摘""要：為響應(yīng)工程綠色環(huán)保的號(hào)召要求，提高固廢利用率，探究堿激發(fā)劑種類(lèi)對(duì)礦渣水泥的強(qiáng)度影響，通過(guò)研究NaOH、Na2SiO3兩種堿激發(fā)劑對(duì)礦渣水泥膠凝材料與再生骨料結(jié)合成的堿激發(fā)再生混凝土的性能影響，從宏微觀角度探究不同堿激發(fā)劑對(duì)混合料的影響效果，確定出最適合堿激發(fā)礦渣水泥再生混合料的最佳堿激發(fā)劑。NaOH作為堿性激發(fā)劑，用于改善礦渣水泥缺陷，縮短凝結(jié)時(shí)長(zhǎng)，提高早期強(qiáng)度。Na2SiO3作堿激發(fā)劑時(shí)，水玻璃模數(shù)為1.0時(shí)，混合料試件的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度最高。

關(guān)鍵詞：堿激發(fā)劑"""礦渣"""再生骨料"""硅酸鈉

中圖分類(lèi)號(hào)：TU528.0

Research"on"the"Effect"of"the"Type"of"Alkali"Activators"on"the"Recycled"Mixture"of"Slag"Cement

YANG"Shaobo

The"Bridge"Engineering"Co.，Ltd."of"CTCE"Group，"Changchun，"Jilin"Province，"130000"China

Abstract："In"order"to"respond"to"the"requirements"of"the"call"for"green"and"environmental-protection"engineering，"improve"the"utilization"rate"of"solid"waste，"and"explore"the"effect"of"the"type"of"alkali"activators"on"the"strength"of"slag"cement，"this"paper"studies"the"effect"of"the"two"alkali"activators"of"NaOH"and"Na2SiO3"on"the"performance"of"alkali-activated"recycled"concrete"formed"by"the"combination"of"the"cementing"material"and"recycled"aggregate"of"slag"cement，"explores"the"influence"effects"of"different"alkali"activators"on"the"mixture"from"macro"and"micro"views，"and"determines"the"best"alkali"activator"suitable"for"the"alkali-activated"recycled"mixture"of"slag"cement."NaOH，"as"an"alkali"activator，"is"used"to"improve"the"defects"of"slag"cement，"shorten"its"setting"time"and"increase"its"early"strength."When"Na2SiO3"is"used"as"an"alkali"activator，"the"compressive"strength"and"splitting"strength"of"the"mixture"specimen"are"the"highest"at"the"sodium"silicate"modulus"of"1.0.

Key"Words："Alkali"activator;"Slag;"Recycled"aggregate;"Na2SiO3

自進(jìn)入改革開(kāi)放后，我國(guó)調(diào)整并加快了基礎(chǔ)建設(shè)的步伐，使現(xiàn)在建筑土木行業(yè)的發(fā)展不斷加快，使得土木建筑行業(yè)進(jìn)入黃金時(shí)代[1]。在進(jìn)行城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)建設(shè)的同時(shí)，生態(tài)環(huán)境也受到建筑行業(yè)的影響，目前建筑垃圾的處理和堆放問(wèn)題日益突出，其水泥進(jìn)行應(yīng)用后產(chǎn)生的大量CO2難以處理，對(duì)環(huán)境的污染不斷增加[2-3]。由此可見(jiàn)，將這些建筑垃圾合理處理，在此基礎(chǔ)上并進(jìn)行回收再利用是當(dāng)前高效解決垃圾和環(huán)境污染的有效手段[4]。將建筑垃圾進(jìn)行回收處理后的資源化利用，是我國(guó)現(xiàn)在的重要戰(zhàn)略舉措。

就目前而言國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段進(jìn)行經(jīng)過(guò)堿激發(fā)礦渣代替水泥，再生骨料代替天然骨料的水溫混合料研究較少，成熟應(yīng)用成果的數(shù)量不多。莫林強(qiáng)[5]、馮天彥[6]研究了不同膠凝材料下，堿激發(fā)膠凝材料受水以及其他材料的強(qiáng)度影響。史文潔、郝貴強(qiáng)[7-8]等人將不同比例的天然骨料被再生骨料替代，對(duì)再生混凝土混合料的基本力學(xué)性能、耐久性能和微觀結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了探索研究。趙百超[9]、胡力群[10]將不同摻量的天然骨料替代為再生骨料，測(cè)定其性能發(fā)現(xiàn)，再生骨料替代天然骨料的使用會(huì)降低水穩(wěn)料的力學(xué)強(qiáng)度。楊長(zhǎng)輝[11]在2006年提出現(xiàn)階段研究堿礦渣混凝土的塑化劑的成熟度不夠，而傳統(tǒng)的塑化劑對(duì)堿礦渣混凝土用處不大等，部分關(guān)鍵難題未被攻克。在此研究的基礎(chǔ)上，本文通過(guò)探究不同堿激發(fā)劑種類(lèi)對(duì)堿激發(fā)礦渣水泥再生骨料混合料的影響，探索其最佳堿激發(fā)劑和配比。

