摘要
碱激发矿渣胶凝材料跟传统水泥相比，具有较高的强度，较低的水化热，以及较好的快硬性、抗腐蚀性、抗冻性、护筋性等优异的性能，并且生产工艺简单、投资少、能耗低、污染小、矿渣的利用率高，目前成为胶凝材料领域研究的热点。
本论文研究利用高炉矿渣制备胶凝材料，选取氢氧化钠溶液作为激发剂，并在其中加入一定量碱渣作为缓凝剂，研究了激发剂的不同浓度以及不同固料比（矿渣与碱渣质量之比）对碱激发矿渣胶凝材料的抗压强度以及凝结时间等性能的影响。
关键词：矿渣；胶凝材料；氢氧化钠；抗压强度；凝结时间
Abstract
In comparison with traditional cement, alkali-activated slag cementitious material has excellent properties, including higher intensity, lower hydration heat, and higher hardening rate, as well as higher performances in corrosion resistance, frost resistance and reinforcing steel bar protection. Furthermore, the production process of alkali-activated cement is simple with low investment, low energy consumption and little pollution. It also offer a way of utilization of industrial waste such as slag and the like. Hence, alkali-activated cement has become a research hot spot of cementitious materials field at present.
Cementitious material was produced by using blast-furnace slag as raw material,along with sodium hydroxide as activators and green mud as setting retarder. Effects of activator concentration and mix proportion on the properties of cementitious material including compressive strength and setting time were studied. Key words: Slag；Cementitious Materia；Sodium Hydroxide；Compressive Strength；Setting Time
目录
1 绪论 (1)
1.1碱激发胶凝材料的定义及其分类 (1)
1.1.1碱激发胶凝材料的定义 (1)
1.1.2碱激发胶凝材料的分类 (1)
1.2碱激发矿渣胶凝材料的研究及应用现状 (2)
1.2.1碱激发矿渣胶凝材料的制备及其性能研究 (2)
1.2.2碱激发矿渣胶凝材料的水化机理 (4)
1.2.3碱激发矿渣胶凝材料的应用现状 (5)
1.3本课题研究的背景和意义 (6)
1.3.1有利于钢铁企业发展“循环经济” (6)
1.3.2研究开发绿色建材是当前热点 (10)
1.4本课题的研究内容及创新点 (12)
1.4.1本课题研究内容 (12)
1.4.2创新点 (12)
2 实验设计与样品检测方法 (12)
2.1矿渣以及碱渣的化学组成 (12)
2.2激发剂 (13)
2.3制备胶凝材料及相关性能检测所用仪器设备 (13)
2.4样品性能检测方法及其参考标准 (14)
2.4.1抗压强度的测试 (14)
2.4.2凝结时间的测试 (14)
2.5实验原理与过程 (14)
2.5.1实验原理 (14)
2.5.2实验过程 (14)
3 结果与讨论 (15)
3.1标准稠度NaOH溶液用量 (15)
3.2碱渣掺量和碱溶液浓度对凝结时间的影响 (16)
3.3碱渣掺量和碱溶液浓度对抗压强度的影响 (17)
3.4材料的抗火性能：煅烧剩余强度 (18)
4 结论 (19)
致谢 (20)
参考文献 (21)
1 绪论
1.1 碱激发胶凝材料的定义及其分类
1.1.1 碱激发胶凝材料的定义
胶凝材料一般指粉体经过与水拌合，具有一定的胶凝性，经过一定的时间后，会发生凝结或者固化的材料。例如，水泥就是目前使用范围和使用量最大的一类胶凝材料。碱激发胶凝材料是由具有火山灰活性或者潜在水硬性原料与碱性激发剂反应生成一类新型无机非金属胶凝材料。与普通硅酸盐水泥相比，碱激发胶凝材料一般具有强度高，强度发展快，抗冻性好，抗酸腐蚀性好，稳定性好等优点。
可供制备碱激发胶凝材料的原料十分丰富，一般认为[1]，元素周期表中的碱金属第一主族元素如Na、K等与第三和四族(铝硅酸盐)，第二和四族(碱土硅酸盐)，第二和第三族(碱土铝酸盐)等所形成的化合物，第二主族碱金属元素如Mg、Ca等与第三主族(铝酸盐)、第四主族(磷酸盐)、第六主族(硫酸盐)元素的化合物，均具有不同程度的水硬活性。
1.1.2 碱激发胶凝材料的分类
碱激发胶凝材料的分类依据较多，最常见的当由南京工业大学杨南如教授所提倡的按照主要原料划分的方法[2]，认为碱激发胶凝材料容易被激发，是由于含钙成分的作用，所以可以将碱激发胶凝材料分为以下三个大系。
1.1.
2.1碱激发铝硅酸盐玻璃体系
这一类材料包括矿渣、粉煤灰、赤泥、磷渣、煤研石等，其中按照其含钙量又可以分为富钙矿类和贫钙矿类。前者包括高炉矿渣和磷渣等，后者主要有粉煤灰、煤研石、赤泥等。富钙矿类材料由于[SiO4]4-较贫钙矿类具有更低的聚合态和更大的活性，所以目前研究者比较多，其中最为成熟的当属碱激发矿渣体系，例如使用碱性水泥熟料激发矿渣制取矿渣硅酸盐水泥等，现在已经得到了大规模的应用，并有相关的国家标准规范。而粉煤灰等一般与矿渣、磷渣混合后作为碱激发胶凝材料的掺合料，目前也有了一定的应用，例如生产粉煤灰水泥、粉煤灰硅酸盐砌块、粉煤灰加气混凝土及粉煤灰砖等建材。
1.1.
2.2碱激发矿石尾矿系(碱激发地聚物体系)
这一类材料一般都要经过缎烧等处理后才可以作为制取碱激发胶凝材料的原料。一般来说，烧黏土主要是经过锻烧生成偏高岭石，而不能够直接使用；也
有学者采用锻烧偏高岭石使之生成偏高岭土并与强碱反应的方法制备碱激发胶凝材料；另外，钾长石等长石类尾矿也被用来进行碱激发性能研究。这类材料的缺陷是，CaO含量太少，需要使用强碱性物质进行激发才可以反应，而且效果并没有碱一铝硅酸盐玻璃体系好，故研究范围较小，热度也较低。
1.1.
2.3复合胶凝材料体系
这一类材料包括的范围较广。主要有复合碱激发剂，复合掺合料，或者复合激发剂和复合掺合料一起使用三种。复合碱激发剂的使用主要是为了弥补单一激发剂效果的不足，对某一项性能进行优化，比如使用氢氧化钠和石膏等的混合物对矿渣进行激发，可以有效调节凝结时间；而利用工业固体废弃物作为复合掺合，能够最大程度地使各种工业废渣进行合理的价值转化，例如，可以用矿渣和粉煤灰作为复合掺合料，在硅酸钠的作用下生产新型胶凝材料，粉煤灰中较为稳定的含有A12O3成分的物质[3]一定程度上可以起到对碱激发矿渣的增强作用，同时材料的致密度也得到大幅改善；复合碱一复合掺合料则在一定程度上具备复合碱和复合掺合料两种工艺的优点，例如使用水玻璃和氢氧化钠作为复合激发剂，偏高岭土和矿渣混合后进行粉磨后作为掺合料，在相同的碱掺入量的情况下，获得了比单纯的氢氧化钠激发矿渣和水玻璃激发偏高岭土都要好的结果。可见，在单一激发剂或掺合料激发效果不太理想的情况下，制备复合胶凝材料是改善胶凝材料性能的不二选择。
1.2 碱激发矿渣胶凝材料的研究及应用现状
1.2.1 碱激发矿渣胶凝材料的制备及其性能研究
矿渣作为胶凝材料的组分的研究较早，史才军等[4]的著作中对矿渣的胶凝性研究作了较为详细的总结，认为早在1930年，德国的Kuhl就已经开始研究了氢氧化钾激发矿渣胶凝材料的性能，另有比利时的Purdon于1940年研究了氢氧化钠激发矿渣以及碱性盐、碱激发矿渣无熟料水泥。
1957至1959年间，前苏联的Glukhovsky等[5]研究了使用氢氧化钠或水玻璃作为激发剂来激发碎石、锅炉渣或高炉矿渣微粉的混合物，以及生石灰加高炉矿渣和硅酸盐水泥的混合物，制备了高强度和高稳定性的胶凝材料。
1970年前后，由于担心碱激发矿渣胶凝材料技术不成熟，稳定性不如水泥，其中可溶性碱含量过高，材料中金属离子活性较大，容易引起碱一骨料反应而膨
胀，并且腐蚀矿渣和混凝土中的金属骨架，国际上对碱激发矿渣胶凝材料的研究，甚至是对基于碱一胶凝性理论的这一类材料的研究进入了低迷期，直至二十世纪八九十年代。由于二十世纪九十年代后期研究的学者越来越多，相关技术手段不断进步，再加上这个时期环境污染的进一步加剧，人们对建材行业可持续发展的要求越来越高，碱激发胶凝材料的研究步入正轨，召开了一系列专门化的国际会议，对碱激发胶凝材料的生产和检测提出了一些相关的标准，促使了碱激发胶凝材料研究高峰期的产生。由于矿渣较粉煤灰、煤研石、钢渣等易激发性更好，这一段时期，碱激发矿渣胶凝材料的研究吸引了越来越多的学者的注意。
在经历一段低迷之后，越来越多的研究者开始系统地考虑碱激发矿渣胶凝材料的制备中可能影响性能的因素，例如，碱激发剂、矿渣的成分、养护制度等，其中，碱激发剂种类的研究较为成熟。此外，研究者们也把精力放在了综合利用矿渣资源以及其他具有活性的固体工业废弃物上，并且对其应用进行了一系列的探索。
Jian-xiong Chen等[6]研究了碱激发矿渣胶凝材料在较长龄期下的性能变化，特别是对抗压性能的研究，证明了碱激发矿渣胶凝材料的抗压强度会随着时间的增长而增加，不存在较长龄期后强度下降的问题。Antonio A等[7]的研究结果表明，硅酸钠激发剂的含量影响碱激发矿渣胶凝材料的干缩率，在水化的早期阶段影响最为明显，并且收缩率随着水玻璃中Na的含量的增加而增大。Vladimir Zivica[8]的研究结果表明，水玻璃对矿渣的激发效果要优于氢氧化钠、硫酸钠等的激发效果，更有利于碱激发矿渣微粉体系中C-S-H凝胶的形成，并且在较低的温度范围内(20-30摄氏度 )，随着温度的升高，样品的水化加速。闫文涛等[9]研究了水玻璃在高温下对矿渣的激发效果，证明高温激发产物与常温相同，硬化时间随碱含量的增加而加速的结论，但高温水化硅酸钙凝胶的结晶度变差。J.Toman[10]总结了碱激发矿渣胶凝材料在高温领域中的应用，并对其在该领域中对水泥的替代性提出了合理性的建议。
