本發(fā)明涉及建筑領(lǐng)域，具體涉及一種堿激發(fā)膠凝材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

堿激發(fā)膠凝材料是一種以硅鋁質(zhì)廢棄物為主要原料、在堿的作用下而具有水硬性的新型膠凝材料。該材料因制備過(guò)程能耗低、排放低，且能提供與水泥基膠凝材料相似的性能，故被認(rèn)為是一種低碳膠凝材料，成為近年來(lái)研究熱點(diǎn)。

雖然堿激發(fā)膠凝材料具有強(qiáng)度發(fā)展快、抗化學(xué)侵蝕性能優(yōu)異等眾多性能優(yōu)勢(shì)，但其必須采用硅酸鈉等堿金屬鹽作為激發(fā)劑，而諸如Na⁺、K⁺等堿金屬離子半徑小且不是硅鋁網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成體，故堿金屬離子在該材料中極易遷移。一旦上述堿金屬離子隨水份遷移至材料表面，極易與空氣中的CO₂作用而形成碳酸鹽或碳酸氫鹽，最終表現(xiàn)為材料表面形成“白霜”或“白斑”，俗稱為“泛霜”或“泛白”。不僅材料遷移至材料表面的堿金屬離子易造成“泛霜”，而且試樣內(nèi)部的堿金屬離子也可能與CO₂作用生成鹽，當(dāng)這些鹽隨水分輸運(yùn)至表面后也會(huì)形成“泛霜”。因此，“泛霜”成為堿激發(fā)膠凝材料的典型現(xiàn)象。

“泛霜”不僅影響美觀，還會(huì)對(duì)施工造成不利影響。比如，當(dāng)對(duì)“泛霜”材料表面進(jìn)行抹灰處理時(shí)，因這層松散“霜”的存在而造成抹灰砂漿與材料基體粘結(jié)力下降，進(jìn)而引起抹灰不成功或者起皮、掉渣等。通常，堿激發(fā)膠凝材料的堿溶出量為10％，甚至高達(dá)20％，這種程度的溶出量足以嚴(yán)重到試樣表面覆蓋著一層“白霜”。顯然，常見組分的堿激發(fā)膠凝材料都存在著嚴(yán)重的“泛霜”現(xiàn)象。此外，堿激發(fā)膠凝材料的“泛霜”是可溶的碳酸鹽，經(jīng)雨水淋溶后堿金屬離子可進(jìn)入當(dāng)?shù)厮w和土壤，進(jìn)而有可能引起局部水體污染或土壤鹽堿化。尤其是當(dāng)堿激發(fā)膠凝材料用作外墻材料或用于野外工程時(shí)，這種環(huán)境污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)不可忽略。鑒于“泛霜”對(duì)材料外觀、施工性能及環(huán)境的不利影響，堿激發(fā)膠凝的堿溶出抑制成為其性能優(yōu)化的重要內(nèi)容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種堿激發(fā)膠凝材料及其制備方法，本發(fā)明方法通過(guò)添加含鋁添加劑使凝膠的骨架結(jié)構(gòu)中發(fā)生鋁代硅，堿金屬離子作為電荷平衡離子被這種硅鋁聚合結(jié)構(gòu)鍵合，進(jìn)而達(dá)到限制堿金屬離子遷移的目的，最終減弱堿激發(fā)膠凝材料“泛霜”現(xiàn)象的發(fā)生。

本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種堿激發(fā)膠凝材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)稱取原料：所述的原料包括粉體、液體激發(fā)劑的水溶液和含鋁添加劑，其中，所述的粉體為煅燒鋁土礦選尾礦與礦渣粉按照質(zhì)量比為7-8：3-2混合而成，所述的液體激發(fā)劑的水溶液以Na₂O質(zhì)量計(jì)為所述的粉體的質(zhì)量的4-5％，根據(jù)Na₂O的質(zhì)量計(jì)算并稱取含鋁添加劑的質(zhì)量，所述中Na₂O與Al₂O₃的摩爾比為0.9-1.3：1；

