水熱激發(fā)和化學活化對粉煤灰制品性能的影響

段光福

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

水熱激發(fā)和化學活化對粉煤灰制品性能的影響

段光福

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

這里測定了采用水熱激發(fā)和化學活化的粉煤灰樣品的抗壓強度，通過XRD和SEM分析了其礦物組成。研究結果表明:以石膏和石灰為化學活化劑的粉煤灰樣品，80℃低溫水熱激發(fā)條件下生成大量的鈣礬石；180℃高溫水熱激發(fā)條件下鈣礬石分解，生成的主要為水化石榴石。鈣礬石的生成能顯著提高粉煤灰樣品的抗壓強度，而鈣礬石分解，水化石榴石的大量生成，導致粉煤灰樣品強度明顯降低。

粉煤灰；水熱激發(fā)；化學活化；鈣礬石；水化石榴石

0 前言

粉煤灰活性激發(fā)途徑主要有三種:一是物理活化，即通過機械磨細來破壞粉煤灰的玻璃體，同時增加比表面積，以加快水化反應速度；二是化學活化，即通過化學激發(fā)劑來激發(fā)粉煤灰的活性，常用的粉煤灰激發(fā)劑、堿性激發(fā)劑、硫酸鹽等；三是水熱激發(fā)。這里主要以循環(huán)流化床鍋爐產生的粉煤灰為研究對象，同時采用水熱激發(fā)和化學活化，測定了粉煤灰樣品的抗壓強度，并通過XRD和SEM分析其礦物組成，研究了水熱激發(fā)和化學活化對粉煤灰樣品性能的影響。

1 樣品制備和樣品的抗壓強度

按表1的重量配比加水混勻并壓制成型。成型好的樣品分別在180℃、0.8 MPa的蒸汽條件下養(yǎng)護8 h和在80℃、常壓蒸汽條件下養(yǎng)護時間24 h。

表1 粉煤灰化學活化和水熱激發(fā)條件wt%

樣品養(yǎng)護完成后，在水中浸泡24 h，取出測定其抗壓強度，結果見圖1。

從圖1可以看出,采用相同的化學激發(fā)劑,80℃低溫水熱激發(fā)條件下粉煤灰樣品抗壓強度要高于180℃高溫水熱激發(fā)條件下粉煤灰樣品抗壓強度，尤其是加有石膏的粉煤灰樣品，80℃低溫水熱激發(fā)條件下粉煤灰樣品抗壓強度要明顯高于180℃高溫水熱激發(fā)條件下粉煤灰樣品。另外，80℃低溫水熱激發(fā)條件下，加石膏的粉煤灰樣品強度要明顯高于不加石膏的粉煤灰樣品，180℃高溫水熱激發(fā)條件下，加石膏的粉煤灰樣品強度要略低于不加石膏的粉煤灰樣品。由以上分析可知，低溫水熱激發(fā)和添加有石膏的化學活化有利于提高粉煤灰制品的抗壓強度。

圖1 各樣品抗壓強度

2 樣品的XRD和SEM分析

樣品1和樣品2的XRD分析結果見圖2，樣品3和樣品4的XRD分析結果見圖3。

圖2 樣品1和樣品2 XRD分析結果

從圖2 XRD分析結果可以看出，樣品1主要礦物相為二氧化硅、赤鐵礦、方解石，同時含有少量的水化石榴石和水化硫鋁酸鈣，樣品2主要礦物相為二氧化硅、赤鐵礦、方解石、水化石榴石，不含有水化硫鋁酸鈣，樣品2生成水化石榴石相明顯大于樣品1。二氧化硅、赤鐵礦是粉煤灰中本身就含有的物相,方解石是石灰與空氣中二氧化碳反應生成物相，水化石榴石和水化硫鋁酸鈣是石灰與粉煤灰在水熱激發(fā)條件下反應生成的物相，可見180℃高溫水熱激發(fā)條件下，更有利于水化石榴石的生成。

圖3 樣品3和樣品4 XRD分析結果

從圖3 XRD分析結果可以看出,樣品3生成了大量的鈣礬石和其他水化硫鋁酸鈣物相，但不能發(fā)現水化石榴石物相；樣品4中可以發(fā)現大量的水化石榴石物相，但不能發(fā)現鈣礬石和其他水化硫鋁酸鈣物相。由以上分析可知，以石膏和石灰為化學活化劑的粉煤灰樣品，80℃低溫水熱激發(fā)條件下生成的主要為鈣礬石和其他水化硫鋁酸鈣物相，180℃高溫水熱激發(fā)條件下生成的主要為水化石榴石。

圖4 樣品2和樣品3 SEM圖片

為進一步確定XRD分析結果的可靠性,對樣品2和樣品3進行了SEM分析，分析結果見圖4。

從圖4樣品2 SEM照片中可以看到大量堆積的水化石榴石，樣品3 SEM照片中可以看到交錯生長的針棒狀鈣礬石。圖4分析結果與XRD分析結果一致。

80℃低溫水熱激發(fā)條件下，單純采用石灰化學活化,粉煤灰中的活性SiO2、Al2O3與石灰反應生成水化石榴石；同時采用石灰和石膏化學活化，粉煤灰中的活性Al2O3首先與石灰和石膏生成鈣礬石和其他水化硫鋁酸鈣物相。鈣礬石是膠結能力很好的物質，鈣礬石的生成能顯著提高粉煤灰制品的抗壓強度。在100℃左右鈣礬石開始分解，并伴隨著水分子的失去[1]，175°C時鈣礬石分解完成，晶體結構完全破壞，變成了無定型結構[2]。鈣礬石的分解導致粉煤灰樣品的抗壓強度顯著降低。

180 ℃高溫水熱激發(fā)條件下,無論單純采用石灰化學活化還是同時采用石灰和石膏化學活化，粉煤灰樣品中均可大量生成水化石榴石。水化石榴石的膠結能力很差，但具有較好的抗碳化性能，在生成量不大的前提下，可以提高粉煤灰制品的抗碳化性能,但是其大量生成會降低粉煤灰制品的抗壓強度。

3 結論

1）采用石灰和石膏化學活化，80℃低溫水熱激發(fā)條件下,粉煤灰制品中將會大量生成鈣礬石，鈣礬石生成能顯著提高粉煤灰制品的強度；180℃高溫水熱激發(fā)條件下鈣礬石分解，鈣礬石的分解導致粉煤灰樣品的抗壓強度顯著降低。

2）180 ℃高溫水熱激發(fā)條件下,無論單純采用石灰化學活化還是同時采用石灰和石膏化學活化，粉煤灰樣品中均可大量生成水化石榴石，水化石榴石大量生成，會降低粉煤灰制品的抗壓強度。

[1]S.Gon i,A.Guerrero,M.P.Luxa'n,A.Mac1.Activation of the f1y ash pozzo1anic reaction by hydrotherma1 conditions. Cement and Concrete Research,2003(33):1399-1405.

[2]Zhou Q,Glasser F.P.Thermal stability and decomposition mechanisms of ettringite at＜120℃.Cement and Concrete Research,2001,9,31(9):1333-1339.