半干法脱硫灰对混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 4年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 4 No 8 Au g u s t 半干法脱硫灰对混凝土性能的影响 黄建超 ( 浙江省水利河 口研究院 ， 杭州 3 1 0 0 2 0 ) 摘 要 ： 研 究 了半干法脱硫灰 对混凝 土工作性 、 力 学性能 、 收缩性 能以及 抗冻性的影响 。结果表 明 ， 半 干法脱硫 灰作为混凝土矿物掺合料 ， 可以改善新拌混凝 土坍 落度 ， 减少坍损 ， 同时可 以改善混凝土收缩性 能和抗冻性能 ； 半干 法脱硫灰对混凝土强度发展的改善不明显 ； 随着半干法脱硫灰掺量 的增加 ， 混凝土的收缩率呈现 出先 降低后增 大规 律。-3半干法脱硫灰掺 量低 于 6 时 ， 混凝土收缩率表现为随着掺 量的增加而降低 ； -3掺量为 6 时， 降低 效果最为明 显。混凝土抗冻性能随着半干法脱硫 灰掺 量的增加 ， 呈现 出先提 高后减 小的规律 ， 当掺量低 于 6 时 ， 混凝 土的抗冻 性能随着掺量的增加而逐渐得到改善 ， 其 中尤以 6 掺量 改善效果 最佳 。 关键词 ： 半干法脱硫 灰 ； 力学性 能； 收缩 ； 抗 冻性 ； 工作 性 Ab s t r a c t ： e i n fl u e n c e s o f s e mi - d r y d e s u l f u r i z a t i o n a s h o n w o r k a b i l i t y ， me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ，s h ri n k a g e a n d f r o s t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e a r e r e s e a r c h e d T h e e x p e ri me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e s e mi d r y d e s u l f u r i z a t i o n a s h a s mi n e r a l a d d i t i o n s c o u l d i mp r o v e t h e s l u mp a n d s h ri n k a g e a n d f r o s t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e T h e i n fl u e n c e o f s e mi - d ry d e s u l f u r i z a t i o n a s h o n me c h a n i c al p r o p e r t i e s i s n o t o b v i o u s e s h ri n k a g e r a t e o f c o n c r e t e d e c l i n e s f i r s t l y a n d t h e n i n c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s e of c o n t e n t s o f s e mi d ry d e s u l f u r i z a t i o n a s h Me a n w h i l e 。t h e f r o s t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e i mp r o v e s f i r s t l y a n d t h e n d e c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s e o f c o n t e n t s o f s e mi d ry d e s u l f u r i z a t i o n a s h W h e n t h e c o n t e n t of s e mi d ry d e s u l f u r i z a t i o n a s h i s l e s s t h a n 6 t l l e s h ri n k a g e r a t e a n d f r o s t r e s i s t a n c e of c o n c r e t e wi l l d e c r e a