(2)將所述的粉體與含鋁添加劑混勻得到固體原料，將所述的固體原料與液體激發(fā)劑的水溶液混勻得到所述的堿激發(fā)膠凝材料；

所述的原料中水與所述的固體原料的質(zhì)量比為0.4-0.5。

進(jìn)一步的，將所述的固體原料與液體激發(fā)劑混勻后常溫下養(yǎng)護(hù)。

進(jìn)一步的，所述的含鋁添加劑為偏高嶺土，所述的偏高嶺土的活性指數(shù)≥100，45μm方孔篩篩余≤20.0％。

進(jìn)一步的，將所述的固體原料與液體激發(fā)劑的水溶液混勻后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，先常溫養(yǎng)護(hù)20-30h，然后60-100℃條件下養(yǎng)護(hù)20-30h，最后進(jìn)行常溫養(yǎng)護(hù)。

進(jìn)一步的，所述含鋁添加劑為無(wú)定形氧化鋁；所述的無(wú)定形氧化鋁的45μm方孔篩篩余≤20.0％。

進(jìn)一步的，所述含鋁添加劑為鋁酸鹽水泥，所述的鋁酸鹽水泥中Al₂O₃質(zhì)量百分含量為50-80％，所述的鋁酸鹽水泥在所述的原料中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤5％。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種堿激發(fā)膠凝材料，所述的膠凝材料由上述的制備方法制備而得。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明堿激發(fā)膠凝材料及其制備方法至少具備如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明申請(qǐng)方法中優(yōu)化了粉體(煅燒鋁土選尾礦和礦渣粉)、水玻璃和含鋁添加劑的添加量，既保證了膠凝材料的強(qiáng)度又能有效抑制其堿溶出。

本發(fā)明申請(qǐng)基于SiQ⁴(mAl)結(jié)構(gòu)對(duì)堿金屬離子的鍵合，在堿激發(fā)膠凝材料中引入富鋁組分，使凝膠的骨架結(jié)構(gòu)中發(fā)生鋁代硅，堿金屬離子作為電荷平衡離子被這種硅鋁聚合結(jié)構(gòu)鍵合，進(jìn)而達(dá)到限制堿金屬離子遷移的目的，最終減弱堿激發(fā)膠凝材料“泛霜”現(xiàn)象的發(fā)生。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

本發(fā)明的原理：堿激發(fā)膠凝材料的水化產(chǎn)物是以[SiO₄]^4-為結(jié)構(gòu)單元鏈接而成的鏈狀或三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的凝膠。當(dāng)堿激發(fā)膠凝材料的原料中富含鋁時(shí)，因凝膠結(jié)構(gòu)中鋁代硅的發(fā)生而可能獲得不同種類的凝膠，并影響材料的力學(xué)性能。例如，在偏高嶺土(富含硅鋁)等體系中添加無(wú)定形氧化鋁或含鋁化合物，常溫條件下因鋁溶于堿溶液而形成[Al(OH)₄]^-，增加溶液中[Al(OH)₄]^-數(shù)量，從而促進(jìn)硅鋁聚合反應(yīng)，并有可能在早期生成N-A-S-H凝膠(N＝Na，A＝Al，S＝Si，H＝H₂O)。另外，通過(guò)調(diào)整偏高嶺土與水玻璃的用量能獲得一系列Si/Al比的膠凝材料。在該材料中，當(dāng)Si/Al較低時(shí)，Al并不能全部參與聚合反應(yīng)而富余于溶液中，試樣強(qiáng)度偏低；但當(dāng)Si/Al比提高至5時(shí)，Al全部進(jìn)入硅鋁骨架結(jié)構(gòu)中，相應(yīng)地獲得致密的微觀結(jié)構(gòu)。在上述這種摻用鋁及高Si/Al比體系中，硅鋁聚合反應(yīng)生成凝膠的結(jié)構(gòu)單元為[SiO₄]^4-和[AlO₄]^5-，即因鋁代硅的發(fā)生而使硅氧四面體的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镾iQ⁴(mAl)。這種取代將使得結(jié)構(gòu)中富余一個(gè)負(fù)電荷，而Na⁺恰恰可以作為電荷平衡離子而使結(jié)構(gòu)保持電中性。因此，在保證材料強(qiáng)度等性能不因組成變化而受影響的前提下，若摻用含鋁組分并嚴(yán)格調(diào)控Al/Si比、Na/Al比等組成參數(shù)，按照硅鋁凝膠結(jié)構(gòu)而獲得Na/Al≈1的“完美”組成(即一旦發(fā)生一個(gè)硅位被鋁代替，恰恰對(duì)應(yīng)一個(gè)Na⁺平衡電荷)，Na⁺將會(huì)被SiQ⁴(mAl)結(jié)構(gòu)鍵合而限制其遷移，進(jìn)而達(dá)到抑制堿溶出的目的。

