摘 要：本文研究了氯化鋇、硝酸鋇、硫酸鐵、鉻酸鈉、氯化鎂、硫酸鎂、硫酸鋁等無機鹽以及酒石酸、草酸等有機酸對水玻璃-礦渣水泥凝結時間的影響。試驗結果表明，氯化鋇、硝酸鋇、氯化鎂、硫酸鋁、酒石酸有良好的緩凝作用，硫酸鐵、鉻酸鈉、硫酸鎂、草酸不產生緩凝作用。通過強度測試發現，氯化鋇、硝酸鋇、氯化鎂、硫酸鋁、酒石酸均對堿礦渣水泥的強度有一定的不良影響。
關鍵詞：堿；礦渣；緩凝；凝結；強度
堿礦渣水泥就是由堿金屬化合物和粒化高爐礦渣共同粉磨，或是將磨細礦渣用堿金屬化合物的溶液來調制所得的水硬性膠凝材料。堿礦渣水泥具有快硬、高強、低熱、高抗滲、高抗凍和高抗蝕等優異性能[1]，而且這種水泥生產工藝簡單、節約能源、成本較低，可以說堿礦渣水泥是一種環保型“綠色水泥”。盡管堿礦渣水泥具有優異的水硬性能，但由于堿礦渣水泥存在凝結過快的缺點因此在應用上受到了很大的限制。
針對堿礦渣水泥凝結時間過快這一問題，國內外水泥專家進行了大量的研究工作。獨聯體采用有機硅表面活性劑，試圖在堿礦渣粒子表面建立起有機硅物質薄膜，以阻止和延緩礦渣粒子和堿組分之間的快速反應，雖有效果，但始終未能達到獨聯體標準對硅酸鹽水泥初凝時間（不小于45 min）的要求。國內也有堿礦渣水泥緩凝劑研究相關的報道，但是摻量大，對水泥的強度影響較大，價格貴，配制工藝復雜，只能局限在實驗室中研究，在實際工程中難以推廣[1]。
堿礦渣水泥作為一種新體系的水泥與硅酸鹽水泥礦物組成完全不同，其水化過程有其自身的特點，凝結機理也必然與硅酸鹽水泥不同。常用的硅酸鹽水泥緩凝劑對堿礦渣水泥的緩凝作用甚微或完全無作用。因此，分析其中原因，進一步研究適用于堿礦渣水泥的緩凝劑十分必要。
1 原材料與試驗方法
1.1 原材料
礦渣粉：為安徽朱家橋水泥有限公司磨細礦渣粉，比表面積445 ㎡/㎏，細度：45μm 方孔篩篩余1.2%。礦渣粉的化學成分見表1。
表1 礦渣粉的化學成分（%）
水玻璃(WG)：為市售商品水玻璃，其主要成分為SiO2 31.17%，Na2O 12.89%，模數為2.5。使用時用化學純NaOH 調配至適當模數。
無機鹽外加劑：BaCl2、Ba(NO3)2、Fe2(SO4)3、Na2CrO4、MgCl2、Al2(SO4)3、MgSO4 均為分析純試劑。
有機酸外加劑：酒石酸、草酸(H2C2O4)。
1.2 試驗方法：
堿礦渣水泥凝結時間測定：將礦渣粉、水玻璃、水以及外加劑按一定的比例加入到水泥凈漿攪拌鍋中，低速攪拌2 min，再高速攪拌2 min，按國家標準GB/T 1346-2001 規定的方法用維卡儀測定水泥凈漿的凝結時間。凝結時間測定時水泥凈漿的水灰比控制為0.21。
堿礦渣水泥強度試塊的制備和強度測定：按W/C=0.21 調制凈漿，水玻璃摻量為礦渣質量的6%（以Na2O 計），20mm ×20mm ×20mm 試模成型，在潮濕空氣中養護1d 脫模，并在水中養護至預定齡期，用WHY-5 型微機控制全自動壓力試驗機測定試塊抗壓強度。
2 試驗結果與討論
2.1 無機鹽外加劑對堿礦渣水泥凝結時間的影響
表2 是氯化鋇、硝酸鋇、硫酸鐵、鉻酸鈉、氯化鎂、硫酸鎂、硫酸鋁等物質的添加對堿礦渣水泥凝結時間的影響。
表2 無機鹽外加物對堿礦渣水泥凝結時間的影響
從表2 可知，在研究的幾種外加物質中，以氯化鋇和硝酸鋇的添加對水泥的緩凝效果最明顯。在研究的摻量范圍內隨著氯化鋇和硝酸鋇摻量的增加，水泥的初凝時間和終凝時間明顯延長。氯化鋇摻量為3%時水泥初凝時間和終凝時間分別由原來的21min 和30min 延長至120min 和145min，摻量繼續增加至5%時又分別延長至157min 和217min。硝酸鋇摻量為3%時水泥初凝時間和終凝時間分別由原來的21min 和30min 延長至78min 和96min，摻量繼續增加至5%時又分別延長至112min 和189min。這個凝結時間的長短基本上與硅酸鹽水泥通常的凝結時間相當。
在研究的摻量范圍內氯化鎂在摻量為2%到3%時產生明顯的緩凝作用，但是在其他摻量時緩凝作用不很明顯。硫酸鋁在摻量為1%時產生明顯的緩凝作用，但是在其他摻量時緩凝作用不很明顯。硫酸鐵作為緩凝劑時在各摻量條件下幾乎沒有任何緩凝作用。鉻酸鈉作為緩凝劑時沒有緩凝作用，在摻量超過1%后甚至產生明顯的促凝作用。硫酸鎂在3%以下的摻量時沒有緩凝作用，在5%摻量時反而產生了促凝作用。
2.2 有機酸外加劑對堿礦渣水泥凝結時間的影響
表3 是酒石酸、草酸作為緩凝劑時對堿礦渣水泥凝結時間的影響。
表3 酒石酸、草酸摻量對堿礦渣水泥凝結時間的影響
從表3 可知，在研究的摻量范圍內，酒石酸在摻量為1%時開始產生明顯的緩凝作用，摻量從1%到3%增大時凝結時間也在相應的延長，3%時初凝時間達到50min。但是摻量在5%時酒石酸的緩凝作用卻沒有像1%，3%時那樣明顯。H2C2O4 在3%以下的摻量時緩凝作用不明顯，在5%摻量時反而產生了促凝作用。
2.3 緩凝性外加物質對堿礦渣水泥凈漿強度的影響
