原狀脫硫石膏基水硬性膠凝材料體系的力學(xué)性能

雷東移 郭麗萍 李東旭

(1東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院, 南京 211189)(2東南大學(xué)江蘇省土木工程材料重點實驗室, 南京 211189)(3南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院, 南京 210009)

煤炭是人們?nèi)粘Ｉ钪兄匾奶烊蝗剂希济号欧诺腟O2為大氣污染物的主要組成部分,對空氣造成了嚴重污染．SO2的大量排放易形成酸雨,嚴重威脅河湖水系和飲用水源,致使土壤酸化,破壞生態(tài)環(huán)境,腐蝕損壞建筑物,污染空氣,危害人體健康[1]．為降低SO2污染氣體的排放量,我國政府制定了明確的法律法規(guī)以嚴格限制其排放量,為此許多燃煤電廠以及SO2排放量大的化工廠等均安裝了脫硫裝置[2]．隨之而來的則是脫硫副產(chǎn)物脫硫石膏等的日益增多,盡管國內(nèi)一部分原狀脫硫石膏被煅燒成建筑石膏加以利用,但是煅燒過程耗能大、成本高,導(dǎo)致絕大部分脫硫石膏仍以戶外堆放為主,不僅對環(huán)境造成了嚴重污染,同時也影響到我國脫硫環(huán)保工作的發(fā)展[3]．因此,對原狀脫硫石膏進行有效的研究利用具有重要的社會和環(huán)保意義．

為有效擴大原狀脫硫石膏的使用范圍,本研究提出了將工業(yè)廢棄物原狀脫硫石膏用于制備水硬性膠凝材料體系的新思路．分析了礦渣與原狀脫硫石膏的不同質(zhì)量比對膠凝材料體系力學(xué)性能的影響,以確定其最佳質(zhì)量比,并依次確定水泥、生石灰堿性激發(fā)劑、減水劑等組分的最佳質(zhì)量摻量和水膠比,進一步探索成型后坯料的靜置消化時間、濕熱養(yǎng)護時間等養(yǎng)護工藝參數(shù)對其力學(xué)性能的影響,最終得到最佳配合比和制備工藝．

1 試驗

1.1 原材料

原狀脫硫石膏來自常州熱電廠,呈淡黃色,其附著水含量為13%,化學(xué)組成見表1．

表1 原材料主要化學(xué)成分 %

從圖1中可以看出,原狀脫硫石膏的晶體形狀多為結(jié)晶規(guī)整的柱狀．表1顯示,其主要成分包括CaO,SO3和結(jié)晶水等,這與XRD圖譜(見圖2)中二水石膏(CaSO4·2H2O)的主要礦物相相對應(yīng)．就CaO,SO3和結(jié)晶水的含量而言,原狀脫硫石膏是一種極其重要的石膏資源．

圖1 原狀脫硫石膏的SEM圖

圖2 原狀脫硫石膏的XRD圖

礦渣微粉的比表面積為458 m2/kg,顏色為淺灰色,來自南京梅山鋼鐵公司,化學(xué)組成見表1．圖3為礦渣樣品的SEM圖．從圖中可以看出,礦渣顆?；緸闊o規(guī)則的多棱角形,其中部分顆粒粒徑大小差別較大,這是因為?；郀t礦渣主要是由連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的玻璃體組成,不存在應(yīng)力集中的界面,礦渣在粉磨過程中,礦渣玻璃體中的Si—O鍵被切斷,從而導(dǎo)致礦渣玻璃體在破裂時沒有特殊的解離面,表現(xiàn)為不規(guī)則的多棱角形[4]．圖4為礦渣樣品的XRD圖譜．從圖中可以看出,礦渣的主要礦物組成為鈣鋁黃長石以及由大量彌散峰所代表的無定型玻璃相．礦渣玻璃體因其含有大量的活性氧化硅和活性氧化鋁,是一種具有潛在水硬性的膠凝材料,而且玻璃體含量越高,活性越高[5]．