基于上述[SiO₄]^4-和[AlO₄]^5-結(jié)構(gòu)單元的鍵合機(jī)制，本發(fā)明設(shè)計(jì)了在堿激發(fā)膠凝材料中引入偏高嶺土等含鋁添加劑的方案，使凝膠結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镾iQ⁴(mAl)，進(jìn)而使得易遷移的堿金屬離子作為電荷平衡離子而被硅鋁聚合結(jié)構(gòu)鍵合，最終達(dá)到有效抑制堿激發(fā)膠凝材料堿溶出且材料力學(xué)性能不受影響的目的，這顯然有利于堿激發(fā)膠凝材料的推廣應(yīng)用。

堿激發(fā)膠凝材料的堿溶出除了堿金屬離子易遷移這一決定性因素外，還可能源于過(guò)量的堿，因此設(shè)計(jì)出既擁有足夠強(qiáng)度又堿用量恰當(dāng)?shù)膲A激發(fā)膠凝材料是對(duì)其堿溶出抑制的基礎(chǔ)。為此，采用正交方法設(shè)計(jì)堿激發(fā)膠凝材料的配方，以強(qiáng)度和溶出量作為配方挑選的依據(jù)。

為使加入含鋁添加劑的效果更好，下面以堿激發(fā)膠凝材料的強(qiáng)度和試樣溶出量為指標(biāo)，對(duì)粉體和水玻璃的添加量進(jìn)行優(yōu)化：

以煅燒鋁土礦選尾礦(以下簡(jiǎn)稱尾礦)及礦渣粉作為原料、水玻璃作為激發(fā)劑制備堿激發(fā)膠凝材料。按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》(GB/T 17671)制備試樣、測(cè)定強(qiáng)度，但養(yǎng)護(hù)條件為常溫的潮濕空氣(RH＝95±5％)。當(dāng)試樣養(yǎng)護(hù)至設(shè)定齡期后，轉(zhuǎn)移至500ml去離子水中浸泡14天，液面距離試樣表面的距離不小于1cm。浸泡結(jié)束后測(cè)定浸泡液中堿金屬離子的含量，進(jìn)而推算其溶出量。

表1為正交設(shè)計(jì)的3因素4水平表，表2為各配方的強(qiáng)度及堿溶出量，表3為極差分析。

表1

注：粉體為煅燒尾礦與礦渣粉構(gòu)成的復(fù)合粉體。煅燒尾礦用量為70％表示復(fù)合粉體中煅燒尾礦的質(zhì)量百分比為70％，礦渣粉的質(zhì)量百分比為30％。

表2

表3

根據(jù)結(jié)果可知，雖然堿激發(fā)反應(yīng)迅速，3天時(shí)試樣就已經(jīng)具備足夠高強(qiáng)度，但此時(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)育不充分，硬化體中仍然存在堿金屬離子遷移的明顯通道，因此其堿溶出量明顯偏高。當(dāng)試樣經(jīng)28天養(yǎng)護(hù)后，因堿激發(fā)反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行試樣變得更致密，相應(yīng)地堿溶出量明顯下降。根據(jù)28天試樣極差結(jié)果知，影響試樣堿溶出的因素由強(qiáng)到弱順序?yàn)椋核Ａ?shù)>水玻璃摻量>尾礦摻量。根據(jù)上述結(jié)果，從堿溶出抑制角度考慮，制備試樣時(shí)水玻璃模數(shù)越高越好，水玻璃用量越低越好，尾礦用量越少越好。對(duì)于不同模數(shù)水玻璃，其模數(shù)越高，堿金屬含量越低，這無(wú)疑降低了堿金屬離子的溶出風(fēng)險(xiǎn)；激發(fā)劑用量越低，即試樣中堿金屬含量越低，相應(yīng)地試樣溶出越低；尾礦用量越少，礦渣這一活性更強(qiáng)組分的用量就越多，這顯然有利于堿激發(fā)反應(yīng)，相應(yīng)地試樣能形成致密結(jié)構(gòu)，進(jìn)而抑制堿金屬離子的溶出。根據(jù)溶出結(jié)果，得到的最優(yōu)配方為：70％尾礦+30％礦渣粉+2％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為2.2)。

