碳酸钠激发矿渣的机理探究

碳酸钠能激发矿渣的活性，激发的效果与孔隙溶液中的C浓度有关。研究发现：在反应早期，矿渣中的Ca2+先与激发剂中的C发生反应，形成碳酸钙和单斜钠钙石，而矿渣中的硅铝酸盐组分与激发剂中的Na+反应形成NaA型沸石（Na12Al12Si12O48·18H2O）。生成的这些相不能够促进早期强度的发展，且Na2CO3作为激发剂时，矿渣的溶解缓慢，所以反应相对较慢，一旦C被消耗殆尽，激发反应就会以类似于NaOH激发矿渣的方式进行，并形成典型C-A-S-H和水滑石的凝胶相，当钙、铝离子含量高时，产物还包括片沸石。其反应机理按以下三个阶段进行：

阶段A（第1天）：

——Na2CO3与矿渣中的Ca2+形成单斜钠钙石［Na2Ca（CO3）2·5H2O］；

——矿渣中的Si和Al与Na+反应形成NaA型沸石（Si/Al=1.0）；

——溶解的OH-和Si浓度增加。

阶段B（第1～5天）：

——此时处于反应的诱导期，矿渣继续溶解；

——单斜钠钙石转化为CaCO3并释放Na+；

——沸石相的Si/Al比增加，且由片沸石开始替代NaA型沸石（Na12Al12Si12O48·18H2O）；

——Al与来自矿渣中的Mg2+形成水滑石；(www.xing528.com)

——溶解的OH-和Si浓度仍在增加。

阶段C（第5天后）：

——大量C-A-S-H凝胶沉淀，并伴随反应放出热量；

——溶液中C的浓度减少，Ca2+浓度略有增加（因为其溶解度不再受CaCO3多晶型化合物的饱和度限制），促进了C-A-S-H的沉淀并降低了孔隙率；

——随着C-A-S-H凝胶的形成，溶解的Si浓度降低，OH-的继续增加并且在硬化的胶凝材料中产生高碱性孔溶液（基本上为NaOH），并继续与矿渣反应；

——Mg2+继续与Al形成水滑石；

——在片沸石替代完NaA型沸石后，沸石的形成明显变得缓慢。

Na2CO3激发矿渣水泥中水化各阶段孔溶液中离子为浓度变化情况如图2-3所示。

图2-3 Na2CO3激发矿渣水泥中水化各阶段孔溶液离子浓度变化［9］