目前，乌克兰、俄罗斯等国对碱激发矿渣胶凝材料的研究仍然在继续，并取得一定的研究成果，在该领域走在了世界的前列。
1.2.2碱激发矿渣胶凝材料的水化机理
Glukhovsky[11]对碱激发矿渣进行了大量的研究，认为碱激发的机理是解聚和重新凝聚的过程，首先是原材料变成不稳定结构单元的解聚过程，然后通过反应形成新的凝聚结构。解聚过程包括当碱溶液的pH值升高后两个共价键的Si-O-Si,A1-O-Si的断裂过程，然后转变成大量的硅铝凝胶相，凝胶相积累到一定程度后形成凝聚结构，导致新相的形成并发展出致密的结构，其水化产物为水化硅酸钙和水化铝酸钙或水化铝酸钠。
Cai-jun shi等[12]对用一系列碱激发剂激发矿渣水泥的早期水化过程进行了研究，结果表明碱激发剂溶液的初始pH值对矿渣的溶解和早期形成水化产物起重要作用，然而更进一步的水化则由碱激发剂的阴离子或阴离子团与矿渣溶解出钙离子之间的化学反应所决定，而不是碱激发剂的初始pH值。
Shao-dong Wang等[13]通过XRD ,DTA , BSE和SEM等分析了不同碱激发矿渣水泥浆体的水化产物，发现水化产物在早期时通过溶解沉淀机理形成，在后期则主要由固相反应形成；不论使用哪种激发剂，主要水化产物都是结晶程度不同的低Ca/Si比水化硅酸钙，而在水化产物中没有发现沸石或者云母类结构的水化产物。随后他们还通过核磁共振对碱激发矿渣的水化产物进行了进一步研究，发现铝存在于碱激发矿渣水化形成的水化硅酸钙中硅氧四而体的长链中；随着养护温度提高，水化硅酸钙的结晶程度提高，在同样养护条件下，与NaOH相比，用水玻璃激发矿渣水化形成的水化硅酸钙的结晶程度要低。
Sakulich等[14]研究了水玻璃,NaOH和Na2CO3激发矿渣水泥的水化产物。微观分析结果表明，水化硅酸钙是其主要的水化产物，添加了Na2CO3激发剂的水泥水化后发现了水滑石结构的水化产物，在各种碱激发剂激发矿渣的水化产物中都没有发现沸石类和聚和物结构以及水滑石之外的其他结晶相。
Eun Oh等[15]使用同步XRD对用NaOH、水玻璃或者两者混合激发的矿渣和粉煤灰在80℃下的水化产物进行了研究。结果表明:不论是用NaOH溶液、水玻璃或者两者混合作碱性激发剂，碱激发矿渣水泥的主要水化产物都是C-S-H和水滑石相，水化产物中并没有形成沸石结构，在碱激发粉煤灰的样品中也发现了水滑石水化产物，而梭基钙霞石是碱激发粉煤灰水化产物中的主要结晶相。
随着现代测试技术的发展，越来越多的先进测试手段用于研究碱激发胶凝材料的水化过程和水化产物。尽管碱激发胶凝材料的水化反应过程和机理仍然不是
十分明确，不同学者的研究结果也有所不同，但比较一致的观点是:碱激发胶凝材料的水化过程包括溶解、凝聚和硬化3个过程，水化产物取决于碱激发剂和原料的组成。
1.2.3碱激发矿渣胶凝材料的应用现状
大量的文献表明，通过碱激发剂掺量的优化和选择适当的基质原料，碱激发水泥的物理强度性能可与普通硅酸盐水泥相当，具有更好的抗渗性和耐硫酸盐侵蚀性能，碱激发水泥中的碱并不会导致碱骨料反应，从而使碱矿渣水泥具有广泛的应用前景。
Ravikumar等[16]对碱激发剂的浓度、碱/胶比对由F级粉煤灰或者粒化高炉矿渣组成的碱激发胶凝材料混凝土的抗压强度、微观结构和孔结构特性进行了研究。结果表明，随着碱激发剂浓度和碱/胶比的提高，混凝土的强度不断提高。碱激发剂浓度对碱激发粉煤灰胶凝材料强度的影响比碱激发矿渣更大。粉煤灰和矿渣的碱激发混凝土相比，孔隙率更高，>l0μm的孔径也更多，因此碱激发矿渣混凝土的强度更高。水化形成的碱铝硅酸盐凝胶将圆球状的粉煤灰均匀包裹，包裹层的形成使粉煤灰进一步水化的活性降低，是碱激发粉煤灰胶凝材料强度较低的主要原因。
Escalante-Gari等[17]用一种比表而积仅为2 900cm2/g的矿渣粉，对比了在混凝土中替代30% ,50%和70%普通硅酸盐水泥时混凝土的强度。结果表明，未采用碱激发剂时，混凝土强度随着矿渣掺量的提高不断降低;然而当采用4%～6%模数为1.7和2的硅酸钠和8%的Na2O激发时，混凝土强度随着矿渣掺量的提高而提高，这表明碱激发矿渣的水化产物具有更高的内在强度，而比表而积2900cm2/g的矿渣粉粉磨电耗较低，具有很高的实用价值。
Sakulich等研究了用石灰石作细骨料的碱激发矿渣混凝土中，水玻璃、NaOH、Na2CO3做碱激发剂对混凝土性能的影响。结果表明，碱激发矿渣混凝土具有和普通硅酸盐水泥细集料混凝土相当的强度，碱激发矿渣混凝土最大的缺点是凝结时间过快导致工作性能变差，可以通过添加NaCl作为缓凝剂来解决。在试验中并没有采用高温养护和复杂的养护工艺，因此该混凝土具有较高的实用性。
Bakharev等[18]通过对比普通硅酸盐水泥和碱激发矿渣水泥配制的混凝土在5%硫酸钠和硫酸镁溶液中浸泡12个月的强度，研究了碱激发矿渣混凝土的抗硫
酸盐侵蚀性能。在硫酸钠溶液中浸泡12个月后，碱激发矿渣混凝土强度下降了17%，而硅酸盐水泥下降了25%。而在硫酸镁溶液中浸泡，碱激发矿渣混凝土强度下降了23%，而普通硅酸盐水泥强度下降了37%。与普通硅酸盐水泥相比，碱激发矿渣混凝土具有更好的抗硫酸盐侵蚀性能。
尽管与普通硅酸盐水泥相比，碱激发水泥具有许多优点，然而其也有一些缺点，体积收缩和抗碳化性能是其中最为突出的问题。
Neto等[19]对比了碱矿渣水泥和普通硅酸盐净浆和砂浆的干燥收缩和自收缩发现，碱矿渣水泥的收缩率比普通硅酸盐水泥要大得多，收缩而导致的开裂成为碱矿渣水泥一个比较严重的问题。碱激发剂硅酸钠的掺量是影响干燥收缩和自收缩最主要的因素，随着硅酸钠掺量的增加水泥的收缩率明显增加，而在早期产生的收缩占全部收缩量的很大一部分，大量水化硅酸钙的快速形成是产生收缩的主要原因。
Aperador等[20]研究了碳化碱激发矿渣混凝土中的钢筋锈蚀行为，包裹着碱激发矿渣混凝土和普通硅酸盐水泥的钢筋在3%CO2和65%相对湿度的人工碳化环境下进行碳化，并通过测定侵蚀电位、线性极化电阻以及电化学抗阻光谱分析，对比研究了未碳化和碳化后碱激发矿渣水泥和普通硅酸盐水泥混凝土中钢筋的锈蚀情况。结果表明，由于碱激发矿渣混凝土水化产物中不含Ca(OH)2，对碳酸侵蚀介质的中和能力较弱，抗碳化能力不如硅酸盐水泥，碳化后水泥中性化，钢锈蚀的发展比硅酸盐水泥快。
1.3本课题研究的背景和意义
1.3.1有利于钢铁企业发展“循环经济”
1.3.1.1矿渣的产生、特点及其利用现状
矿渣(Blast一furnace slag，简称BF slag )，一般为高炉矿渣的别称，是钢铁企业高炉炼铁的副产品，其一般产生过程可大致理解为: 铁矿石、焦炭和助熔剂在高炉中经过1300℃-1600℃的高温锻烧熔炼，经过一系列的物理化学反应，最终生成铁水、熔融态矿渣和煤气等。煤气一般经由炉顶的导气装置导出或做其他处理；由于矿渣和铁水的密度不同，液态矿渣浮于铁水的上层，并分别经由水口、渣口流出。排出的液态熔融矿渣经由冷却，即成为固态矿渣。
一般来说，矿渣按照冷却方式和冷却速度的不同，可分为慢冷矿渣和急冷矿渣两种[21]。前者一般是采用空气冷却或者喷洒水冷却的方式，因此固体矿渣形成速度较慢，板结严重，宏观上呈玻璃态，但没有呈明显的碎小颗粒状，一般研究者认为其活性较低或根本没有活性，不存在利用价值。随着科技的发展，越来越多的研究者发现，矿渣在水环境下可以发生持续的微弱的水化反应，但反应的时间较长，速率较低。于是，新的冷却方式投入到炼铁工业中去，用以改变矿渣的结构特征，以便使其能够得到更好的利用。现代钢铁企业一般均在高炉区周围设置较大容积的蓄水池，由高炉排出的熔融态矿渣直接排入水池进行冷却。熔融矿渣经由有轨转运箱直接由高炉至冷却池，一方面保证了生产的顺利进行，另一方面及时有效的对矿渣进行了处理，保证了其活性。这个冷却过程一般是随炼铁生产持续进行，所以矿渣的产量和生铁的产量一般成正比，有数据表明，每炼一吨生铁，大概产生0.25到0.50吨的矿渣。铁矿石的品质对矿渣的产量和质量有很大的影响。铁矿石的品质越好，产生的矿渣越少，质量却越好。
在目前己有研究成果的基础上和超高分辨率电子显微镜技术的制约下，研究者们认为，急冷矿渣的结构一般有三种假说[22]。一是，矿渣的主要结构是由其各种成分氧化物，例如Al2O3, MgO, CaO和SiO2等，按照自身结构特征，在彼此晶粒取向上不断延伸，形成的一种空间网络；其次，矿渣也可以理解为一种微晶聚合体，微晶的尺寸极小，存在明显的极化现象和大量缺陷；再次，矿渣其实是一种由硅一氧四面体[SiO4]4-聚合而成的空间网状结构，其中A13+、Mg2+、Ca2+处于阳离子配位，但这种结构的聚合度又不稳定，跟矿渣的成分有很大的关系。这三种假说的共同特点是，矿渣在宏观结构上具有短程有序性不具有长程有序性，均含有大量的缺陷，处于能量的介稳态。从能量学的角度，可以说明，矿渣容易在外部能量的激发下，生成较高稳定性的物质。
长久以来，矿渣作为高炉炼铁的副产品，一般看作固体工业废物，用来铺路、充填建筑基体等，致使其水硬性没有充分地发挥，但也取得了一定的效果。如利用矿渣的多孔玻璃体结构，以及良好的对光线的漫反射性能，较大的摩擦系数和导热、耐热性能，作为集料铺成飞机跑道，能够使沥青路面具有良好的亮度，同时有利于减少摩擦噪音，吸收飞机滑跑时的震动，增强跑道的抗冻性，缩短飞机制动距离等。
另外，矿渣的利用主要还体现在以下几个方面:
(1)用于生产矿渣硅酸盐水泥。
使用粒化高炉矿渣、水泥熟料及少量的石膏粉共同粉磨生产矿渣硅酸盐水泥，是目前高炉矿渣利用量最大的一种方式。俄罗斯、乌克兰、日本、美国、西欧等国家和地区在研究和生产矿渣硅酸盐水泥方面具有很高的技术水平。我国近些年来对矿渣硅酸盐水泥的生产持大力鼓励、引导和支持态度，并制定了相关的技术标准和行业规范，列矿渣硅酸盐水泥为六大通用水泥之一。生产矿渣硅酸盐水泥，在利用消耗高炉矿渣的同时，相对普通水泥，也会带来一定的环境效益。一般情况下，水泥熟料的锻烧温度在1400℃左右，消耗大量的煤、电等能源，并产生大量的“工业三废”。高炉矿渣的使用，改善了水泥生产的高耗能、高耗水、高污染现状，并从一定程度上改善了水泥的使用性能，例如提高了耐热性，抗侵蚀性等。矿渣硅酸盐水泥生产过程中，矿渣的掺入量一般为20% - 70%。另外，在普通水泥中生产中也可以掺入不超过15%的矿渣。目前，我国约有50%的水泥产品中掺有高炉矿渣。
(2)用于混凝土填料。
矿渣微细粉作为混凝土的填料，主要有以下途径。一是直接掺入，用来代替等量水泥；二是在矿渣中添加某些晶种对其进行诱导，增加其粘性，产生长玻璃纤维，从而掺入水泥起到增强相的作用；此外，熔融状的矿渣与少量水作用，如喷洒水，可形成块状或粒状膨胀矿渣或膨胀矿渣珠，掺入水泥中，也可起到强化作用。以上方法，均可以对混凝土的结构产生良性影响，是一种经济、简单、有效的增强混凝土结构强度的方法，在很多建筑工程中得到了应用。
