摘要
陶粒具有诸多其他材料无法比拟的优势，它的密度小，质量轻，保温隔热性好，耐火抗震性高，因此，陶粒近年来在全世界得到快速的发展与应用，传统的页岩烧结陶粒和粘土烧结陶粒研究应用最早、发展最快，但其能耗很高，原材料有限，无法持续发展。矿渣、粉煤灰、钢渣在碱性激发剂的作用下胶凝活性被激发，具备与硅酸盐水泥相似的性能。因此以碱激发胶凝材料制备免烧陶粒不仅可以使陶粒具有一定的强度，同时还实现了固废的资源化利用。 本课题以粒化高炉矿渣粉（以下简称矿渣）、粉煤灰、钢渣粉（以下简称钢渣）以及四种复合激发剂：①水泥熟料+废硫酸盐矿物、②水泥熟料+氯盐、③氢氧化物+碳酸盐、④氢氧化物+液体硅酸盐为主要原材料，并在这四种复合激发剂体系下制备了矿渣-粉煤灰基碱激发普通免烧陶粒(SFAAUC)与矿渣-钢渣基碱激发普通免烧陶粒(SSAAUC)，通过正交试验和性价比分析确定了四种复合激发剂下SFAAUC和SSAAUC的最终配比，并利用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、热重-差热分析仪研究了陶粒的水化产物。为了拓宽免烧陶粒的应用范围，在普通免烧陶粒四个最终配比的基础上选择出强度最高，成本较低的方案，分别以铝粉和过氧化氢为发泡剂，制备了矿渣-粉煤灰基碱激发轻质免烧陶粒(SFAALUC)与矿渣-钢渣基碱激发轻质免烧陶粒(SSAALUC)，基于图像分析法，利用Image-ProPlus6.0软件对轻质免烧陶粒的气孔结构进行分析。主要结论如下： （1）SFAAUC和SSAAUC的配比优化：采用复合激发剂②时，免烧陶粒的强度最高，成本最低，此时SFAAUC和SSAAUC的最终配比如下：矿渣/粉煤灰(或钢渣)为1∶1、水泥熟料为10%、氯盐掺量为4%。在该配比下SFAAUC的28的抗压强度为5.51MPa，堆积密度为834kg/m3，1h吸水率为3.74%；SSAAUC的28的抗压强度为7.16MPa，堆积密度为927kg/m3，1h吸水率为4.11%。采用复合激发剂①时，免烧陶粒的强度和成本次之。采用复合激发剂③④时，免烧陶粒的强度相对较低，成本也较高。 （2）SFAAUC和SSAAUC水化产物分析：在复合激发剂①中主要以C-S-H凝胶和钙矾石为主。在复合激发剂②中，由于激发剂中氯盐水解为体系提供了大量的Cl-，与体系的Ca2+、Al3+等结合生成了新的水化产物水化氯铝酸钙。在复合激发剂③中，由于激发剂体系中碳酸盐的水解引入了大量的CO32-，从而导致体系中检测到了大量方解石。在复合激发剂④中，由于液体硅酸盐向体系中提供了大量的[SiO3]2-，因此体系中的水化产物除了C-S-H凝胶外，还检测到了硅酸钙。 （3）SFAALUC和SSAALUC的配比优化：使用不同发泡剂时，SFAALUC、SSAALUC的孔径主要分布在50μm~1000μm范围内，超过1000μm的孔很少，没有超过1500μm的孔。使用同种发泡剂时，SSAALUC与SFAALUC相比，大孔数量较多。在不同发泡剂条件下，使用过氧化氢为发泡剂时，免烧陶粒的孔径分布更均匀。而使用铝粉做发泡剂时，易产生较多的连通大孔。同时，使用过氧化氢为发泡剂时物理性能也更好。因此，使用过氧化氢为发泡剂的效果要好于铝粉，故制备轻质免烧陶粒时选用3%的过氧化氢。则SFAALUC和SSAALUC的配比为：矿渣/粉煤灰(或钢渣)为1:1、水泥熟料为10%、氯盐掺量为4%，过氧化氢掺量为3%。
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