1"試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用高爐礦渣（GGBS）和P·O"42.5水泥，其組成參數(shù)如表1所示。本研究采用的堿激發(fā)劑有NaOH和Na2SiO3溶液，NaOH溶液利用純度98%的固體NaOH粒配制，Na2SiO3溶液利用模數(shù)為1的固體Na2SiO3配制。

2"試驗(yàn)方案

為探究NaOH、Na2SiO3兩種堿性激發(fā)劑效果的強(qiáng)弱，使用水泥熟料、石膏和高爐礦渣的質(zhì)量比為65%：5%：30%制備礦渣水泥，以NaOH和Na2SiO3作堿性激發(fā)劑，摻量以礦渣質(zhì)量的5%加入，成型4.0%"礦渣水泥摻量、設(shè)計(jì)級(jí)配（0～4.75"mm∶4.75～9.5"mm∶9.5～19"mm∶19～31.5"mm=27∶21∶29∶23）的100"%再生集料取代率試件，測(cè)定試件7"d、28"d無(wú)側(cè)向抗壓強(qiáng)度并進(jìn)行試驗(yàn)。

為滿(mǎn)足交通荷載對(duì)半剛性基層要求，在抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的基礎(chǔ)下，探究不同堿激發(fā)劑對(duì)堿激發(fā)礦渣水泥混合料的效果影響，采用SEM電鏡試驗(yàn)，對(duì)其微觀形成物進(jìn)行分析，從宏微觀的角度闡釋堿激發(fā)劑的作用原理。試件按照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG"E51—2009）為指導(dǎo)進(jìn)行試件制備和養(yǎng)護(hù)。

3"試驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1"兩種堿激發(fā)劑強(qiáng)度影響結(jié)果

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)以NaOH、Na2SiO3作為激發(fā)劑激發(fā)礦渣都能提高再生水穩(wěn)料的7"d、28"d抗壓強(qiáng)度：在NaOH摻量為6%時(shí)，7"d、28"d抗壓強(qiáng)度分別提高了21.9%、21.1%；Na2SiO3摻量為4%時(shí)，7"d、28"d抗壓強(qiáng)度分別提高了28.1%、34.2%，并且在NaOH、Na2SiO3到達(dá)一定濃度后對(duì)激發(fā)作用不大。NaOH、Na2SiO3分別存在一個(gè)最優(yōu)濃度6%、4%，通過(guò)宏觀對(duì)比抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)效果看，Na2SiO3激發(fā)效果更好一點(diǎn)。

3.2"SEM微觀分析

分別對(duì)養(yǎng)護(hù)7"d、28"d的兩種堿激發(fā)試件取樣，掃描電鏡（SEM）觀察水化產(chǎn)物形貌。圖1（a-d）是NaOH、Na2SiO3溶液激發(fā)再生骨料礦渣水泥水化的SEM照片，不難發(fā)現(xiàn)，在骨料表面已經(jīng)發(fā)生了水化反應(yīng)，其中C-S-H膠凝體比較多，也有一定數(shù)量的柱狀鈣礬石晶體（AFt），C-S-H凝膠體和鈣礬石晶體（AFt）包裹在一起大量覆蓋在再生骨料表面和骨料—骨料接觸處。

根據(jù)圖1（a）"（b）可知：經(jīng)過(guò)7"d的養(yǎng)護(hù)，膠凝材料已經(jīng)發(fā)生了水化反應(yīng)，但是圖1（a）內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，孔隙較多，化合物沒(méi)有圖1（b）中分布均勻，成因在于NaOH溶液堿性較強(qiáng)，激發(fā)礦渣速度較快，包裹在骨料表面，影響后續(xù)反應(yīng)的進(jìn)行；圖1（b）采用的堿性激發(fā)劑是Na2SiO3溶液，Na2SiO3溶液作為一種堿性礦黏合劑，模數(shù)越大，Si含量越多，黏度越大，但是由于堿性較低，高爐礦渣的活性物質(zhì)沒(méi)有完全激發(fā)，生成的化合物較少，強(qiáng)度不高。