(3)用于生产免烧矿渣砖。
二十世纪九十年代以来，我国经济持续快速健康发展，建筑行业的发展相应迅速，墙体材料与基体材料需求量与日俱增，其中实心茹土砖又占据了此类建材的绝大部分，对茹土资源造成了短期不可恢复的破坏。用水淬渣、石灰等碱性矿石、粉煤灰等材料磨细，湿法成型，即制成新型免烧砖。与高温锻烧粘土砖相比，耗能少、污染小、工艺简单，中国市场监测中心联合中国市场研究中心，根据国家统计机构、市场监测数据库、行业协(学)会、进出口统计部门、科研院所等机构提供或发布的数据、信息，运用科学的统计手段与研究方法，发布《2009-2010年中国矿渣砖市场现状分析与前景预测报告》，对免烧矿渣砖的现状、发展和未来提出极高的评价。
(4)用于生产矿渣棉。
矿渣棉是以矿渣为主要原料，经熔化、高速离心法或喷吹法制成的一种白色棉丝状矿物纤维材料。矿渣棉的生产成本低、工艺简单，由于较低的导热系数，使得其具有良好的阻燃和隔热性能、再加上质量轻、对声音的吸收性能好、耐氧化性能好，电绝缘性能好又不腐蚀金属等优点，广泛用于冶金、机械、建筑、化工和交通等部门，具有良好的前途。
(5)用于生产石膏
使用矿渣生产石膏的工艺较为简单、经济，一般可将矿渣粉碎，用一定量的硫酸浸泡，然后经过过滤、清洗、烘干，最终粉碎即可。也有企业生产石膏采用工业废硫酸，从一定程度上做到了工业废料的综合利用，值得推广。
(6)用于生产刨花板。
使用矿渣生产刨花板，主要是将矿渣粉末，并和刨花充分混合作为主要原料，掺入少量活性剂，粘胶，然后水和搅拌、成型、热压，即成新型无机胶刨花板。值得推荐的是，矿渣刨花板的力学性能良好，不亚于水泥刨花板。又由于其造价低于后者，故近些年来受到建筑商和用户的欢迎。
近几年来，使用矿渣为主要原料生产微晶玻璃越来越受到科研工作者的关注。使用矿渣生产微晶玻璃的一般工艺流程为:将矿渣和一定量的助熔剂混合粉磨至一定粒度，干压成型，然后在相应温度下烧结，即得成品。有报道称，矿渣微晶玻璃对矿渣的利用率可以达到90%以上，而产品的性能均超过了花岗岩、大理石等天然石材。
以上各矿渣利用途径，虽然从一定程度上对提高矿渣的利用率、附加值起到了一定的作用，但限于应用范围的狭窄，均难以满足对利用率和附加值同时提高的标准。故现阶段，碱激发矿渣胶凝材料成为研究热点，被认为是广泛、有效、绿色地利用矿渣的首选方法。除此之外，矿渣还被用于生产矿渣铸石、肥料、搪瓷等的原料。
1.3.1.2钢铁企业的排渣量与发展“循环经济”的潜力
钢铁行业是国家重点扶持的国民经济重要组成部分，对整个国家的经济建设做出了重大的贡献。但是，众多钢铁企业都面临一个同样的问题，公司在生产出千万吨钢铁的同时，也排出数百万吨冶金废渣，来不及处理时，即占用大量土地又污染环境，这其中又数高炉矿渣的利用价值最高。通常情况下，这些矿渣的价
值被忽略，低价卖给或免费送给周边水泥厂进行处理，对公司造成了大量无形的损失。
统计结果显示，2009年中国的粗钢产量达到5.678亿吨，同比增长13.5，这对我国钢铁行业来说是个巨大的成就，但同时也说明，整个2009年，全国钢铁企业排出的矿渣达到了惊人的1亿吨。这些废弃物如果不加以回收利用，是对资源的严重浪费。而目前，我国对矿渣的综合利用率只有50%-60%，远低于欧美日等发达国家和地区的95%。根据目前我国GDP发展速度及整个钢铁行业的同期增长速度，2010年我国粗钢产量将突破6亿吨，占全球粗钢产量的50%以上，整个行业的矿渣排放量仍将超过1亿吨，这对我国目前的工业废弃物处理能力来说是个巨大的挑战。2006年发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》，明确要求我国钢铁企业在2010年完成既定钢产量目标的同时，要做到对工业“三废”的合理处理，对能够回收利用的资源投入更大的力量进行处理，称之为发展“循环经济”，以便完成对工业废料的减量化、再利用、再循环(即3R原则，the rules of 3R: Reduce，Reuse Recycle)。相应地，2008年颁布的《中华人民共和国循环经济促进法》，以法规的形式，对包括钢铁企业在内的工业企业进行政策性指导、规范和约束，显示出国家治理工业废弃物污染、利用工业废弃物资源的重大决心。
对钢铁企业来说，发展“循环经济”，及时处理废弃矿渣，“变废为宝”，使之转变为高附加值的工业产品，不但可以解决企业的废弃物堆放问题，将转化的资金投入到再生产中，做到了资金的高效运转，而且做到了环保，具有更为重大的意义。
1.3.2 研究开发绿色建材是当前热点
水泥被称为是人来有史以来最为重要、应用最为广泛和用量最大的建筑基体材料。现代水泥，即波特兰水泥，由英国人阿斯普丁(J. Aspdin)于1824年发明[23]，至今己形成全球年产量近30亿吨的规模，其应用范围也逐渐由陆基工程蔓延到了海基工程。但是在水泥行业不断发展和壮大的同时，所带来的环境问题也十分的棘手。
目前，全球因水泥生产所排放的二氧化碳已经占到了全球二氧化碳排放量的5%大大加剧了温室效应。同时，水泥生产过程中所排放的大量烟尘、粉尘、氮氧化物(NOx )、二氧化硫(SO2)、氟化物(主要为HF)、一氧化碳(CO)等大气污
染物及其他含铅(Pb)、铬(Cr)等有毒物质的固体废弃物等，也加剧了环境恶化的速度。据统计，2009年，中国水泥的生产总量达到了16.3亿吨，同比增长17.9%。根据每生产1吨水泥，所排放出的二氧化碳约为1吨的比例来计算，我国2009年度因水泥生产所排放出的二氧化碳就达到了16亿吨。另据统计，每年因水泥生产所排出的粉尘、烟尘达到了2000万吨以上，氮氧化物达到了150万吨左右，硫化物、氮化物、氟化物也达数百万吨。
水泥的生产过程一般主要由原料选取及粉碎、生料制备及均化、生料预热及分解、生料的锻烧(熟料的烧成)、水泥的粉磨、包装组成。其中，原料主要为天然石灰石、粘土，外加少量的铁矿石和煤。据统计，仅石灰石这一不可再生矿产资源一项，每年因水泥生产需消耗约10亿吨。而我国己探明的石灰石储藏总量也不过450亿吨，其中可利用的仅有250亿吨，照此速度发展下去，25年后几无可用。水泥生料和熟料的粉磨，即“两磨”，及水泥熟料的锻烧过程，即“一烧”，是水泥生产的核心部分，也是水泥生产中最为消耗资源和能量的环节，其所消耗的煤炭和电力约占水泥生产全部消耗的60%-75%，因此，水泥生产的主要过程被概括为“两磨一烧”，不仅是从其特点上来说，也跟其能耗有关系。全国每年在水泥生产上所消耗的能源，约占整个建材工业能耗的75%，可见其能耗之巨大。
除了上述的高污染、高耗能，水泥行业的另一个特点是高耗水。消耗的水资源一般可由生产中消耗用水和排出的废弃物带来的污染水量构成，这部分消耗是不可估计的。因此，由上述原因，水泥被称为“高污染、高耗能、高耗水”的“三高”产业。
温家宝总理在2010年3月5日召开的十一届全国人大三次会议上，作了核心内容之一为“2010年中国GDP(国内生产总值)增长速率为8%左右”的政府工作报告。建筑行业是国民经济的重要组成部分，其总量和发展速度直接影响着国民经济的规模和增长速度，故建筑行业的健康发展具有重大的意义，而建筑行业的发展又很大意义上依赖于建材工业的发展，终究归结于水泥产业的健康发展。而水泥产量的增加与环境保护始终属于相互矛盾的关系，二者的协调发展只有建立在开发绿色水泥的前提下。碱激发矿渣胶凝材料由钢铁工业的副产品一一高炉矿渣转化而来，无污染、性能好、价格低廉、工艺简单，其研究和发展，被寄望于对这一矛盾起到缓解的作用。
1.4 本课题研究内容及创新点
1.4.1 本课题的研究内容
本课题的主要研究内容为，以冶金废料一一高炉矿渣为主要原料，使其在碱性激发剂的作用下，转变为达到水泥使用标准的绿色建材，同时满足钢铁行业对废弃矿渣处理的要求和研究开发绿色建材作为水泥替代品的需求。研究利用高炉矿渣制备胶凝材料，选取氢氧化钠溶液作为激发剂，并在其中加入一定量碱渣作为缓凝剂，研究了激发剂的不同浓度以及不同固料比对碱激发矿渣胶凝材料的强度以及凝结时间的影响。
1.4.2 创新点
以高炉矿渣为原料制备绿色建材，废物利用，提高炉矿渣的附加值，制备过程与普通水泥相比，无需高温锻烧水泥熟料，改“两磨”为“一磨”，工艺简单，耗能少，污染小，成本低；与矿渣硅酸盐水泥相比，工艺高炉矿渣利用率由20%-70%提高到92%。
2 实验设计与样品检测方法
2.1矿渣以及碱渣的化学组成
运用X射线荧光光谱法对高炉矿渣和碱渣（即绿泥）化学成分进行分析，结果见表2.1。
表2.1
高炉矿渣碱渣（即绿泥）Na2O0.45 5.86
MgO 1.31 3.97
Al2O320.46 1.06
SiO253.42 4.87
P2O50.210.49
SO3 4.31 1.94
K2O 2.420.31
CaO10.1041.29
TiO20.69未检出
Cr2O30.04未检出
MnO20.120.54
Fe2O3 4.620.86
ZnO0.010.13
ZrO20.03未检出
BaO0.08未检出
F未检出未检出
Cl未检出0.05
CuO未检出0.02
烧失量 1.6638.47 2.2 激发剂
激发剂：采用的是分析纯的氢氧化钠溶液
2.3制备胶凝材料及相关性能检测所用仪器设备
本实验及所用设备相关信息见表2.2。
表2.2实验仪器及设备
型号-名称功用厂家
YAW-2000B型微机控制电液伺服压力试验机抗压强度测试济南槐荫凯恩试验机
有限公司
SX系列箱式电阻炉样品的煅烧绍兴沪越科学实验仪
器厂
JJ-55型水泥胶砂搅拌机搅拌混合矿渣与碱渣浙江中科仪器有限公
司
维卡仪标准稠度溶液用量、凝
结
时间测试
无锡建筑材料仪器厂
恒温保湿箱样品的养护上海齐欣科学仪器公
司
2.4 样品性能检测方法及其参考标准
2.4.1 抗压强度的测试
样品的抗压强度参考国标中水泥测试标准，测定28天抗压强度以及高温烘烤后的强度。测试抗压强度的样品采用50mmX50mmX50mm的立方体样品。参考标准为:《GB/T 17671一1999水泥胶砂强度检验方法》[24]。
2.4.2 凝结时间的测试
样品的凝结时间根据《GB/T 1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》[25]进行测试。
2.5 实验原理与过程
2.5.1 实验原理
熔融的高炉矿渣在通过急冷水淬转变为固态玻璃体时，能量由较高的状态向较低的状态转变，由于冷却的速度较快，来不及释放的能量以内能的方式储存在矿渣内部，因此高炉矿渣处于能量的非稳态。通过对高炉矿渣的粉磨，使其比表面积增大到400 m2/kg以上时，矿渣会发生自水化。高炉矿渣在碱性激发剂的作用下，会加速水化，生成CSH凝胶，具有一定的强度。
