MgO对碱矿渣砂浆固化氯离子性能影响研究.docx

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1、MgO对碱矿渣砂浆固化氯离子性能影响研究摘要：选取海砂为骨料，掺Mgo碱激发矿渣为胶凝材料，以水玻璃为激发剂，采用宏观试验（抗压、抗折、PH值和氯离子固化率）研究了掺MgO碱激发矿渣砂浆（MAAM）在标准养护条件下的氯离子固化性能和力学性能，采用微观试验（XRD、IR、SEM和NMR）对氯离子固化机理进行了分析。试验结果表明：MAAM的主要水化产物是C-S-H和类水滑石（H1）。随着高活性MgO掺量的增大，MAAM氯离子固化率先增加后减少，当掺量为5%时，氯离子固化率达到最大值。当低活性Mgo掺量不超过5%,Mgo对MAAM氯离子固化率影响较小；当掺量超过5%时，Mgo使MAAM氯离子固化率明

2、显降低。关健词rMgO,碱激发矿渣，类水滑石，氯离子固化率1前言海砂资源虽取之不尽用之不竭，但其相比于河砂，氯盐和贝壳含量是阻止其在工程中应用的两大主要因素。氯离子的含量增高，会影响各种水化产物之间的比例，使氢氧化钙和钙矶石的生成量增多，水化硅酸钙凝胶的生成量减少，致使砂浆的孔结构疏松，氯离子含量变化也改变了水泥的水化历史过程，氯离子带来最大的危害是对混凝土中的钢筋的腐蚀进程有促进作用叫海砂是一把双刃剑，合理的使用造福人类，否则危害无穷。数年前，台湾建筑业迅速发展导致河砂供不应求，由于利益的驱使，很多房地产开发商以海砂替代河砂进行建造房屋，数十年之后，大量海砂建筑出现腐蚀破坏，被称“海砂屋事件

3、。碱矿渣水泥是一种新型环保水泥碱矿渣水泥是将碱金属化合物和工业生产中产生的工业废渣（如粒化高炉矿渣、有色金属矿渣、电炉磷渣、炼化钢渣和炼化铁渣等）一起磨粉，或是将己经粉磨的磨细渣用碱金属化合物的溶液来调配得到的水硬性胶凝材料亿81采用海砂代替河沙，以碱矿渣替代水泥，减轻能源消耗和工业污染的问题，以科学技术为桥梁，向海洋索取宝藏。目前，国内外对普通硅酸盐水泥混凝土的氯离子固化己经进行了大量的研究，其固化机理分成物理固化和化学固化两部分。FeiI研究表明，掺MgO碱矿渣（MAAS）的水化产物主要是C-S-H和Ht。JiangI测试了NaOH作为激发剂的碱矿渣水泥分别在25和700时的水化产物种类，

4、在25C下水化，只检测到C-S-H和H1的存在。Ht是有金属阳离子层和层间阴离子填充层构成的层状化合物，其理想分子式是M2+rM3+（OH）2x+A%11mH2,其中，M2+是二价金属阳离子，！VP+是三价金属阳离子，An-是层间阴离子，其单元是由类似Mg（OH）2的八面体构成，八面体中心是金属阳离子M3+和m2+。当m2+被m3+同晶替换后即出现一个永恒正电荷，所以层间需要阴离子来平衡永恒正电荷“2】。严刚得出结论：类水滑石对氯离子的固化规律比较符合1angmUir吸附曲线，类水滑石固化氯离子的最佳温度、最佳时间和类水滑石最佳投加量分别为30C、3.0h和0.2g,对氯离子的饱和固化量为21

5、.67mg/go掺MgO碱矿渣砂浆对氯离子的固化研究鲜有报道，本试验采用不同的MgO掺量和活性，研究了Mgo对MAAM氯离子固化率影响规律并分析了其固化机理。2原材料和试验方案2.1 原材料2.1.1 矿渣本试验所用矿渣为泰宇混凝土厂提供，其主要化学成分及基本指标如表和表所示。表1矿渣主要化学成分氧化物SiO2CaOA12O3MgOTiO2MnO含量()32.8537.4413.0110.782.150.37表2矿渣各项技术指标基本指标碱度系数(Mo)质量系数(KKC)活性系数(Ma)实测值1.0511.7310.392.1.2 激发剂Na2SiO3采用液体水玻璃，NazSQ固体含量为33.7