圖3 礦渣的SEM圖片

市購生石灰粉,細度為430目．所用P·I 52.5級硅酸鹽水泥來自馬鞍山水泥有限公司,其物理力

學(xué)性能見表2．這2種原材料的化學(xué)組成見表1．

表2 水泥的物理力學(xué)性能

1.2 試驗方法

利用德國Horiba公司的Fluoromax4型X射線熒光光譜儀對相關(guān)原料進行化學(xué)成分分析．

樣品制備過程如下:首先,將原材料以一定的配合比于水泥砂漿攪拌機中充分攪拌;然后,將漿料注入40 mm×40 mm×160 mm的三聯(lián)試模中振實成型,常溫常壓下靜置消化一定時間后脫模;最后,按照預(yù)定養(yǎng)護制度養(yǎng)護至預(yù)定齡期,得到待測試樣．

參照標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO)法》(GB/T 17671—1999)中的規(guī)定,使用全自動壓力試驗機(WHY 5/200,上海華龍測試儀器有限公司)測試其力學(xué)性能．

2 結(jié)果與討論

2.1 各組分對膠凝材料體系力學(xué)性能的影響

本研究采用先靜置消化、然后濕熱養(yǎng)護加自然養(yǎng)護的養(yǎng)護制度．在確定最佳配合比的試驗過程中,為使試驗結(jié)果更加精確,養(yǎng)護制度初步定為:成型后的坯料在常溫常壓下靜置消化24 h后,放入50 ℃的蒸汽養(yǎng)護箱中蒸養(yǎng)24 h,脫模后自然養(yǎng)護28 d,得到待測樣品．

2.1.1 礦渣-原狀脫硫石膏質(zhì)量比的影響

在生石灰提供的堿性環(huán)境下,分析研究礦渣與原狀脫硫石膏的不同質(zhì)量比對力學(xué)性能的影響,以確定其最佳質(zhì)量比．水膠比均取為0.24,生石灰的質(zhì)量摻量取為5%,均外摻,試驗結(jié)果見圖5．

由圖5可以看出,隨著礦渣-原狀脫硫石膏質(zhì)量比的增加,膠凝材料體系的抗折、抗壓強度逐漸提高,當(dāng)質(zhì)量比達到4∶6時,強度最高,其抗壓強度為22.4 MPa,抗折強度為4.2 MPa;質(zhì)量比大于4∶

圖5 礦渣與原狀脫硫石膏質(zhì)量比與28 d膠凝材料體系強度的關(guān)系

6時,強度下降．這是因為當(dāng)質(zhì)量比小于4∶6時,在CaO與水反應(yīng)生成的Ca(OH)2堿性條件下,具有潛在水硬性的礦渣顆粒的不規(guī)則連續(xù)結(jié)構(gòu)被破壞,礦渣玻璃體中的可溶性SiO2和Al2O3的Si—O和Al—O鍵斷裂,并與漿體中的Ca2+生成致密的、溶解性低的水硬性水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣,同時在過飽和脫硫石膏的作用下,水化鋁酸鈣將與CaSO4·2H2O生成強度更高的高硫型水化硫鋁酸鈣(即鈣礬石),鈣礬石與凝膠狀的水化硅酸鈣一起形成交叉網(wǎng)架,使得原狀脫硫石膏膠凝材料體系具有較好的力學(xué)性能[6]．鈣礬石和水化硅酸鈣的反應(yīng)過程化學(xué)表達式為[7]

CaO+H2O→Ca(OH)2

xCa(OH)2+SiO2+(n-1)H2O→
xCaO·SiO2·nH2O(水化鈣酸鈣)

xCa(OH)2+Al2O3+(n-1)H2O→
xCaO·Al2O3·nH2O(水化鋁酸鈣)

xCaO·Al2O3·nH2O+3CaSO4·2H2O→
xCaO·Al2O3·3CaSO4·(n+6)H2O(鈣礬石)

隨著質(zhì)量比的增加,礦渣在膠凝材料體系中所占百分數(shù)也隨之增加,從而導(dǎo)致水化硅酸鈣、鈣礬石等提供強度的水化產(chǎn)物生成量也有所增加,強度逐漸提高．但是當(dāng)質(zhì)量比大于4∶6時,強度降低,這主要是因為此時鈣礬石的生成量過多．以針狀晶體結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)的鈣礬石生成量一定時,能夠與其他水化產(chǎn)物起到交叉、填充共存的作用,對抗壓、抗折強度有提高作用;但是當(dāng)生成量過多時,反而使得硬化漿體結(jié)構(gòu)體積膨脹，結(jié)構(gòu)網(wǎng)被破壞，內(nèi)部微裂紋增多,缺陷增多,從而導(dǎo)致強度下降[8]．綜合考慮,礦渣與脫硫石膏的最佳質(zhì)量比為4∶6．