2.5.2 试件制备过程
本论文研究利用工业废弃物高炉矿渣等作为原料，采用碱性激发剂，将工业废弃物转化为具有较高价值的绿色环保建材一一胶凝材料，考察了激发剂浓度及固料比对碱激发矿渣胶凝材料抗压强度、凝结时间性能的影响。试验具体操作过程为:
（1）称取一定量的氢氧化钠固体，按照实验设计配成溶液并冷却到室温。将激发剂倒入事先装有矿渣及碱渣的搅拌锅中；搅拌时，先将锅放在搅拌机的的锅座上，升至搅拌位置，启动搅拌机，低速搅拌120s，停15s，同时将叶片和锅壁上的水泥浆刮入锅中间，接着高速搅拌120s停机。
（2）将搅拌均匀的碱激发矿渣浆体倒入构件模具中，等待其基本干硬后取出并用保鲜袋装好，28天后测试其强度及煅烧剩余强度。
（3）对于测试凝结时间的试样，将试样（未脱模）置于养护装置中进行养护，养护温度为23±1℃，养护相对湿度为97±1%，养护过程每隔一段特定时间进行一次凝结时间测试。
3 结果与分析
3.1 标准稠度NaOH溶液用量
制备胶凝材料的关键步骤是配比的确定，本课题先配制了不同浓度的碱溶液作为激发剂，然后根据GB/T 1346-2001确定不同碱渣掺量条件下，达到标准稠度时，所需不同浓度碱溶液的用量，从而确定配合比（见表3.1）。由实验结果（表3.1）可知，随着碱渣掺量的增加，达到标准稠度所需液固比逐渐减低。以4种不同溶度的NaOH溶液作为碱激发剂时，都呈现出这样的趋势。
表 3.1不同浓度碱溶液所对应的配合比
NaOH溶液浓度
(mol/L)质量配比液固比a
矿渣碱渣NaOH溶液
0.5 1 0 0.244 0.244
1 0.5 0.343 0.229
1 1 0.438 0.219
1 2 0.628 0.209
1 4 1.030 0.206
1.0 1 0 0.2460.246
1 0.5 0.3470.231
1 1 0.4250.213
1 2 0.6230.208
1 4 1.0130.203
4.0 1 0 0.2920.292
1 0.5 0.4130.275
1 1 0.5200.260
1 2 0.7430.248
1 4 1.1990.240
8.0 1 0 0.3260.326
1 0.5 0.4290.286
1 1 0.5550.278
1 2 0.7350.245
1 4 1.2260.245
a液固比等于NaOH溶液质量除以矿渣和碱渣的总质量
3.2 碱渣掺量和碱溶液浓度对凝结时间的影响
利用表3.1已经得出的配合比，再根据GB/T 1346-2001的方法进行凝结时间的测定，得出的结果如表3.2所示。由测定结果（表3.2）可知，随着碱渣掺量的增加，该胶凝材料达到初凝以及终凝的时间逐渐增加。以4种不同溶度的NaOH溶液作为碱激发剂时，都呈现出这样的趋势。
表3.2凝结时间测定结果
NaOH溶液浓度
(mol/L)质量比凝结时间
矿渣碱渣初凝终凝
0.5 1 0 16h20min20h28min
1 0.5 17h28min21h35min
1 1 29h17min33h35min
1 2 50h23min54h15min
1 4 52h23min56h36分
1.0 1 0 1h1h1min
1 0.5 1h46min1h51min
1 1 3h20min3h30min
1 2 5h15min5h25min
1 4 5h44min5h54min
4.0 1 0 16min 17min
1 0.5 19min 20min
1 1 21min 22min
1 2 24min 25min
1 4 27min 28min
8.0 1 0 12min 13min
1 0.5 13min 14min
1 1 16min 17min
1 2 17min 18min
1 4 20min 27min
3.3 碱渣掺量和碱溶液浓度对抗压强度的影响
这里所测定的28天抗压强度参考标准为:《GB/T 17671一1999水泥胶砂强度检验方法》，其测定结果如表3.3所示。由测定结果（表3.3）可知，随着碱渣掺量的增加，该胶凝材料28天达到的抗压强度逐渐降低。以1.0 mol/L、4.0mol/L 和8mol/L的NaOH溶液作为碱激发剂时，都呈现出这样的趋势。另外，值得注意的是以4mol/L NaOH溶液为激发剂时得到强度最高（60MPa）的掺碱渣胶凝材料（碱渣：矿渣=0.5）,而不是使用更高浓度（8mol/L）的情况。可能的原因
· 1130 ·2009年 碱激发胶凝材料的反应产物 王旻 (清华大学土木工程系，北京 100084) 摘要：通过X射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜、能谱分析，对碱激发胶凝材料反应产物的相组成进行探索性分析。结果表明：该碱激发胶凝材料硬化后的反应产物主要是含碱的铝硅酸盐凝胶，并存在未反应的水玻璃，副产物K2SO4是生产物中唯一的晶体物质。含碱的铝硅酸盐凝胶中可固溶Mg，Ca，S，Fe等离子，包裹着起微集料作用的未反应的粉煤灰玻璃微珠与莫来石颗粒，形成高度非均质的复杂体系。 关键词：碱激发偏高龄土；含碱铝硅酸盐凝胶；硫酸钾 中图分类号：TQ172 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)07–1130–07 REACTION PRODUCTS OF ALKALI-ACTIV ATED CEMENTING MATERIAL W ANG Min (Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100831, China) Abstract: The phase components of reaction products of a sort of alkali-activated metakaolin were analyzed by means of X-ray dif-fraction, infrared spectrophotometer and scanning electron microscope, energy dispersive X-ray spectroscopy. It was shown that the dominating reaction product was the amorphous aluminosilicate gel containing alkali, and some original water-glass still existed to-gether with the reaction products. K2SO4 as a minor product, was the only crystal matter in the new products. Alkaline-earth metal ions such as Mg, Ca, S, Fe could be solid dissolved in aluminosilicate gel; unreacted micro glass beads and mullite grains as micro- aggregate were wrapped by gel, a very heterogeneous complicated system were formed whereupon. Key words: alkali-activated metakaolin; aluminosilicate gel containing alkali; kalium sulfate 国内外对碱激发胶凝材料已有长期研究的历史，[1–4]大多作为结构构件材料来研究，也已应用于作为预制混凝土管、固化土壤加固地基等。[5]尚未见有用于作为结构加固的报道。碱激发胶凝材料的特点之一是凝结速率和黏结力发展都很快，适合用于结构加固。选择天然高岭土经适当温度下分解成无定形产物，具有较高的潜在反应活性。文献[6]报道了一种碱激发“偏高龄土”材料Geopolymer(翻译为“地聚物”，或“土聚合物”)，认为其产物是沸石的无定形相似物，又称“类沸石”或“准沸石”。[7] 但是，沸石是一种结晶质矿物，其特点是含有丰富的孔穴孔道，存在可交换的阳离子和脱附自由的沸石水，因此检测出这些特性才能确认是沸石。最可靠的检验方法是X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)和NH 4 +净交换量的测定，如果组成和沸石完全一样， 但不具备NH 4 +交换的特性或无XRD特征峰，就不是沸石，也不能称作“类沸石”，[3] 因为只是成份相似，并不等于结构相似或性质相似，正像石墨和金刚石的成分都是C，但完全不是一种物质一样，化学组成通过结构而决定物质的性能。[8]只是从化学成分结果分析计算，得出化学组成(没有水)与某种沸石的一致，并没有证据证明有该组成的物质就是沸石。[3]经显微共焦激光Raman光谱法检测，在试样中，因“偏高龄土”的存在，加水1h到1d，水玻璃中的碱首先反应生成含碱铝硅酸盐凝胶，同时生成K2SO4，才可加速固化剂中铝硅酸盐凝胶的生成反应。[9] 收稿日期：2009–04–12。修改稿收到日期：2009–04–22。第一作者：王旻(1978—)，男，博士研究生。Received date:2009–04–12. Approved date: 2009–04–22. First author: WANG Min (1978–), male, postgraduate student for doctor degree. E-mail: wangmin01@https://www.doczj.com/doc/929427761.html, 第37卷第7期2009年7月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 37，No. 7 J u l y，2009
胶凝材料 一、填空题 1、胶凝材料按化学组成分无机胶凝材料和有机胶凝材料。 2、无机胶凝材料按硬化条件分气硬性和水硬性。 3、建筑石膏与水拌合后，最初是具有可塑性的浆体，随后浆体变稠失去可塑性，但尚无强度时的过程称为凝结，以后逐渐变成具有一定强度的固体过程称为硬化。 4、从加水拌合直到浆体开始失去可塑性的过程称为初凝。 5、从加水拌合直到浆体完全失去可塑性的过程称为终凝。 6、规范对建筑石膏的技术要求有强度、细度和凝结时间。 7、水玻璃常用的促硬剂为氟硅酸钠。 二、单项选择题 1．划分石灰等级的主要指标是（C ）的含量。A．CaO的含量 B.Ca(OH)2的含量 C.有效CaO＋MgO
