强度可达到10.1MPa和46.9MPa,已达到P·O42.5级水泥强度要求。
此外,试验过程中发现,编号C-1至C-4四组胶砂拌合物表面都存在不同程度的“泌水”现象,其中C-1最为明显,C-4次之。随着超细活性粉末的加入,能够有效地解决新拌砂浆的“泌水”问题,C-5表现出良好的粘聚性。但是,超细活性粉末掺量由5%增加至15%,砂浆扩展度由245mm减小至215mm,可见,随着超细粉末的增加,新拌砂浆体系粘度大幅增加,对工作性会产生负面影响。究其原因是超细粉末能够起到“微填充效应”,使整个结构颗粒粒径分布更加合理,但同时减少了体系内自由水数量。
由此可见,此胶凝材料的性能与胶结材的组成具有十分密切的联系。通过优化胶结材各组分比例,将粉煤灰掺量控制在20%～30%,并添加5%～10%的超细粉末,可获得工作性能良好、强度适宜的硅铝质胶凝材料。
2.2 复合激发剂掺量对胶砂强度的影响
为探求复合激发剂与硅铝质胶结材的最佳匹配关系,试验进一步研究了不同掺量复合激发剂对胶砂强度的影响,参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》中规定的方法进行,试验结果如表4所示。
结合表4试验结果发现,复合激发剂对硅铝质胶凝材料强度的影响表现出一定的规律性,即胶砂强度随激发剂掺量的增加而提高,并且增幅在10%激发剂掺量之后逐渐放缓。具体表现为:
(1)复合激发剂掺量由4%增加到10%,胶砂3d抗折强度由3.1MPa提高至7.5MPa,3d抗压强度由10.1MPa提高至26.7MPa,分别增加了142%和164%。与此同时,胶砂28d抗折强度、抗压强度分别增加了4.3 MPa、29 MPa。这说明激发剂对强度贡献十分明显。
(2)当激发剂掺量超过8%,胶砂3d抗压强度最低能达到20.2 MPa,已超过42.5级硅酸盐水泥同期强度17.0 MPa。证明采用复合激发剂配制的胶凝材料具有较好的早期强度。
(3)当激发剂掺量达到14%时,除7d抗压强度外,其余龄期的胶砂强度较掺量为12%时均有不同程度的降低。
这可能存在两方面的原因:其一,复合激发剂(NaOH-Na2SiO3-Na2SiO3·nH2O)-硅铝酸盐体系中,复合激发剂水解后生成大量的Na+、OH-、[SiO4]4-和水合硅酸胶体。其中OH-起到活性催化剂的作用,使矿渣玻璃体结构迅速解体,并促使解聚-缩聚反应不断进行,最后形成的产物主要为C-S-H凝胶。同时,水合硅胶一并参与其中的反应,加速网络状水化单体或二聚体的缩聚,即复合激发剂在激发过程中能够起到双重作用,因而激发效果更好。其二,激发剂掺量的提高,使凝胶体系的碱度不断增加,在达到临界浓度之前,水化反应迅速,宏观上表现为强度迅速增长。一旦体系浓度超过临界值,凝胶颗粒表面形成一层保护膜,延缓颗粒解体,降低了激发效果。若继续增加体系中OH-的浓度,有可能溶蚀固体粉料的强度,引起凝胶体机械强度的下降[5]。
因此,考虑到经济成本的同时,为追求最佳的激发效果和适宜的强度,复合激发剂合理掺量应控制在8%～10%。
2.3 复合激发剂掺量对凝结时间的影响
硅铝质胶凝材料往往存在类似碱-矿渣水泥凝结时间难以控制的问题[6],并已成为日前此类胶凝材料推广应用的最大障碍之一。为此,本文开展了激发剂掺量对凝结时间的影响试验,选取BaCl2作为缓凝组分,固定掺量为0.5%,标准稠度用水量保持在25%±1%,参照GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》中规定的试验方法,结果见表5。
注:基准试样采用硅酸盐水泥,标准稠度用水量28%。