2.1.2 水泥和生石灰的影響

1) 水泥摻量的影響

水膠比仍取為0.24,生石灰的摻量為5%．水泥和生石灰均外摻．在確定了礦渣與脫硫石膏的最佳質(zhì)量比后,研究不同摻量水泥對28 d齡期膠凝材料體系力學(xué)性能的影響,結(jié)果見圖6．

圖6 不同摻量水泥對28 d齡期膠凝材料體系強度的影響

由圖6可知,隨著水泥摻量的增加,28 d齡期膠凝材料體系的抗折、抗壓強度均不斷提高,當(dāng)摻量達到8%時,強度達到最大值,摻量繼續(xù)增加,強度反而下降．水泥是具有水硬性的膠凝材料,其主要礦物組成為硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)、鋁酸三鈣(C3A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)．當(dāng)摻入原狀脫硫石膏膠凝材料體系中時,水泥自身的礦物質(zhì)先水化生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、Ca(OH)2等一系列水化產(chǎn)物,Ca(OH)2和加入的生石灰對礦渣均具有堿性激發(fā)作用,水泥自身水化和礦渣被堿性激發(fā)后水化所生成的水化鋁酸鈣與脫硫石膏進一步反應(yīng)生成鈣礬石,水泥主要礦物組成的水化反應(yīng)過程化學(xué)表達式為[9]

3CaO·SiO2+nH2O→
xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2

2CaO·SiO2+nH2O→
xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2

3CaO·Al2O3+nH2O→
xCaO·Al2O3·nH2O

4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→
3CaO·Al2O3·Fe2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O

同時,水泥的加入能夠使膠凝材料體系顆粒重新分級,在一定程度上增大了鈣礬石等水化產(chǎn)物的生長空間．當(dāng)水泥摻入量一定時,新生成的水化產(chǎn)物使硬化漿體結(jié)構(gòu)組織更加密實,有效提高了膠凝材料體系的早、后期強度．但是隨著水泥摻量的不斷增加,鈣礬石等水化產(chǎn)物持續(xù)增多,當(dāng)鈣礬石的增長量超過新增的生長空間所能容納的極限時,硬化漿體結(jié)構(gòu)體積膨脹,強度下降．故水泥的最佳摻量為8%．

2) 生石灰摻量的影響

生石灰與水反應(yīng)生成Ca(OH)2,快速地為原狀脫硫石膏膠凝材料體系創(chuàng)造了有利于水化反應(yīng)的堿性條件．在堿性條件下,礦渣玻璃體被侵蝕溶解,玻璃體中的Si—O,Al—O鍵被破壞,并與漿體中的Ca2+反應(yīng)生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等水化產(chǎn)物．同時,CaO水化生成Ca(OH)2時會放出大量熱,1 mol氧化鈣水化可放出64.9 kJ的熱量,1 kg CaO水化可放出1 160 kJ熱量,其放熱速率和放熱量大大高于其他膠凝材料,可以有效促進其他膠凝材料的水化反應(yīng)速率[10]．在確定水泥最佳摻量的基礎(chǔ)上,研究了不同摻量生石灰對28 d齡期膠凝材料體系強度的影響,生石灰外摻,結(jié)果見圖7．

