火山灰活性评价方法及其影响因素.docx

火 山 灰 活 性 评 价 方 法 及 其 影 响 因 素张思宇 ,黄少 文(南昌大学 材料科 学 与工程学 院 ,南昌 330031)摘要 介绍了国 内外水泥 混凝土中 使用的火 山灰质材 料活性评 价方法的 分类和研 究现状 ,并 分 析 了 影 响 火 山灰活性的因 素 ,如 细度 、 化学成 分 、 矿 物成分和 热处理温 度等 火 山灰活 性 评价方法 主要有酸 碱 溶 出 法 、 石 灰 吸 收 法 、热 分析法等 直接测量火 山灰活性 的方 法 和 强 度 指 数 法 、 电 导 率 法 、 水 化 热 反 应 热 法 等 间 接 测 量 火 山 灰 活 性 的 方 法 通 过分析各 种影响火山 灰活性的 因素 ,得出以 下结论 :火山 灰 质 材 料 越 细 或 比 表 面 积 越 大 ,火 山 灰 活 性 越 高 ; 火 山 灰 质 材料中非 晶态硅酸盐 和铝酸盐 含量越高 ,则 火山灰活 性 越 高 ;适 当 的 热 处 理 温 度 将 有 效 提 高 一 些 火 山 灰 质 材 料 的火 山灰活性 关键词 水泥 火 山灰 活性 评价 方法 影响 因素Eval uat ion Met hods an d Inf l uence Factors of Pozzolan ic Act ivityZ H A N G Siyu , H U A N G Shao we n( School of Material s Science and Engineeri ng , Nancha ng U niver sit y , Na nchang 330031)Abstract A dva nce s a nd cla ssificatio n of eval uatio n met ho ds of pozzola nic activit y of pozzola nic material s in ce2ment o r co ncrete a re p re sented. A nd inf l uence f acto r s of pozzola nic activit y a re al so analyzed at t he same ti me. Eval ua2 tio n met ho ds of pozzola nic activit y can be catego rized a s eit her direct o r indirect met ho ds. Direct met ho ds incl ude acid2 ba se di ssol utio n , lime a bso rp tio n , t her mal a nalysi s , and indirect met ho ds incl ude pozzola nic activit y index , elect rical co nductivit y , hydratio n reactio n heat . Thro ugh a nal ysi s of inf l uence f acto r s of pozzolanic activit y , it i s o btained t hat pozzola nic material s wit h smaller p a rticle s o r wit h high co ntent s of no ncr ystalline silicate a nd al uminate have high poz2 zola nic activit y , a nd app rop riate temperat ure of heat t reat ment i s in f avo r of imp ro ving pozzola nic activit y of so me ma2terial s.Key words cement , pozzola nic activit y , eval uatio n met ho ds , inf l uence f acto r s根 据 A S TM 的 定 义 , 火 山 灰 质 材 料 是 本 身 几 乎 没 有 胶凝 性 ,但 在 常 温 下 加水 能 与 氢 氧 化 钙 发 生 化 学 反 应 而 生 成 水 硬 性 产 物 的含 硅 或 含 铝 的 一 类 材 料 [ 1 ] 。

根 据 来 源 不 同 ,火 山 灰 质 材 料 可分 为 天 然 的 和 人 工 的 两 种 历 史 上 著 名 的 罗 马水 泥 就 是 最早 的 水 硬 性 胶 凝 材 料 之 一 ,它 是 用 石 灰 和 天 然 火山 灰 或 凝 灰岩 等 作 为 组 成 材 料 使 用 它 们 建 造 的 建 筑 仍 有 许 多 保 存 完好 ,其 耐 久 性 得 到 了 时 间 的 检 验 目 前 , 许 多 工业 领 域 生 产过 程 中 会 产 生 大 量 固 体 废 弃 物 ,尽 管 其 中 有 相 当一 部 分 被 有效 利 用 ,但 仍 有 许 多 工 业 废 弃 物 都 得 不 到 很 好 地 处 理 ,如 粉 煤 灰 、 粒 化 高 炉 矿渣 、 硅 灰 和 煤 矸 石 等 利 用 它 们的 方 法 之 一是 用 作 配 制 各 种 水 泥 和 混 凝 土 的 人 工 火 山 灰 质混 合 材 其反 应机 理 是 火 山 灰 质 材 料 中 的 活 性 组 分 与 硅 酸 盐 水 泥 水 化产 物 Ca ( O H) 2 反 应 生 成 水 化 硅 酸 钙 ( C2S2H) 和水 化 铝 酸 钙或 水 化 硅 铝 酸 钙 [ 2 ] 。

随 着 可持 续 发 展 和 绿 色 经济 等 科 学 发 展 观 的 深 入 人 心 , 无 论 是 科 技人 员 还 是 企 业 都 对 如 何 更 高 效 地 利 用 这 些 火 山 灰 质 混 合 材投 入 了 极 大 的 热 情 使 用 火 山 灰 质 混 合 材 减 少 了 整 个 水 泥行 业 的 碳 排 放 ,降 低 了 水 泥 生 产 对 环 境 的 影 响 , 同 时 性 能 也 得 到 不 同 程 度 的 改 善 [ 3 ] 火 山 灰 质 材 料 的 研 究焦 点 之 一是 各 种 火 山 灰 质 材 料的 火 山 灰 活 性 研 究 评 价火 山 灰 活 性 的 方 法 有很 多 ,主 要 分 为 直 接 法 和 间 接 法 本 文将 介 绍 国 内 外 火 山灰活 性 评 价 方 法 的 发 展 ,并 分 析 影 响 火 山灰 活 性 的 因 素 直 接法直 接法 主 要 是 测 定 火 山 灰 质 材 料 与 硅 酸 盐 水 泥 水 化 产 物 Ca ( O H) 2 或 氢 氧 化钙 溶 液 反 应 体 系 在 各 龄 期 溶 液 中 或 在 酸 碱 溶 液中 的减少程度 ,可以采用化学滴定 、 XRD 、 热重 分析 等 方 法 测量 。

