行业聚焦房地产世界2023/0433粉煤灰与氢氧化钠碱活化热流模型研究——以碱活化水泥为例王晗睿近年来,普通硅酸盐水泥的生产对环境的影响受到社会的广泛关注。石灰石煅烧会消耗大量能源并产生大量CO2。为了减少普通硅酸盐水泥制造过程中的能源消耗和温室气体的排放,研究人员提出了使用碱活化水泥作为普通硅酸盐水泥的替代品。碱活化水泥生产中使用的原材料通常是工业副产品（如粉煤灰、高炉渣等）,碱活化水泥混凝土的CO2排放通常比普通硅酸盐水泥混凝土少55%～75%。需要注意的是,碱活化水泥混凝土的CO2减排取决于添加的碱活化剂的类型、浓度和用量。要想有效控制和优化碱活化水泥制造过程,深入了解碱活化水泥的动力学行为是非常必要的,这也是学术界和水泥行业面临的共同挑战。已有研究表明,水泥水化和熟化过程中释放的热量之间的相关性有助于解释反应的动力学行为。建模是表示、控制和预测水泥性能的一个极具价值的工具,其中,比较有代表性的是JMAK模型和BNG模型。在JMAK模型中,速度常数的调整值不能转化为有效的物理参数,该模型在水化动力学中没有考虑水泥的比表面积；BNG模型不包含源自不同颗粒的产品层之间的相互作用。此外,有研究人员根据水泥水化过程中的多种物理现象开发了仿真平台。然而,该仿真平台并不能准确表示水泥水化过程相关的化学性质,也不能完全描述扩散等传输现象。截至目前,没有一个模型能够准确地模拟粉煤灰碱活化所有阶段的动态热流。本文对Ca(OH)2存在下粉煤灰与NaOH的碱活化的相关热流动力学进行了研究,并开发了半物理模型,用来预测和控制碱活化的变量值。1碱活化建模在本研究中,碱活化主要涉及粉煤灰与活化剂氢氧化钠的反应溶解,多相反应和放热反应控制着粉煤灰的碱活化性能。该机制包含三个阶段：第一阶段是粉煤灰润湿溶解的初始阶段；第二阶段是形成反应产物所需的溶解物发生重组阶段；第三阶段是反应产物形成并沉淀阶段,这决定了胶凝材料的最终组成和微观结构。粉煤灰的主要成分是二氧化硅（SiO2）和氧化铝（Al2O3）。在Ca(OH)2存在时,氢氧化钠碱活化的主要产物是铝硅酸钠水合物（N-A-S-H）和硅酸钙水合物（C-S-H）。假设当粉煤灰和活化剂（NaOH）接触时碱活化开始,该过程形成的产物会附着在粉煤灰颗粒上。这样的话,研究人员就可以将初始反应体积定义为以粉煤灰球形颗粒半径构成的球体体积,球体周围是氢氧化钠溶液。内部产物从粉煤灰颗粒的原始边界向内生长,外部产物向外生长到孔隙溶液中。根据Pommersheim&Clifton模型可定...