试验结果表明,硅铝质胶凝材料凝结时间随激发剂掺量的增加而缩短。体系中未掺加激发剂时,胶凝材料无法凝结硬化,没有强度。与基准试样相比,当激发剂掺量达到14%时,初凝时间和终凝时间分别缩短至41min和75min。激发剂掺量在6%～12%的范围内,凝结时间均能满足普通硅酸盐水泥初凝不小于45min,终凝不大于600min的要求。从表5还可看出,激发剂掺量在8%以后,初、终凝时间均明显缩短,这说明复合激发剂掺量达到一定程度,水泥浆体中离解出大量的OH-和活性硅酸根离子,当体系中两者浓度积达到一定值,就会对玻璃体产生强烈的破坏作用,使铝硅酸盐结构迅速解离水化,短时间内形成大量的C-S-H凝胶体,从而导致浆体的迅速凝结与快速硬化[7]。
上述试验数据和分析进一步说明,激发剂掺量在8%～10%的范围内,不仅能获得期望的强度,也能获得合理的凝结时间。
2.4 缓凝组分对胶凝材料凝结时间的影响
基于上述试验结果,选择两种效果较为理想的钡盐:BaCl2和Ba(NO3)2,以及另一组磷酸盐系列作为缓凝组分进行对比研究。表6给出了两种缓凝组分在不同掺量下对硅铝质胶凝材料(复合激发剂掺量取10%,标准稠度用水量保持25%)凝结时间的影响。
由表6可见,磷酸盐系列对硅铝质胶凝材料的凝结时间没有明显影响,缓凝效果微乎其微。两种常见的用于碱激发胶凝体系的缓凝组分展示出较为理想的缓凝作用。对BaCl2而言,随着掺量的增加,凝结时间较基准有所延长,且初凝、终凝时间间隔较短。同样,Ba(NO3)2具有跟BaCl2相似的缓凝效果。但考虑到Ba(NO3)2价格相对较为昂贵,从减轻成本角度出发,选择BaCl2作为缓凝组分更为经济可行。
钡盐类之所以能够表现出良好的缓凝作用,其原因可能在于它们与硅铝基胶凝体系中的反应物或水化产物形成一种稳定存在的薄膜包裹在固体颗粒表面,阻止其结构解体的同时,延缓了Ca2+、OH-等离子的迁移速度。随着水化反应的进一步进行,体系中各种离子浓度增大,保护膜逐渐被溶蚀,胶凝作用得以继续。
多次重复试验发现,两大类缓凝组分的缓凝效果与掺加方式具有密切联系。通过和激发剂、胶结材预先混匀的方式,缓凝组分不能充分发挥缓凝作用,效果不甚理想。而采用先分散在水中再混合的方式,缓凝效果明显增强,如表6结果所示。因此,实际使用过程中应采用滞水后掺法为宜。
3 技术经济分析
与传统硅酸盐水泥生产工艺不同,硅铝质胶凝材料只需通过激发组分和多组分硅铝酸盐原料共同“粉磨”便能获得。此工艺相对成熟,生产设备简单,产品具有良好的存储稳定性,一定程度上解决了以往碱-激发胶凝材料容易出现质量波动、储存困难的弊端。以生产本文所研究的1t胶凝材料为例,经粗略计算,所需原材料价格大约为200元/t,生产成本大约为30元/t(含人工成本),综合成本约230～250元/t,与普通P·O42.5级水泥生产成本相当甚至略低。
4 结论
(1)以矿渣-粉煤灰为主的多组分硅铝质胶凝材料,表现出良好的“活性叠加效应”。粉煤灰掺量宜控制在20%～30%,超细粉掺量宜控制在5%～10%。
(2)采用碱性激发剂、硅酸盐激发剂复配制得的复合激发剂具有较好的稳定性和适应性,最佳掺量范围为8%～10%。
(3)钡盐类缓凝组分掺量宜控制在0.5%～1.0%,并应采用滞水后掺的方法。
(4)采取“复合固体激发剂+多组分胶结材”混磨的技术路线,能够制备出质量稳定、主要性能相当于42.5级普通硅酸盐水泥的硅铝质胶凝材料。该胶凝材料具有稳定的、良好的性能,能满足工业化生产的需要,且充分利用固体废弃物资源,实现节能减排,显示出良好的生产和应用前景。
参考文献
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[4]张兰芳,岳瑜.碱激发矿渣-粉煤灰-锂渣混凝土研究[J].粉煤灰综合利用,2008,2:21-23.
