魏丁一等：电石渣-煤基固废混合胶凝体系制硅酸钙板的试验 .57· 满细微裂缝. 将上述三种硅酸钙板经蒸压养护后烘干切割成 条，使用三点弯曲法测其抗折强度，测试结果如图5 所示.由图可知未添加NaOH时样板强度为8.72 MPa,Na0H在质量分数为1%时样板强度为9.33 MPa,NaOH质量分数为2%时样板强度由9.33MPa 变为9.94MPa,变化范围和变化幅度均不太明显， Na0H质量分数为4%时样板强度变为11.89MPa, 其初期硬度和最终强度均达到最大值，且硅酸钙板 图6参6%Na0H的硅酸钙板样品 板面平滑，Na0H质量分数为6%板强度降为8.96 Fig.6 Sample of calcium silicate board with 6%NaOH MPa,如图6所示，板坯经蒸养养护后板材发生弯曲 3 且有明显裂纹存在，使得应力分布较为集中并最终 硅酸钙板的热重-差示扫描量热法(TG- 导致其力学强度大幅下降.造成样板力学性能下降 DSC)和X射线衍射分析 的原因可能有两点：(1)在预养期间由于硅钙渣等 选择NaOH添量为4%时的硅酸钙板作为检测 高活性原料在高碱环境中受到激发，水化反应迅速 对象.如图7所示，对硅酸钙板进行热分析，由室温 产生大片胶凝体而包裹在粉煤灰等颗粒表面，胶体 到1000℃整个过程热重(TG)曲线的变化大致呈阶 彼此呈片状分层胶结但存有大量裂隙，一直到水化 梯状，其中第一阶段质量损失率高达8.10%，主要 反应后期胶体品化而被其包裹的颗粒都未能够参与 表现为板内游离水和含水矿物脱水所致：第二个阶 反应，造成硬化体存在较多空隙从而为板材强度下 段，Ca(OH)2、托贝莫来石、碳酸钙等晶相分解是热 降埋下隐患：(2)铝酸三钙与硫酸钙在高温高压的 重曲线质量下降的主要原因：最后一阶段质量下降 环境中水热合成钙矾石晶体，大量钙矾石的体积膨 可能是由C2A,以及耐高温的固相晶体分解造 胀使得板内产生裂隙)，从而造成样板的力学缺 成的 陷.因此硅酸钙板的抗折强度随着NaOH添量的增 100 0.20 加呈现先增后降的趋势，NaOH质量分数为4%时硅 酸钙板板面平滑，强度均达到最大值11.8MPa,该 95 0.15 添量为NaOH的最佳添量， 90 质量分数 0.10 12.0 915.9℃ 640.6℃ 0.05 115 232.6℃ 热流量 69.7℃ 11.0 324.4℃ 744. 105 10.0 75 200 400 600 800 95 温度℃ 9.0 图7掺4%NaOH的硅酸钙板热重-差示扫描量热法 Fig.7 TG-DSC curves of calcium silicate board 2 3 4 6 NaOH质量分数/% 扫描量热(DSC)曲线上在77.9℃处存在一个 明显的吸热峰，这是由于硅酸钙板在形成时内部存 图5NaOH穆量对硅酸钙板抗折强度的彩响 Fig.5 Effect of different content levels of NaOH on the bending 在一些非品态亚稳定结构向稳定晶态转变而发生的 strength of calcium silicate board 放热反应.图中在236.7℃处存在一个微弱的吸热 峰，这是由于在100℃至300℃时板内的游离水、C- 由此可见，硅酸钙板料坯的初期微观结构对其 S-H凝胶、钙矾石等水化产物脱水所致，对应的热重 最终力学性能有着至关重要的影响，但并不起决定 曲线有明显的质量损失.329.8℃处的微弱吸热峰 性作用.从微观角度来讲，硅酸钙板最终强度是由 可能是水化铝酸钙(C3AH。)分解造成的，在270~ 板坯内产生水化胶凝体的数量和其形态以及彼此的 330℃的温度范围内C3AH。