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碱矿渣高性能水泥技术研究报告一、研究开发碱矿渣高性能水泥的目的和意义1、前言随着科技事业的高速发展，科学与技术不断革命，各行各业都在变革进步。
在建筑材料方面也取得了长足进步，出现了各种新型建筑材料，但绝大部分是有机材或有机无机聚合材。
长期以来，大批水泥科研工作者经过艰苦努力，并未能使硅酸盐水泥的标号和其他性能有较大的提高。
可以说在极大程度上硅酸盐水泥的潜力已几乎殆尽。
正因为如此，水泥科研工作者不得不寻求其他出路，于是出现了聚合物浸渍混凝土、聚合物混凝土等新型有机胶合材混凝土和有机无机复合胶结材混凝土。
这类混凝土不但价格贵，施工也较为困难。
利用硅灰生产高标号水泥，也因硅灰的产量十分有限，无法满足市场需求。
碱矿渣高性能水泥,具有早强、高强、高抗渗、高抗冻、水化热低、耐磨性好、抗化学腐蚀性强、需水性小、护筋性能好等优异的耐久性能。
是一项投资少、见效快、生产工艺简单，改变生产传统水泥“两磨一烧”的工艺为“一磨”。
从而大幅度节约能源，广泛利用工业废渣的新型建筑基材。
具有持续发展经济并与环境保护相容的新型建材产业。
矿渣的使用最早在1862年,德国人发现水淬矿渣具有活性以后，但大部分只是与水泥的熟料一起磨成矿渣水泥，由于矿渣的易磨性不及水泥，在水泥细度控制在300m2/kg的情况下，矿渣的细度仅能达到200-250m2/kg，因此活性没有充分发挥。
二十世纪五十年代南非研究发现如果单独把矿渣磨细后掺入混凝土中，其活性可以得到充分的发挥，这种很细的矿渣就是磨细矿粉。
在我国，矿渣都是作为活性混合材料添加到硅酸盐水泥熟料中，矿渣的活性没有完全体现出来。
由于当时的粉磨生产普遍采用球磨工艺，能耗较高，效率低，综合水泥性能和经济分析的结果，矿粉合理粉磨细度应控制在400-450m2/kg，直到2000年11月上海率先从日本引进60万吨矿粉立磨生产线，矿粉的大规模生产才在国内展开。
1998年上海完成地方标准《混凝土和砂浆用粒化高炉磨细矿粉》，1999年《粒化高炉磨细矿粉在混凝土中应用技术规程》制定颁布，2000年国家标准《用于水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉》颁布实施，2002年国家标准《高强、高性能混凝土用矿物外加剂》颁布，正式将磨细矿粉定为混凝土的第六组分，磨细矿粉才开始作为独立组分逐步应用于混凝土中，并被广泛的接受和使用。
一、水泥中的碱（一）碱的来源碱（水泥中主要指K和Na，用R表示）主要来源于原料，燃料。
在熟料煅烧的过程中，苛性碱（ROH）和氯碱（RCl）首先挥发，碳酸碱(R2CO3)和硫酸碱（R2SO4）次之，存在于长石、云母、伊利石中的碱要在较高的温度下才会挥发。
挥发的碱一部分进入大气，一部分随窑内烟气向窑尾移动至低温区域附着在生料上。
各种碱化物熔点注：长石、云母、伊利石主要存在于粘土矿物中。
（二）碱对水泥及生产的影响1、生料中含有少量的碱，在煅烧过程中能够降低最低共融温度，从而降低熟料的煅烧温度，增加液相量，起到助熔剂（同Al2O3）的作用，对熟料性能并不造成太大危害。
2、当生料中含有碱时，由于碱的熔点低，烟气中挥发出来的碱会冷凝到温度较低的生料上，诸如窑尾、一二级预热器中，随料入窑产生碱循环，当碱含量较高时，碱循环富集到一定程度，氯碱、硫酸碱等会粘附在预热器或下料管内，从而造成堵塞。
3、碱含量多时，除饱和生料中的硫外，多余的碱还会与熟料矿物（C2S、C3A）反应，取代其中的CaO，形成含碱化合物，阻止C2S吸收CaO，促使C2S、C3A分解，析出CaO，从而增加游离钙（f-CaO），降低熟料质量。
4、生料含有的长石、云母和伊利石，分解时需要较高的温度，因而煅烧中要延长生料的分解时间，从而压缩烧成带，给煅烧操作带来困难。
5、熟料含碱量较高时，会使水泥发生快凝、结块及需水量增加，其原因是水泥水化时产生的KOH和NaOH会消耗石膏，从而破坏石膏的缓凝作用。
