高碱熟料生产无碱害水泥的研究

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【摘要】用高碱熟料、沸石和硅灰配制水泥，进行了抑制碱一集料反应试验，测定了水泥的可溶性碱量与有效碱量，检测了水泥混凝土的性能。结果显示，用沸石和硅灰作为水泥的混合材，在不影响水泥混凝土性能的情况下，利用高碱熟料生产具有抑制碱～集料反应性能的水泥是可行的。基于此，本文对高碱熟料生产无碱害水泥进行了研究。

【关键词】高碱熟料无碱害 水泥

中图分类号：TQ172 文献标识码：A 文章编号：

碱—集料反应在国内外已引起了大量的混凝土建筑物破坏，造成了巨大的经济损失。调查研究显示，我国生产的水泥，尤其是北方地区的水泥厂生产的水泥，其碱含量普遍偏高，而我国北方地区的集料也恰恰具有较高的碱活性。为此研究抑制碱一集料反应的对策是非常必要的。但是在我国，由于受硅灰价格的影响，还不可能在水泥中大量应用硅灰。因此，有必要寻找其它混合材，在基本不增加成本的原则下，使水泥既具有抑制碱一集料反应的性能，又能满足其它性能要求。

碱一集料反应的危害及我国水泥含碱量现状

1、碱一集料反应的危害

碱一集料反应已成为影响混凝土耐久性的一个非常重要的因素。丹麦早在20世纪50年代就调查了全国431座混凝土建筑物，其中3／4的建筑物遭受了不同程度碱—集料反应的破坏，15％的建筑物成为彻底毁坏的状态。英国自1975年发现首例碱一集料反应使建筑物破坏的事例后，迄今的调查统计表明已有数百座建筑物遭受程度不同的碱一集料反直而产生破坏=美国在20世纪80年代重点调查了全国桥梁的工况，统计表明全国约50万座公路桥梁中有20万座已经损坏：在这些损坏的桥梁中，预计不乏混凝土碱一集料反应所引起。我国也已发现因碱一集料反应引起的混凝土建筑物破坏的事例：1989年前后，发现了一些立交桥、铁路轨枕、工业建筑等开裂事故。此外，还有临潼机场、潍坊机场等多项工程均发现了碱一集料反应破坏。

我国水泥含碱量现状

长江科学院曾经对我国一些大中型水泥厂生产的水泥的含碱量进行过抽测，统计医域覆盖了我国的大部分地区。统计资料显示，我国北方的水泥厂所生产水泥的含碱量普遍高于南方的水泥厂所生产水泥的含碱量；而活性集料或活性岩石的分布规律怡恰也是北高南低。这一巧合可能会给我国混凝土工程带来许多问题从20世纪80年代起，我国水泥生产技术发生了很大变化，新型干法水泥生产技术的应用，高碱窑灰的利用，次品位原料的综合利用等等，都使水泥的含碱量难于降低。要生产低碱水泥需要选用低碱原料，从我国当前的实际生产表明，由于受原材料及生产方法的限制，要大规模生产低碱水泥还不可能。即使少量生产、由于需要精选原料，势必造成矿山资源的浪费。

实验

1、原材料

(1)水泥：由立窑熟料与石膏粉磨而成，化学组成见表1。

(2)沸石：采用天然沸石，化学组成见表1。经XRD鉴定，该矿石中的矿物主要是斜发沸石，还有部分石英。

2、水泥中可溶性碱及可利用碱的测定

（1）测定方法

可溶性碱量的测定一般按ASTM Cl14进行。其过程可简述为：称25.0 g水泥放人500ml锥形瓶中，加人200ml蒸馏水，在室温下摇动10 min，然后用布氏漏斗过滤，制成500ml溶液。测定其浓度后，即可计算出水泥的可溶性碱量。可利用碱量的测定常按改进的ASTM C31l法进行，其过程可简述为：将10 g水泥放人小塑料瓶中，加10ml蒸馏水，加盖并用胶带密封好，摇动使其均匀，存放于38±2℃的环境中，第28 d时，将瓶中之物磨细，加水搅拌、过滤，制成500 ml溶液。测定其浓度后，即可计算出孔溶液中的碱量。该法在研磨过程中，由于破坏了水化产物原有的结构，使已结合在其中的碱又被溶出来，因此溶出法测定的结果比实际孔溶液中的碱量偏高。