將緩凝效果較好的外加物質摻入堿礦渣水泥進行凈漿強度測試，通過強度測試最終確定它們對堿礦渣水泥強度的影響。緩凝性外加物質對堿礦渣水泥強度的影響如表4 所示：
表4 緩凝性外加物質對堿礦渣水泥凈漿強度的影響
注：表中分子為強度值。分母為摻加緩凝物質的水泥的強度與空白水泥的強度之比。
由表4 可知，采用各種有緩凝作用的物質后，堿礦渣水泥的凈漿強度與空白樣相比有所降低，而且隨著緩凝劑摻量的增加水泥強度的下降趨勢愈明顯。從表4 可以看出緩凝劑的加入使堿礦渣水泥的早期強度（3 天強度）的下降趨勢最為明顯。這說明，緩凝劑的加入對堿礦渣水泥的早期水化、硬化產生了一定的抑制作用。
2.4 緩凝性物質的作用機理分析
堿礦渣水泥中液相為激發劑的載體，沒有激發劑或激發劑濃度較小時，其系統便不能水化或水化很慢，激發劑濃度較高時，其系統水化很快。激發劑是堿礦渣水泥不可缺少的組成部分。因此，有效地控制堿礦渣水泥的凝結相對較難，緩凝劑的作用過程比較復雜[2]。
堿礦渣水泥快凝的實質在于：水泥中的堿性組分在水泥漿體中迅速離解，形成具有強大離子力的OH-離子，它們對礦渣玻璃體有強烈的破壞作用，使礦渣結構迅速解體與水化，短時間內形成大量的C-S-H 凝膠，從而導致漿體的迅速凝結與快速硬化[3]。因此緩凝劑的選取主要針對防止礦渣結構迅速解體與水化，防止在短時間內形成大量的C-S-H 凝膠。無機鹽外加劑中氯化鋇和硝酸鋇表現出很好的緩凝作用，原因可能是氯化鋇或硝酸鋇與水玻璃激發體系發生反應在系統中快速形成一種在堿性環境中相對穩定的水化產物膜，該膜能包覆在未水化的礦渣顆粒表面，從而削弱堿組分中氫氧根離子對礦渣劇烈的結構解體作用；隨著水化反應的進行，水化產物包覆層膜能逐漸被破壞，堿礦渣水泥的水化硬化得以繼續進行。
3 結論
（1）氯化鋇和硝酸鋇作為堿礦渣水泥緩凝劑時有很好的緩凝作用，且隨著摻量的增加緩凝作用愈加明顯。氯化鋇和硝酸鋇作緩凝劑對堿礦渣水泥的強度尤其是早期強度產生了一定的副作用。
（2）酒石酸作堿礦渣水泥緩凝劑時有較好的緩凝作用，但其對堿礦渣水泥的強度尤其是早期強度產生了一定的副作用。
（3）在研究的摻量范圍內，氯化鎂在2%到3%的摻量時產生明顯的緩凝作用。硫酸鋁在摻量為1%時產生明顯的緩凝作用。氯化鎂，硫酸鋁作緩凝劑時對堿礦渣水泥的強度尤其是早期強度產生了一定的副作用。
（4）在研究的摻量范圍內，硫酸鐵幾乎沒有任何緩凝作用。鉻酸鈉沒有緩凝作用，在摻量超過1%后卻產生了明顯的促凝作用。硫酸鎂和草酸在3%以下摻量時緩凝作用不明顯，在5%摻量時產生促凝作用。
參考文獻
[1] 朱效榮，宋東升等．堿-礦渣水泥高效緩凝劑的研究及應用 [J]．水泥，2001,（7）：1~3．
[2] 焦寶祥．水玻璃-礦渣水泥的緩凝劑研究 [J]．化學建材，2002, (11)：12~15．
[3] 蒲心誠等．高強堿-礦渣水泥與混凝土緩凝問題研究 [J]．水泥，1992,（1）：32~36．
Abstract：This paper studies the influence of barium chloride, barium nitrate, ferric sulfate, sodium chromate,
magnesium chloride, magnesium sulfate, aluminum sulfate, tartaric acid and oxalic acid on the setting time of
alkali activated slag cement. The test results showed that barium chloride, barium nitrate, magnesium chloride,
aluminum sulfate and tartaric acid produces good retarding effect for the alkali activated slag cement. But ferric
sulfate, sodium chromate, magnesium sulfate, oxalic acid did not produce retarding effect for the alkali activated
slag cement. The strength test results showed that barium chloride, barium nitrate, magnesium chloride, aluminum
sulfate and tartaric acid produced bad effect on the strength development of alkali activated slag cement.
Key words：alkali；slag；retarder；setting；strength