的含量 D.MgO的含量 2生石灰的化学成分是（B ）， A．Ca（OH）2 B CaO C.CaO＋MgO D.MgO 3.熟石灰的化学成分是（A ）， A．Ca（OH）2 B CaO C.CaO＋MgO D.MgO 4.生石灰的化学成分是（B）。 A．Ca（OH）2 B CaO C.CaO＋MgO D.MgO 4.只能在空气中凝结、硬化，保持并发展其强度的胶凝材料为（D ）胶凝材料。 A、有机 B、无机 C、水硬性 D、气硬性 5.生石灰熟化的特点是（C ）。 A体积收缩B吸水C体积膨胀D吸热 6.在生产水泥时，掺入适量石膏是为了（C ）。 A.提高水泥掺量 B.防止水泥石发生腐蚀 C.延缓水泥凝结时间 D.提高水泥强度 7.石灰陈伏是为了消除( C )的危害。 A正火石灰B欠火石灰C过火石灰D石灰膏 8.石灰一般不单独使用的原因是（B ） A.强度低 B.体积收缩大 C.耐水性差 D.凝结硬化慢
碱激发胶凝材料原理及应用 姓名：梁止水学号：05507117 日期：2008年12月6日 凝石的定义： 以经过高温过程的固体废物或火山灰类物质为主要原材料（掺量大于90%，可不需要烧制水泥熟料），模仿火山灰大地成岩过程，经配方设计，配料计算制备而成的硅铝基水硬性胶材料称为凝石。凝石是一类可以在许多场合取代水泥，但又有着许多与传统水泥不同的优异特性的硅铝基胶凝材料体系。 技术原理： 普通水泥的生产由于要以石灰石为主要原料煅烧水泥熟料，正在引起严重的环境污 染、生态破坏＼能源浪费、资源枯竭等一系列问题。凝石的生产与使用过程是火山 成岩过程的仿真。凝石生产的能耗只有普通硅酸盐水泥的30％一50％，几乎不产生 污染物，是2 1世纪最具发展潜力的绿色胶凝材料。凝石是根据火山成岩原理，以 循环经济思想为指导，运用地球化学＼岩石矿物学理论、分子设计理论以及材料仿 地设计原则等手段，对工业固体排放物(如煤矸石、尾砂、粉煤灰以及冶金渣等) 进行匹配设计，所获得的能够在常温常压下聚合成类天然岩石的生态胶凝材料。凝 石的硬化体是以硅氧四面体和铝氧四面体以顶角相连而形成的具有非晶态和半晶态 特征的三维网络状固体材料。阳离子填充在网络的空隙中以平衡由铝的四次配位而 形成的负电价。共价键结合是凝石网络体及其与骨料边界结合的本质特征。 凝石在各个领域的应用 建筑领域 建筑凝石除了具有普通水泥所不具有的一些特殊优异性能外，完全满足目前建筑常用水泥的各项性能指标，因此技术上可替代水泥应用于所有的建筑领域，如现浇混凝土、预制件、砌筑、抹面、地基处理，以及适应于普通水泥的所有墙体材料和屋面材料。 交通领域 道路凝石与目前常用的道路水泥相对应，特别适合于制备凝石混凝土路面。道路凝石除了具备道路水泥的全部性能外，还具有明显的高抗折强度、高耐磨性、快硬早强和充足的后期强度增长空间。土工凝石与各类粘土颗粒、粉砂颗粒、各种沙砾及岩石都具有天然的亲合性，将土工凝石用于软弱地基土层的处理(GBJT一89)，当加入量为6％时，其7天抗压强度可达8—1 O M pa，因此可应用于路基处理。凝石特有的远远高于普通水泥制品的耐久性，抗碱、酸、盐及其它环境污染物侵蚀的能力使得凝石特别适合于制备超交通负荷条件下的混凝土桥梁及其它交通设施。 工业建设安装领域 凝石类胶凝材料所具有的耐酸、耐碱、耐高温、快硬早强、高强等综合性能，使其特别适合于各类工业安装工程。如可用于各种设备基础的快速浇注、快速安装，特别是各种高温设备的耐热混凝土基础工程。在电力行业，60万千瓦大型机组所配套的锅炉烟囱，每根造价约3 OOO万元，其中花在防酸耐热工程部分的费用就占整体造价的50％，如果用凝石作为胶凝材料直接浇注耐酸混凝土，不但整体造价可下降50％以上，还能大幅度缩短工期，延长使用寿命。耐酸凝石可用于工业领域各种强酸、强碱的容器及管道建设。 海洋工程领域 用凝石类胶凝材料制备海洋工程混凝土要比现有的水泥混凝土具有更好的耐久性，并可直接用海水拌和。 岩土工程领域
浅析胶凝材料学发展 摘要：基于胶凝材料的发展历史，提出了非传统胶凝材料的概念，根据工业废渣的化学组成、矿物特征以及胶凝固结特征对其进行了分类并探讨了工业废渣在胶凝材料中的应用途径，指出工业废渣在胶凝材料中的应用不仅有助于解决环境污染，节约能源，而且可降低产品成本，不同程度地改善胶凝材料的性能，具有显著的社会经济效益，并对以土聚水泥为例，介绍其研究现状及应用发展前景。关键词：胶凝材料；工业废渣；利用；土聚水泥 0引言 胶凝材料是指经过自身的物理化学作用后，能够由液态或半固态变成坚硬固体的物质。胶凝材料按其化学成分可分为有机和无机两大类。无机胶凝材料按其硬化时的条件又可分为：气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续提高其强度，如石灰、石膏、水玻璃等[1-2]。水硬性胶凝材料不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并继续提高其强度[3]。 1胶凝材料学的发展历程 1.1传统胶凝材料 1.1.1古代胶凝材料 人类发现和利用胶凝材料，有着悠远的历史。新石器的前陶器时代人们就开始使用天然胶凝材料粘土和姜石，并且在9000年前开始使用最早的人造胶凝材料—石灰。公元前2500～3000年，人们就开始使用石膏—石灰类胶凝材料。公元初期，石灰—火山灰水硬性胶凝材料开始使用。这种胶凝材料表现出极强的耐久性[4-7]。 古代胶凝材料的最大不同是AL203和SiO2含量高而且有大量(40％)的方沸石存在。方沸石是一种化学稳定性较高的水化产物，溶解度小，与Ca(OH)2几乎完全反应。因此古代的胶凝材料的溶解度小，其内的成分不会因为时间的流失而流失，所以古代胶凝材料有卓越的耐久性。 1.1.2现代胶凝材料。 现代胶凝材料一般指硅酸盐水泥、石灰、石膏等最常用的胶凝材料。而铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、则又称为非硅酸盐水泥。现代以波特兰水泥为主的胶凝
碱激发胶凝材料基本原理及其应用 05207146 周素华在一些火山灰质的混合料中，存在着一定数量的活性二氧化硅、活性氧化铝等活性组分。这些活性组分与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物，其中，氢氧化钙可以来源于外掺的石灰，也可以来源于水泥水化时所放出的氢氧化钙。这就是火山灰反应，也就是碱性激发的原理。 xCa(OH)2+SiO2+mH2O→xCaO·SiO2·nH2O xCa(OH)2+Al2O3+mH2O→xCaO·Al2O3·nH2O 众所周知，工业废渣成分大都为SiO2、Al2O3、CaO等，这类废渣自身没有或有很微弱胶凝性，但其大都是经急冷形成的玻璃体，本身具有热力学活性，因而可用机械、热力、化学方法激活，使之具有胶凝性。通用的方法是碱性激发或硫酸盐激发(即化学激发)。 传统高钙体系水泥，碱含量很高，尤其是Ca(OH)2 含量，当建筑物和土壤接触后，不同类型的粘土就开始与建筑物发生反应，消耗水泥基结构物内部的Ca(OH)2，当碱度低于维持水泥水化产物稳定所需的碱度时，水泥水化产物开始分解来维持其碱度，随着Ca(OH)2的不断消耗，水泥基材料的水化产物开始变成无胶凝性能的物质，建筑物的耐久性遭到破坏。 凝石是碱激发材料的一个典型的代表，与水泥相比，它存在一定的优势： 第一，更环保。10吨水泥就要消耗7吨石灰石，产生6吨毒气；而凝石的原料，95%为工业废料，无需开山炸石取原料，更无需烧制，“绿色化”生产工艺完全无烟、无粉尘、无废水排放…… 第二，更优质。结构决定性能，水泥是硅钙体系，凝石是硅铝体系，“地球上的绝大部分石头都是后者，凝石在固结粘土细沙上的能力，在低温下抗冻的能力，和在特殊环境下受酸碱腐蚀的能力，普遍超出同标号水泥3倍以上！” 在各个领域，凝石都能发挥作用： 1、建筑领域 建筑凝石除了具有普通水泥所不具有的一些特殊优异性能外，完全满足目前建筑常用水泥的各项性能指标，因此技术上可替代水泥应用于所有的建筑领域，如现浇混凝土、预制件、砌筑、抹面、地基处理，以及适应于普通水泥的所有墙体材料和屋面材料。 2、交通领域 道路凝石与目前常用的道路水泥相对应，特别适合于制备凝石混凝土路面。道路凝石除了具备道路水泥的全部性能外，还具有明显的高抗折强度、高耐磨性、快硬早强和充足的后期强度增长空间。
碱激发地质聚合物的研究进展 指导老师： 学生姓名： 专业班级：材料工程801 摘要 碱激发胶凝材料是近年来发展的新型胶凝材料．许多固体废弃物均可作为它的原料．这将为充分利用工业固体废弃物开辟一条新的途径。本文主要介绍了碱激发胶凝材料的制备、应用及研究现状。从国内、国外两方面了介绍了碱激发胶凝材料的发展现状及理论科研成果。阐述了碱激发地质聚合物胶凝材料的优点，同时指出在该领域中存在的问题以及对未来的展望。 关键词：碱激发，地质聚合物，胶凝材料
Research progress on Alkali stimulate geological polymer Name: Longtao chen Instructor : Xiping lei Abstract Alkali stimulate cementitious material is the recent development of new cementious material. Many solid waste could be used as its raw material. It will to make full use of industrial solid wastes opened up a new way. This article mainly introduced the alkali stimulate cementitious material preparation, application and research actuality. Both from domestic and overseas are introduced alkali stimulate cementitious material development present situation and the theory of scientific research. Expounds the alkali stimulate geological polymer cementitious material advantages, in this field is also pointed out the existing problems and outlook for the future. Keywords: alkali inspired, geological polymer, gelled material
