脫硫石膏與鋁酸鹽水泥的膠凝特征及其在自流平材料中的應(yīng)用.pdf

1、十多年來(lái)，為了控制SO2的排放，煙氣脫硫工程在國(guó)內(nèi)大量建設(shè)并投入使用，從而產(chǎn)生了大量以二水硫酸鈣為主要成分的副產(chǎn)物—脫硫石膏。脫硫石膏當(dāng)前廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)建筑石膏及其下游產(chǎn)品和硅酸鹽水泥行業(yè)，但是綜合利用率偏低，占地堆放，產(chǎn)生二次污染，急需開(kāi)發(fā)具有較高附加值的資源化利用技術(shù)。以脫硫石膏為原料制備地面自流平材料，既可大規(guī)模消納脫硫石膏，又能夠提供高附加值產(chǎn)品，但是該技術(shù)的理論和實(shí)踐亟待深入。本論文圍繞開(kāi)發(fā)脫硫石膏-鋁酸鹽水泥制備鈣釩石地面自

2、流平材料技術(shù)，在脫硫石膏脫水行為研究基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了脫硫石膏-鋁酸鹽水泥材料的膠凝過(guò)程及性能，石灰石水泥與減水劑對(duì)材料膠凝的影響，優(yōu)化自流平材料的制備工藝，從而解決脫硫石膏制備自流平材料的關(guān)鍵理論和技術(shù)問(wèn)題，為工業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。
　　 脫硫石膏的脫水轉(zhuǎn)化是其應(yīng)用于膠凝材料的基礎(chǔ)。脫硫石膏脫水行為與溫度和水，分壓有關(guān)。在低水分壓時(shí)，石膏脫水按一步反應(yīng)進(jìn)行（CaSO4·2H2O→γ-CaSO4），主要受相邊界理論控制;在較高

3、水分壓條件下，按二步反應(yīng)進(jìn)行(CaSO4·2H2O→CaSO4·0.5H2O→γ-CaSO4)，半水石膏的生成主要受成核生長(zhǎng)機(jī)理控制。晶體特性的差異（晶習(xí)和大?。┖碗s質(zhì)的多少（粉煤灰和石灰石）導(dǎo)致脫硫石膏樣品之間脫水行為存在差異。
　　 脫硫石膏改變鋁酸鹽水泥膠凝機(jī)理，生成以鈣礬石為主的水化物，加速材料水化，改變材料性能。量熱分析表明摻入脫硫石膏后，水化誘導(dǎo)期縮短，水化加速。運(yùn)用水化殼假設(shè)理論，表明以鈣礬石和鋁膠共同組成的初始水

4、化殼對(duì)鈣離子和水分子擴(kuò)散阻礙較弱，進(jìn)而縮短了誘導(dǎo)期。石膏決定著膠凝材料的水化機(jī)理，當(dāng)其存在時(shí)，材料水化生成鈣礬石;當(dāng)其耗盡后，水化生成水合鋁酸鹽。養(yǎng)護(hù)條件對(duì)材料的強(qiáng)度和收縮膨脹性能有較大影響，水養(yǎng)能夠促進(jìn)材料充分水化;但當(dāng)石膏過(guò)量時(shí)，石膏的溶解會(huì)破壞材料的結(jié)構(gòu)，從而降低材料強(qiáng)度。脫硫石膏-鋁酸鹽水泥材料水化速度快，凝結(jié)時(shí)間短，材料早期強(qiáng)度較高，適合于制備地面自流平材料。
　　 石灰石水泥加入脫硫石膏-鋁酸鹽水泥材料中，水化反應(yīng)仍

5、以生成鈣礬石為主，材料膠凝過(guò)程與性能主要受石膏含量的控制，石灰石水泥起到加速材料水化的作用。石灰石水泥加速材料水化在于硅酸鹽水泥熟料和石灰石細(xì)顆粒的成核作用。硅酸三鈣(C3S)和硅酸二鈣(C2S)水化產(chǎn)生的氫氧化鈣(CH)改變鋁酸鹽水泥和石膏的反應(yīng)，促進(jìn)生成更多的鈣礬石。石灰石水泥部分替代鋁酸鹽水泥能確保材料的性能，同時(shí)降低成本。
　　 減水劑對(duì)脫硫石膏-鋁酸鹽水泥材料具有明顯的緩凝作用，改變材料的微觀結(jié)構(gòu)，改善材料強(qiáng)度。量熱分

6、析表明減水劑促使水化誘導(dǎo)期顯著延長(zhǎng)，聚羧酸類減水劑(PC)的緩凝效果最顯著，萘系減水劑(SNF)次之，三聚氰胺類減水劑(SMF)最弱。減水劑與鈣離子的絡(luò)合抑制鈣礬石的生成，形成以鋁膠為主的初始水化殼，相對(duì)于由鈣礬石和鋁膠共同構(gòu)成的水化殼更加穩(wěn)定，因而延長(zhǎng)了誘導(dǎo)期。減水劑吸附在水泥顆粒表面，抑制水分子和鈣離子的擴(kuò)散，同樣會(huì)延緩水化。減水劑在鈣礬石不同晶面上的吸附改變晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)及形貌。減水劑的塑化和引氣作用使材料中的大孔減少，小孔增加。

7、減水劑使材料具有較長(zhǎng)的凝結(jié)時(shí)間和較高的強(qiáng)度，適合于制備地面自流平材料。
　　 膠凝材料本身的性質(zhì)以及外加劑對(duì)材料的流動(dòng)度和強(qiáng)度有顯著影響。無(wú)減水劑時(shí)，由于礦物顆粒間的團(tuán)聚，材料的流動(dòng)性差;加入減水劑后，材料的流動(dòng)度大幅提高。PC的效果明顯優(yōu)于SMF、SNF，這是由于PC除了靜電斥力破壞水泥顆粒間的團(tuán)聚外，還具有空間位阻作用。脫硫石膏摻量和細(xì)度對(duì)材料的流動(dòng)度有多重影響，一定摻量和細(xì)度的石膏改善材料的顆粒級(jí)配，有利于提高流動(dòng)度。適量

8、的增稠劑—羥丙基甲基纖維素(HPMC)能有效提高材料的穩(wěn)定性，減少泌水，但HPMC與SNF不能共用。石膏摻量、砂摻量，乳膠粉摻量都會(huì)對(duì)自流平材料的抗折、抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生影響。設(shè)計(jì)的典型自流平材料配方的性能指標(biāo)都達(dá)到或超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JC/T985-2005的要求。模擬施工表明材料的膨脹性還需得優(yōu)化控制，其它指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)。
　　 研究表明，以脫硫石膏和鋁酸鹽水泥為基料并輔以添加劑制備鈣礬石基自流平材料能夠獲得良好的性能，該技術(shù)具有規(guī)?；?/p>