圖7 不同摻量生石灰對28 d齡期膠凝材料體系強度的影響

由圖7可知,隨生石灰摻量的增加,28 d齡期膠凝材料體系的抗折、抗壓強度均不斷提高,當(dāng)摻量達到7%時,強度達到最大值,摻量超過7%時,強度下降．這是因為生石灰摻量較低時,生石灰的加入提高了膠凝材料體系的堿度,礦渣玻璃體能夠很快被打破,從而有效激發(fā)了礦渣的活性,生成更多的水化產(chǎn)物并提高體系的強度．但是當(dāng)生石灰摻量達到7%左右時,體系的堿度已經(jīng)可以充分激發(fā)脫硫石膏膠凝材料體系的活性,繼續(xù)增加生石灰摻量,致使堿度過高,易導(dǎo)致局部反應(yīng)過快、應(yīng)力集中,再加上生石灰反應(yīng)放熱量過大,制品內(nèi)部溫度快速上升,綜合作用下使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)膨脹開裂,強度隨之降低．試驗結(jié)果表明,脫硫石膏膠凝材料體系的液相介質(zhì)應(yīng)存在一個合適的堿度范圍,當(dāng)生石灰水化生成的Ca(OH)2堿度在此范圍內(nèi)時，則對脫硫石膏膠凝材料體系有良好的堿性激發(fā)作用．綜合考慮,生石灰的最佳摻量應(yīng)為7%．

2.1.3 水膠比和減水劑的影響

1) 水膠比的影響

這里的水膠比是指拌和水與脫硫石膏和礦渣這2種固體材料的質(zhì)量比,拌和水外摻．水膠比對硬化試樣的密度、強度等性能均有重要影響,同時對拌和料的和易性和澆注成型效果也有直接影響,是膠凝材料體系性能的一個重要影響因素．水膠比過低,拌和漿料的流動性小、和易性差、成型阻力大,同時空洞也較多,對力學(xué)性能有不良影響;水膠比過高,拌和漿料的流動性較大、易形成夾層、出現(xiàn)泌水現(xiàn)象,會降低其密實度和強度,并且在蒸汽養(yǎng)護過程中,高的水膠比易導(dǎo)致試樣出現(xiàn)裂紋甚至開裂[11],降低其力學(xué)性能．因此,適當(dāng)?shù)乃z比有利于膠凝材料體系具有良好的成型效果和強度．本研究所用的脫硫石膏的自身含水量較高,加之脫硫石膏膠凝材料體系是少熟料體系,因此該體系水膠比相對較低．在2.1.2節(jié)的基礎(chǔ)上,分析不同水膠比對28 d齡期膠凝材料體系強度的影響,結(jié)果見圖8．

圖8 水膠比對28 d齡期膠凝材料體系強度的影響

由圖8可知,在一定范圍內(nèi),水膠比的降低有利于力學(xué)性能的提高,但是當(dāng)水膠比過低時,強度反而下降.圖中顯示水膠比為0.26時,力學(xué)性能最佳．這是因為,一定范圍內(nèi)水膠比的降低可以有效減少成型試樣中自由水的含量,有利于密實度的提高,從而改善力學(xué)性能;但是當(dāng)水膠比過低時,拌和漿料黏度過高,流動性較差,不僅導(dǎo)致原料分散性較差,同時容易將大量有害氣孔夾裹到成型試樣中而導(dǎo)致密實度下降,此外還可能造成參與水化的水分相對不足、膠凝材料體系反應(yīng)程度下降[12],因此水膠比過低也不利于力學(xué)性能的提高．綜合考慮,水膠比取0.26為宜．

2) 減水劑摻量的影響

減水劑能在不降低拌和漿料和易性的條件下減少用水量,可在用水量不變或適當(dāng)降低的情況下增加拌和物的和易性．聚羧酸減水劑是目前應(yīng)用最廣的第3代高性能減水劑,具有摻量低、減水率高、保坍性好、增強效果好、有效降低混凝土干燥收縮性等優(yōu)點,被認為是目前世界上綜合性能最優(yōu)的高效減水劑．最佳水膠比條件下不同摻量減水劑對28 d齡期膠凝材料體系強度的影響見圖9．