试验研究文章编号:1009-9441(2010)03-0001-03 碱激发矿渣胶凝材料的试验研究 杨 猛1,孙小巍2,李文学3 (1.辽宁省建筑材料监督检验院,辽宁沈阳 110032;2.沈阳建筑大学,辽宁沈阳 110168;3.辽阳市工程质量监督站,辽宁辽阳 111200) 摘 要:通过变换碱种类、碱掺量、水玻璃模数,研究了矿渣粉在碱的作用下的强度发展规律,并对这类碱激发材料的性能进行了试验与分析。结果表明,碱掺量增加,凝结时间越短;水胶比越小,凝结时间越短。采用水玻璃比用N aOH的凝结时间短,水玻璃对矿渣的激发效果要优于N aOH的激发效果,模数为1.2的水玻璃当掺量达到8%时强度达到最大值。胶砂强度随N a OH掺量的增加而增加,N aOH掺量达到10%时强度达到最大值。 关键词:胶凝材料;矿渣;碱激发 中图分类号:TU528.062;TU528.04 文献标识码:A 引言 硅酸盐水泥是建筑工程中不可或缺的建筑材料,其用量之大,使之成为人类使用量最大的人工材料。然而,硅酸盐水泥本身存在着固有的不足。一方面是能源与资源消耗大,污染大。我国的水泥生产每年要消耗近1亿t煤,用电近600亿k W h,同时还要消耗近4亿t石灰石和大量黏土,对这些不可再生的矿物资源的持续性大量消耗,将对人类社会产生重大的影响。另一方面,在熟料的煅烧过程中,因石灰石分解和燃料燃烧释放出大量的CO2,以及SO2、NO x等有毒气体,导致了严重的环境污染,尤其是巨大的CO2排放量在不断加剧地球的温室效应。因此,研究胶凝材料制备的新原理,加强工业废渣的利用研究,是一项既具有科学意义,又具有实际意义的工作。 碱激发胶凝材料是近年来新发展起来的一种无机非金属胶凝材料,其抗压和抗折强度、抗酸碱侵蚀性、抗冻融性、抗碳化性能等均优于普通硅酸盐水泥。另外,碱激发胶凝材料制备工艺简单、不需要高温煅烧、能耗低、成本低、市场广,又免除了大量有害废气的排放,是21世纪极具发展潜力的一种胶凝材料。这类材料多以铝硅酸盐类矿物为主要原材料,而许多工业固体废弃物如矿渣、钢渣、粉煤灰和煤矸石等,其主要矿物成分均为硅酸盐或铝硅酸盐类。因此,这些工业固体废弃物均可作为制备碱激发胶凝材料的主要原材料,这将为充分利用工业固体废弃物开辟一条新的途径。碱激发矿渣是目前研究最为深入的碱激发胶凝材料。 1 原材料与试验方案 1.1 试验仪器 试验仪器主要有:XJ202-A型行星式水泥胶砂搅拌机;K JZ-500型电动抗折试验机;YA W-300型电子液压式压力试验机。 1.2 原材料 2试验所用原材料主要有:鞍钢产的矿渣(质量系数K=1.62,碱度系数M o=1.33,属于碱性矿渣,活度系数M n=0.292)、氢氧化钠(分析纯)、水玻璃(模数为2.7)、天然二水石膏。 1.3 试验方案 (1)选用不同种类的碱为激发剂,在不同的碱掺量、不同的用水量和缓凝剂掺量下制成胶凝材料,测定其凝结时间,研究碱激发胶凝材料凝结时间的影响因素及规律。 (2)以模数为1.2和1.6,掺量为6%、8%、10%、12%的水玻璃作为碱激发剂,进行力学性能试验,分析水玻璃的模数与掺量对纯矿渣粉料的影响。 (3)采用不同掺量的N a OH作为碱激发剂,进行力学性能试验,分析Na OH对纯矿渣粉料的影响。 2 试验结果与讨论 2.1 碱激发矿渣凝结时间的影响因素 2.1.1 碱掺量对碱激发材料凝结时间的影响 以矿渣为原料,模数为1.2的水玻璃为碱激发剂,选择不同的碱掺量,其凝结时间测定结果见表1。 表1 水玻璃掺量对初凝时间的影响 水玻璃掺量/%4681012 初凝时间/m i n5750312016
胶凝材料习题 1孔隙学：研究孔结构和孔特征的理论。 2天然矿物材料：指可供作为材料直接使用的，由自然地质作用所形成的单矿物材料、单种矿物集合体材料、多种矿物集合体所构成的岩石材料。 3固相反应：在生产煅烧过程中，碳酸钙分解的组分与粘土分解的组分通过质点的相互扩散而进行的反应。4石灰饱和系数：熟料中二氧化硅被碳酸钙饱和成硅酸三钙的程度。 5耐火材料：用于热工设备中能够抵抗高温作用的结构部件和高温容器的无机非金属材料和制品，也包括天然矿物和岩石。 6镁质胶凝材料：由磨细的苛性苦土（MgO）和苛性白云石(MgO和CaCO3)为主要组成的一种气硬性胶凝材料。 7镁水泥：用MgCl2溶液调制成的镁质胶凝材料即为氯氧镁水泥，简称镁水泥。 8风化：岩石在大气、水、介质等共同联合作用下发生破坏和化学分解等现象。 9激发剂：能促使矿渣自身呈现其胶凝能力的外加物。 10碳酸钙分解温度：分解压力大于0.1MPa时温度达到898°C，该温度称~~ 11硅率ＳＭ：表示熟料中SiO2含量与Al2O3与Fe2O3含量之和的质量比值。 12铝率IM：表示熟料中Al2O3与Fe2O3含量的质量比。 13形态学：研究材料组成相的几何形状及其变化，进一步研究他们与生产工艺及材料性能间关系的科学。14触变性：指某些胶体体系在外力作用下，流动性暂时增加，外力除去后，具有缓慢的可逆复原的性能。15水化速率：单位时间内水泥的水化程度和水化深度。 16宾汉姆体：在研究弹-塑-粘性物体变形过程中，当所施加的外力较小，它所产生的剪应力小于极限剪应力或屈服应力时，物体将保持原状不发生流动，而当剪应力超过屈服应力时，物体就产生流动，这类物体叫宾汉姆体。 17网络形成剂：单键强度＞335kＪ／mol的氧化物能单独形成玻璃称~~ 18网络调整剂：单键强度＜250ｋＪ／mol的氧化物不能单独形成玻璃，但能改变网络结构，处在网络之外，称网络调整剂。 19.耐火度：表示材料抵抗高温作用而不熔化的性能。 20.化学收缩：水泥浆体在水化过程中，水泥水体系的总体积发生缩小的现象。 21.自收缩：自由干燥引起的物理收缩。 22.水化程度：指某一时刻水泥发生水化作用的量和完全水化的量的比值，以百分率表示。 23.胶空比：水化水泥在水泥石体积中对孔隙填充的程度。 24.最可几孔径：水泥石中出现几率最大的孔径。 25.流变学：研究物体中的质点因相对运动而产生流动和变形的科学。 26.假凝：指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。 27.荷重软化温度：表示制品对高温和荷重的共同作用的抵抗能力。 28.玻晶比：玻璃和晶体含量的比值。 29.火山灰质混合材：凡是天然的或人工的以氧化铝、氧化硅为主要成分的矿物质材料，本身磨细加水拌和 并不硬化，但与气硬性石灰混合后再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化者称为火山灰质混合材。 30.阿利特（A矿）：水泥中的硅酸三钙一般不是以纯C3S形势存在，而是含有氧化镁和氧化铝的固溶体 贝利特（Ｂ矿）：在水泥熟料烧成过程中形成硅酸二钙，常常含有少量杂质如氧化铁、氧化钛等， 才利特（Ｃ矿）：C4AF。 问答题 1. 石膏的相组成有哪些？石膏工艺理论基础是什么？
第六章其它品种混凝土 内容：轻混凝土的种类，轻骨料混凝土的组成、技术性质及混凝土配比，多孔混凝土的组成，性能和应用，其它混凝土的简介。高强混凝土及高性能混凝土概念、区别及主要配制途径与性能特点。 基本要求： 1．了解高强和高性能混凝土的发展趋势。[3] 2．了解轻混凝土的种类，组成及特点。[3] 3．了解轻骨料混凝土的技术性质及应用。[1] 重点：轻混凝土的分类、组成特点、轻骨料混凝土的技术要求及应用。 △自学内容△ 自学其它品种混凝土，自学思考题： ·高强混凝土与高性能混凝土的区别 ·轻混凝土的分类；轻骨料混凝土的性能特点 ·防水混凝土的配制方法。 ·大体积混凝土配制和施工时应采取哪些措施 ·什么是泵送混凝土的可泵性？如何保证泵送混凝土的可泵性？ 第六章其它品种混凝土 第一节高强高性能混凝土 随着现代化工程结构向大跨、重载、高耸发展以及重大混凝土结构在各种严酷环境条件下使用的需要，高强度和高耐久性混凝土日益受到世界范围内的重视和关注。 一．高强混凝土 是用常规的水泥、砂石作原材料，采用常规制作工艺，主要依靠高效减水剂，或同时外加一定数量的活性矿物掺合料，使硬化后强度等级不低于C60的水泥混凝土。 1．高强度混凝土的优点和缺点 优点： 致密坚硬，抗渗性、抗冻性优于普通混凝土。
●可减小结构断面 ●刚度大，变形小，可施加更大预应力和更早地施加预应力。 缺点： ●对原材料要求严格 ●对生产施工的质量管理水平要求高 ●质量易受多方面情况影响 ●延性差 2．物理力学性能（略讲） （1）应力－应变曲线不同于普通混凝土 （2）早期－后期强度规律，早期强度高，后期增进率低 （3）抗拉强度与抗压强度之比降低 （4）收缩：初期大，但最终与普通混凝土相当 （5）耐久性提高 3．高强度混凝土配制原则 （1）水泥质量稳定，强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。 （2）粗骨料最大粒径不应大于25mm，最好控制在15～25mm,严格控制针片状含量。 （3）砂率，一般可取30～35％。 （4）掺合料的使用 （5）胶凝材料用量不宜大于550kg/m3，且矿物掺合料不得超过40％。 二．高性能混凝土 高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标，要对工作性、强度、体积稳定性、经济性等重点予以保证。特点是优选材料，低水胶比，并除水泥、水、骨料外，必须参加足够数量的矿物细掺料和高效减水剂。 1．拌合物的性能 包括充填性、可泵性、稳定性（抗泌水、抗离析等）。 2．耐久性 一般来说，混凝土只要其抗渗性很低，就有很好的抵抗水和侵蚀性介质侵入的能力。高性能混凝土由于水胶比很低而具有很低的渗透性，因而其耐久性好。 3．强度 当胶凝材料总量确定后，调整水泥与活性掺合料的比例，即可制成不同强度等级且经济合理的高性能混凝土。 4．收缩。 除了普通混凝土的收缩以外，还应特别注意自收缩。 高强混凝土与高性能混凝土的区别： 高强混凝土主要是以强度作为指标，而高性能混凝土则侧重于施工性和耐久性、体积稳定性，并不一定要求有较高的强度。