6、碱溶解速度快，能增加水泥混凝土液相的碱度，可加速水泥水化速度及激发水泥中混合材的活性，可以提高水泥早期强度。
7、混凝土中可溶性碱随着水分迁移到混凝土表面，在水分蒸发后留下白色绒毛状的物质（白霜）。
其成分一般为Ca(OH)2、Na2SO4、K2SO4、NaOH和KOH等。
在自然环境干燥失水或碳化的作用下，容易引起混凝土开裂，表面疏松掉皮，降低制品耐久性。
8、碱集料反应，混凝土材料中的碱（KOH、NaOH）与集料中的活性成分（活性SiO2），如蛋白石（SiO2胶凝体）、玉髓（石英的一种，主要含SiO2）等发生化学反应（碱-硅反应、碱-碳酸盐反应、碱-硅酸盐反应）产生体积膨胀，导致混凝土结构体开裂。
・研究工作快报・碱—矿渣—赤泥水泥的研究Ξ潘志华 方永浩 赵成朋 杨南如 于 健 鲁家喜 (南京化工大学材料科学与工程系,210009) (山东铝业公司水泥厂,淄博255052)摘 要:本文在实验室条件下合成了不同模数的固体水玻璃,并着重从凝结时间和抗压强度两个方面考察了不同条件下合成的固体水玻璃对矿渣—赤泥体系的激发效果。
结果表明,就赤泥/矿渣重量比为30∶70的体系而言,当固体水玻璃的模数为1.2、水玻璃掺量以Na 2O 计为3%时激发效果最佳。
此时,碱—矿渣—赤泥水泥的28天净浆抗压强度可达67MPa ,并且与碱—矿渣水泥类似具有早强的特性。
另外,X —射线衍射对水化3天试样和未水化试样的半定量分析结果表明,水化3天后试样已经发生了明显的反应,说明模数为1.2的固体水玻璃对矿渣—赤泥体系有着较好的激发效果。
关键词:碱,矿渣,赤泥,固体水玻璃11前 言根据众多的资料[1～5]报导,碱-矿渣水泥的快硬、高强和优越的耐化学侵蚀性已基本得到确立和公认。
但是,在中国由于各类碱的价格的上涨和矿渣供不应求,使得碱-矿渣水泥的实际生产成本较高,碱-矿渣水泥的使用受到限制。
另一方面,烧结法生产氧化铝过程中排出的废渣-赤泥,其中含有一定量的β-C 2S 和游离碱。
这种赤泥到目前为止,除了少量用于水泥生产中代替部分粘土外,尚未找到大量利用的有效途径。
大量的赤泥处于堆放状态,造成对周围环境的污染。
如果将赤泥引入碱-矿渣系统中,构成新的碱-矿渣-赤泥体系,既可利用赤泥中β-C 2S 的活性,又可利用其中的部分游离碱充当碱性激发剂。
同时,还可以较好地解决赤泥的环境污染问题。
作者几年前开始碱-矿渣-赤泥水泥的研究。
就液体碱激发矿渣-赤泥水泥的研究表明[6],液体激发剂的场合体系的强度发展比较快,但存在急凝和激发剂不稳定和固液两相使用不便的问题。
虽有报导和实验表明磷酸钠和一些盐类的复合物具有一定的缓凝作用,但效果并不理想。
浅谈碱激发水泥、混凝土的力学性能混凝土力学性能是钢筋混凝土结构设计和施工的基础，是保证结构安全的最基本性能。
混凝土是一种非均质材料，其力学性能会受到多种因素的影响，如水胶比、骨料性能、龄期、试件尺寸、加载速度、混凝土浇筑方法和加载方式以及试验方法等。
对于硅酸盐水泥混凝土而言，国内外做了大量较为详尽的研究工作，并制定了一系列的设计规范或标准，以指导工程实际；而对碱激发矿渣混凝土来说，我国目前还没有统一的规范或标准，大多的研究与测试都是参照硅酸盐水泥混凝土进行，对于混凝土基本力学性能之间关系的确定也很少，这也制约了碱矿渣混凝土材料的发展与应用。
本章重点讨论碱激发矿渣水泥混凝土的力学性能，包括其强度、弹性模量、受力应力-应变、泊松比及其之间的关系。
一、抗压强度和抗折强度强度是碱激发混凝土最基本的静态力学性能之一。
相对于普通混凝土，碱激发矿渣混凝土的水化反应是在碱性环境中进行，速度较快，形成的界面过渡区密集且均匀。
因此，其凝结硬化快，早期强度高。
影响碱激发混凝土强度的因素有很多，包括碱激发剂的种类和用量、胶凝材料的种类和细度、原材料相对比例、养护方法及龄期等。
（一）激发剂对强度的影响碱激发剂的种类和用量对碱矿渣混凝土的抗压强度均有影响。
常用的碱激发剂主要有NaOH、Na2CO3、Na2SO4、固体或液体水玻璃以及它们的混合物，其中以水玻璃激发矿渣体系的强度最高。
