大量的矿渣和粉煤灰等工业废弃物,严重污染环境
用矿渣、粉煤灰替代水泥的二元、三元或多元胶凝体系,称为矿物掺合料
这类矿物掺合料可在碱性条件下发生水化反应生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H)或水化铝酸钙凝胶(C-A-H)等水化产物
这种水化产物具有类似水泥石的结构和特性,其增强效应能提高水泥基材料的后期强度,使其具有高强度、高韧性和封固重金属等性能[1~3]
这种水化产物的水化机理,分为三个阶段：第一阶段,碱(MOH)与粉煤灰、矿渣颗粒表面的硅烷醇基团发生中和反应；第二阶段,MOH进入颗粒表面破坏内部的硅烷键,使聚合态的Si-O-Si/Al解体；第三阶段,可溶性的Si-O-M解离,溶液中的Ca2+置换M+生成水化硅/铝酸钙沉淀[4]
在多元胶凝体系水化反应的初始阶段,碱性条件的缺少使矿渣、粉煤灰等水化反应滞后,难以保证材料的早期强度 [5~7]
针对这一问题,可加入碱激发剂使水化环境的pH值提高,以提高矿物掺和料的反应速率
宋维龙等以水玻璃和氢氧化钠作为激发剂,使复合工业废渣胶凝材料的早期强度提高70%以上[8]；刘方华等使用Ca(OH)2、石膏激发磷矿渣,在碱激发剂共同作用下磷矿渣提前发挥潜在活性使其水化程度提高[9]；马宏强等使用氢氧化钠(NH)和硅酸钠(NS)作为碱激发剂制备的煤矸石-矿渣地聚复合材料,不仅具有较高的早期强度,还使矿物掺合料的替代率提高[10]
这些结果表明,用碱激发提高复合胶凝体系的水化活性是一种有效的措施
水泥熟料的化学组分属于高钙体系,矿渣、粉煤灰多为高硅铝低钙体系
用矿渣、粉煤灰替代部分水泥生成多元胶凝体系,各组分的比例不同使多元胶凝体系的钙、硅、铝等氧化物组分比不同
提高反应物的浓度可使化学反应速率提高,从而增加生成物；相反,生成物浓度的提高则引起化学平衡移动
因此,研究多元胶凝体系的化学组分比对水化产物的生成和所形成材料的性能有重要的意义[11~13]
钙硅比(Ca/Si)接近1.0的赤泥-粉煤灰胶凝材料,中钙体系胶凝材料硬化浆体具有良好的孔结构[14]
文献[15]用高碱性废渣和粉煤灰制备免烧砖,当钙硅比(Ca/Si)为1.23时主要水化产物为C-S-H凝胶和钙矾石等,制备出的免烧砖力学性能和耐久性最佳
文献[16]的结果表明,随着钙硅比(Ca/Si)的提高水化硅铝酸钙凝胶(C-A-S-H)和铝硅酸钠凝胶(N-A-S-H)的状态不同
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编辑：中冶有色网
来源：郭磊,王泽坤,郭利霞,陈平平,汪伦焰,李明儒,王卫凯
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2025年06月06日 ~ 08日 
