礦渣－脫硫灰渣膠凝材料的性能研究

朱華峰

（江蘇廣亞高新材料有限公司，江蘇 常州 213000）

礦渣－脫硫灰渣膠凝材料的研究成為關(guān)注焦點(diǎn)和研究引進(jìn)技術(shù)，要重點(diǎn)探討礦渣－脫硫灰渣膠凝材料的性能，以此替代傳統(tǒng)水泥，有效降低充填成本，提高膠凝充填企業(yè)的綜合效益。

1 脫硫灰渣的氧化改性實(shí)驗(yàn)分析

1） 測(cè)定脫硫灰渣中亞硫酸鈣的含量。主要采用碘量法測(cè)定硫酸鈣的含量，在密閉酸溶液環(huán)境中添加碘液和亞硫酸鈣發(fā)生反應(yīng)，以淀粉為指示劑、標(biāo)準(zhǔn)Na2S2O3溶液滴定過(guò)量碘溶液，測(cè)試獲得脫硫灰渣中亞硫酸鈣的含量為37.28%。

2） 催化改性實(shí)驗(yàn)。在低溫條件下進(jìn)行脫硫灰渣的氧化改性實(shí)驗(yàn)，選取CHJ-1、CHJ－2 兩種適宜摻量的催化劑，添加少量的水，將其置于干燥箱中，溫度為120℃，氧化改性時(shí)間設(shè)定為12 小時(shí)，之后冷卻再以碘量法測(cè)定脫硫灰渣中的CaSO3含量。分析可知，在不添加催化劑的120℃環(huán)境下，脫硫灰渣中亞硫酸鈣的轉(zhuǎn)化率為2.84%；CHJ-1 催化劑的摻量為2%時(shí)，脫硫灰渣中亞硫酸鈣的轉(zhuǎn)化率為48.3%；CHJ-2催化劑摻量為2%時(shí)，脫硫灰渣中亞硫酸鈣的轉(zhuǎn)化率為26.61%，對(duì)比可知，CHJ-1 具有比CHJ-2 更優(yōu)的亞硫酸鈣轉(zhuǎn)化效果。同時(shí)，在溫度保持一定的條件下，當(dāng)氧化時(shí)間和催化劑摻量增加時(shí)，亞硫酸鈣的含量逐漸減少；當(dāng)溫度低于100℃時(shí)，催化劑摻量為0.5%-1.5%時(shí)，亞硫酸鈣的轉(zhuǎn)化率并無(wú)太大變化；摻量超出1.5%時(shí)則表現(xiàn)出明顯的轉(zhuǎn)化率提升效果，當(dāng)摻量為2%、溫度80℃時(shí)，亞硫酸鈣的含量減少較慢；而當(dāng)同樣摻量下溫度提升至120℃時(shí)，亞硫酸鈣的轉(zhuǎn)化率提升明顯[1]。

2 礦渣-脫硫灰渣膠凝材料配合比的正交實(shí)驗(yàn)分析

1） 正交試驗(yàn)方案。選取增強(qiáng)劑、石膏、改性脫硫灰渣、礦渣等膠凝材料，分別用A、B、C、D 表示，并選用萘系高效減水劑作為外加劑，設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)，試驗(yàn)可知膠凝充填材料的擴(kuò)展度、濃縮率、抗壓強(qiáng)度，再運(yùn)用JMP統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行擬合分析，獲取極差分析結(jié)果，制作各因素對(duì)膠凝充填材料各指標(biāo)的影響曲線，分析各因素對(duì)試驗(yàn)的影響。