Collins等和Bakharev的研究结果表明，水玻璃溶液激发水泥比固体硅酸钠具有更高的强度。
另外，激发剂（以Na2O%计）的掺量对碱矿渣水泥砂浆、混凝土强度也有重要的影响，当采用水玻璃（M s=1.0）为激发剂时，激发剂的掺量存在一个最佳值，结果如表1所示。
碱含量在4%到12%时，随着碱含量的增加，砂浆的抗折强度和抗压强度先增大后减少，最佳的碱含量为8%。
表1 激发剂掺量对碱矿渣水泥砂浆强度的影响然而，由于原材料的来源不同，制备工艺、养护制度以及水玻璃的模数等不同，都会影响到最佳碱含量。
3*穏樂设j毎洋工程doi:10.3969/j.issn,1001-2206.2021.02.001碱矿渣胶凝材料性质研究壬巍S刘益"，林鲜11•中国石油集团工程技术研究有限公司，天津3004512•中国石油集团海洋工程有限公司钻井事业部，天津300451摘要：DE矿渣胶凝材料为研究对象，对其物理力学性质展开系统的试验研究，D期开发出一种新型的e满足海底管道配重层补□要求的胶凝材料。
研究表明：第一，当采用模数为1.0的液体钠水LE激发&矿渣凝PbO0.5%~10%(质数E矿渣胶凝材料度保持基本不下约90MPa), E渣凝材为5-83的下凝30min6h矿渣凝PbO10% -24%,凝e8h,下约70MPa。
第二，当采用工业液体NaOH LE发渣凝PbO0.5%~10%E渣凝材料的约65MPa下约50MPa凝10＞的下3h28h。
第凝PbO Ca(OH)"的物不具有凝性。
第用E渣胶凝材海底管道配重补e的。
关键词：海底管道；配重层补材料；E矿渣胶凝材料；调凝剂；抗压强度Study on properties of alkali activated pulverized blast-furnace slag cementWANG Wei1,LIU Yi1,LIN Xian1PC Engineering Technology Research Company Limited,Tianjin300451,ChinaPC Offshore Engineering Company Limited,Tianjin300451,ChinaAbstract:Taking alkali activated pulverized blast-furnace slag cement as the research object,the physical and mechanical properties of this cement are systematically studied in order to develop a new cementitious material which can meet the requirements of subsea pipeline concrete counterweight layer patching.The results show that：firstly,when liquid sodium silicate with modulus of1.0is used as alkali activator and setting time regulator PbO of0.5wt.%〜10wt.%is added into slag,the compressive strength of alkali activated pulverized blast-furnace slag cement keeps basically unchanged(about90MPa),while the final setting time of this cement increases from30min to6h at room temperature of5〜8°C;if the slag is mixed with PbO of10wt.%〜24wt.