脱硫石膏作调凝剂制备的水泥及混凝土的性能研究.pdf

文章 编 号： 1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 1 ) 0 4 - 0 0 2 4 - 0 3 固废弄 l J 用 脱硫石膏作调凝剂制备的水泥及混凝土的性能研究 Re s e a r c h o n P e r f o r ma n c e s o f C e me n t a n d C o n c r e t e w i t h D e s u l f u r i z e d Gy p s u m a s R e t a r d e r 王玉兰1李阳： ( 1 上海市建筑建材业市场管理总站，上海 2 0 0 0 3 2 ；2 上海市建筑科学研究院 ( 集团)有限公司， 上海 2 0 0 0 3 2 ) 摘要 ： 对 上海 市脱 硫石 膏 作为 调凝 剂制 备 的水 泥及 其 混凝 土进行 了试验研 究。 结果表 明 ：脱硫 石 膏 可完全 取代 天 然石 膏，用 作 水泥调 凝剂 ， 生产 的水 泥能满足 国家标准 的规 定 ；用脱硫石 膏调 凝剂 水泥配 制的 混凝土 与 用天然二 水石 膏调凝 剂水 泥 配 制的 混凝土 力学性 能基 本一 致。 关键词 ： 脱硫 石 膏；水泥调 凝 剂；混凝 土 中图 分 类号 ：T Q1 7 2 4 6 2 文 献标 识 码 ：A 0前 言 近年来，国家强化了对电厂s 0 排放的控制，2 0 0 9 年 上海多家电厂集中上烟气脱硫装置，脱硫石膏的排放量快 速增长，预计2 0 1 1 年将达2 0 0万t 。在上海市脱硫石膏综 合利用的相关政策推动下， 上海市脱硫石膏综合利用稳步 发展，脱硫石膏作为水泥调凝剂用于水泥厂已成为脱硫石 膏的主要利用途径之一。我们试验研究了上海市石洞口 电厂脱硫石膏为调凝剂的水泥及其混凝土的性能特点，供 水泥的生产、使用单位参考。 1脱硫石膏的理化性能 1 1化学组分 从石洞口电厂取脱硫石膏样品进行化学分析，以上海 联合水泥厂取得的天然石膏进行对比实验。实验用脱硫石 膏与天然石膏的性能见表 1 。 表 1 石洞口电厂脱硫石膏与天然二水石膏的化学组分及含碳量 由表 1 可知。 ( 1 ) 石洞口电厂脱硫石膏中的S O 含量波动不大，一 般为4 2 一 4 6 。而天然二水石膏的s O 含量仅为3 5 左 右，脱硫石膏的纯度较高。 ( 2 ) 石洞口电厂脱硫石膏中的C a S O I 2 H 0含量远 远低于 “ 日 本水泥用烟气脱硫石膏质量要求”。检验方法 2 4 CoAL ASH 4 20 1 1 按照 烟气脱硫石膏( 报批稿) 进行。 ( 3 ) 石洞口电厂脱硫石膏的含碳量远远低于日本水泥 用烟气脱硫石膏质量要求 ( 灰分含量2 0 0 )。 1 2矿物组成分析 对脱硫石膏进行 X射线衍射结构分析( 图略) 。主要成分 是 C a S O 4 2 H 0( 二水石膏) ，还有少量C a C O 3 ( 方解石) 和s i O 2 ( 一 石英) 。脱硫石膏和天然二水石膏的矿物组成很接近， 唯一区别在于脱硫石膏含有少量的 C a C O ， ( 方解石) 。 1 3微观结构分析 将脱硫石膏和天然二水石膏两种材料用扫描电镜进行 形貌观察( 图略) 。可以观察到，脱硫二水石膏颗粒外形完 整，多为短柱状，大部分颗粒尺寸2 5 m；而天然二水 石膏为针片状 ，大部分颗粒为 1 5 m，个别大颗粒 2 5 m。 2试验方法 2 1试验原材料 水泥熟料：取自上海海豹水泥厂水泥熟料。 矿粉：上海宝田新型建材有限公司生产的 $ 9 5 矿粉。 粉煤灰：取自宝钢电厂的磨细灰 ( C 类级灰)。 脱硫石膏：取自上海石洞口电厂。 天然二水石膏：取自 上海联合水泥厂。 砂：细度模数为2 9 O的中砂。 石：5 2 0 m m连续级配的碎石。 减水剂：上海住总生产的木钙，掺量为0 6 0 。