分类号：TQ172.715 文献标识码：D▲
水合硅粉(SiO2.nH2O)是一种高硅含量的工业原料，外观呈白色蓬松粉末状，可用作水泥添加剂。
扬中市长旺热电厂为综合利用粉煤灰和煤渣，建了一条年产10吨水泥的粉磨线，产品全部为粉煤灰硅酸盐水泥。众所周知，粉煤灰水泥的最大缺点是早期强度低，凝结时间偏长，混合材掺量不高。针对这些问题，笔者用水合硅粉作水泥添加剂，使其与水泥熟料、混合材、石膏共磨而成。产品不但早、后期水化强度达到或高于相应的熟料强度，而且凝结时间提前30到60分钟，对提高混凝土的抗渗、抗冻、抗化学侵蚀以及抑制碱骨料反应等均有明显效果。
1 试 验
1.1 原材料及配比
试验用硅酸盐水泥熟料、水合硅粉、粉煤灰、煤渣和矿渣的化学组成，列于表1。
表1 原材料化学成分
| 名称 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Loss |
| 水泥熟料 | 21.44 | 5.15 | 3.57 | 67.23 | 0.96 | 0.88 |
| 水合硅粉 | 95.66 | 1.01 | 0.23 | 0.78 | 0.68 | 1.21 |
| 粉煤灰 | 54.20 | 22.96 | 8.72 | 4.88 | 1.56 | 5.88 |
| 煤 渣 | 53.08 | 20.74 | 4.58 | 18.66 | 0.66 | 0.29 |
| 矿 渣 | 41.10 | 12.10 | 1.81 | 39.68 | 1.91 |
原材料配比及水泥物理性能见表2。 表2 原材料配比及水泥物理性能比较 |
| 编
号 |
熟料 (%) |
水合硅 粉(%) |
粉煤灰 (%) |
煤渣 (%) |
矿渣 (%) |
石膏 (%) |
细度 (%) |
稠度 (%) |
初凝 (时∶分) |
终凝 (时∶分) |
抗压强度(MPa) | 抗折强度(MPa) | ||||
| 3天 | 7天 | 28天 | 3天 | 7天 | 28天 | |||||||||||
| D1 | 96 | 4 | 4.0 | 24.4 | 2∶00 | 3∶01 | 36.0 | 48.7 | 60.1 | 6.4 | 7.0 | 8.3 | ||||
| D2 | 96 | 0.7 | 4 | 4.0 | 24.2 | 1∶30 | 2∶30 | 41.4 | 52.2 | 66.5 | 6.5 | 7.6 | 8.9 | |||
| D3 | 81 | 15 | 4 | 2.4 | 26.6 | 2∶10 | 3∶30 | 35.0 | 47.1 | 58.6 | 6.0 | 6.7 | 8.0 | |||
| D4 | 81 | 0.7 | 15 | 4 | 2.4 | 26.0 | 1∶40 | 2∶30 | 41.6 | 54.8 | 69.7 | 6.5 | 8.6 | 9.0 | ||
| D5 | 61 | 35 | 4 | 2.2 | 32.0 | 3∶50 | 5∶55 | 22.8 | 31.4 | 45.4 | 4.3 | 5.8 | 7.0 | |||
| D6 | 61 | 0.7 | 35 | 4 | 2.3 | 30.6 | 2∶44 | 3∶51 | 29.3 | 39.6 | 58.3 | 4.7 | 6.2 | 7.6 | ||
| D7 | 61 | 0.7 | 35 | 4 | 3.4 | 24.2 | 2∶00 | 3∶32 | 29.7 | 41.1 | 58.7 | 5.0 | 6.7 | 8.0 | ||
| D8 | 56 | 40 | 4 | 2.4 | 33.4 | 4∶10 | 6∶01 | 18.3 | 25.8 | 43.1 | 3.6 | 4.7 | 6.5 | |||
| D9 | 56 | 0.7 | 40 | 4 | 2.6 | 31.2 | 2∶56 | 3∶59 | 28.7 | 42.4 | 56.7 | 4.8 | 6.0 | 7.5 | ||
| D10 | 56 | 0.7 | 40 | 4 | 3.6 | 24.4 | 2∶40 | 3∶46 | 24.8 | 35.4 | 55.1 | 4.1 | 6.1 | 7.6 | ||
| D11 | 50 | 0.7 | 46 | 4 | 3.0 | 33.6 | 2∶56 | 4∶16 | 22.0 | 33.8 | 51.2 | 4.0 | 5.9 | 7.0 | ||
| D12 | 56 | 40 | 4 | 4.0 | 26.0 | 3∶00 | 4∶00 | 20.2 | 31.0 | 47.6 | 4.0 | 5.4 | 7.0 | |||
| D13 | 56 | 0.7 | 40 | 4 | 3.6 | 25.6 | 2∶30 | 3∶10 | 26.2 | 38.7 | 56.7 | 5.0 | 6.4 | 8.0 | ||