圖1（c）、圖1（d）比圖1（a）、圖1（b）更加致密，孔隙更少，化合物更多，分布均勻，顆粒比較緊密，這說(shuō)明28"d比7"d水化反應(yīng)更充分，后期強(qiáng)度更高。同時(shí)，僅就圖1（c）、圖1（d）而言，圖1（c）沒(méi)有圖1（d）致密，這說(shuō)明以NaOH為激發(fā)劑沒(méi)有Na2SiO3的效果好，這是因?yàn)镹a2SiO3溶液不僅能夠像NaOH溶液一樣提供OH-，OH-起到催化劑的作用，提供大量的SiO44-，促使Ca（OH）2+SiO44-→C-S-H反應(yīng)不斷地進(jìn)行，水硅膠參與反應(yīng)，Na2SiO3在激發(fā)過(guò)程中能夠起到雙重作用。水玻璃中［SiO3"（"OH）"2］2-的存在，硅酸根陰離子和礦渣一起能夠提供SiO44-和AlO45-，進(jìn)一步促進(jìn)了水化進(jìn)程。

4"結(jié)論

NaOH作為堿性激發(fā)劑，用于改善礦渣水泥缺陷，縮短凝結(jié)時(shí)長(zhǎng)，提高早期強(qiáng)度。存在一個(gè)最優(yōu)濃度，能最大程度地促進(jìn)復(fù)合膠凝材料的水化過(guò)程。

Na2SiO3作堿激發(fā)劑時(shí)，水玻璃模數(shù)由0.8增加到1.0，混合料試件的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度增大；當(dāng)模數(shù)為1.0時(shí)強(qiáng)度最高，水玻璃溶液摻量的增加，混合料試件的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度增大，宜取5.0"%摻量。水玻璃溶液摻量的增加有效地增加膠凝材料漿體的堿度，提供了大量的［SiO3"（"OH）"2］2-，促進(jìn)高爐礦渣水解，同時(shí)與溶解的Ca2"+生成"C-S-H"凝膠，進(jìn)而提高混合料的強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

[1]"楊麗萍，肖鋒.建設(shè)工程經(jīng)濟(jì)與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（8）：3111.

[2]"楊德志，張雄.建筑固體廢棄物資源化戰(zhàn)略研究[J].中國(guó)建材，2006"（5）："83-84.

[3]"冷發(fā)光，何更新，張仁瑜，等.國(guó)內(nèi)外建筑垃圾資源化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，"2009，17（1）："33-35.

[4]"陸凱安.我國(guó)建筑垃圾的現(xiàn)狀與綜合利用[C]"http://中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)房屋建筑材料分會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2003：67-69.

[5]"莫林強(qiáng)，黃世源，魏煒，等.熱堿活化赤泥-礦渣地聚物砂漿強(qiáng)度性能及聚合機(jī)理研究[J].西部交通科技，2023"（9）："1-3，12.

[6]"馮天彥，張冬冬，譚波，等.堿激發(fā)膠凝材料固化/穩(wěn)定化土壤重金屬研究進(jìn)展[J].化工礦物與加工，2021，50（3）：52-56.

[7]"史文潔，張曉華，楊童鑫，等.再生粗細(xì)骨料雙摻對(duì)混凝土耐久性能的影響研究[J].四川水泥，2023"（9）：8-10.

[8]"郝貴強(qiáng)，馮寒非，于海豐，等.考慮取代率和磚骨料品質(zhì)的再生混凝土抗壓強(qiáng)度計(jì)算方法[J].河北工業(yè)科技，"2023，40"（3）："202-209.

[9]"趙百超.廢棄混凝土對(duì)水泥穩(wěn)定土疲勞特性影響研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2020.

[10]"胡力群，沙愛(ài)民.水泥穩(wěn)定廢粘土磚再生集料基層材料性能試驗(yàn)[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2012，25（3）：73-79，86.

• 楊長(zhǎng)輝，劉先鋒，劉建."堿礦渣水泥及混凝土化學(xué)外加劑的研究進(jìn)展[J]."混凝"土，"2006"（4）："17-18.