[5]高丽敏.碱激发粉煤灰胶凝材料性能研究[M].哈尔滨工业大学,2007.
[6]蒲心诚,杨长辉.高强碱-矿渣水泥与混凝土缓凝问题研究[J].水泥,1992,1:32-36.
篇6：复合胶凝材料配伍技术研究
我国是世界上最大的煤炭消耗国和钢铁生产国,每年因燃煤和炼钢产生大量的粉煤灰和钢渣。这些固体废物的堆放不仅占用大量土地,如果处理不好还可能造成二次污染。水泥工业普遍采用的方法是将其作为水泥混合材,但其用量受到产品性能的限制。而且,硅酸盐水泥生产过程不仅消耗大量的天然矿物资源和能源,并且排放大量的CO2和其他有害气体、灰尘,造成环境污染。为更有效地利用粉煤灰、钢渣等固体废物,减少硅酸盐水泥的用量,本文拟利用钢渣、粉煤灰等固体废物,掺加少量的硅酸盐水泥、脱硫石膏,辅以适量化学激发剂,探索研制开发新型的少熟料复合胶凝材料。
1 原材料和试验方法
试验用粉煤灰和钢渣均取自上海宝山钢铁公司,粉煤灰为Ⅱ级灰,钢渣磨细至比表面积450m2/kg。脱硫石膏来自上海宝山钢铁公司,水泥采用P·O52.5级商品水泥。化学激发剂为水泥基材料常用的早强型外加剂,分别记为激发剂1和激发剂2。试验所用的水为自来水。试验用主要原料化学成分见表1。
%
将粉煤灰、钢渣、脱硫石膏与水泥及化学激发剂按一定的比例复配,水固比为0.33,试件尺寸为20mm×20mm×20mm,脱模后在养护室中养护至待测龄期,进行抗压强度测试。
2 试验结果与讨论
2.1 钢渣/粉煤灰比和水泥掺量对复合胶凝体系性能的影响
2.1.1 钢渣/粉煤灰比对复合胶凝体系性能的影响
在钢渣-粉煤灰复合胶凝体系中,粉煤灰中的活性组分Si O2和Al2O3需要适当的激发方可表现出活性;而钢渣中的硅酸盐矿物及铁铝酸盐矿物等活性组分,要使其活性得到有效激发,需要一定的化学环境。试验在不同的钢渣/粉煤灰比下,将水泥以不同掺量掺入复合胶凝体系中,其配比及强度见表2。
从表2可以看出,钢渣/粉煤灰比对体系抗压强度有明显影响。总的来讲,钢渣-粉煤灰复合胶凝体系的3d、7d、28d抗压强度均随着体系中钢渣比例的增加而升高,钢渣/粉煤灰宜控制在5∶5~6∶4。
2.1.2 水泥掺量对钢渣-粉煤灰复合胶凝体系性能的影响
不掺水泥时,复合胶凝体系的3d、7d和28d抗压强度均非常低;掺入5%的水泥时,体系的抗压强度随着钢渣在体系中比例的升高而增大,并在钢渣与粉煤灰掺量相同时28d抗压强度达到峰值;在水泥掺量为10%时,体系的抗压强度随着钢渣在体系中含量的增加而先增大后减小;当掺入的水泥达到15%时,体系的强度随着体系中钢渣含量的增加而增长,并在钢渣/粉煤灰=6∶4时28d抗压强度达到最高;当水泥掺量达到20%时,钢渣与粉煤灰的比例对体系的强度影响比较小,虽然随着钢渣/粉煤灰比例的增加,体系的强度仍有升高,但升高的幅度很小。
试验还比较了钢渣/粉煤灰=6∶4时,水泥掺量对体系抗压强度的影响,见图1。不掺水泥时,体系的强度非常低。而掺入水泥对体系强度增长的促进作用非常明显,在水泥掺量仅为5%时,体系的28d抗压强度已接近30MPa。随着水泥掺量增多,体系的3d、7d、28d抗压强度均有不同程度的提高,当水泥掺量为5%和10%时,体系强度发展较为平缓,而当水泥掺量为15%时,体系的早期强度不高,而后期强度增长非常迅速,28d抗压强度是所有组别中最高的,近50MPa。当水泥掺量为20%时,体系3d抗压强度达到了30MPa,但后期强度增幅不大,说明水泥掺量为20%时,体系具有早强特性,但后期强度增长缓慢。
