矿物超细粉的应用与前景

时间:2018/9/30 作者:红星机器 返回列表

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1 粉煤灰超细粉

我们通常所指的粉煤灰是指燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出被收尘器收集的物质。粉煤灰属人工火山灰质材料,用来做混凝土的掺和料不仅可以节约水泥,更重要的是改善了混凝土的性能。粉煤灰在混凝土中有三种效应:形态效应、活性效应和微集料效应。

粉煤灰的形态效应是指粉煤灰粉料由其颗粒的外观形貌、内部结构、表面性质和颗粒级配等物理性状所产生的效应。在粉煤灰中含有较多细小球形颗粒,掺入混凝土后能够起到类似滚珠轴承的作用,从而起到减水作用。

粉煤灰的活性效应是指混凝土中粉煤灰的活性成分所产生的化学效应,即火山灰反应。粉煤灰掺入水泥,其活性SiO2和Al 2O3 能分别与水泥水化过程析出的Ca(OH) 2 发生反应,生成类似于水泥水化产物的低钙型水化硅酸钙凝胶体和水化铝酸钙,而表现出化学活性。

粉煤灰的微集料反应是指粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内,填充孔隙和毛细孔,改善混凝土孔结构和增大密实度的特性。

在高性能混凝土中掺入粉煤灰,首先可从量上取代部分水泥,减少胶凝材料总量中水泥的用量,同时由于粉煤灰的二次反应取决于水泥水化产生的Ca(OH)2 的激发,水化速度远远低于水泥熟料,这种特性可以有效延缓拌和物的凝结速度和降低水化热。另外,掺入混凝土中的粉煤灰能有效地提高混凝土的和易性能,同时粉煤灰固有的形态效应也能有效改善水泥与外加剂的相容性。

粉煤灰可改善混凝土的某些性能,如降低水化热、提高耐硫酸盐侵蚀能力、抑制碱-集料反应等等。但是,粉煤灰对混凝土的抗碳化性能和抗冻融能力却有不良影响。

2 水淬矿渣超细粉

高炉矿渣是炼铁高炉排出的熔融矿渣迅速水淬冷却而成的。它疏松多孔,玻璃体含量在85 % 以上,玻璃体具有较高的自由焓,所以具有很高的反应活性。在水泥和石灰等激发剂作用下,具有很高的胶凝性。

矿渣超细粉取代混凝土中的部分水泥后,可以降低混凝土单位用水量,提高混凝土的强度与耐久性。矿渣微粉作混凝土的掺和料,具有比粉煤灰更高的活性,而且品质及均匀性更易保证掺入混凝土中不仅可以节约水泥,降低胶凝材料水化热,而且可以改善混凝土的绝热温升,使混凝土的结构更密实,提高抗渗性及抗海水、酸及硫酸盐等的化学侵蚀能力,具有抑制碱—集料反应的效果等。 矿渣微粉的来源广,价格适中,替代水泥量大,后期强度较高。但其易磨性较差,用现有水泥厂球磨机生产高比表面积矿渣微粉有一定难度,因而价格较粉煤灰贵。掺磨细矿渣对提高混凝土早期强度的效果优于粉煤灰,细度越高,效果越佳,但成本也越高。

3 硅粉

硅粉是电炉法生产硅铁合金所排放的烟道灰,SiO2含量大于90 %,平均粒径为0. 1~0. 2μm,比表面积高达2 000 cm2/ g,借助掺入高效减水剂和强力搅拌作用,可以填充水泥或其他掺和料的间隙,并且具有很高的活性,在各种掺和料中对混凝土的增强作用zui为显著,是国际上制备超高强混凝土zui通用的掺和料。但是,硅粉的水化作用快,不能降低混凝土水化热,需水量也稍大,且极易飞扬,给运输、拌和等操作带来不便,同时价格又偏高。出于经济方面的考虑,一般混凝土强度等级低于C80 时,都不考虑掺用硅粉。

4 粉煤灰和矿渣双掺

优质粉煤灰和矿渣超细粉在混凝土中使用有各自的优缺点。相对而言,掺粉煤灰的混凝土早期性能比较差,混凝土的早期强度较低;而掺矿渣超细粉的混凝土早期强度较高,但矿渣超细粉的掺量较低时,起不到降低水化热和温升的作用,而且矿渣微粉的减水作用不如粉煤灰。若在混凝土中同时掺用粉煤灰和矿渣微粉,通过正交试验达到矿渣与粉煤灰的zui优复合化,充分发挥各组分的超叠加效应,比单掺粉煤灰或单掺矿渣微粉具有更好的效果。

4. 1 复合增强机理

混凝土中的水泥水化时产生相当数量的Ca(OH)2 晶体,由于Ca(OH)2具有可溶性,在硬化混凝土中Ca(OH)2的分布是极不均匀的,从骨料与胶结料之间的界面看,在界面过渡层的一定区域内Ca(OH)2富集及定向排列,与其他部分的水泥石相比,是一种多孔质的结构,强度很低。

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