6、%,其中SiCh含量为25.86%,Na2O含量为7.84%,模数为3.3,试验使用调模至1.5。2.1.3 MgO试验使用的是辽宁省海城市群利矿业有限公司生产的MgO含量N90%的烧结MgO粉。MgO和柠檬酸溶液发生中和反应，变色时间越短，表明MgO的活性越高。采用未烧的MgO和900C,1.5h下煨烧的MgO进行柠檬酸中和反应，试验结果如表3所示。试验采用的是未烧的MgO和经过900,1.5h条件搬烧的Mgo两种活性来进行试验，并且定义前者为高活性MgO,后者为低活性MgOo表3测试结果煨烧条件中和酸时间900、1.5h347未烧MgO03h2.1.4骨料骨料采用连江海砂。根据建筑用砂(G

7、BT14684-2001)川测定骨料，各性能指标见表4o表4砂的各项技术指标骨料细度模数堆积密度kgm3表观密度kgm3贝壳含量/%含泥量/%氯离子含量/%海砂1.6153029800.183.010.2892.1.5水取自福建省福州市自来水。2.2 砂浆配合比本试验碱矿渣砂浆配合比及各组分质量百分比如表5所示。表5砂浆配合比设计编号矿渣()MgO(%)Na2O(%)胶砂比水胶比HOIOOOH2.597.52.5H59558(水玻璃)1：30.5H7.592.57.5MO(HO)IOOOM2.597.52.5M5955M7.592.57.5注：水玻璃和NaOH均以NazO当量为8%计算。Hn代

8、表高活性MgO,n代表MgO掺量；Mn代表低活性MgOo2.3 试验方法2.3.1 试块的制作本试验中的试件是在试验室中制备成的40mm40mm160mm的长方体水泥砂浆试件。试件制备步骤如下：清理模具，去除试模内的杂物，然后在试模的内表面涂一层机油后再涂上一层脱模剂，以方便脱模及脱模后清理：按不同配比称量MgO、海砂、矿粉，依次倒入搅拌机（见图2-6）中干拌3min,然后加水迅速搅拌，低速搅拌30s,高速搅拌90s,将搅拌好的混合物迅速倒入40mm40mm160mm的三联试模中；将装满水泥砂浆的试模在水泥胶砂振实台上振动120下，使拌合物成型密实，然后用抹刀削去多余的砂浆。2.3.2 抗压、

9、抗折试验方法按照GBZT17671-1999水泥胶砂强度检验方法的规定，对养护至规定龄期（3d、14d、28d和56d）的水泥砂浆进行抗压、抗折试验。2.3.3 氯离子含量试验方法将抗压试验（3d、14d、28d和56d）压碎的碎块研磨成粉末，如图1所示，过0.075mm的筛，用烘箱加热至105C烘干，每组配合比取六份，每份取2g粉末U%三份测自由氯离子浓度，另外三份测试测总氯离子浓度，数据取三份的平均值。首先配置稀硝酸（10:90）溶液，取50m1溶解2g粉末于IoOm1烧杯中，用磁力搅拌机搅拌20min,用胶带封住烧杯口，浸泡一昼夜左右（以水泥全部溶解为度），使粉末中氯离子彻底释放出来，测

10、总氯离子的量，取三份平均值（G）o再取2g于IOom1空烧杯中，用蒸储水溶解至50m1并用磁力搅拌机搅拌2h,用胶带封住烧杯口，浸泡一昼夜左右，测自由氯离子的量，取三份平均值（C7）o固化的氯离子量（Cg）及固化率（R）计算公式如（1）和（2）,配置的溶液如图2所示。(1)(2)图1砂浆粉末图2砂浆粉末溶液将配置好的溶液采用NJC1-1台式混凝土氯离子含量测定仪进行氯离子含量的测定M网，如图3所示。图3NJC1-1台式混凝土氯离子含量测定仪2.3.4 PH值测试方法对养护56d的MAAM进行磨粉，过筛(0.075mm),称量1g的粉末溶于40m1的去离子水中，采用PHS-3C酸碱度测量仪进行测