2.2 复掺水泥和脱硫石膏对钢渣-粉煤灰复合胶凝体系性能的影响
2.2.1 正交试验设计
选取水泥掺量(A)、水固比(B)、脱硫石膏掺量(C)及钢渣/粉煤灰(D)为影响因素,将各自的3种变化作为水平,以抗压强度作为考核指标进行正交试验,见表3。
2.2.2 正交试验结果分析
正交试验结果见表4。
3d抗压强度试验数据处理结果见表5。
MPa
注:“#”表示最重要的,“*”表示最大的,下同。
从表5可见,水泥掺量是对体系影响最大的因素,各因素影响程度由大到小依次为水泥掺量>脱硫石膏掺量>钢渣/粉煤灰>水固比。最优配比为钢渣∶粉煤灰=6∶4,水泥掺量为5%,水固比为0.33,脱硫石膏掺量为20%。
7d抗压强度试验数据处理结果见表6。
MPa
从表6可见,7d抗压强度最重要的影响因素为钢渣/粉煤灰,各个因素影响程度由大到小依次为钢渣/粉煤灰>脱硫石膏掺量>水泥掺量>水固比。最优配比为∶钢渣/粉煤灰=6∶4,水泥掺量为5%,水固比为0.33,脱硫石膏掺量为10%。
28d抗压强度试验数据处理结果见表7。
MPa
从表7可见,28d抗压强度最主要的影响因素为钢渣/粉煤灰,各个因素影响程度由大到小依次为钢渣/粉煤灰>脱硫石膏掺量>水固比>水泥掺量。最优配比为∶钢渣/粉煤灰=6∶4,水泥掺量为10%,水固比为0.33,脱硫石膏掺量为10%。
上述各项有3个强度考核指标,要反应其综合影响,可以采用功效系数法。此法规定考核指标值最高的功效系数di是1,其余指标的功效系数为该考核指标值与最高值之比,这样,0
综合考虑各个龄期强度,矿物掺料水泥和脱硫石膏的最优比为∶钢渣/粉煤灰=5∶5,水泥掺加量为5%,脱硫石膏掺量为20%,水固比为0.33;次优配比为钢渣/粉煤灰=6∶4,水泥掺量为15%,脱硫石膏掺量为10%,水固比为0.33。但由于最优比中7d强度相对3d强度发生了一定的倒缩,而次优比虽然早期强度较低,但后期强度增长较快,故综合比较认为,试样F8为复掺的最合理配比。将该配比与表2试验结果进行比较发现,水泥和脱硫石膏复掺与水泥单掺相比,3d、7d、28d强度有不同程度的提高。因此,后续试验选取该配比进一步探讨化学激发剂对水泥与脱硫石膏复掺的钢渣-粉煤灰复合胶凝体系的影响。
2.3 化学激发剂对钢渣-粉煤灰复合胶凝体系的影响
激发剂1的掺量对钢渣-粉煤灰复合胶凝体系抗压强度的影响见图2。
从图2看出,激发剂1对体系有明显的激发作用,体系不掺激发剂时的3d、7d、28d抗压强度分别为26.5MPa、36.4MPa、48.0MPa,掺入1%的激发剂1后3d、7d、28d抗压强度分别增长了36.1%、50.3%和18.8%。当激发剂1的掺量达到2%时,体系的3d、28d强度继续升高,7d强度有所下降,但与不掺激发剂时相比还是升高的。当激发剂1的掺量超过2%时,体系的强度出现了不同程度的下降,当掺量达到5%时,体系的3d、7d、28d抗压强度均比不掺时还要低,这说明过量的激发剂1对体系是不利的。
激发剂2的掺量对钢渣-粉煤灰复合胶凝体系抗压强度的影响见图3。