| D14 | 46 | 50 | 4 | 4.0 | 25.8 | 3∶30 | 5∶10 | 19.0 | 28.0 | 44.6 | 3.8 | 5.2 | 6.8 | |||
| D15 | 46 | 0.7 | 50 | 4 | 4.1 | 25.6 | 3∶00 | 4∶01 | 24.9 | 38.1 | 55.7 | 4.7 | 6.2 | 8.4 | ||
| D16 | 46 | 25 | 25 | 4 | 3.6 | 28.6 | 3∶26 | 5∶11 | 18.9 | 29.1 | 46.4 | 4.0 | 5.4 | 7.0 | ||
| D17 | 46 | 0.7 | 25 | 25 | 4 | 3.6 | 28.0 | 2∶26 | 3∶40 | 26.0 | 40.0 | 56.1 | 4.9 | 6.4 | 8.5 | |
| D18 | 46 | 0.7 | 20 | 10 | 20 | 4 | 3.6 | 27.6 | 2∶31 | 3∶46 | 26.1 | 40.1 | 56.5 | 5.0 | 6.3 | 8.4 |
| 注：表中各组安定性合格，水合硅粉最佳掺量为0.7%，水泥熟料为京阳厂产，其它材料配比数据未列入。
从表2可知，用水合硅粉加到多品种水泥中效果比未加水合硅粉的好，水泥的水化强度有所提高，初凝、终凝时间提前30至60分钟。这些效果主要与水合硅粉高度的分散性和比表面能高有关，有着晶种的效应。 2 结果和分析 2.1 从表2、3可以看出，水合硅粉掺量为0.7%时，水合硅粉的加入使水泥水化速度加快，其强度高于未掺水合硅粉的水泥6～12MPa，超过熟料强度(如D1、D2等组)达6～10MPa。这是由于高活性水合硅粉与钙具有很强的反应能力，加速了水泥的水化速度，产生了水泥水化矿物的晶核集团所致。 表3 掺水合硅粉与不掺水合硅粉的水泥物理性能 |
| 编 号 |
熟料 (%) |
水合硅 粉(%) |
粉煤灰 (%) |
煤渣 (%) |
石膏 (%) |
细度 (%) |
稠度 (%) |
初凝 (时∶分) |
终凝 (时∶分) |
安定 | 抗压强度(MPa) | 抗折强度(MPa) | |||||
| 3天 | 7天 | 28天 | 3天 | 7天 | 28天 | ||||||||||||
| A208 | 68 | 20 | 8 | 4 | 4.2 | 29.4 | 2∶46 | 3∶59 | 合格 | 26.4 | 36.4 | 49.5 | 4.8 | 5.8 | 7.6 | ||
| A209 | 60 | 0.7 | 20 | 16 | 4 | 4.2 | 29.2 | 2∶10 | 3∶09 | 合格 | 29.8 | 40.0 | 55.6 | 5.3 | 6.9 | 8.5 | |
| A216 | 68 | 20 | 8 | 4 | 4.3 | 29.2 | 3∶00 | 4∶07 | 合格 | 26.0 | 37.0 | 50.0 | 5.0 | 5.8 | 7.7 | ||
| A218 | 60 | 0.7 | 20 | 16 | 4 | 4.3 | 29.0 | 2∶06 | 3∶07 | 合格 | 30.1 | 40.6 | 56.6 | 5.4 | 6.8 | 8.8 | |
2.2 X射线衍射分析结果表明：适当加入水合硅粉与不加水合硅粉水泥中的Ca(OH)2相分散且数量明显减少，而Ca/Si比高的CSH凝胶有巨大的增加；对D2组试验来说，因加有0.7%水合硅粉，Ca(OH)2的X射线衍射峰不明显，而CSH相峰值很强。对D1组未加水合硅粉试验来说，其Ca(OH)2的衍射峰随水化时间延长而增强(图均略去)，这是因为水合硅粉有大的比表面积和高的化学反应活性，它与水泥水化产物Ca(OH)2迅速反应产生低Ca/Si比的CSH相，从而一方面加速了水泥矿物的水化速度，另一方面产生的大量CSH凝胶填充孔穴中，使水泥混凝土结构更加致密，水泥早后期强度都有极大的提高。 2.3 X射线衍射分析还表明：掺有水合硅粉的D2组水泥样结构致密，大多水化产物为CSH凝胶和钙石矾石相，而未加水合硅粉的D1组水泥样结构呈多孔均质，有明显的大孔洞。水泥浆体集料界面上所形成的Ca(OH)2定向排列层及多孔区是水泥石的最薄弱环节，加入水合硅粉能明显改变水泥浆体集料界面结构，对提高水泥混凝土的强度及耐久性十分重要。 总之，水泥中加入0.7%的水合硅粉，能起到水泥晶种作用，行成水泥水化固溶体结构，改善了水泥凝结时间，提高了水泥水化强度。水合硅粉颗粒细，比表面能大，能充分填充在水泥大颗粒之中，并能与Ca(OH)2反应生成凝胶，使水泥混凝土结构密实均匀，并改变水泥混凝土的孔结构及浆体集料界面结构。将水合硅粉添加到粉煤灰水泥、矿渣水泥、火山灰水泥以及复合水泥中，对降低水泥成本，提高混合材掺量和提高水泥质量具有重要意义。■ 作者单位：谭纪林（江苏省扬中市长旺热电厂，212216） |
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