矿渣的作用机理解析

矿渣和水的反应比硅酸盐水泥慢，但是可以采用化学方法激发其活性。激发剂可以是碱性激发剂（如硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠和石灰）、硫酸盐激发剂（如硫酸钠或磷石膏）或两种激发剂的混合。

关于矿渣在强碱环境下的激发机理，已有众多学者提出合理的理论及模型。目前，学术界普遍认可的理论为，激发剂中的强碱能破坏矿渣颗粒表面的Si—O—Si、Al—O—Al、Si—O—Al等共价键，以Si—O—Si为例，解体过程的反应如下：

≡Si—O—Si≡十OH-→≡Si—OH+≡Si—O-

≡Si—OH+OH-⇌≡Si—O+H2O

矿渣表面化学结构破坏后，内部的Ca2+、Al、Al3+、Si释放，反应生成水化硅酸钙（C-S-H），水化产物主要以缩聚方式进行，形成密实完整、具有强度的水泥石结构［14］。(www.xing528.com)

Fernández-Jiménez［7］认为，溶液中阴离子的性质对早期阶段的激发起着重要的作用，特别是关于浆体的凝结。Glasser［15］提出的一种矿渣反应机理的模型，如图3-2所示。矿渣的激发是矿渣破坏之后反应产物的缩聚过程，这个过程是复杂反应过程中的一部分。

矿渣-水浆体无活性，但在激发剂的作用下能够形成胶凝材料，其根本原因是：碱性激发剂能克服激发活化能，破坏矿渣硅氧网络结构层，即破坏矿渣中玻璃体表面的“保护膜”。在碱激发矿渣水泥体系中，除低碱度（C/S≤1）的水化硅酸钙（C-S-H）产物外，还会生成大量的沸石类产物，包括方钠石、钠沸石、杆沸石、霞石、托勃莫来石等，这些水化产物具有十分稳定的热力学性质［16］，使碱激发矿渣胶凝材料具有力学性能、抗渗性、耐腐蚀性和抗冻性等都十分优异的特点。

图3-2　碱矿渣反应机理的理论模型［15］