从图3看出,当激发剂2在体系中的掺量较小时,对体系强度发展的促进作用并不明显。例如当激发剂2的掺量为1%时,钢渣-粉煤灰体系的3d、7d、28d抗压强度均没有明显变化;而其掺量达到2%时,体系的3d、7d、28d抗压强度均明显降低;当其掺量达到3%和4%时,体系的早期强度均较低,而28d抗压强度与不掺和掺量较小时(2%)相比,增幅非常明显,接近60MPa;当其掺量达到5%时,其28d抗压强度与掺量为3%、4%时相比有所下降。这说明当激发剂2在体系中的掺量较小时,对体系强度发展没有明显促进作用,甚至是不利的(掺量为2%),但掺量超过3%时,它虽对体系早期强度的增长不利,但对体系后期强度的增长有明显的促进作用。
2.4 养护方式对钢渣-粉煤灰复合胶凝体系性能的影响
在本试验中,在试样F8中掺入2%的激发剂1,试件分别在成型1d后脱模,随后分别在实验室中自然养护以及在温度为(20±3)℃、相对湿度不低于90%的标准养护室内养护。试验结果见图4。研究表明:在自然养护的条件下比标准养护条件下强度增长快。
3 结论
1)利用钢渣-粉煤灰研制少熟料的新型复合胶凝材料是可行的。在钢渣-粉煤灰复合胶凝体系中,钢渣粉煤灰比对于复合胶凝材料强度有一定影响;掺入少量普通硅酸盐水泥、脱硫石膏可以明显改善其力学性能,单掺水泥时,水泥的适宜掺量为15%,钢渣/粉煤灰宜控制在5∶5~6∶4;复掺水泥和脱硫石膏时,复合胶凝体系的最优配比为∶水泥掺量为15%,脱硫石膏掺量为10%,钢渣/粉煤灰=6∶4,水固比为0.33。
2)某些早强型化学外加剂可以更好地激发钢渣-粉煤灰复合胶凝体系的性能,在该体系中掺加2%的激发剂1是较适宜的。
篇7：复合胶凝材料配伍技术研究
1 镁渣-水泥-粉煤灰复合胶凝材料的制备
1.1 试验原料
镁渣和粉煤灰各取自安阳某公司,水泥采用P·II52.5级商品水泥,石膏为脱硫石膏渣系兰州某火电厂湿法脱硫后所得灰渣,试验原料主要化学成分见表1。
1.2试验方法
1)将镁渣分别磨到300、350、400、450 m2/kg三个细度水平,按照一定比例将粉煤灰、镁渣、脱硫石膏与水泥及化学激发剂按一定的比例复配,水固比为0.35,试件尺寸为20 mm×20 mm×40mm,在湿度为90%以上、温度为20℃的环境下养护,脱模后在养护室中养护至待测龄期,进行强度测试。分别测3、7、28天的抗折强度和抗压强度。
2)分别测得镁渣-粉煤灰-水泥在三种激发剂的凝结时间以及不同掺量时的力学性能。
胶凝材料比表面积测定按照GB/T 8074—2008《水泥比表面积测定法勃氏法》进行,根据GB/T1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定水泥的标准稠度用水量和凝结时间;根据GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》测定水泥3、28天抗折和抗压强度;采用煮沸法检测胶凝材料的安定性。
2 试验结果与讨论
2.1 镁渣-粉煤灰-水泥的复合效应
镁渣细度(比表面积)对镁渣-粉煤灰-水泥复合胶凝材料强度的影响见表2。