绪论 1胶凝材料：凡在物理化学作用下，从具有可塑性浆体逐渐变成坚固石状的过程中，能将其他物料胶结为整体，并具有一定的机械强度的物质。 一、石膏 1、CaSO4 H2O有几种石膏相及其生成条件（温度等） CaSO4 H2O系统中的石膏相有五种：二水石膏、α型与β型半水石膏、α与βⅢ型硬石膏、Ⅱ型硬石膏、Ⅰ型硬石膏。 半水石膏有α型与β型两个变种。当二水石膏在。>45°加压水蒸气条件下，在酸和盐的溶液中加热时，可以形成α型半水石膏。如果二水石膏的脱水过程是在45°干燥环境中进行的，则可以形成β型半水石膏。 Ⅲ型硬石膏也存在α型与β型两个变种，他们分别由α型与β型半水石膏加热脱水而成。前者是在100度加压水蒸气条件生成，后者是在107度干燥空气条件下生成。如果二水石膏脱水时，水蒸气分压过低，二水石膏也可以不经过半水石膏直接转变为Ⅲ型硬石膏。 Ⅱ型硬石膏是二水石膏、半水石膏和Ⅲ型硬石膏经高温（200度-1180度）脱水后在常温下稳定的最终产物。 Ⅰ型硬石膏只有在温度高于1180℃时才能存在，如果低于此温度，他会转化为Ⅱ型硬石膏。故Ⅰ型硬石膏在常温下是不存在的。 2、为什么α型半水石膏比β型的强度高？ 两者的差别主要表现在亚微观状态下晶体的形态大小以及分散度方面的不同。1.α型半水石膏是致密的完整的，粗大的原生颗粒，而β型半水石膏是片状的，不规则的，由细小的单个晶粒组成的次生颗粒。2.β型半水石膏分散度比α大得多。所以，β型半水石膏的水化速度快、水化热高、需水量大、硬化体强度低。 3、简述半水石膏水化机理。 半水石膏加水后进行的水化反应用下式表示：CaSO4.1/2H2O+3/2H2O=CaSO4.H2O=Q,关于半水石膏水化有两个理论：1，溶解
气硬性胶凝材料 一、判断题 1、气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，而水硬性胶凝材料只能在水中硬化。（） 2、石灰碳化的反应式是Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O （） 3、建筑石膏因其晶粒较粗，调成浆体的需水量比高强石膏的需水量小得多。（） 4、欠火石灰与过火石灰对工程质量产生的后果是一样的。（） 5、在通常的硬化条件下，石灰的干燥收缩值大，这是它不宜单独生产石灰制品和构件的主要原因。（） 6、石灰是气硬性胶凝材料，所以用熟石灰粉配制三合土不能用于受潮工程中。（） 二、名词解释 1、水硬性胶凝材料 2、石灰的熟化 3、石灰的陈伏 4、建筑石膏 三、填空题 1、石灰在熟化时释放出大量的，体积显著；石灰在硬化时释放出大量的，体积显著。 2、欠火生石灰的主要化学成分是和；正火石灰的主要化学成分是；过火石灰的主要化学成分是。 3、半水石膏的晶体有和型，型为建筑石膏，型为高强石膏。 4、消石灰的主要化学成分是；硬化后的石膏的主要成分是。 四、选择题 1、石灰熟化过程中“陈伏”是为了（）。 A．有利于结晶B．蒸发多余水分C．降低放热量D．消除过火石灰危害 2、石灰浆体在空气中逐渐硬化，主要是由（）作用来完成的。 A．碳化和熟化B．结晶和陈伏C．熟化和陈伏D．结晶和碳化 3、（）浆体在凝结硬化过程中，体积发生微小膨胀。 A．石灰B．石膏C．水玻璃D．水泥 4、建筑石膏的主要化学成分是（）。
A．CaSO4·2H2O B．CaSO4C．CaSO4·1/2H2O D．Ca(0H)2 5、石膏制品具有良好的抗火性是因为（）。 A．石膏结构致密B．石膏化学稳定性好，高温不分解 C．石膏遇火时脱水，在表面形成水蒸气和隔热层D．石膏凝结硬化快 五、问答题 1、某民宅内墙使用石灰砂浆抹面，数月后，墙面出现了许多不规则的网状裂纹，同时个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹，试分析上述现象产生的原因。 2、根据石灰浆体的凝结硬化过程，试分析硬化石灰浆体有哪些特性？ 3、试从建筑石膏的主要特性分析其为什么适用于室内，而不适用于室外？
项目名称：碱激发固废基胶凝材料的科学基础及其在废水处理和制氢中的应用推荐单位：西安建筑科技大学 项目简介： 本世纪人类将面临能源短缺和环境污染给全球经济和社会的可持续发展所带来的双重挑战。项目原创性地提出了以粉煤灰、钢渣、矿渣等为原料，制备新型有机树脂乳液增韧的碱激发固废基胶凝材料，并将其用于染料废水处理及制备氢能的应用基础研究，对于固废的基础研究及高附加值综合利用具有重要意义。 项目研究的主要内容包括无机固废的性能检测、激发剂的种类及用量、有机增韧剂掺量、水渣比、养护制度、力学性能、碱激发固废基胶凝材料水化机理、树脂的增韧机理、碱激发固废基胶凝材料用于染料污水处理的降解机理以及用于制备氢能的活性评价等。主要的研究成果如下： 建立了制备有机树脂乳液强化增韧碱激发固废基胶凝材料的新方法；系统地考察了影响碱激发固废基胶凝材料力学性能的诸多因素，当乳液掺量为1wt% 时胶凝材料呈现出最高的抗折及抗压强度；高分子乳液强化增韧机理的研究结果表明，有机高分子与胶凝材料中的羟基通过缩聚反应形成互穿的网络结构，镶嵌在固废基胶凝材料的间隙，从而增强了胶凝材料韧性；原创性的提出了揭示碱激发固废胶凝材料水化本质的20余种未见报道的新水化反应方程式；首次提出了将碱激发固废基胶凝材料作为一类新型廉价高效催化剂应用于有机废水降解的应用基础研究，发现碱激发矿渣以及钢渣固废基胶凝材料对有机阴离子染料以及阳离子染料降解规律。 项目历时9 年，取得了丰硕的科研成果：发表学术论文 48 篇（其中：SCI 收录18 篇，EI 收录23篇），17 篇 SCI 收录论文他引199 次；48 篇论文他引290次；获授权国家发明专利16 项。
1.什么是气硬性胶凝材料？主要有哪些？各有何特点？ 答：非水硬性胶凝材料的一种。只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏、 菱苫土和水玻璃等；气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境 中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。 石灰：保水性，可塑性好；凝结硬化慢，强度低；耐水性差；干燥收缩大。 石膏：凝结硬化时间段；凝结硬化时体积微膨胀；空隙率大，体积密度小；保温性和吸声性好；强度较低；具有一定的调湿性； 防火性好，耐水性差；耐水性，抗渗性，抗冻性差。 水玻璃：粘结性强，强度较高；耐酸性好，耐热性好；耐碱性，耐水性差。 2.什么是硅酸盐水泥？评定水泥质量的主要指标有哪些？ 答：由硅酸盐水泥熟料、0%-5%石灰石或粒化高炉炉渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥熟料的主要成分 为硅酸三钙3CaO·SiO2，硅酸二钙2CaO·SiO2，铝酸三钙 3CaO·Al2O3和铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3。 主要指标：质量比为1:3的水泥和标准砂，用0.5的水灰比拌合后，按规定的方法制成胶砂试件，在标准温度的水中护养，测3d 和28d的试件抗折和抗压强度，划分强度等级。
3.什么是新型建筑材料？如何进行分类？ 答：新型建筑材料是区别于传统的砖瓦、灰砂石等建材的建筑材料新品种，包括的品种和门类很多。从功能上分，有墙体材 料、装饰材料、门窗材料、保温材料、防水材料、粘结和密 封材料，以及与其配套的各种五金件、塑料件及各种辅助材 料等。从材质上分，不但有天然材料，还有化学材料、金属 材料、非金属材料等等。 分类：（1）按用途分类 （2）按建筑各部分使用建筑材料的状况分类 （3）按原材料分类 4.根据外观形态，防水材料有哪些？各有何特点？ 答：防水卷材、防水涂料、密封材料和刚性防水材料等。 防水卷材：克服了传统沥青防水卷材温度稳定性差、延伸率低的缺点，具有高温不流淌、低温不脆裂、拉伸强度高、延 伸率较大等优异性能。 刚性防水材料：兼防水和承重两种功能；成本低廉；施工方便； 易于补休；耐久性好。 5.谈谈你对未来建筑材料发展方向的看法？ 答：（1）具有多功能多样性和综合性的建筑材料； （2）绿色健康建筑材料；
一、填空题 1．石膏板不能用作外墙板的主要原因是由于它的性差。 2．石膏制品应避免用于和较高的环境。 3．按消防要求我们尽可能用石膏板代替木质板材，是因为石膏板具有好的特性。 4．石灰熟化时放出大量的______，体积发生显著______；石灰硬化时放出大量的______，体积产生明显______。 5．石灰浆体的硬化包括______和_____两个交叉进行的过程，而且______过程是一个由_____及______的过程，其硬化速度_____。 6．在石灰应用中，常将石灰与纸筋、麻刀、砂石等混合应用，其混合的目的是______，否则会产生______。7．在水泥砂浆中掺入石灰膏制成混合砂浆，掺入石灰膏是利用了石灰膏具有______好的特性，从而提高了水泥砂浆的______。 8．生石灰按氧化镁的含量，分为__________和__________两类。 9．生石灰在使用前的陈伏处理：是使其在储灰池中存放______天以上，储存时要求水面应高出灰面，是为了防止石灰______。 10．菱苦土在使用时不能用水拌制，通常用_________水溶液拌制，由于菱苦土与各种_________粘结性好，且______较低，因此常用之与木屑等植物质材料拌制使用。 11．菱苦土耐水性差，吸湿后会产生______变形，表面___，强度______。为了改善其耐水性，可采用MgSO4 7H2O等来拌制。 12．常用水泥中，硅酸盐水泥代号为_______、________，普通水泥代号为_______，矿渣水泥代号为_______，火山灰水泥代号为________，粉煤灰水泥代号为________。 13．改变硅酸盐水泥的矿物组成可制得具有不同特性的水泥，提高含量，可制得高强水泥，提高_____和__的含量，可制得快硬早强水泥，降低_______和_______的含量，提高_______的含量，可制得中、低热水泥；提高_______含量、降低________含量可制得道路水泥。 14．常用的活性混合材为___________、___________、________，活性混合材的主要化学成分是________和________，这些活性成分能与水化产物________反应，生成________和________而参与水泥凝结硬化。15．引起硅酸盐水泥体积安定性不良的原因是________、________和_______；沸煮法能检验_______的危害；安定性不良的水泥应作______处理。 16．影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素有_______、________、________、_______、______和______等。