上 海建研建材公司生产的聚羧酸减水剂，掺量为 1 0 0 。 2 2试验步骤 ( 1 )试验小磨粉磨前将脱硫石膏在 4 0 5 0下干燥， 按表 2 配料型硅酸盐水泥。每组试样配料 5 k g ，在球磨 机内进行粉磨， 粉磨后比表面积控制在 3 8 0 4 2 0 m k g 。 表 2 各种硅酸盐水泥的比表面积、密度 ( 2 ) 按照国家相关标准进行水泥和混凝土试验。 3水泥试验结果 两种水泥的凝结时间、强度等试验结果见表 3 。 表 3 两种硅酸盐水泥的试验结果 由表 3 可得出以下 3 点。 ( 1 ) 掺人脱硫石膏的水泥比掺人天然石膏的水泥凝结 时间略长 。 ( 2 ) 与天然二水石膏相比，用脱硫石膏制成的水泥强 度稍高。 ( 3 ) 用脱硫石膏生产的水泥各项质量指标均能达到水 泥标准的要求，脱硫石膏完全可以代替天然二水石膏作水 泥调凝剂。 4混凝土试验结果 4 1两种水泥配制的混凝土试验配合比 分别以脱硫石膏调凝剂水泥 T l 、天然石膏调凝剂水 泥 T 2为胶凝材料，以粉煤灰、矿渣作为掺合料，碎石和 中砂为集料，配制两组C 3 0 泵送混凝土和两组 C 5 0 泵送混 凝土，坍落度控制在 1 6 0 1 8 0 m m。两种水泥配制的混凝 土试验配合比见表 4 。 表 4 两种水泥配制的混凝土配合比 k g m 胶凝材 水胶 胶凝材料 集料 编号 料用量比水泥 碎石 中砂 水 4 2两种水泥配制的混凝土的表观密度、含气量及塌落度 两种水泥配制的混凝土性能见表 5。 表 5 两种水泥配制的混凝土性能 由试拌情况及表 5可得出以下 3 点。 ( 1 )在相同配比的情况下，与天然石膏缓凝剂水泥配 制的混凝土相比，脱硫石膏缓凝剂水泥配制的混凝土坍落 度为2 0 3 0 m lT l ，这与脱硫石膏的微观结构为短柱状有关。 ( 2 )比较两种新拌混凝土的性能，脱硫石膏缓凝剂 水泥配制的混凝土和易性较好，胶凝材料将集料完全包裹， 集料不易分层离析。 ( 3 )在相同配比的情况下，与天然二水石膏缓凝剂水 泥配制的混凝土相比，脱硫石膏缓凝剂水泥配制的混凝土 含气量较小。 4 3两种缓凝剂水泥配制成混凝土的凝结时间 两种缓凝剂水泥配制成混凝土凝结时间见表6 。 表 6 两种缓凝剂水泥配制成混凝土凝结时间 由表 6可得出， 对 C 3 0混凝土，与天然二水石膏缓凝 剂水泥配制的混凝土相比，脱硫石膏缓凝剂水泥配制的混 凝土初凝时间延长约 9 0 m i n ，终凝时间延长约9 0 m i n 。对 C 5 0 混凝土，与天然二水石膏缓凝剂水泥配制的混凝土相 比，脱硫石膏缓凝剂水泥配制的混凝土初凝时间延长 1 2 m i n ，终凝时间缩短 1 0 m i n 。 4 4脱硫石膏水泥和天然石膏水泥配制混凝土的力学性能 两种水泥配制的混凝土各龄期抗压强度见表 7 。 表 7 两种水泥配制的混凝土的各龄期抗压强度 MP a 对 C 3 0混凝土，两种缓凝剂水泥配制成混凝土各期的 抗压强度值基本一致，对 C 5 0混凝土，脱硫石膏水泥配制 成的混凝土大部分龄期的抗压强度均比天然二水石膏水泥 配制成的混凝土大，9 0 d 强度高 1 3 1 M P a 。 4 2 0 1 1 粉煤灰 2 5 两种水泥配制成混凝土的力学性能试验结果见表 8 。 表 8 两种水泥配制成混凝土的力学性能试验结果 由表 8 的试验结果可得出，脱硫石膏调凝剂水泥配制 的混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度、轴心抗压强度和 弹性模量等力学性能均高于天然二水石膏调凝剂水泥配制 的混凝土的力学性能。 4 5 两种缓凝剂水泥配制的混凝土的耐久性能试验 ( 1 )抗渗性。当 C 3 0 一 D S 、 C 3 0 一 R、C 5 0 一 D S 、C 5 0 一 R 四组混凝土抗渗试件达到2 8 d 龄期时，进行抗渗试验，四 组混凝土的抗渗标号均超过 P 8 。 ( 2 )抗冻性。当 C 3 0 一 D S 、C 3 0 一 R 、C 5 0 一 D S 、C 5 0 一 R 四组混凝土抗冻试件达到2 8 d 龄期时，进行抗冻试验 ( 慢 冻法，5 0 次冻融循环 )。试验结果见表 9 。 表 9 两种缓凝剂水泥配制成混凝土的抗冻性试验结果 由表9试验结果可知，脱硫石膏调凝剂水泥混凝土和 天然二水石膏调凝剂水泥混凝土的抗冻标号均超过 D 5 0 ， 抗冻性能良好。相比较而言，脱硫石膏调凝剂水泥配制的 混凝土重量损失和强度损失较低，抗冻性较好。 ( 3 )抗碳化性能。碳化性能试验结果见表 1 O 。 表 l 0 两种缓凝剂水泥配制成混凝土的抗碳化性能试验结果 由表 1 0可得出，比照两项 C 3 0 混凝土，脱硫石膏水 泥配制的混凝土抗碳化能力比天然石膏水泥配制的混凝 土略低。比照两项 C 5 0 混凝土， 脱硫石膏水泥配制的混凝 土抗碳化能力比天然二水石膏水泥配制的混凝土高得多。 ( 4 )收缩性。收缩性的试验结果见表 1 1 。 表 1 1 2 8 d两种调凝剂水泥配制的混凝土收缩值( 1 0 ) 由试验结果可知，比照两项 C 3 0 混凝土，两种水泥配 制成混凝土的收缩值基本一致，比照两项 C 5 0 脱硫石膏水 泥配制成混凝土的收缩值较低，这与脱硫石膏缓凝剂水泥 配制的混凝土的用水量较低有关。 5结 论 脱硫石膏调凝剂水泥配制的混凝土的特点是凝结时间 略长，新拌混凝土的和易性较好，硬化混凝土的力学性能 较好，收缩值略低。脱硫石膏调凝剂水泥与天然石膏调凝 剂水泥配制的混凝土的抗冻、碳化、抗渗、电通量、氯离 子扩散系数等耐久性技术性能基本一致。 收稿 日期： 2 0 1 1 年 2月 2 5日 f 上 接 第2 3 页) 由图 5可以看出，随着激发剂掺入量的增加 ，3 d 、 2 8 d的抗压强度均呈下降趋势，其中N a O H的试样的抗压 强度先增后减，在激发剂的量加入相同的情况下，加入不 同的激发剂， 抗压强度随着加入的激发剂的碱性降低而降低。 3结 论 ( 1 ) 各种试样熟料中的f - C a O的含量较低，易烧性较 好；熟料的f - C a O的含量随着加入的激发剂量的增多呈减 少趋势，且随着激发剂碱性的降低呈增多的趋势。 ( 2 ) 烧成水泥熟料中矿物清晰，矿物形成质量及力学 性能与加入的激发剂的 量及激发莉的碱性强度呈正比。当 激发剂为 N a O H，加入比例是 2 0 0 时，试样的抗压强度 最高，通过 S E M、X R D 、E D S 观察矿物形成最好。 2 CoAL AsH 4 201 参考文献 【 1 】 梁修勇 建筑垃圾的回收利用【 J 】 _ 安徽科技， 2 0 0 7 ( 4 ) ：4 9 【 2 】黄宗益， 李兴华 日本对建筑工程副产物和建筑垃圾的处理【 J 】 建设 机械技术与管理，2 0 0 2 ( 4 ) ：2 4 2 5 3 冷发光，何更新，张仁瑜，等 国内外建筑垃圾资源化现状及发展趋 势【 J 商品混凝土，2 0 0 9( 3 )：2 0 - 2 3 【 4 兰明章 ，崔素萍 ，严兴李 工业废渣对水泥生料易烧性影响的试 验 研究 J 】 水泥，2 0 0 4 ( 6 )：7 2 9 5 马保国，穆松，余蔓丽 磷渣基复合矿化剂对水泥生料易烧性影响 的研究 J 硅酸盐通报 ，2 0 0 7 ，2 6 ( 1 )：8 O _ 8 3 6 陈明芳，任祥泰 晶种对水泥生料易烧性影响的研究 J 】 中国建材 科技，1 9 9 5 ，4 ( 6 ) ：1 3 1 5 7 】黎锦清，朱教群 采用低品位石灰石煅烧水泥熟料的研究【 J 】 l 国外 建材科技，2 0 0 8 ，2 9( 6 )：6 0 6 2 8 刘宝举，梁慧，杨元霞 碱对水泥 粉煤灰体系中粉煤灰活性的激发 铁道科学与工程学报，2 0 0 9 ， 1 0( 5 )6 ：5 1 5 6 收稿 日期： 2 0 1 1 年 1 月 1 4日