工业固废基固化剂制备与反应机理

工业固废基固化剂制备与反应机理

粉煤灰、矿渣、钢渣、偏高岭土、脱硫石膏、碱激发剂组成的固废基固化剂材料与废弃土混合制备路基填料，是地聚物反应还是碱激发钙矾石反应？

 

先说答案：粉煤灰、矿渣、钢渣、偏高岭土、脱硫石膏、碱激发剂与废弃土的复合体系，其反应机制不是单一的地聚物反应或碱激发钙矾石反应，而是两种反应同时发生的复合体系，产物以 C-A-S-H/N-A-S-H/钙矾石（AFt）共存凝胶为主。

一、混合料的反应机制分析

1. 地聚物反应

粉煤灰、偏高岭土这类富硅铝酸盐物质在 OH?作用下发生溶解-缩聚反应：

断键：OH?破坏玻璃体中的 Si-O-Si、Al-O-Al、Si-O-Al 键，生成[SiO?]?? 和[AlO?]??低聚体；

缩聚：低聚体重组形成三维网络状 N-A-S-H（钠-铝硅酸盐凝胶）或 C-N-A-S-H 凝胶；

产物特征：无定形结构，提供主要强度来源。

 

2. 碱激发钙矾石反应

当体系满足以下条件时同步发生：

Ca??来源：矿渣、钢渣提供活性 CaO，遇水生成 Ca(OH)?；

SO? ??来源：脱硫石膏（CaSO?·2H?O）提供硫酸根；

反应条件：高碱性环境（pH>12）下，Ca??、Al(OH)??、SO? ??反应生成钙矾石（3CaO·Al?O?·3CaSO?·32H?O）

总结一下：地聚物反应与钙矾石的反应与Ca/Si比、SO? ??含量、碱度有关。

二、固废基制备固化剂与废弃土复合体系中实际反应

1、反应机制

粉煤灰+偏高岭土 → 主要发生地聚物反应，生成 N-A-S-H 凝胶；

矿渣+钢渣+脱硫石膏 → 发生碱激发钙矾石反应，生成 C-A-S-H凝胶和 AFt 晶体；

废弃土 → 作为惰性填充或部分活性 Si/Al 来源，影响整体Ca/(Si+Al)比；

2、微观证据：XRD 分析显示该复合体系典型产物包括：

C-S-H、C-A-S-H 凝胶（2θ=20-35°弥散峰）

N-A-S-H 凝胶（2θ=8.9°, 23.0°, 33.0°特征峰）

钙矾石 AFt（2θ=9.1°, 15.7°, 22.9°特征峰）

未反应完的莫来石、石英。

 

三、混合料生产建议

1、控制 Ca/Si 比

 Ca/Si 比在 0.6-1.0：可平衡两种反应，获得最优强度与体积稳定性；

2、石膏掺量

不宜超过 5%：过量 AFt 会导致膨胀破坏

3、试块养护温度

 养护温度40-60℃：促进地聚物反应的同时防止钙矾石过快分解；

结论：这不是非此即彼的选择，而是碱激发复合胶凝体系，通过调控组分比例可同时利用两种反应的协同增强效应。