脱水分解为C2A,H和 搭建方式所决定的. Ca(0H)2晶相，而脱水相Ca(0H)2在500℃左右发魏丁一等: 电石渣鄄鄄煤基固废混合胶凝体系制硅酸钙板的试验 满细微裂缝. 将上述三种硅酸钙板经蒸压养护后烘干切割成 条,使用三点弯曲法测其抗折强度,测试结果如图 5 所示. 由图可知未添加 NaOH 时样板强度为 8郾 72 MPa,NaOH 在质量分数为 1% 时样板强度为 9郾 33 MPa,NaOH 质量分数为 2% 时样板强度由 9郾 33 MPa 变为 9郾 94 MPa,变化范围和变化幅度均不太明显, NaOH 质量分数为 4% 时样板强度变为 11郾 89 MPa, 其初期硬度和最终强度均达到最大值,且硅酸钙板 板面平滑,NaOH 质量分数为 6% 板强度降为 8郾 96 MPa,如图 6 所示,板坯经蒸养养护后板材发生弯曲 且有明显裂纹存在,使得应力分布较为集中并最终 导致其力学强度大幅下降. 造成样板力学性能下降 的原因可能有两点:(1)在预养期间由于硅钙渣等 高活性原料在高碱环境中受到激发,水化反应迅速 产生大片胶凝体而包裹在粉煤灰等颗粒表面,胶体 彼此呈片状分层胶结但存有大量裂隙,一直到水化 反应后期胶体晶化而被其包裹的颗粒都未能够参与 反应,造成硬化体存在较多空隙从而为板材强度下 降埋下隐患;(2)铝酸三钙与硫酸钙在高温高压的 环境中水热合成钙矾石晶体,大量钙矾石的体积膨 胀使得板内产生裂隙[17] ,从而造成样板的力学缺 陷. 因此硅酸钙板的抗折强度随着 NaOH 添量的增 加呈现先增后降的趋势,NaOH 质量分数为 4% 时硅 酸钙板板面平滑,强度均达到最大值 11郾 8 MPa,该 添量为 NaOH 的最佳添量. 图 5 NaOH 掺量对硅酸钙板抗折强度的影响 Fig. 5 Effect of different content levels of NaOH on the bending strength of calcium silicate board 由此可见,硅酸钙板料坯的初期微观结构对其 最终力学性能有着至关重要的影响,但并不起决定 性作用. 从微观角度来讲,硅酸钙板最终强度是由 板坯内产生水化胶凝体的数量和其形态以及彼此的 搭建方式所决定的. 图 6 掺 6% NaOH 的硅酸钙板样品 Fig. 6 Sample of calcium silicate board with 6% NaOH 3 硅酸钙板的热重鄄鄄差示扫描量热法(TG鄄鄄 DSC)和 X 射线衍射分析 选择 NaOH 添量为 4% 时的硅酸钙板作为检测 对象. 如图 7 所示,对硅酸钙板进行热分析,由室温 到 1000 益整个过程热重(TG)曲线的变化大致呈阶 梯状,其中第一阶段质量损失率高达 8郾 10% ,主要 表现为板内游离水和含水矿物脱水所致;第二个阶 段,Ca(OH)2 、托贝莫来石、碳酸钙等晶相分解是热 重曲线质量下降的主要原因;最后一阶段质量下降 可能是由 C12 A7 以及耐高温的固相晶体分解造 成的. 图 7 掺 4% NaOH 的硅酸钙板热重鄄鄄差示扫描量热法 Fig. 7 TG鄄鄄DSC curves of calcium silicate board 扫描量热(DSC)曲线上在 77郾 9 益 处存在一个 明显的吸热峰,这是由于硅酸钙板在形成时内部存 在一些非晶态亚稳定结构向稳定晶态转变而发生的 放热反应. 图中在 236郾 7 益 处存在一个微弱的吸热 峰,这是由于在 100 益至 300 益 时板内的游离水、C鄄 S鄄H 凝胶、钙矾石等水化产物脱水所致,对应的热重 曲线有明显的质量损失. 329郾 8 益 处的微弱吸热峰 可能是水化铝酸钙(C3AH6 ) 分解造成的,在 270 ~ 330 益的温度范围内 C3AH6 脱水分解为 C12 A7 H 和 Ca(OH)2 晶相,而脱水相 Ca(OH)2 在500 益左右发 ·57·