17．活性混合材的激发剂分为________和________两类。 18．水泥熟料中掺加活性混合材可使水泥早期强度_______，后期强度_______，水化热________，耐酸及耐水性________。 19．水泥石腐蚀的类型主要有________、____、_____、_________。 20．硅酸盐水泥的细度用________表示，其他品种的通用水泥用________表示。细度越大，水泥活性________，但细度过细，水泥硬化过程中易引起________。 21．水泥初凝时间是指自________起，到水泥浆________为止所需的时间。初凝的作用是为了________________________________。终凝时间是指自______起，至水泥浆________开始产生为止所需的时间。终凝的作用是为了_______________________。 22．与硅酸盐水泥相比，掺混合材的硅酸盐水泥具有早期强度________，后期强度________，水化热________，耐软水和铝酸盐侵蚀性________，其蒸汽养护效果________，抗冻性________，抗碳化能力________的特性。其中矿渣水泥具有________好，火山灰水泥在干燥条件下________差，在潮湿条件下________好，粉煤灰水泥具有________小、________好的特性。 23．高铝水泥具有早期强度________，水化热________，耐蚀性________，耐热性________的特性，高铝水泥由于晶型转化，不宜用于长期_______的结构，同时高铝水不能与硅酸盐水泥等能析出________的材料混合使用，否则会出现________，无法施工，同时高铝水泥不适宜于________养护，也不宜用于________条件下施工。 24．在生产硅酸盐水泥时掺入适量石膏后，石膏可与水泥熟料水化生成的__ ______反应，生成难溶于水的________，减少了溶液中的高价________，从而________水泥浆的凝聚速度，但如果石膏加入量过大会造成水泥___________不良的后果。 25．水泥是一种具有_______大且________强的粉体材料，在运输或贮存时，水泥会吸收空气中________和________与之发生化学反应，故水泥是一种随着时间的增长强度逐渐降低的材料。因此水泥必须在有效期内进行使用，有效期是指自__________起______个月，为了防止使用时水泥强度等级不符合标准，通常新出厂水泥28天抗压强度应比标准规定的强度最低值有所富裕。 26．我国南方水位变化区（淡水）的工程，宜选用________水泥；我国北方，冬季施工混凝土宜选用________水泥；抗淡水侵蚀强，抗渗性高的混凝土宜选用________水泥；要求早强高、抗冻性好的混凝土宜选用________水泥；填塞建筑物接缝的混凝土宜选用________水泥。 二、选择题 1．石膏适合制作雕塑和模型是由于它______。 A．凝结硬化速度快B．强度高C．硬化时体积微膨胀D．耐水性好 2．______水泥需水量大，干缩大，抗冻性差，抗渗性好。
第三章无机气硬性胶凝材料习题 一、填空 1.胶凝材料按照化学成分分为（）和（）两类。无机胶凝材料按照硬化条件不同分为（）和（）两类。 2.建筑石膏按（）、（）、（）分为（）、（）和（）三个质量等级。 3.生石灰的熟化是指（）。熟化过程的特点：一是（），二是（）。 4.生石灰按照煅烧程度不同可分为（）、（）和（）；按照MgO含量不同分为（）和（）。 5.石灰浆体的硬化过程，包含了（）、（）和（）三个交错进行的过程。 6.石灰按成品加工方法不同分为（）、（）、（）、（）、（）五种。 7.建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉按照其主要活性指标（）的含量划分为（）、（）和（）三个质量等级。 二、判断题(对的划√，不对的划×) 1气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，而水硬性胶凝材料只能在水中硬化。（） 2石灰浆体在空气中的碳化反应方程式是： Ca(OH) 2+CO 2 =CaCO3+H 2 O （） 3建筑石膏最突出的技术性质是凝结硬化慢，并且在硬化时体积略有膨胀。（）4建筑石膏板因为其强度高，所以在装修时可用于潮湿环境中。（） 5建筑石膏的分子式是 CaSO 4·2H 2 O。（） 6石膏由于其防火性好，故可用于高温部位。（） 7石灰陈伏是为了降低石灰熟化时的发热量。（） 8石灰的干燥收缩值大，这是石灰不宜单独生产石灰制品和构件的主要原因。 （） 9石灰是气硬性胶凝材料，所以由熟石灰配制的灰土和三合土均不能用于受潮的工程中。 10石灰可以在水中使用。（） 11建筑石膏制品有一定的防火性能。（） 12建筑石膏制品可以长期在温度较高的环境中使用。（） 13石膏浆体的水化、凝结和硬化实际上是碳化作用。（） 三、单选题
田长安等：固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展 · 151 · 第37卷第1期 碱激发胶凝材料及混凝土研究进展 孔德玉1，张俊芝1，倪彤元1，蒋靖2，方诚1 (1. 浙江工业大学建筑工程学院，杭州310014；2. 杭州建工建材有限公司，杭州 311107) 摘要：综合评述了碱激发胶凝材料及其混凝土的研究进展，总结了影响碱激发胶凝材料性能的主要因素，着重介绍了采用碱激发胶凝材料配制的混凝土性能最新研究进展，包括新拌混凝土拌合物和易性、硬化混凝土强度和抗化学侵蚀、碱集料反应、对钢筋的保护作用等耐久性问题以及硬化混凝土变形性能等，并提出当前研究存在的问题和今后研究的发展方向。 关键词：碱激发胶凝材料；混凝土；力学性能；耐久性 中图分类号：TQ172 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)01–0151–09 RESEARCH PROGRESS ON ALKALI-ACTIV ATED BINDERS AND CONCRETE KONG Deyu1，ZHANG Junzhi1，NI Tongyuan1，JIANG Jing2，F ANG Cheng1 (1. College of Civil Engineering & Architecture, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014; 2. Hangzhou Construction & Building Materials Co. Ltd., Hangzhou 311107, China) Abstract: Research on alkali-activated binders and concrete made with alkali-activated binders are reviewed. Factors affecting the properties of the alkali-activated cement are summarized and emphasis is placed on the properties of concrete made with al-kali-activated binders, including the workability of the fresh concrete, the strength, deformation and durability such as chemical attack resistance, alkali-aggregate reaction and protection of the steel bar in reinforced concrete. Some suggestions for future investigations are also made. Key words: alkali-activated binder; concrete; mechanical property; duration 20世纪30年代，Purdon等[1]研究发现，少量NaOH在水泥硬化过程中可起催化作用，使水泥中铝硅酸盐易溶而形成硅酸钠和偏铝酸钠，进一步与氢氧化钙(CH)反应形成水化硅、铝酸钙，使水泥硬化并重新生成NaOH，催化下一轮反应，由此提出“碱激发”理论。此后，前苏联开展大量相关研究，开发新型碱矿渣水泥，我国于20世纪80年代也开展了相关研究，取得大量研究成果。[2–3] 研究发现，与硅酸盐水泥相比，碱矿渣水泥具有需水量小，水化热低，强度高，耐久性好等优点，[4] 但也存在凝结硬化速度快，[4–5] 硬化混凝土干缩大等致命缺点，[6–9] 限制了其大范围推广应用。 20世纪70年代，受“碱激发”理论启发，法国科学家Davidovits[10]以偏高岭土为主要原料，开发新型碱激发偏高岭土胶凝材料，并将其命名为地聚合物(geopolymer)。研究发现，地聚合物具有许多硅酸盐系列水泥难以达到的优异性能，在土木工程、固核固废、高强、密封及高温材料等方面均显示出很好的开发应用前景。[11–12] 由于偏高岭土价格较高，近年来采用各种工业废渣，如：粉煤灰、矿渣、炉渣、尾矿等铝硅酸盐材料部分或全部取代偏高岭土制备碱激发复合胶凝材料再次成为国内外的研究热点。目前，国内外在碱激发胶凝材料组成、水化产物及机理、碱激发水泥混凝土拌合物和易性、水泥石–集料界面结构、硬化混凝土物理力学性能及耐久性等方面已取得大量研究成果。综述了国内外在碱激发胶凝材料及混凝土的研究进展，希望为实现碱激发胶凝材料在我国作为一种新型胶凝材料应用 收稿日期：2008–04–25。修改稿收到日期：2008–08–03。 基金项目：浙江省科技计划项目(2007C23058)；杭州市科技计划项目(20070733B20)。 第一作者：孔德玉(1972—)，男，博士，副教授。Received date:2008–04–25. Approved date: 2008–08–03. First author: KONG Deyu (1972–), male, Ph.D., associate professor. E-mail: kongdeyu@https://www.doczj.com/doc/929427761.html, 第37卷第1期2009年1月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 37，No. 1 January，2009