%,the final setting time can be extended to8h,but the compressive strength can be reduced to about70MPa;secondly,when industrial liquid NaOH is used as alkali activator and PbO of0.5wt.%〜10wt.%is added into slag,the compressive strength of this cement decreases slightly from about 65MPa to about50MPa,and the final setting time increases from3h to28h at room temperature of10C;thirdly,the mixture of PbO and Ca(OH)2has no gelling property;fourthly,it is possible to apply alkali activated pulverized blast-furnace slag cement for concrete counterweight layer patching of submarine pipeline.Keywords:submarine pipeline;patching material of counterweight layer;alkali activated pulverized blast-furnace slag cement;setting time regulator;compressive strength传统的海底管道配重层补口材料主要为沥青玛蹄脂，由于使用这种材料在铺管船上进行补口时大约需要加热到160%以上才能满足施工要求，造成现场烟熏火燎，工作环境极为恶劣。
水泥工艺基础知识简答题1．急冷对熟料质量有何作用答：防止C3S晶体长大而强度降低且难以粉磨，防止C3S分解和C2S的晶型转变使熟料强度降低，减少MgO晶体析出，使其凝结于玻璃体中，避免造成水泥安定性不良，减少C3A晶体析出，不使水泥出现快凝现象，并提高水泥的抗硫酸盐性能，使熟料产生应力，增大熟料的易磨性，急冷还可以收回热量，提高热的利用率。
2．影响碳酸钙分解速度的因素有哪些答：（1）石灰石原料的特性；（2）生料细度和颗粒级配；（3）生料悬浮分散程度；（4）窑系统的CO2分压；（5）温度；（6）生料半粘土组分的性质。
3．规定水泥的初凝时间和终凝时间各有什么作用答：初凝时间：满足水泥浆搅拌，浇注成型所需时间。
终凝时间：保证成型后尽快具有强度，保证施工进度。
4．提高水泥粉磨产质量的主要措施有哪些答：降低熟料粒度，改善熟易磨性，降低熟料和磨内温度，加强磨内通风，选粉效率与循环负荷合理配合。
5．确定硅酸盐水泥中的石膏掺入量时应考虑的哪些因素答：熟料中C3A和R2O的含量，熟料中SO3含量，水泥中混合材掺入量，水泥细度。
6．预分解窑系统的传热方式有哪几种答：辐射，对流，传导，料气混合悬浮传热和分离传热。
7．研究熟料矿物特性的目的是什么答：掌握矿物特性与水泥性能的关系，设计合理的配料方案，提高水泥质量，开发水泥品种。
8．降低熟料中f-CaO的措施有哪些答：选择结晶物质少的原料，配料合理，提高生料质量，加强煅烧，急冷、增加混合材掺量。
9．什么是快凝？什么是假凝？二者有什么区别？答：快凝：水泥加水后，浆体迅速形成不可逆固化现象，浆体已产生一定强度，重新搅拌并不能使其恢复塑性。
假凝：水泥加水后几分钟内即出现的固化。
发热量不大，经剧烈搅拌，水泥浆又可恢复塑性，并达到正常凝结。
对强度无影响，但影响施工。
10．熟料的KH、SM、IM的作用是什么答：KH：控制CaO与其他氧化物相对含量，达到控制C3S与C2S相对含量；SM：控制SiO2与Al2O3和Fe2O3相对含量，达到控制C3S和C2S与C3A和C4AlF相对含量；IM：控制Al2O3与Fe2O3相对含量，达到控制C3A与C4AlF相对含量和液相粘度。