11、量。2.3.5 养护制度温度20土2、相对湿度95%RH以上。2.3.6 XRDXRD测试采用X/PertProMPD型X射线粉末衍射仪。厂家：荷兰飞利浦公司。主要技术指标：线性度：+/-0.0025；重现性：+/-0.0001；扫描速度范围：0.001-1.277s；最小步长:0.0001；2。测量范围：0-167。测角仪半径可调范围：135230mm；管轴最大转距：30nm；探测器最大转距：10nm。2.3.7 SEM-EDS扫描电镜采NovaNanoSEM230型场发射扫描电镜，其主要性能参数见表6。表6SEM的主要性能参数项目高真空模式技术参数1.0nm,15kv1.6nm,Ikv低真

12、空模式仪器主要用途1.5nm,IOkv1.8nm,3kv形貌像分析，EDX能谱分析，场发射扫描电镜低真空高分辨模式在对非导纳米材料在纳米尺度进行细致的表征方面具有较强的实现能力。2.3.8IR红外光谱分析仪采用美国尼高力公司生产的尼高力360智能型红外光谱分析仪，其检测的波数范围为4000400cm1,分辨优于0.5Cm-I波数精度优于0.01Cm12.3.8NMR使用瑞士Bruker生产的AVANCEIII500核磁共振波仪(NMR)进行检测，具体参数见表7：表7AVANCEIn500核磁共振波仪主要性能参数指标项目技术参数磁场U1traShie1dP1usSB(54mm)11.7467T频

13、率500MHZ射频通道H-100W：X-300W1液体：BBFOp1us：5mm：15N-31P,19F；Z梯度场。2.固体：MASVTN；4mm；15N-31P,19F1,3宏观试验结果3.1 抗压强度MgO对碱矿渣砂浆抗压强度影响的试验结果如图4所示。图4MgO对碱矿渣砂浆抗压强度影响由图4可知，随着养护龄期的增长，MAAM的抗压强度随之增大，在314d内强度发展较快，1456d内强度发展较缓和。随着Mgo掺量的增多，MAAM的抗压强度增大，并且掺高活性MgO碱矿渣砂浆的抗压强度明显优于掺低活性MgO的。在养护龄期56d时，H7.5的抗压强度比HO的提高了约21.4%,M7.5的抗压强度比

14、MO（HO）的提高了8.9%。3.2 抗折强度MgO对碱矿渣砂浆抗折强度影响的试验结果如图5所示。/(d)图5MgO对碱矿渣砂浆抗折强度影响由图5可知，随着养护龄期的增长，大部分试验组MAAM的抗折强度随之增大，但部分抗折强度出现倒缩现象。相比图4,抗折强度曲线显得较不规则。高活性MgO对碱激发矿渣砂浆的抗折强度影响较明显，当掺量为5%时，其抗折强度达到最大，在掺量为7.5时减少到最低。低活性Mgo对抗折强度影响较小，当掺量为7.5%时其抗压强度有所降低。3.3 pHMgO对碱矿渣砂浆PH值影响的试验结果如表8所示。表8MAAM的PH值编号PH值HOH7.5M7.512.1912.0312.12由表8可知，随着Mgo的掺入，MAAM的PH值降低，且高活性Mgo降低的程度比低活性的更大。3.4 氯离子固化率使用NJC1-1台式混凝土氯离子含量测定仪测得的自由氯离子浓度（C/）和总氯离子浓度（G）如表9所示，通过公式（1）和（2）计算得出氯离子固化率如图6所示。表9MgO对碱矿渣砂浆溶液氯离子浓度影响（单位：mo11）编号3d14d28d56dC/CtCfC1C/CtCfC1HO(MO)0.001350.002530.001260.002580.001190.002560.001160.00252H2.50.001230.002510.001130.00258