作為膠凝材料，其強(qiáng)度是其根本性能，因此試樣的強(qiáng)度是首要考慮的性能。根據(jù)溶出結(jié)果，對(duì)應(yīng)較優(yōu)配方的水玻璃用量越低越好，然而根據(jù)強(qiáng)度可知水玻璃用量越高越好，二者相互矛盾。引起這種矛盾原因?yàn)椋喝缜八鏊Ａв昧康蛣t堿溶出風(fēng)險(xiǎn)低，但水玻璃用量過(guò)低則堿激發(fā)反應(yīng)受到抑制，那么提高水玻璃用量顯然有利于硅鋁質(zhì)原料溶解、硅鋁單體聚合，即試樣因充分的堿激發(fā)反應(yīng)而擁有更高強(qiáng)度。

在二者互為矛盾的前提下，優(yōu)先考慮試樣強(qiáng)度，但盡量選用堿溶出低的配方。基于這種原則，較優(yōu)配方設(shè)定為：70-80％尾礦+20-30％礦渣粉+4-5％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為1.8-2.2)。

根據(jù)上述優(yōu)化配比，以下以具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。在下述實(shí)施例中，均以煅燒鋁土礦選尾礦(以下簡(jiǎn)稱尾礦)及礦渣粉作為原料、水玻璃作為激發(fā)劑為例。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種堿激發(fā)膠凝材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)稱取原料：所述的原料包括粉體、液體激發(fā)劑的水溶液和含鋁添加劑，其中，所述的粉體為煅燒鋁土礦選尾礦與礦渣粉按照質(zhì)量比為7-8：3-2混合而成，所述的液體激發(fā)劑的水溶液以Na₂O質(zhì)量計(jì)為所述的粉體的質(zhì)量的4-5％，根據(jù)Na₂O的質(zhì)量計(jì)算并稱取含鋁添加劑的質(zhì)量，所述中Na₂O與Al₂O₃的摩爾比為0.9-1.3：1；

(2)將所述的粉體與含鋁添加劑混勻得到固體原料，將所述的固體原料與液體激發(fā)劑的水溶液混勻得到所述的堿激發(fā)膠凝材料；

所述的原料中水與所述的固體原料的質(zhì)量比為0.4-0.5。

以上方案已經(jīng)可以完成堿激發(fā)膠凝材料的制備，下面在此基礎(chǔ)上給出優(yōu)選方案：

作為優(yōu)選，將所述的固體原料與液體激發(fā)劑混勻后常溫下養(yǎng)護(hù)。

作為優(yōu)選，所述的含鋁添加劑為偏高嶺土，所述的偏高嶺土的活性指數(shù)≥100，45μm方孔篩篩余≤20.0％。

作為優(yōu)選，將所述的固體原料與液體激發(fā)劑的水溶液混勻后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，先常溫養(yǎng)護(hù)20-30h，然后60-100℃條件下養(yǎng)護(hù)20-30h，最后進(jìn)行常溫養(yǎng)護(hù)。

作為優(yōu)選，所述含鋁添加劑為無(wú)定形氧化鋁；所述的無(wú)定形氧化鋁的45μm方孔篩篩余≤20.0％。

作為優(yōu)選，所述含鋁添加劑為鋁酸鹽水泥，所述的鋁酸鹽水泥中Al₂O₃質(zhì)量百分含量為50-80％，所述的鋁酸鹽水泥在所述的原料中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤5％。

下面是具體實(shí)施例：

實(shí)施例1

表4為摻用富鋁的偏高嶺土后試樣的堿溶出量及其強(qiáng)度。膠凝材料配比為70％尾礦+30％礦渣粉+5％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為2.2)