1 . 1 酸碱 溶 出法酸 碱溶 出 法 是 将 火 山 灰 质 材 料 浸 入 一 定 浓 度 的 酸 或 碱溶 液 中 ,一 定 时 间 后 测 定 溶 液 中 硅 或 铝 的 含 量 , 也 称 为 溶 解 度 法 所 用 酸 或 碱 有 盐 酸 、 硝 酸 、 Na2 CO3 、 KO H 、 NaO H 和 Ca ( O H) 2 等 [ 4 ] 贾 耀东 等 [ 5 ] 研 究 了 粉 煤 灰 中 SiO2 在 不 同 碱性 条 件 下的 溶 出 量 和 火 山 灰 活 性 指 数 的 关 系 ,所 用 碱 性 物 质为 Ca ( O H) 2 和 NaO H 此 外 ,还 有 用 火 山 灰 质 材 料 加 饱 和 石 灰 水 沸煮 ,加 速 其中 的 活性 成 分 与 Ca ( O H) 2 的 反 应 ,利 用反 应 产 物溶 于 盐 酸 ,将 活 性 成 分 与 非 活 性 成 分 分 离 , 用 化 学1张思 宇 :1979 年 生 ,博 士 ,讲师 ,主要从事 水泥基材 料和环境 材料研究 Tel :079123969554 E2mail : siyuzh @126 . co m火山灰 活性评价方 法及其影 响因素 / 张思宇等 ·105 ·滴 定 的 方 法测 得 活 性 组 分 中 的 硅 和 铝 的 含 量 ,从 而 快 速 评 价其 火 山 灰 活 性 [ 6 ] 。

宋 远 明 等 [ 7 ] 测 定 了 燃 煤 灰 渣 的 火 山 灰 活 性 ,将 燃 煤 灰 渣 、 石 灰 和 水 的 混合 物 分 别 在 20 ℃ 、 40 ℃ 、 60 ℃ 、80 ℃ 于 水 中养 护 至 规 定龄 期 后 ,将 样 品 破 碎 ,取 其 核 心 ,用 2 mol/ L 盐酸 溶 液 处 理 ,分 别 用 氟硅 酸 钾 容 量 法 和 乙 二 胺 四 乙酸配 位 滴 定 法 测 定 酸 处 理 液 中 的 硅 含 量 和 铝 含 量 , 按 SiO2和 Al2 O3 质量 分 数 计 1 . 2 石灰 吸 收法石 灰 吸收 法 是 将 火 山 灰 质 材 料 与 硅 酸 盐 水 泥 浆 或 饱 和石 灰 溶 液 混合 ,通 过测 定 不 同 龄 期 溶 液中 反 应 剩 余 的 Ca2 + 和O H - 的 浓 度 来 定 量 地 评 价 火 山 灰 质 材 料 的 活 性 , Ca2 + 和O H - 浓 度 越 低 ,火 山 灰 活 性 越 高 国 标 GB/ T 284722005《 用 于 水 泥 中 的火 山 灰 质 混 合 材 料 》 和 欧 洲 标 准 EN 19625 : 2005《P ozzola nicit y t e st fo r pozzola nic ce me nt 》 中 关 于 火 山 灰 活 性的 测 量 方 法就 是 以 石 灰 吸 收 法 为 基 础 的 。

为 了 加 速 火 山 灰 活 性 的 测 量 ,可 采 用 快 速 实 验 法 ,将 混 合 液 加 热 到 一 定 温 度 后 ,在 规 定 龄 期 测 定溶 液 中 剩 余 的 Ca2 + 浓 度 在 国 外 , 已 利 用 石 灰 吸 收法 对 粉 煤 灰 [ 8 ] 、 偏 高 岭 土 [ 9 ] 、 压 碎 砖 块 [ 10 ] 、 催 化 裂 化 残 渣 [ 11 ] 等 火 山 灰 质 材 料 的 活 性 进 行 了 评 价 国 内 也 有 研 究 者 采 用 石灰 吸 收 法 来 衡 量 粉煤 灰 的 火 山 灰 活 性 [ 12 ] 1 . 3 热分 析 法热 分 析法 测 量 火 山 灰 活 性是 通 过 D TA2T G 或 DSC 分 析测 出 掺 入 不同 比 例 的 火 山 灰 质 材 料 的 水 泥 浆 体 或 石 灰 浆 体 中 Ca ( O H) 2 的 含 量 ,与 空 白 样对 比 ,计 算 火 山 灰 反 应 所 消 耗的 Ca ( O H) 2 的 量 ,相 同 龄 期 所 消 耗 的 Ca ( O H ) 2 越 多 , 火 山 灰 活 性 越 高 。

氢 氧 化 钙 在 450～ 550 ℃ 范 围内 分 解 ,通 过 测 量其 质 量 损 失 , 可 测 得 其 含 量 Ro szczynial ski[ 13 ] 采 用 D TA2T G 分 析 法 研究 了 硅 质 粘 土 和 粉 煤 灰 的 火 山 灰 活 性 , 其 结 果 与 使 用 A S TM C 593256 规 定 方 法 所 得 结 果 有 很 好 的 相 关 性 Y e 等。