圖9 不同摻量減水劑對28 d齡期膠凝材料體系強度的影響

由圖9可知,隨著減水劑摻量的增加,抗折、抗壓強度的增加幅度逐漸減小,當(dāng)摻量為0.7%時,強度達到最大值．試樣的泌水現(xiàn)象隨減水劑摻量的增加逐漸改善,但是當(dāng)減水劑摻量超過0.9%時,試樣再次出現(xiàn)明顯泌水．減水劑屬于表面活性劑,在膠凝材料體系中摻入減水劑后,減水劑中的憎水基團定向吸附于粉料顆粒表面,親水基團指向水溶液中,從而在顆粒表面形成了單分子或多分子層吸附膜,使得顆粒表面帶有相同符號的電荷,形成電性斥力作用,使得膠凝材料-水體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài),進而釋放出顆粒間的自由水，獲得良好的減水效果．同時,聚羧酸減水劑分子含有較多的長支鏈,能夠形成空間位阻作用,從而進一步增強了粉料顆粒的分散效果．文獻[13]表明,減水劑的加入不僅可以有效改善新拌漿體的和易性、減少泌水現(xiàn)象,還可以大大提高硬化試樣的密實性、改善其孔結(jié)構(gòu),從而有效提高強度、耐水、抗凍等性能．但是在該膠凝材料體系中,當(dāng)摻量超過0.7%時,強度反而下降,超過0.9%時,泌水現(xiàn)象再次出現(xiàn)．這是因為當(dāng)減水劑摻量過多時,漿體的黏度急劇減小,出現(xiàn)泌水、離析、抓底、板結(jié)等現(xiàn)象,且澆注后均一穩(wěn)定性差、易出現(xiàn)內(nèi)分層現(xiàn)象,導(dǎo)致硬化漿體強度下降;如果嚴重超摻時,則會導(dǎo)致嚴重泌水,硬化漿體表面及與模板接觸的部位強度嚴重下降,拆模時易出現(xiàn)裂縫、蜂窩、麻面等大量缺陷,嚴重影響強度、耐久性等性能．綜合考慮,減水劑的最佳摻量為0.7%．

綜上所述,原狀脫硫石膏膠凝材料體系最佳質(zhì)量配比為w(脫硫石膏)∶w(礦渣)∶w(水泥)∶w(石灰粉)∶w(減水劑)∶w(水)=60∶40∶8∶6∶0.7∶26．

2.2 養(yǎng)護工藝的影響

合理的養(yǎng)護工藝能有效提高原狀脫硫石膏膠凝材料體系的整體強度．本節(jié)研究了最佳配合比條件下消化時間和蒸養(yǎng)制度等養(yǎng)護工藝對膠凝材料體系力學(xué)性能的影響．

2.2.1 消化時間的影響

生石灰的主要成分為CaO,CaO與水反應(yīng)會引起體積膨脹,如果將剛成型好的試樣立刻進行高溫蒸汽養(yǎng)護,CaO和高溫蒸汽的雙重作用極易引起試樣內(nèi)部反應(yīng)速率過快而產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,從而導(dǎo)致試樣內(nèi)部產(chǎn)生裂紋甚至脹裂開裂．消化的目的在于:① 使石灰中的CaO充分消解,以促進各原料之間充分反應(yīng),防止CaO在蒸養(yǎng)過程中消解而引起膨脹;② 提高試樣的成型效果和強度．物料經(jīng)過攪拌成型之后,進入靜置消化階段．本研究采用的消化方式為常溫靜置消化．消化時間對膠凝材料體系經(jīng)過24 h蒸養(yǎng)后的表觀狀態(tài)和28 d齡期強度的影響分別見表3和圖10．

表3 消化時間對蒸養(yǎng)24 h后試樣表觀狀態(tài)的影響

由表3可以看出,當(dāng)消化時間達到18 h時,蒸養(yǎng)后的試塊沒有產(chǎn)生裂紋．由圖10可以看出,當(dāng)消化時間為18 h時,抗壓強度和抗折強度均達到最大值,分別為38.8和7.2 MPa．這是因為,在消化過程中,物料一直處于相對松散的堆積狀態(tài),膨脹應(yīng)力所受約束很小,不會產(chǎn)生應(yīng)力集中,在經(jīng)過18 h的消化后,試樣內(nèi)部的膨脹應(yīng)力不僅被完全消除,同時也使物料之間充分反應(yīng),因而在蒸養(yǎng)過程中沒有產(chǎn)生裂紋與開裂現(xiàn)象．但是當(dāng)消化時間超過18 h時,抗壓、抗折強度降低,這主要是因為時間過長易造成試樣中的水分過度蒸發(fā),導(dǎo)致坯料的含水率降低、力學(xué)性能下降．綜合考慮,消化時間選取為18 h．

