硅灰石性能測試及增強機理探討
2023-11-07
本文采用湖北大冶小箕鋪的硅灰石作為試驗樣品。經(jīng)X射線衍射測定與三斜硅灰石ASTM卡片標準粉晶對比，其主要數(shù)據(jù)都相吻合。由于大冶產(chǎn)的硅灰石纖維狀晶體發(fā)育十分良好，粉晶也為二向分布、致使某些晶面出現(xiàn)幾率大，而某些晶面出現(xiàn)幾率小，故某些晶面衍射數(shù)據(jù)缺失，某些個別晶面衍射強度與標樣出現(xiàn)差異。
紅外吸收光譜測試特征與國外標準TC型硅灰石紅外吸收光譜特征相似，由三個吸收譜帶組成：400～500cm-1范圍內(nèi)的吸收帶是鈣陽離子振動的吸收帶，硅氧鏈中的硅氧鏈變形振動的吸收帶1550～680cm-1茫圍內(nèi)的吸收帶是硅灰石主要特征吸收帶三個中等強度吸收帶表明了硅氧鏈的重復周期為三，硅灰石紅外光譜的另一特征吸收帶是900～1080cm-1。表明Si-o-Si與O-Si-O兩個伸縮振動吸收帶。
x射線衍射分析與紅外光譜分析證實：
大冶硅灰石屬三斜鏈狀結構TC型硅灰石。
硅灰石微觀晶體結構在宏觀上表現(xiàn)為礦物結晶習性為一向延長的纖維狀構造。自然產(chǎn)出的硅灰石多為放射狀、纖維狀，羽毛狀或由細小纖維狀集合而成塊狀。當它破碎到了3μ或8μ時，在掃描電子顯微鏡下觀察，仍為纖維狀晶體。
良好的加工工藝將保持較好的長徑比，一般為7：1 --5：l。我國自然產(chǎn)出的硅灰石纖維長徑比能達到20：1 --30：1。這種纖維狀晶體特征使其對水泥砂漿起到特殊的機械增強效果。在水泥砂漿中形成不連續(xù)網(wǎng)格狀骨架起到加筋作用。纖維狀晶體在水泥膠砂試件受外力作用時，它有防止微細裂紋發(fā)展和阻裂作用，顯示了其機械增強作用。
硅灰石泥砂漿提高機械強度的另一重要因素是取決于硅灰石與水泥水化產(chǎn)物界面的結合程度。根據(jù)水泥水化溶解沉淀理論：水泥粒子表面形成水化離子并向溶液中擴散，當溶液達弼飽和時，離子聚集形成硅酸鈣水化肢體晶胚。這時，硅灰石纖維就成為凝膠的附著物，在硅灰石表面就萌生了晶芽，并逐漸成長為晶體。使硅灰石與水泥水化固結物形成了緊密的結晶連生體，界面結合十分堅固，致使硅灰石在水泥砂漿中有較好的增強作用。
硅灰石增強水泥沙漿在農(nóng)村能源沼氣池建設中的應用
我國農(nóng)村沼氣池建池材料以往多用普通混凝土，氣密性差I近年發(fā)展的紅泥塑料易老化，易蟲蛀鼠咬，新型建筑材料G RC，不僅材料難得，而且價格昂貴。針對以上問題，我們研制出以普通硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥為基材，與資源豐富、價廉的天然優(yōu)質(zhì)纖維狀硅灰石制成水泥砂漿，再經(jīng)聚合物膠乳水泥復合氣密層處理，形成致密、堅實、氣密性好的、新型建池材料。硅灰石制成水泥砂漿，再經(jīng)聚合膠乳復合密層處理，形成致密、堅實、氣密性好的新型建池材料。
不同硅灰石摻入量、不同粒度、不同比表面、不同長徑比對不同品種、不同標號的水泥砂漿的增強作用不盡相同，配方需經(jīng)過實驗研究優(yōu)化確定。現(xiàn)將影響水泥膠砂強度的主要因素闡述如下：
1.硅灰石摻入對水泥膠砂強度的影響。用普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥做膠凝材料，摻入細集料石英砂，用同一粒級纖維狀硅灰石做增強材料?？刂仆瑯铀冶龋瑖栏癜此嘬浘殬藴?G B -177-77)，制樣測試。實驗結果表明；同一粒級，不同摻入量對水泥膠砂的增強作用不相同。當硅灰石選取摻入量時，比標準水泥膠砂抗折強度提高20%，抗壓強度提高33%綜合技術與經(jīng)濟指標，在沼氣池建筑中，本研究選取適中的摻入量使抗折強度提高18%，抗壓強度提高25%。
2．不同粒度的硅灰石對水泥膠砂強度的影響。在選取硅灰石摻入量范圍內(nèi)，變換不同粒度，仍按水泥軟練國標(G B177-77)制樣測試。實驗結果表明：硅灰石不同粒度與增強效果不成線性關系。不同粒度的增強效果取決于各粒級中硅灰石礦物纖維的長徑比。就大冶硅灰石加工工藝流程所得硅灰有粉測定1 20目--200目粒度增強效果較好。徑顯微鏡下實測統(tǒng)計60～85%顆粒長徑比為5：1-15：1。而顆粒太大的硅灰石呈短粗柱狀沒有解體，長徑比小，抗折強度效果不佳。當加工方法不正確，把硅灰石纖維狀晶體破壞，長徑比很小，增強效果也不佳。取特殊的磨礦工藝，盡量減少纖維長度損失，使硅灰石磨得很細，增加比表面積，保持纖維狀晶體較大的長徑比，增強效果。
結 語
根據(jù)實驗室研究成果，綜合技術與經(jīng)濟效果，選取了配方，配制了硅灰石增強水泥砂漿建成橢球型薄殼沼氣池體，并經(jīng)聚合物膠乳水泥復合材料氣密層處理。在湖北省黃陂縣實驗基地建造了十口對比沼氣池。經(jīng)鑒定，新材料沼氣池省工省科，施工簡便，氣密性好，產(chǎn)氣率提高30%，且價格低廉，比6 m 3橢球形混凝土沼氣池節(jié)省25元／個，降低成本18%。
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