s e wi t h t h e i n c r e a s e o f c o n t e n t s of s e mi d ry d e s u l f u r i z a t i o n a s h T h e b e s t i mp r o v e d e f f e c t i v e n e s s o f s h ri n k a g e a n d f r o s t r e s i s t a n c e i s 6 o f s e mi d r y d e s u l f u r i z a t i o n a s h Ke y wo r d s ： S e mi - d ry d e s u l f u r i z a t i o n a s h ； Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ； S h rin k a g e ； F r o s t r e s i s t a n c e ； Wo r k a b i l i t y 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 8 - 1 9 - 0 4 0前 言 半干法脱硫灰是半干法脱硫工 艺产生 的烧结 烟气脱硫灰。目前 ， 烧结烟气脱硫灰大多闲置堆放 ， 难 以利用 ， 不仅污染环境 、 占用土地 ， 还浪费潜在 的 资源 。对半 干 法脱硫 灰 的处置 与利 用 已经成 为影 响 和制约脱硫技术推广 的难题之一。当前 ， 半干法脱 硫灰作为一种新型的工业废弃物 ， 主要用做硫铝酸 盐水泥【 - 2 、 水泥缓凝剂3 、 少熟料胶凝性材料与蒸养 砖 、 无水泥混凝土嘲 、 矿物聚合材料网 、 土壤改 良7 1 等 领域 的原材料 。为进一步减少土地 占用 ， 降低环境 污染 ， 促 进半 干法 烟气脱硫 这种高效率 、 低成本 的 工艺方式推广和实施 ， 同时变废 为宝 ， 发挥矿物掺 合料对混凝土性能的改善作用 ， 本文研究 了半干法 脱硫 灰作为混凝土矿物掺合料对混凝土性能 的影 响 。 1 试 验 1 1 原材料及配合比 水泥 ： 采用 P 0 4 2 5级普通硅酸盐水泥 ， 化学 基金项 目： 水利部公益性行业科研专项项 目( 2 0 0 9 0 1 0 6 5 ) 。 成分 见 表 1 。 半 干法 脱硫 灰 ： 比表 面积 6 3 0 0 c m 2 g ，密度 2 3 8 0 k g m ， 化学成分见表 1 。 细骨料 ： 天然河砂 ， 表观密度 2 6 1 0 k g m。 ， 细度模 数 2 6 。 粗骨料 ： 石灰 岩碎 石 ， 5 - 2 5 mm连续级配 ， 表观 密 度为 2 7 0 0 k g m 。 1 2 试 验设 计 为研究半干法脱硫灰对混 凝土工作性 、 力学性 能、 收缩性能和抗冻性能 的影响 ， 设计 了六组配 比 以考查不 同掺量 的半干法脱硫灰对混凝 土性能发 展规律 的影响， 配合 比见表 2 。其中 0 #试样完全采 用水泥， 不加其他掺合料 ； 1 # 5 #试样是指半干法脱 硫 灰 掺量 分 别 为水 泥 用 量 的 3 、 4 、 6 、 8 和 1 O 。 1 3 试验 方法 混凝土工作性按 G B T 5 u O ： 0 2 0 0 2 普通混凝 土拌合物性能试验方法标准 进行。 力学性能按 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法标准 一 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 黄建超 半干法脱硫灰对混凝土性能的影响 山 赠 0 2 0 40 6 O 8 O l O 0 龄期 d 图 2 半 干法脱硫 灰对混凝土抗压强度的影响 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 O 0 龄期 d 图 3 半 干 法 脱硫 灰 对 混 凝 土 抗 折 强 度 的 影 响 压和抗折强度均随着半干法脱硫灰掺量 的增加而 逐渐降低 。产生上述现象的原因是 因为半干法脱硫 灰的活性低于水泥 ， 进而使得掺有半干法脱硫灰 的 混凝土早期强度( 3 d、 7 d ) 较低。随着龄期的延长 ， 半 干法 脱 硫 灰 的主 要 成 分 S i O 与 混 凝 土 中 的碱 发 生 火山灰反应 ，进而使得混凝土后期强度发展迅速。 此外 ，混凝土强度的发展依靠水分的继续供给 ， 而 半 干法 脱 硫灰 不 仅 “ 细 化 ” 、 “ 分 割 ” 了原 内部水 空 间 ， 而且 由于 其 巨大 的 比表 面 上 吸 附 了大 量 的水 分 子 ， 从 而 为 昆 凝 土 中胶凝 材 料 的水 化 硬 化 提供 了有 效 的“ 内养护” 9 1 ， 进而使得混凝土后期强度 与对照 组 相 近 。 