碱矿渣水泥是以少量激发刺激发磨细高炉矿渣而制成的一种以工业废渣为主的新型水泥。
这种水泥及其混凝上具有强度高、耐久性好的优点。
碱矿渣水泥的研制成功表明，采用酸激发的方法可以使一些工业废渣的潜在活性得以充分发挥，从而使工业废渣得到最佳的利用。
银矿渣是冶金属银的过程中大量排放的一种工业废渣,占用了大量土地并且造成了严重的环境污染。
研究旨在采用碱矿渣水泥的碱激发原理，研制以银矿渣为主的碱矿渣水泥.从而达到利用工业废渣，碱少环境污染的目的。
2原材料及实验方法21原材料(1)银矿渣：采用甘肃金银矿出的银矿渣,其化学成分见表1表1(2)碱激发剂：采用德阳第二重型机械厂铸造分厂生产的NaSiO3溶液。
其SiO?含量为30.11%,N E O含量为13.35%.水不溶物为0.02%。
(3)校正剂：由几种矿物原料和化工料经过配制以后在1100〜130(TC煨烧而成。
2.2实验方法(1)碱激发银矿渣水泥：将银矿渣和校正剂分别磨细到勃氏比表面积30011)2/kg左右，然后将银矿渣、校正剂和碱性激发剂按比例均匀混合。
材料的配比见表2。
(2)水泥标准稠度需水量、凝结时间和安定性实验；按GB1346—89规定的方法进行。
(3)水泥强度试验：按GBI77—85规定的方法进行；(4)水泥水化热测定：按GB/T12959-91规定的方法进行。
表2,激发镇,3结果与讨论3.1校正与对强度的影响从图1的实验结果可知，校正剂对水泥的强度有着非常显著的影响。
不掺校正剂的1试件强度很低，28天强度仅为8.31MPa,没有实际应用价值。
随着校正剂的加入，水泥的早期和后期强度均有非常显著的增长：当校正剂掺量从10增加到18时，水泥强度随着校正剂掺量的增加而增加；但校正剂掺量大于18以后,水泥的强度增加幅度较小或有所降低。
上述结果说明，校正剂的最佳掺量为18o在这种情况下水泥的3天、7天和28天强度分别能够达到32MPa、41MPa和56MPa,其强度标号达到525o3 7 28*取天）图1校正刷对水泥强度的影响3.2激发剂掺量对水泥量度的影响图2的实验结果表明，激发剂的掺量对水泥的强度有一定的影响。
w w w.jc c so c.c om 硅酸盐学报· 76 ·2012年碱矿渣水泥的收缩与开裂特性及其减缩与增韧顾亚敏，方永浩(河海大学力学与材料学院，南京 210098)摘要：碱矿渣水泥是具有高强、高耐久性的胶凝材料，但其收缩大，易开裂，是阻碍其广泛应用的主要原因。
通过与通用硅酸盐水泥对比，综合评述碱矿渣水泥的收缩与开裂特点及碱矿渣水泥的减缩与增韧的研究现状与存在问题，分析碱矿渣水泥收缩大，易开裂的主要原因，提出了通过掺入膨胀剂、纤维、矿物颗粒和喷洒减缩剂对碱矿渣水泥进行减缩与增韧的建议。
关键词：碱矿渣水泥；收缩；开裂；减缩；增韧中图分类号：TQ172 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2012)01–0076–09网络出版时间：2011–12–29 19:07:42 DOI：CNKI:11-2310/TQ.20111229.1907.012网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ.20111229.1907.012.htmlShrinkage, Cracking, Shrinkage-Reducing and Toughening of Alkali-Activated SlagCement—A Short ReviewGU Yamin，F ANG Yonghao(College of Mechanics and Materials, Hohai University, Nanjing 210098, China)Abstract: Alkali-activated slag cement (AASC) is distinguished due to its high strength and high