表4

由結(jié)果可知，摻用偏高嶺土因帶入較多鋁，使得試樣的Si/Al比、Na/Al比逐漸降低，甚至可使Na/Al比接近等于1。假定偏高嶺土中的鋁都能在堿激發(fā)條件下釋放，且都進(jìn)入硅鋁聚合結(jié)構(gòu)，那么結(jié)構(gòu)中多余的負(fù)電荷將通過(guò)鍵合Na⁺來(lái)達(dá)到平衡，堿溶出量相應(yīng)降低。然而事實(shí)卻完全相反，摻入偏高嶺土后試樣的堿溶出量反而有所增加，并且強(qiáng)度也隨摻量增加而逐漸下降。這種結(jié)果意味著偏高嶺土并不能完全釋放鋁，或者說(shuō)鋁并不能通過(guò)取代硅位而完全進(jìn)入硅鋁鍵合結(jié)構(gòu)。相關(guān)文獻(xiàn)表明，諸如偏高嶺土、粉煤灰等富鋁原料，在常溫下制備硅鋁系膠凝材料時(shí)凝結(jié)異常緩慢，這說(shuō)明其結(jié)構(gòu)破壞、釋放出鋁這一過(guò)程在常溫下緩慢，也就是說(shuō)偏高嶺土在常溫下參與堿激發(fā)反應(yīng)的程度有限。另一方面，在硅氧四面體聚合結(jié)構(gòu)中，并不是每一個(gè)硅位都可以被鋁取代，只有位于橋硅氧四面體中的硅才可能發(fā)生取代。通常而言，在發(fā)生了鋁代硅的硅鋁聚合結(jié)構(gòu)中，Al/Si不大于0.2，因此鋁取代硅的數(shù)量有上限。根據(jù)上述描述可知摻用偏高嶺土后堿溶出量反而上升、強(qiáng)度反而下降的原因：因偏高嶺土參與堿激發(fā)反應(yīng)的程度有限，即水玻璃富余較多，因此堿溶出量隨摻量增加而增加，尤其是在剩余較多水玻璃的早期堿溶出量增加更明顯；即使偏高嶺土能夠釋放出鋁，但并意味著都能發(fā)生鋁代硅，因此即使在Na/Al接近1的條件下堿溶出量仍然偏高；正因?yàn)槠邘X土在常溫下參與堿激發(fā)反應(yīng)的程度有限，即試樣中的活性組分變少，使得試樣的強(qiáng)度隨之降低。

為了促進(jìn)硅鋁聚合反應(yīng)，促進(jìn)鋁代硅的發(fā)生，有必要提高堿激發(fā)膠凝材料的養(yǎng)護(hù)溫度。采取的養(yǎng)護(hù)制度為常溫養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后拆模，置入高溫環(huán)境中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，最后再置入常溫條件下養(yǎng)護(hù)至設(shè)定齡期。

表5為經(jīng)歷不同養(yǎng)護(hù)制度后膠凝材料的堿溶出量。膠凝材料配比為70％尾礦+30％礦渣粉+5％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為2.2)

表5

由結(jié)果可知，提高養(yǎng)護(hù)溫度可顯著降低試樣的堿溶出，且養(yǎng)護(hù)溫度越高這種抑制作用越明顯。這是因?yàn)樵诟邷仞B(yǎng)護(hù)條件下，促進(jìn)了偏高嶺土在堿性溶液中的溶解，并且促進(jìn)了其釋放的鋁參與堿激發(fā)反應(yīng)，即偏高嶺土的反應(yīng)程度和硅鋁聚合結(jié)構(gòu)中的鋁代硅程度同時(shí)得到促進(jìn)，因此鈉離子被硅鋁聚合結(jié)構(gòu)鍵合的程度加強(qiáng)，其溶出受到抑制。另一方面，由于高溫養(yǎng)護(hù)對(duì)堿激發(fā)的促進(jìn)，使得試樣在早期就擁有了較高的反應(yīng)程度，即試樣中凝膠的數(shù)量更多，相應(yīng)地試樣更致密，這對(duì)固封堿金屬離子是有利的。根據(jù)本實(shí)施例，在摻用10％偏高嶺土的條件下，隨養(yǎng)護(hù)溫度的提高堿溶出抑制效果越好，但高于100℃時(shí)水將沸騰，不利于操作，因此高溫養(yǎng)護(hù)的適宜范圍為60～100℃。