2 - 3 半干法脱硫灰对混凝土收缩性能的影响 不 同掺量 的半干法脱硫灰 对混凝土收缩性能 的影响如图 4所示。从 图 4可知 ， 添加半干法脱硫 灰均能降低混凝土的收缩性能 ， 但其掺量不同对混 凝土收缩性能影响效果不同。随着半干法脱硫灰掺 量 的增加 ，混凝 土收缩 率呈现出先降低后 增大规 律。当半干法脱硫灰掺量低于 6 时， 混凝土收缩率 呈现出逐渐降低趋势 。当掺量为 6 时 ， 混凝土的收 缩率降低到最大 ， 其 9 0 d的收缩率相 比对照组试样 降低了 2 2 。当半干法脱硫灰掺量继续增加( 8 和 1 0 ) ， 发 现混 凝 土 的收缩 率 逐 渐 增 大 ， 但 仍 低 于 对 照组试样。产生上述现象的原因是因为半干法脱硫 灰 的加入 ， 提 高 了混凝 土 的保 水 性 ， 水 分 不 易蒸 发 ， 同时脱硫灰 活性低 ， 早期不参加水化反应 ， 从而使 ? 昆 凝土 中的 自由水含量增多， 使其在水化过程 中毛 细孔中的负压增长较慢 ， 表现为脱硫灰增强了抗开 裂性能 0 】 。 另一方面， 半干法脱硫灰在水泥浆体中由 于微集料效应及火山灰反应生成大量 C S H凝胶 ， 填充 了孔隙 ， 这些孔 隙一般都较大 ， 填充于这种孔 隙中的水分失去 ， 相应地补偿了部分干缩。然而 当 半干法脱硫灰掺量过大时 ， 会 由于其火 山灰 反应需 要较多水分 ， 从而使其混凝 土内部湿度较低 ， 增大 混凝土收缩开裂趋势 ， 从而表现为半干法脱硫灰掺 量过大( 高于 6 ) 时 ， 混凝土 的收缩性能反而略微 降低 。 3 0 0 2 5 0 2 0 0 0 婪 1 0 0 5 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 龄期 d 图 4半 干法脱硫灰对混凝 土收缩性 能的影 响 2 4 半 干法脱 硫灰 对混 凝 土抗冻 性 的影 响 半干法脱硫灰对混凝土相对动弹模和 质量 损 失率 的影 响如 图 5和 图 6所 示 。从 图 5可知 ， 随 着 半 干 法脱 硫 灰掺 量 的增加 ， 混凝 土 相对 动弹 模 呈 现 出先增大后减小 的规律。即当半干法脱硫灰掺量低 于 6 时 ，可 以发现t 昆凝土相对动弹模高于对照组 试样 。当掺量为 6 时，混凝土相对动弹模达到最 大。而当掺量高于 6 时 ， 则发现其相对动弹模低于 对照组 试 样 。这 表 明适量 的半 干法 脱硫 灰可 以改 善 混凝土的抗冻性 ， 其最佳掺量为 6 。 图 6显示 的是半干法脱硫灰对混凝 土质量损 失率 的影响。从图 6可知 ， 随着半干法脱硫灰掺量 一 21一 如 加 m 9 8 7 6 5 4 3 2 w 越嘿 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 8期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 0期 觳 需 靛 0 l O 2 O 3 O 40 5 0 冻融次数 次 图 5半干法脱硫灰对混凝土相对动弹模 的影响 的增加 ， 混凝 土的质量损失率逐渐增大。当掺量低 于 6 时 ， 混凝土的质量损失率低于对照组试样 ， 而 当掺量高于 6 时 ，则发现混凝土的质量损失率高 于对 照组试 样 。 综合 图 5和图 6可知 ，半干法脱硫 灰掺量 为 6 时 ， 昆 凝土的抗冻性最好。究其原因是适量 的半 干法脱硫灰 的活性效应固定 了氢氧化钙 ， 使之不会 因为浸 析 而扩 大冰 冻劣化 所 产生 的孔 隙 。而 半干 法 脱硫灰的形态效应使混凝土用水量减少 ， 减少孔隙 和毛细孔。此外 ， 适量的半干法脱硫灰的填充效应 可使截留的空气量 和泌水量减少 ，并使孔隙细化 ， 有助于微细气孔分布均匀 ， 从 而大大改善了混凝土 的抗冻 性能 。 3结论 ( 1 ) 半干法脱硫灰作 为混凝 土矿 物掺合料 ， 可 以改善新拌混凝土坍落度 ， 减少坍损。同时 ， 可以改 善 混凝 土 收缩性 能 和抗冻 性 能 。 ( 2 ) 随着半干法脱硫灰掺量 的增加 ， 混凝土 的 抗 压 强 度 和抗 折 强 度 在 不 同 龄期 下 均低 于 对 照 组 试 样 ； 混 凝 土 早 期 强 度 发 展 较 为缓 慢 ， 后 期 混 凝 土 强度则 由于半干法脱硫 灰的火山灰反 应使其发展 迅速 。 ( 3 ) 随着半干法脱硫灰掺量 的增加 ， 混凝土 的 收缩率呈现 出先降低后增大的发展规律。