由表2可以看出,镁渣的比表面积对胶凝材料的抗折强度和抗压强度有着明显的影响。这是因为镁渣的粉磨使得颗粒细度减小,增加了颗粒的表面积[2],提高了镁渣的活性,从而加快活性成分的水化反应;火山灰活性也随着镁渣比表面积的增加而提高,镁渣-粉煤灰胶凝材料的强度总体呈上升的趋势。当镁渣的比表面积提高到350 m2/kg时,凝结时间逐渐缩短,3、28天抗压强度大幅度提高;但当继续提高到450 m2/kg时,增加的幅度减缓,而且粉磨的能耗也会增加,成本增大。且比表面积过大,体系的需水量增大,细颗粒表面由于电荷不平衡,导致细微颗粒团聚,造成了成型时浆体和易性差[3]、搅拌时气泡难以排除等缺陷。同时,细度过大也会造成水化反应产物过早地在镁渣颗粒表面形成致密的水化产物层,影响后期水化产物的形成,从而使后期强度增长受到影响。因此,试验采用了比表面积为400 m2/kg的镁渣。
2.2 水泥掺量和镁渣-粉煤灰比对复合胶凝体系性能的影响
在镁渣-粉煤灰-水泥复合胶凝体系中,镁渣中硅酸盐矿物及铁铝酸盐矿物等活性组分,要使其活性得到有效激发,需要加入一定的化学激发剂,粉煤灰中的活性组分Si O2和Al2O3需要适当的激发方可表现出活性。
2.2.1 单掺水泥对复合胶凝材料性能的影响
由表2可以看出,水泥掺量为0时,胶凝材料的3、7天和28天抗压强度均非常低;掺入5%的水泥时,体系的抗压强度随着镁渣在体系中比例的升高而增大,并在钢渣与粉煤灰掺量相同时28天抗压强度达到峰值;在水泥掺量为10%时,3、7天的抗压强度明显上升,而后期强度又有所降低;当掺入的水泥达到15%时,体系的强度随着体系中钢渣含量的增加而增长,并在镁渣/粉煤灰为5∶5时28天抗压强度达到最高。水泥及其掺量对镁渣-粉煤灰复合胶凝材料抗压强度的影响见表3。
由表3可以看出,水泥掺量为0时,胶凝材料的3、7天和28天抗压强度均非常低;掺入5%的水泥时,体系的抗压强度随着镁渣在体系中比例的升高而增大,并在钢渣与粉煤灰掺量相同时28天抗压强度达到峰值;在水泥掺量为10%时,3、7天的抗压强度明显上升,而后期强度又有所降低;当掺入的水泥达到15%时,体系的强度随着体系中钢渣含量的增加而增长,并在钢渣/粉煤灰为5∶5时28天抗压强度达到最高。
2.2.2 镁渣/粉煤灰掺比对镁渣-粉煤灰-水泥胶凝材料的影响
通过上述分析,镁渣的掺入确实提高了胶凝材料的活性,总之,镁渣-粉煤灰-水泥复合胶凝体系的3、7、28天抗压强度均随着材料中掺比的增加而升高,镁渣/粉煤灰宜控制在4∶6~5∶5左右。
3 结论
1)复合胶凝材料的力学性能与镁渣的细度有关,比表面积越大,其力学性能越强;当镁渣比表面积超过450 m2/kg,强度有所降低。
2)利用镁渣-粉煤灰-水泥复合胶凝材料是可行的。在胶凝体系中,镁渣/粉煤灰比对复合胶凝材料的强度有一定的影响,掺入石膏、水泥可明显改善其力学性能。单掺水泥时,水泥的最佳掺量是15%。镁渣/粉煤灰易选择在4∶6到5∶5之间。最优配比为:水泥15%,镁渣/粉煤灰掺比5∶5,石膏10%,此时所制的复合胶凝体系的力学性能较好。
参考文献
[1]黄从运,柯劲松,张明飞,等.利用镁渣作混合材生产复合硅酸盐水泥试验研究[J].水泥技术,2005,(5):21-22.
[2]肖力光,雒锋,黄秀霞.利用镁渣配制胶凝材料的机理分析[J].吉林建筑工程学院学报,2009,26(5):1-5.