2） 各因素對(duì)膠凝充填材料的影響分析。①原材料對(duì)膠凝充填材料流動(dòng)性的影響。當(dāng)增強(qiáng)劑摻量增加時(shí)，充填漿體內(nèi)部顆粒間的縫隙變小，有效降低充填漿體的孔隙率，提高充填漿體的流動(dòng)性；當(dāng)增強(qiáng)劑摻量大于10%時(shí)，充填漿體的擴(kuò)展度下降，粘度增大，流動(dòng)性呈直線下降趨勢(shì)；②原材料對(duì)膠凝充填材料濃縮率的影響。因增強(qiáng)劑遇水會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，生成三硫型水化硫鋁酸鈣、單硫型水化硫鋁酸鈣、硅酸鈣C-S-H 凝膠，因此當(dāng)增強(qiáng)劑、石膏摻量增加時(shí)，充填材料的濃縮率相應(yīng)減小。通過(guò)極差分析可知，膠凝充填材料的濃縮率最佳配比為A3B2C1，各因素對(duì)膠凝充填材料的濃縮率影響程度由高到低依次為：增強(qiáng)劑、石膏、改性脫硫灰渣；③原材料對(duì)膠凝充填材料3d 抗壓強(qiáng)度的影響。由于增強(qiáng)劑自身具有良好的膠凝性能，能夠在堿性環(huán)境下產(chǎn)生較大的活性，其水化生成的氫氧化鈣能夠增加漿體的堿度，生成水化硅酸鈣凝膠和水化鋁酸鈣，但要注意不可摻加過(guò)量的增強(qiáng)劑，避免水化反應(yīng)無(wú)法充分進(jìn)行而降低充填材料強(qiáng)度的問(wèn)題，通常來(lái)說(shuō)，增強(qiáng)劑的最佳摻量為10%，當(dāng)增強(qiáng)劑摻量增加時(shí)，膠凝充填材料強(qiáng)度先增加再隨摻量繼續(xù)增加而逐步降低的趨勢(shì)。同時(shí)，當(dāng)石膏摻量增加時(shí)，膠凝充填材料的3d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增加后減小的規(guī)律，主要是由于當(dāng)石膏摻量較小時(shí)，充填材料強(qiáng)度會(huì)逐漸增長(zhǎng)，而當(dāng)石膏摻量超過(guò)12%時(shí)，膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)而抑制水化產(chǎn)物的生成，導(dǎo)致充填材料強(qiáng)度下降。另外，當(dāng)脫硫灰渣摻量增加時(shí)，膠凝充填材料的3d 強(qiáng)度也呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。這主要是由于脫硫灰渣能夠與石膏共同激發(fā)礦渣的活性，而當(dāng)脫硫灰渣超過(guò)合理?yè)搅繒r(shí)，脫硫灰渣中的亞硫酸鈣、氫氧化鈣會(huì)降低膠凝充填材料的強(qiáng)度。綜上可知，膠凝充填材料3d 抗壓強(qiáng)度的最佳組合為A2B2C2；④原材料對(duì)膠凝充填材料7d 抗壓強(qiáng)度的影響。當(dāng)增強(qiáng)劑摻量增加時(shí)，膠凝充填材料的7d抗壓強(qiáng)度相應(yīng)提高。當(dāng)石膏摻量增加時(shí)，膠凝充填材料的7d抗壓強(qiáng)度呈先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)脫硫灰渣摻量增加時(shí)，膠凝充填材料的7d 抗壓強(qiáng)度呈先增加后降低的規(guī)律，分析可知，膠凝充填材料7d 抗壓強(qiáng)度的最佳組合為A3B2C2。

3） 確定最優(yōu)配比?？紤]到各因素對(duì)膠凝充填材料流動(dòng)性、沉縮率、強(qiáng)度的顯著影響，要進(jìn)行最優(yōu)配比的合理確定，分析可知配比應(yīng)當(dāng)為A3B2C2，不同原材料的配比分別為：增強(qiáng)劑12%、石膏12%、改性脫硫灰渣15%、礦渣61%、外摻萘系高效減水劑1.5%。在該配比條件下，膠凝充填材料的沉縮率為1.413%，流動(dòng)性為152mm，7d 抗壓強(qiáng)度為1.28MPa，28d 抗壓強(qiáng)度為2.84MPa[2]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合脫硫灰渣的特性進(jìn)行低溫條件下的氧化改性試驗(yàn)，獲取膠凝充填材料的抗壓強(qiáng)度、流動(dòng)性、沉縮率，分析石膏、增強(qiáng)劑、脫硫灰渣等原材料對(duì)膠凝充填材料的影響，確定膠凝充填材料的最佳配比，確保礦渣－脫硫灰渣膠凝材料滿足充填要求。