實(shí)施例2

根據(jù)實(shí)施例1結(jié)果可知，是否快速釋放出鋁是摻用組分能否抑制堿溶出的關(guān)鍵之一。因此，在常溫下可選用可溶性鋁酸鹽來(lái)達(dá)到快速釋放鋁的目的。又由于生成凝膠需要鈣，因此可選用鋁酸鈣。在數(shù)種鋁酸鈣中，鋁酸一鈣具有水化活性，是鋁酸鹽水泥的主要成分。因此，在常溫下可選用鋁酸鹽水泥作為改性組分。

表6為摻用少量鋁酸鹽水泥對(duì)膠凝材料堿溶出的抑制效果。膠凝材料配比為70％尾礦+30％礦渣粉+5％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為2.2)

表6

由結(jié)果可知，摻用鋁酸鹽水泥明顯可降低試樣的堿溶出量，28天試樣的堿溶出量甚至可降低至8％以下。這種降低作用正是由于鋁酸鈣能夠快速參與堿激發(fā)反應(yīng)，使得硅鋁聚合結(jié)構(gòu)能夠鍵合鈉離子。然而，當(dāng)鋁酸鹽水泥摻量過(guò)多時(shí)，試樣的堿溶出量再次回升。在樣品制備時(shí)發(fā)現(xiàn)，在高摻量時(shí)漿體凝結(jié)很快，甚至影響成型。這種快凝有可能使試樣中保留較多大孔，即試樣孔隙率偏高，這無(wú)疑有利于堿金屬離子溶出。根據(jù)本實(shí)施例，鋁酸鹽水泥的摻量不宜超過(guò)5％(占粉體的質(zhì)量百分比)。

由該結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋁酸鹽水泥具有優(yōu)異的促凝效果，當(dāng)其摻量為10％時(shí)甚至來(lái)不及測(cè)定初凝時(shí)間。正是因?yàn)檫@種快凝，在高摻量時(shí)使得試樣的強(qiáng)度降低。根據(jù)本實(shí)施例結(jié)果，鋁酸鹽水泥的摻量不宜超過(guò)5％，這與堿溶出實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。

實(shí)施例3

由于硅鋁聚合反應(yīng)中鋁是必須組分，且為了發(fā)生鋁代硅也要求提供鋁。上述過(guò)程能夠進(jìn)行的前提就是鋁能夠進(jìn)入溶液，且以單體形式存在。相關(guān)文獻(xiàn)表明，納米三氧化二鋁等超細(xì)顆粒具有一定的化學(xué)作用，但相對(duì)于快速發(fā)生的堿激發(fā)反應(yīng)這種作用太緩慢，這對(duì)試樣堿溶出抑制無(wú)明顯效果。為此，可選用高活性的無(wú)定形氧化鋁作為鋁源。

表7為摻用無(wú)定形氧化鋁對(duì)膠凝材料堿溶出的抑制效果。膠凝材料配比為70％尾礦+30％礦渣粉+5％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為2.2)

表7

如表7所示，摻用活性氧化鋁確實(shí)可降低堿溶出量，這是因?yàn)殇X進(jìn)入了硅鋁聚合結(jié)構(gòu)而加強(qiáng)了對(duì)堿金屬離子的鍵合。但這種降低作用并不隨氧化鋁摻量的增加而逐漸加強(qiáng)，而是存在極限值。當(dāng)Na/Al接近1后試樣的堿溶出量變化不大，即此時(shí)鋁代硅滯鈉的能力已經(jīng)發(fā)揮至極致。對(duì)于試樣的強(qiáng)度，早后期強(qiáng)度變化不同。在溶液中[SiO_n(OH)^4-n]^n-(來(lái)自于水玻璃)充足的前提下，鋁在早期的快速溶出會(huì)形成富鋁凝膠，這對(duì)提高早期強(qiáng)度有利；但原料顆粒因富鋁凝膠的包裹而使得其溶解受阻，進(jìn)而影響后期強(qiáng)度發(fā)展，這在本實(shí)施例中表現(xiàn)為28天強(qiáng)度幾乎不變。根據(jù)本實(shí)施例結(jié)果，無(wú)定形氧化鋁是堿激發(fā)膠凝材料堿溶出抑制的可選組分。