（2）测定结果

对不同种类掺和料及不同掺加量的水泥，测定了其可溶性碱量和可利用碱量。可利用碱量的测定龄期为28 d，测定结果见表2。

3、抑制碱一集料反应试验

碱一集料反应的宏观表现为膨胀开裂，但只有当膨胀量达到一定程度时才导致破坏。因此，可以通过测定试件的膨胀量来判断碱一集料反应发生的程度：同样，研究抑制碱—集料反应的效果，也可以通过测定膨胀值来评价。

（1）试验方法

采用ASTM Ci260(快速砂浆棒法，又称南非法)Davies＆OberhoLster等人认为该法是一种评价掺和料抑制效果的较好方法。对应于表2中l～5编号的试件制作：用20％永定河活性集料和80％的标准砂组成集料，活性集料的粒径为0.3～0．6mm。胶砂比为1：2.25，水胶比为0.47，试件尺寸为：25mm 25mm285mm。试件的成型、养护及测长按ASTMC1260的方法进行。测长仪器：万能测长仪，准确到1m。

（2）测试结果

试件膨胀率随龄期变化的测试结果见图1。

4、水泥的物理及力学性能

表2中第5号水泥胶凝材料中混合材掺量达到了25％，以此与纯熟料水泥(表2中第1号水泥)进行物理、力学性能对比试验，结果见表3。

四、分析与讨论

1、由可溶性碱量及可利用碱量的测定结果(见表2)可见，当加沸石或沸石与辅助材料时，可溶性碱量及可利用碱量均降低：如：可溶性碱量由纯水泥的O．462％降至0.217％；可利用碱量由纯水泥的O．580％降至O．387％。可溶性碱量及可利用碱量降低，意味着孔溶液的碱度降低，从而减轻了碱对集料的腐蚀程度，起到了延缓或抑制碱—集料反应发生的作用。

2、砂浆棒试验结果显示，永定河活性集料14 d的嘭胀率为0.2742％，远远超出了O．10％的膨胀率限值。说明永定河活性集料具有很高的碱一集料反应活性。因此，用它来检验混合材抑制碱一集料反应的效果是可行的。由图1曲线4、曲线5可见，当水泥中掺入20％的沸石或17％的沸石和8％辅助材料，均能使膨胀率低于O．10％的限值，从而起到有效抑制碱一集料反应膨胀的作用。

3、由表3性能检测结果可见，加入沸石与辅助材料的复合粉后，水泥的比表面积增加，水泥的安定性合格，凝结时间正常，只是标准稠度需水量稍微有些增加。由此说明，加入沸石与辅助材料复合粉对水泥的各项物理性能没有不良影响。从第5号试样的强度测试结果可见，当掺加量达到25％时，水泥强度在早期与纯熟料水泥相当或稍高．而28 d强度比纯熟料水泥高约30％。

4、加入沸石抑制碱一集料反应的机理

①沸石具有很强的离子交换能力，加人到水泥浆体中发生如下的离子交换反应：

()(溶液中)一(沸石中)

即沸石中的进^到溶液中，而溶液中的（）进入到沸石中，从而使孔溶液中的碱度降低。

②沸石中的活性组分与水泥的水化产物Ca(OH)：反应，使C—S—H凝胶的C／S比降低，使其能吸收更多的和。

总结

(1)用沸石和辅助材料复合作为水泥的混合材，当沸石掺量在15％～25％时，与不掺相比，可以使水泥的可溶碱量降低40％～50％，孔溶液中的可利用碱含量降低20％～35％

(2)用沸石和辅助材料复合作为水泥的混台材，当沸石掺量在15％以上时，按ASTM C1260方法检验，砂浆棒的膨张率由不掺时的0．2742％下降到0.10％ 下，从而符舍不超过0．10％的限值要求，即可以抑制碱一集料反应的破坏性膨胀。

(3)用沸石和辅助材料复合作为水泥的混合材，掺量达25％时，水泥的早期强度与不掺时相当，后期强度却提高10％ ～30％。

总之，用沸石和辅助材料作为水泥的混合材，生产既具有抑制碱一集料反应性能，又满足强度要求的无碱害水泥是可行的。

参考文献

[1]刘崇熙，史梓五。坝工混凝土专论(一)一混凝土碱集料反应[M]广州：华南理工太学出版杜，1995

[2]谢友均，刘宝举，龙广成。水泥基复合胶凝材料体系密实填充性能研究[会议论文]-2001

[3]汪宏涛，曹巨辉，WANG Hongtao，CAO Juhui。低成本、高耐久环保型GRC配制技术[期刊论文]-建筑技术2007,38(2)