durability. However, its great shrinkage and easy-cracking have restricted the application. Some previous studies on the characteristics of the shrinkage and crack-ing of AASC and the developments on shrinkage-reducing and toughening of the AASC, were reviewed. The issues on the great shrinkage and easy-cracking were discussed. It was proposed that some approaches, i.e., additions of expansive agent, fibers, mineral particle and spray shring kage-reducing agent, could reduce the shrinkage and increase the toughness to prevent the cracking of AASC.Key words: alkali-activated slag cement; shrinkage; cracking; shrinkage reducing; toughening碱激发胶凝材料，尤其是碱矿渣水泥(alkali-activated slag cement，AASC)，强度高，耐腐蚀，其抗渗性、抗冻性、耐火性等均优于通用硅酸盐水泥[1–6]，但其干燥收缩和较大的脆性，比通用水泥更容易造成浆体、砂浆或混凝土开裂[1,7–10]，这已成为制约这一类胶凝材料作为结构材料被广泛应用的“瓶颈”。
碱激发矿渣水泥混凝土的试验研究陈慧娟(北京市建筑工程研究院) 碱激发矿渣水泥是以干燥的粒化高炉矿渣为主要原料加入适量的硅酸盐水泥熟料和少量的二水石膏以及适量的碱激发剂混合磨细制成的水硬性胶凝材料。
这是一种新型水硬性胶凝材料,它具有较好的力学性能。
其中矿渣占总量的80%～85%,碱激发剂占总量的5%-10%,其余为水泥熟料。
矿渣是在炼铁过程中经急冷得到的含有较高能量的不规则玻璃体。
其潜在的水硬活性物在碱激发剂的作用下可以生成水硬性的水化产物。
碱激发剂除可以用水玻璃、碳酸盐等之外,也可以利用工业废碱。
因而可以发展成为一种全废料的高质量水泥。
近十几年来,高炉矿渣的利用有了突破性的进展。
其中原苏联取得的科研成果尤为显著。
仅以高炉矿渣作水泥的专利为例,著名的英国德温特专利统计中,共收入13项专利,其中日本和英国各一项,其余11项为原苏联专利。
原苏联时期,每年5500万吨高炉炉渣中有2800万吨用于生产水泥。
而我国每年产生炉渣近1亿吨,用于水泥生产只有800万吨,因此具有广泛的开发前景。
国内许多科研院所对碱激发矿渣水泥混凝土作了广泛的性能试验,已研制成功了强度高、硬化快、高抗渗、高抗冻、高抗蚀等优越性能于一体的混凝土。
这也是硅酸盐水泥混凝土难以达到的。
目前碱激发矿渣水泥已形成了企业标准。
11材料与试验方法11材料水泥采用河北省东光县水泥厂生产的425号碱激发矿渣水泥。
水泥技术要求如下:细度:0108mm的方孔筛筛余不得超过5%。
凝结时间:初凝不早于45m in,终凝不得迟于12h。
安定性:用沸煮检验必须合格。
氧化镁:熟料中氧化镁的含量不超过5%。
若水泥经压蒸安定性合格,则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6%。
425号水泥各龄期的强度不得低于表1所列数值:425号水泥各龄期强度表1抗折强度(M Pa)抗压强度(M Pa) 3天7天28天3天7天28天318510618201030104210 砂为中砂,表观相对密度为2165,细度模数为214;石子采用5～20mm的碎石,表观相对密度为2165。
