矿物掺合料2016研究.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2.2.2 粉煤灰的化学组成与性质 粉煤灰是一种火山灰质混合材料，它本身略有或不具备水硬胶凝性能，但当以粉状及有水存在时，能在常温，特别是在水热（蒸汽养护）条件下，与氢氧化钙或其它碱金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。 粉煤灰的主要化学成分是氧化硅、氧化铝和氧化铁，这三种氧化物的含量一般占 70％以上，不同的地区的粉煤灰的化学组成相差很大。 粉煤灰的活性包括： ①物理活性 如：粉煤灰的颗粒效应、微集料效应 ②化学活性 如：火山灰反应、自硬性 ①物理活性 物理活性是粉煤灰颗粒效应、微集料效应的总和，是一切与自身化学元素性质无关，又能促进制品胶凝活性和改善制品性能（如强度、抗渗性、耐磨性）的各种物理效应的总称，它是粉煤灰能够充分被利用的最有价值的活性，是早期活性的主要来源。优质粉煤灰颗粒比水泥还细，且含有大量的球状玻璃珠，作为集料掺入砂浆中能使微细集料级配更趋合理。但是它与一般惰性矿物质粉料的填充行为不同，粉煤灰还有一个特点是活性填充行为。 粉煤灰的活性填充行为即粉煤灰活性颗粒的水化反应，从微观结构看，粉煤灰颗粒与水泥浆体的界面胶合，在浆体和集料的界面起到致密作用和置换空气作用，减少含气量，填充效果因而更为强化。 但是粉煤灰的活性填充行为到砂浆后期才能充分发挥出来。在硬化发展阶段，硬化前期，主要发挥了物理充填料的作用在硬化后硬化后期，又发挥了活性充填料的作用。由于粉煤灰的填充行为，能使砂浆减少内部孔隙，特别是浆体中的毛细孔的通道，这对提高砂浆的抗渗性能十分有利。有些学者把这种填充致密作用称之为“孔隙细化”的“微粒作用”，它是提高混凝土耐久性的一项重要技术措施。 同时，粉煤灰还具有减水作用。通常是用粉煤灰玻璃微珠起滚珠轴承作用这一抽象概念来解释。混凝土砂浆的需水量主要取决于混凝土砂浆中混合颗粒之间的空隙，因此在保持一定稠度的条件下，要降低需水量，就必须减少混合颗粒之间的空隙。影响混合颗粒的空隙率的重要因素，主要来自于集料。在混凝土砂浆中掺入适量粉煤灰，即掺入一种具有滚珠效应的集料，不仅可以填充混合颗粒间的空隙，还可以改善新拌混凝土的流变性质，也有人把粉煤灰叫做“矿物减水剂”。 ②化学活性 粉煤灰具有火山灰活性和自硬性，其火山灰活性反应的方程式主要是： 反应过程主要是受扩散控制的溶解反应，早期粉煤灰颗粒表面溶解，反应生成物沉淀在颗粒的表面上，后期钙离子继续通过表层和沉淀的水化产物层向芯部扩散，与活性SiO2发生反应。水泥颗粒水化反应在先，粉煤灰活性物质反应在后，因此称这类反应为二次反应，在砂浆中这两类水化反应交替进行，相辅相成，互相制约。 用扫描电镜对砂浆中粉煤灰火山灰反应过程观察，发现粉煤灰微珠周围形成的水化产物和微珠颗粒之间，存在着一层0.5～1微米厚的水解层，钙离子通过水解层，不断侵蚀微珠表面，水化产物则不断填实水解层。在水化初期，水解层填实的程度不高，结构疏松，这阶段的火山灰反应对砂浆强度和密实性帮助不大，从强度试验结果上看，粉煤灰对强度的贡献不够明显。直到后期，水解层的填实程度提高，粉煤灰对强度的贡献也就越来越明显，尤其是抗拉强度提高较多，这可解释为，水化反应生成物一一胶凝与沉淀共同组成“双膜层”，随水化反应的进展，双膜层与水泥浆体紧密结合结果。 粉煤灰（1d） 粉煤灰（28d） 2.3 硅灰 冶炼硅铁合金时，以石英岩碎石、生铁为原料，焦炭为还原剂，在电炉中近2000℃的高温下，石英成分还原成硅，随即与铁生成硅铁合金。此时，约有10%-15%的硅化为蒸汽进入烟道，并随气流上升遇氧结合成一氧化硅(SiO)逸出炉外，与冷空气中的氧结合成(SiO2)烟雾，受冷凝结为细小的球状微珠，以粉尘形式从烟囱排入大气，或用适当收尘设施收集起来。这种粉尘即为硅粉。 硅粉具有独特细度，平均粒径仅为水泥颗粒的1/100，比表面积约为15～20m2/g，具有极强的火山灰活性。硅灰的比重为22～25g/cm3，松散容重为200~300kg/m3。 2.3.1 硅灰的性能 硅粉具有极强的火山灰活性性能，硅粉掺入砂浆中后，硅粉颗粒和水接触，部分小颗粒迅速溶解，溶液中富SiO2贫Ca2+的凝胶在硅粉粒子表面形成附着层，经过一定时间后，富SiO2贫Ca2+凝胶附着层开始溶解，和水泥水化产生的氢氧化钙反应生成CSH凝胶。硅粉的火山灰反应结果是改变了浆体的孔结构，使大孔（大于0.1微米）减少，小孔（小于0.05微米）增加，使孔变细，还使浆体中的Ca(OH)2减少，结晶细化。并使其定向程度变弱，细颗粒的硅粉，填充在水泥颗粒空隙