實(shí)施例4

實(shí)施例1、2和3證實(shí)在“70％尾礦+30％礦渣粉+5％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為2.2)”條件下，摻用偏高嶺土、鋁酸鹽水泥及無(wú)定形氧化鋁可有效抑制試樣的堿溶出，且試樣仍然具有較高強(qiáng)度。本實(shí)施例根據(jù)前述實(shí)施例確定的較優(yōu)添加劑摻量條件下，進(jìn)一步證實(shí)上述添加劑對(duì)不同配比膠凝材料的堿溶出抑制作用。

表8為摻用無(wú)定形氧化鋁對(duì)膠凝材料堿溶出的抑制效果。膠凝材料配比為70％尾礦+30％礦渣粉+5％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為1.8)。

表8

注：*添加偏高嶺土?xí)r，試樣常溫養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后拆模，置入60℃環(huán)境中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，最后再置入常溫條件下養(yǎng)護(hù)至設(shè)定齡期。

實(shí)施例5

實(shí)施例1、2和3證實(shí)在“70％尾礦+30％礦渣粉+5％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為2.2)”條件下，摻用偏高嶺土、鋁酸鹽水泥及無(wú)定形氧化鋁可有效抑制試樣的堿溶出，且試樣仍然具有較高強(qiáng)度。本實(shí)施例根據(jù)前述實(shí)施例確定的較優(yōu)添加劑摻量條件下，進(jìn)一步證實(shí)上述添加劑對(duì)不同配比膠凝材料的堿溶出抑制作用。

表9為摻用無(wú)定形氧化鋁對(duì)膠凝材料堿溶出的抑制效果。膠凝材料配比為70％尾礦+30％礦渣粉+4％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為1.8)。

表9

注：*添加偏高嶺土?xí)r，試樣常溫養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后拆模，置入60℃環(huán)境中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，最后再置入常溫條件下養(yǎng)護(hù)至設(shè)定齡期。

實(shí)施例6

實(shí)施例1、2和3證實(shí)在“70％尾礦+30％礦渣粉+5％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為2.2)”條件下，摻用偏高嶺土、鋁酸鹽水泥及無(wú)定形氧化鋁可有效抑制試樣的堿溶出，且試樣仍然具有較高強(qiáng)度。本實(shí)施例根據(jù)前述實(shí)施例確定的較優(yōu)添加劑摻量條件下，進(jìn)一步證實(shí)上述添加劑對(duì)不同配比膠凝材料的堿溶出抑制作用。

表10為摻用無(wú)定形氧化鋁對(duì)膠凝材料堿溶出的抑制效果。膠凝材料配比為80％尾礦+20％礦渣粉+5％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為2.2)。

表10

注：*添加偏高嶺土?xí)r，試樣常溫養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后拆模，置入70℃環(huán)境中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，最后再置入常溫條件下養(yǎng)護(hù)至設(shè)定齡期。

實(shí)施例7

實(shí)施例1、2和3證實(shí)在“70％尾礦+30％礦渣粉+5％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為2.2)”條件下，摻用偏高嶺土、鋁酸鹽水泥及無(wú)定形氧化鋁可有效抑制試樣的堿溶出，且試樣仍然具有較高強(qiáng)度。本實(shí)施例根據(jù)前述實(shí)施例確定的較優(yōu)添加劑摻量條件下，進(jìn)一步證實(shí)上述添加劑對(duì)不同配比膠凝材料的堿溶出抑制作用。

表11為摻用無(wú)定形氧化鋁對(duì)膠凝材料堿溶出的抑制效果。膠凝材料配比為80％尾礦+20％礦渣粉+5％水玻璃(以Na₂O計(jì)，占尾礦及礦渣粉的質(zhì)量百分比；模數(shù)為1.8)。

表11

注：*添加偏高嶺土?xí)r，試樣常溫養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后拆模，置入80℃環(huán)境中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，最后再置入常溫條件下養(yǎng)護(hù)至設(shè)定齡期。

以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。