2.2.2 蒸養(yǎng)制度的影響

本研究采用的是首先靜置消化、蒸養(yǎng)一定時間后,再自然養(yǎng)護至28 d的養(yǎng)護制度．蒸汽養(yǎng)護一方面可以提高脫硫石膏膠凝材料體系的整體活性,使強度增長較快;另一方面,該養(yǎng)護條件又為膠凝材料體系提供了充足的水分,以滿足水化反應(yīng)速率增加時對水分的需求．蒸養(yǎng)溫度和蒸養(yǎng)時間是蒸養(yǎng)制度的2個關(guān)鍵因素,但是當(dāng)蒸養(yǎng)溫度超過70 ℃時易發(fā)生延遲性鈣礬石現(xiàn)象[14],為此,本研究的最高蒸養(yǎng)溫度不超過70 ℃．

1) 蒸養(yǎng)溫度的影響

將蒸汽養(yǎng)護時間定為24 h,試樣經(jīng)18 h消化后,30,40,50,60,70 ℃五個養(yǎng)護溫度對其28 d齡期強度的影響見圖11．

圖11 蒸養(yǎng)溫度對28 d齡期膠凝材料體系強度的影響

由圖11可知,隨著養(yǎng)護溫度的提高,試樣28 d的抗折、抗壓強度不斷提高,當(dāng)溫度達到60 ℃時抗折、抗壓強度分別達到最大值7.8和41.2 MPa,養(yǎng)護溫度為70 ℃時強度略有下降．提高養(yǎng)護溫度可以加快礦渣玻璃體的溶解速率,從而加快礦渣自身以及與脫硫石膏等鈣質(zhì)材料之間的水化反應(yīng)速度,同時也加快了水泥等水硬性材料的水化速率以及水化硅酸鈣、鈣礬石等水化產(chǎn)物的增長速率,促使膠凝材料體系的強度不斷提高．水化產(chǎn)物鈣礬石的形態(tài)會因蒸養(yǎng)溫度的不同而有所差異,養(yǎng)護溫度較低時,生成的鈣礬石具有吸水膨脹性,不利于制品性能的提高;而在較高養(yǎng)護溫度條件下,生成的鈣礬石多呈晶態(tài)分布,這種鈣礬石具有較高的體積穩(wěn)定性,對制品性能的提高更有利[15],因此,蒸養(yǎng)溫度為60 ℃時膠凝材料體系的強度最高．當(dāng)蒸養(yǎng)溫度高于60℃時,強度反而有所降低,這是因為過高的溫度使得反應(yīng)速度過快,導(dǎo)致試樣內(nèi)部應(yīng)力集中、甚至膨脹開裂,當(dāng)溫度超過70 ℃時則會發(fā)生鈣礬石延遲現(xiàn)象,致使強度有所降低．綜合考慮,蒸養(yǎng)溫度60 ℃為宜．

2) 蒸養(yǎng)時間的影響

蒸養(yǎng)時間對制品性能也有極其重要的影響．一方面,要有足夠的養(yǎng)護時間來保證膠凝材料體系的原材料能夠充分反應(yīng);另一方面,又要避免因蒸養(yǎng)時間過長而導(dǎo)致試樣吸收過多的水分,對后期強度的增長造成不利影響．蒸養(yǎng)溫度為60 ℃時,不同蒸養(yǎng)時間對28 d齡期膠凝材料體系強度的影響見圖12．

圖12 蒸養(yǎng)時間對28 d齡期膠凝材料體系強度的影響

由圖12可知,隨蒸養(yǎng)時間的增長,強度不斷提高,當(dāng)蒸養(yǎng)時間為21 h時強度最高,之后強度有所下降．這是因為,當(dāng)蒸養(yǎng)時間不超過21 h時,原狀脫硫石膏膠凝材料體系的水化反應(yīng)得到了充分進行,水化較徹底;當(dāng)蒸養(yǎng)時間超過21 h時,試樣內(nèi)部吸入過多的水分,在濕度相對較低的自然養(yǎng)護過程中,這些多余的水分不斷蒸發(fā),形成連通氣孔,導(dǎo)致強度降低．當(dāng)體系水化產(chǎn)物的增長量對強度的貢獻小于因多余水分蒸發(fā)形成連通氣孔對強度的損失量時,強度就會降低．本研究確定的最佳蒸養(yǎng)時長為21 h．