当半干法 脱硫灰掺量低于 6 时 ，混凝土收缩率表现为随着 掺量的增加而降低 ； 当半干法脱硫灰掺量为 6 时 ， 降低效果最为明显 。混凝土抗冻性能随着半于法脱 硫灰掺量的增加 ， 呈现出先提高后减小规律。当半 干法脱硫灰掺量低 于 6 时 ，混凝土的抗冻性能随 着掺量的增加而逐渐得到改善 ，其 中尤以 6 掺量 下改善效果最佳。 一 2 2一 o l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 冻融次数 次 图 6半干法脱硫 灰对混凝 土质量损 失的影响 参 考 文 献 ： 1 毛艳丽， 张东丽， 曲余玲半干法烧结 烟气脱硫灰 渣的资 源化利用【 J 鞍钢技术， 2 0 1 1 ( 4 ) ： 6 - 1 0 【 2 1 L i R e n ，We n l o n g Wa n g ，C h u n y u a n Ma ，X i r e n X u ， Y o n g D o n g S t u d y o n a Ne w Ut i l i z a t i o n Me t h o d f o r Dr y a n d S e mi d ry D e s u l f u r i z a t i o n F D G R e s i d u e s C P o w e r a n d E n e r g y E n g i n e e r i n g Co n f e r e n c e ， 2 0 0 9 ：1 - 5 【 3 朱哲 ， 任爱玲 半干法脱 硫灰用作 水泥缓 凝剂 的研究 D I 石家庄： 河北科技大学， 2 0 0 9 4 】 房治， 郭斌 半干法脱硫 灰制备少熟 料胶凝性材料 与蒸养 砖的研究【 D 石家庄： 河北科技大学， 2 0 0 9 【 5 S M B u r w e l l ， R K K i s s e l ， A E B l a n d e t c F l u i d i z e d B e d C o mb u s t i o n As h C o n c r e t e C1 P r o c 。1 2 t h I n t e r n a t i o n a l C o n r e ll e e o n F l u i d i z e d B e d C o mb u s t i o n ，1 9 9 3 ： 8 4 7 8 5 8 【 6 陈袁魁， 朱 同松 脱硫灰渣用 于制备 矿物聚合材料 的研 究 J 】 中国资 源综合利用， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 1 5 1 8 7 】 C l a r k R B ，R i t e h e y K D ，B a l i g a r V C B e n e f i t s a n d C o n - s t r a i n t s for U s e o f F G D P r o d u c t s o n A g r i c u l t u r a l L a n d J F u e l ， 2 0 0 1 ( 8 0 ) ： 8 2 1 8 2 8 8 程云虹 ， 张伟， 郭晗 ， 等 粉煤 灰对 混凝土 坍落度 影 响的 试验研究 J 混凝 土， 2 0 0 5 ( 1 2 ) ： 3 9 4 1 9 】 葛艳 军， 王文林 粉煤灰对 C 5 0高性 能混凝土干缩的影响 J 粉煤灰， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 8 - 1 0 【 l 0 】 王雪芳， 郑建岚， 晁鹏飞 矿物掺合料对混凝 土早 期开裂 性能 的影 响 J 1 中国矿业 大学 学报， 2 0 0 7 ， 3 6 ( 6 ) ： 7 6 8 7 7 1 1 1 】 袁 瑞军 ， 朱 迪 混凝 土 冻融 损伤 与 防治 J 1 建 材 世界 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 3 3 3 6 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 5 2 2 作者简介 ： 黄建超 ( 1 9 8 0 一 ) ， 男 ， 工程师 。 通讯地 址 ： 杭州市凤起东路 5 0号 联系电话 ： 1 8 3 2 4 4 5 9 0 7 3 E - ma i l ： j c h u a n g 8 0 1 2 6 c o m 6 5 4 3 2 1 O 僻水 删魑 鲫 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m