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脱硫石膏是燃煤电厂石灰石-石膏法烟气脱硫工艺的脱硫产物,是工业生产过程中排放的固体废弃物。随着工业的不断发展,我国烟气脱硫工艺的逐渐采用,脱硫石膏和工业废渣的排放量日益增多,目前未能得到充分利用而成为固体废弃物,污染环境。因此如何处置脱硫石膏和工业废渣成为当前迫切需要解决的任务。
本文以脱硫石膏和工业废渣中的粒化高炉矿渣为主要原料,掺以矿物激发剂和化学激发剂,制备了一种新型耐水性好的胶凝材料-脱硫石膏-废渣复合胶凝材料,并对其性能及应用进行了研究。该材料中不仅具有高强、耐水、收缩小等优良性能,而且脱硫石膏利用量高达50%,不仅能充分利用脱硫石膏等工业废渣,达到节约资源和保护环境的目的,而且将脱硫石膏等工业废渣变废为宝,为其资源化利用提供了一条重要的新途径。
本文研究了矿渣脱硫石膏比、不同种类及掺量的矿物激发剂、化学激发剂、原材料的细度及养护方式等因素对脱硫石膏-矿渣复合胶凝材料性能的影响,研究结果表明:矿渣/脱硫石膏比在6:3.5以内,胶凝材料的强度随矿渣/脱硫石膏比值增大而明显提高,当超过该值后,强度增加不明显;适量掺入矿物激发剂和化学激发剂,可以提高强度,缩短凝结时间,但过量反而使强度降低;脱硫石膏越细,凝结时间越短;蒸汽养护可以显著提高早期强度,标准养护强度发展迅速,后期强度最高。并通过正交试验研究了各因素的主次顺序,确定了脱硫石膏-废渣复合胶凝材料的最佳配比为:脱硫石膏:矿渣:生石灰:激发剂=50:45:5:4。
在脱硫石膏-废渣复合胶凝材料的研究基础上,成功利用50%脱硫石膏配制出抗压强度达40MPa以上的水硬性脱硫石膏-废渣胶凝材料,同时以此配制出M20砂浆和C30混凝土。结果表明:脱硫石膏-废渣砂浆具有较高强度,且后期强度仍有很大增幅;具有满足建筑砂浆要求的抗干缩变形性。脱硫石膏-废渣混凝土早期强度较低,但后期强度发展很快,增幅很大;抗氯离子渗透性良好;抗碳化性较差。合理的配比可以制备出性能较好、满足标准要求的砂浆和混凝土。
本文还运用XRD、DSC-TG、SEM等手段对脱硫石膏-废渣复合胶凝材料的水化产物进行了机理分析,结果表明:脱硫石膏-废渣复合胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶、钙矾石和未水化完全的二水石膏。钙矾石与C-S-H凝胶共同构成了硬化体的骨架,残留的未水化的二水石膏作为微集料均匀分散于基体中并被钙矾石和C-S-H凝胶状物质包裹,形成稳定的胶凝材料。