綜上可知,原狀脫硫石膏膠凝材料體系的最佳制備工藝為:將各項原材料按預(yù)定配合比攪拌均勻成型,成型后的坯料經(jīng)過18 h的靜置消化后,進行60 ℃，21 h的蒸汽養(yǎng)護階段,然后自然養(yǎng)護至28 d齡期．

3 結(jié)論

1) 原狀脫硫石膏膠凝材料體系的最佳質(zhì)量配合比為w(脫硫石膏)∶w(礦渣)∶w(水泥)∶w(石灰粉)∶w(減水劑)∶w(水)=60∶40∶8∶6∶0.7∶26．

2) 該原狀脫硫石膏水硬性膠凝材料體系的最佳消化時間為18 h,最佳蒸養(yǎng)時長為21 h,最佳蒸養(yǎng)溫度為60 ℃．

3) 將原狀脫硫石膏改性為性能優(yōu)良的水硬性膠凝材料體系,大大提高了原狀脫硫石膏的利用效率,為有效利用工業(yè)廢棄物原狀脫硫石膏提供了一條新的再生利用途徑．

)

[1] 譚平, 王海云, 劉家祥. 電廠脫硫石膏粉在水泥基膠凝材料中的復(fù)合效應(yīng)[J]. 非金屬礦, 2010, 33(2): 39-40,43. DOI:10.3969/j.issn.1000-8098.2010.02.013.

Tan Ping, Wang Haiyun, Liu Jiaxiang. Hydrating and hardening mechanism of composite made from desulphurization gypsum and cement[J].Non-MetallicMines, 2010,33(2): 39-40,43. DOI:10.3969/j.issn.1000-8098.2010.02.013.(in Chinese)

[2] 肖春寶. 煙氣濕法脫硫石膏的應(yīng)用研究[J]. 安全、健康和環(huán)境, 2013, 13(7): 32-36. DOI:10.3969/j.issn.1672-7932.2013.07.013.

Xiao Chunbao. Applied research on smoke FGD gypsum[J].SafetyHealth&Environment, 2013,13(7): 32-36. DOI:10.3969/j.issn.1672-7932.2013.07.013.(in Chinese)

[3] 顧幽燕. 煙氣脫硫石膏資源化利用的研究進展[J]. 粉煤灰, 2013, 25(6): 33-35. DOI:10.3969/j.issn.1007-046X.2013.06.011.

Gu Youyan. Advance in utilization of FGD gypsum resources[J].CoalAsh, 2013,25(6): 33-35. DOI:10.3969/j.issn.1007-046X.2013.06.011.(in Chinese)

[4] 萬惠文, 林宗壽, 水中和, 等. 礦渣微粉顆粒群分布及形貌對水泥性能的影響[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報, 2003, 25(1): 19-22. DOI:10.3321/j.issn:1671-4431.2003.01.006.

Wan Huiwen, Lin Zongshou, Shui Zhonghe, et al. The influence of the PSD and appearance of slag powder on the cement properties[J].JournalofWuhanUniversityofTechnology, 2003,25(1): 19-22. DOI:10.3321/j.issn:1671-4431.2003.01.006.(in Chinese)

[5] 吳中偉, 廉慧珍.高性能混凝土[M]. 北京:中國鐵道出版社, 1999: 39-57.

[6] 焦寶龍, 焦寶祥, 黃芳, 等. 高摻量免煅燒脫硫石膏-礦渣復(fù)合膠凝材料的制備[J]. 新型建筑材料, 2013, 40(11): 1-4. DOI:10.3969/j.issn.1001-702X.2013.11.001.

Jiao Baolong, Jiao Baoxiang, Huang Fang, et al. Preparation of composite cementitious materials with uncalcined desulfurization gypsum and slag[J].NewBuildingMaterials, 2013,40(11): 1-4. DOI:10.3969/j.issn.1001-702X.2013.11.001.(in Chinese)

[7] 施惠生, 劉紅巖. 脫硫石膏在礦渣水泥中的資源化利用[J]. 同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2008, 36(1): 66-70. DOI:10.3321/j.issn:0253-374X.2008.01.014.

