矿渣和粉煤灰胶凝材料水化机理研究结果

第5章介绍了矿渣胶凝材料水化机理研究，通过第6章实验结果表明，研制的复合激发剂对粉煤灰也具有较好的激发作用，本节利用SEM、XRD、IR及NMR等综合研究手段，对粉煤灰的反应机理进行初步探讨。

粉煤灰具有潜在的火山灰活性，因粉煤灰玻璃结构网络中[SiO4]4-聚合度高，较难激发，因此粉煤灰表现在宏观性能上强度不高，粉煤灰的潜在活性需经激发才能得以发挥，受天然火山灰加石灰制作胶凝材料的启发，人们一直将石灰作为激发粉煤灰活性的首选物质，而粉煤灰-石灰-硫酸盐系统在常温常压条件下，能更为充分地激发粉煤灰的活性[96-98]。

在反应初期碱性溶液主要对粉煤灰中的非结晶玻璃相起溶解作用，溶液中的OH-粒子首先打破粉煤灰颗粒表面的Al-O、Si-O网络，使聚合度降低成为活性状态并与Ca2+反应生成水化硅酸钙（CaO·SiO2·n H2O）和水化铝酸钙（CaO·Al2O3·n H2O），它们都是稳定性较好的凝胶物质，可以在空气中硬化而获得高的强度，见式（7.6.1）和式（7.6.2）。

但是粉煤灰的活性低于矿渣的活性，在胶凝材料水化早期，主要进行的是矿渣受激发剂激发而发生的水化反应，矿渣对胶凝体系强度起主要贡献。而粉煤灰的火山灰效应很缓慢，在初期水化较少，对强度并无明显的贡献。(www.xing528.com)

同时，粉煤灰有着其独特的自身结构和颗粒形态的特性，粉煤灰多呈球形，粒径很小，表面比较光滑，质地致密，能够比较有效地填塞水泥浆体中的粗孔，尤其是填塞水泥浆体中的毛细孔的通道，使大孔细化，能够改变式样的流变性质和初始结构。

随着水化的进一步进行，粉煤灰玻璃体表面的致密结构逐步解体，逐步发生水化，水化产物在胶凝材料的孔隙中生长，逐渐充满孔隙，形成网络状的致密结构。随着时间的推移，这种结构越来越致密和坚强，使胶凝材料的密实度和力学强度得到进一步的提高。

随着水化过程的进行，体系中呈现出以针状钙矾石为骨架，C-S-H和无定形产物为胶凝性填充物和未反应的矿渣和粉煤灰微粒共存体系。结晶度较高的针状钙矾石晶体相互搭接，C-S-H凝胶和未反应的矿渣和粉煤灰填充在其中，彼此交叉搭接，使较疏松、脆弱的网络逐渐密实与强化。由于反应产物的逐渐增多，水化产物层逐渐增厚，并且游离水逐渐减少，扩散控制了整个过程。