Shi Huisheng, Liu Hongyan. Resource recovery of flue gas desulphurization gypsumin slag cement[J].JournalofTongjiUniversity(NaturalScience), 2008,36(1): 66-70. DOI:10.3321/j.issn:0253-374X.2008.01.014.(in Chinese)

[8] 吳其勝, 劉學(xué)軍, 黎水平, 等. 脫硫石膏-礦渣微粉復(fù)合膠凝材料的研究[J]. 硅酸鹽通報, 2011, 30(6): 1454-1458.

Wu Qisheng, Liu Xuejun, Li Shuiping, et al. Study on the cementitious materials of desulfurization gypsum and granulated blast furnace slag composites[J].BulletinoftheChineseCeramicSociety, 2011,30(6): 1454-1458.(in Chinese)

[9] 彭小芹, 蘭聰, 王淑萍, 等. 水化硅酸鈣粉體對水泥水化反應(yīng)過程及機理的影響[J]. 建筑材料學(xué)報, 2015, 18(2): 195-201. DOI:10.3969/j.issn.1007-9629.2015.02.003.

Peng Xiaoqin, Lan Cong, Wang Shuping, et al. Effects of the C-S-H powder on the hydration process and mechanism of cement[J].JournalofBuildingMaterials, 2015,18(2): 195-201. DOI:10.3969/j.issn.1007-9629.2015.02.003.(in Chinese)

[10] 劉紅宇, 尹維新. 礦渣粉-生石灰粉對粉煤灰膠凝材料強度的影響[J]. 建筑材料學(xué)報, 2007, 10(5): 627-630. DOI:10.3969/j.issn.1007-9629.2007.05.024.

Liu Hongyu, Yin Weixin. Influence of slag powder and quicklime powder on strength of fly ash binding materials[J].JournalofBuildingMaterials, 2007,10(5): 627-630. DOI:10.3969/j.issn.1007-9629.2007.05.024.(in Chinese)

[11] 黎良元, 石宗利. 石膏基復(fù)合材料性能影響因素的研究[J]. 新型建筑材料, 2007, 34(5): 1-4. DOI:10.3969/j.issn.1001-702X.2007.05.001.

Li Liangyuan, Shi Zongli. Research on contributing factors of gypsum-based composite material performance[J].NewBuildingMaterials, 2007,34(5): 1-4. DOI:10.3969/j.issn.1001-702X.2007.05.001.(in Chinese)

[12] 權(quán)劉權(quán), 羅治敏, 李東旭. 脫硫石膏膠凝性的研究[J]. 非金屬礦, 2008, 31(3): 29-32. DOI:10.3969/j.issn.1000-8098.2008.03.010.

Quan Liuquan, Luo Zhiming, Li Dongxu. Study on cementing performance of desulfurization gypsum[J].Non-MetallicMines, 2008,31(3): 29-32. DOI:10.3969/j.issn.1000-8098.2008.03.010.(in Chinese)

[13] Caruso F, Mantellato S, Palacios M, et al. ICP-OES method for the characterization of cement pore solutions and their modification by polycarboxylate-based superplasticizers[J].CementandConcreteResearch, 2017,91: 52-60. DOI:10.1016/j.cemconres.2016.10.007.

[14] 康小朋, 盧都友, 許仲梓. 高性能混凝土構(gòu)件中堿硅酸反應(yīng)與延遲性鈣礬石形成共存破壞[J]. 硅酸鹽學(xué)報, 2016, 44(8): 1091-1097. DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.2016.08.03.

Kang Xiaopeng, Lu Duyou, Xu Zhongzi. Coexistence of alkali silica reaction and delayed ettringite formation in a cracked high performance concrete element[J].JournaloftheChineseCeramicSociety, 2016,44(8): 1091-1097. DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.2016.08.03.(in Chinese)

[15] 李紀(jì)青, 秘潔芳. 劣質(zhì)粉煤灰的改性激活及高強度粉煤灰砌塊的研究[J]. 粉煤灰綜合利用, 2000, 14(2): 1-6. DOI:10.3969/j.issn.1005-8249.2000.02.001.

Li Jiqing, Mi Jiefang. A research on the modification & activation of inferior fly ash and the block with high strength fly ash[J].FlyAshComprehensiveUtilization, 2000,14(2): 1-6. DOI:10.3969/j.issn.1005-8249.2000.02.001.(in Chinese)