喻光勇，劉智慧

(西藏交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督局，西藏 拉薩 850000)

新型綠色無熟料堿渣膠凝材料

喻光勇，劉智慧

(西藏交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督局，西藏 拉薩 850000)

文章以堿渣、脫硫石膏和礦渣為主要原料，摻入少量粉煤灰和激發(fā)劑，通過正交試驗(yàn)配制出堿渣膠凝材料。試驗(yàn)表明配制的膠凝材料達(dá)到復(fù)合32.5水泥技術(shù)要求。同時(shí)發(fā)現(xiàn)脫硫石膏的摻量為15%左右時(shí)，膠凝材料的強(qiáng)度最好；礦渣的摻量越大，膠凝材料的強(qiáng)度越高。

正交試驗(yàn)；堿渣；脫硫石膏；礦渣

0 引言

堿渣是工業(yè)制堿廠在制堿過程中排出的白色工業(yè)廢渣，據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)每生產(chǎn)1 t的純堿，就會(huì)向外排放約有10 m3廢液，而這些廢液中大概含有0.3～0.6 t的堿渣，所以每年我國會(huì)產(chǎn)生大量的堿渣[1，2]。堿渣排入河中會(huì)造成河道堵塞，污染水質(zhì)影響水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)；堿渣的堆積不僅會(huì)占用大量的土地，也會(huì)影響安全，而且受雨水的沖刷和滲透的影響，會(huì)把堿渣的氯離子帶入水中，會(huì)對地下水造成一定的污染[3，4]。但是，堿渣中含有大量碳酸鈣(CaCO3)和硫酸鈣(CaSO4)以及氧化鈣(CaO)，這些都是有活性的成分，可以充分利用[5]。孫亞光等[4]在900 ℃～1 000 ℃下煅燒摻入適量石灰石、粉煤灰、煤矸石及煤的堿渣得到28 d抗折強(qiáng)度為6.6 MPa、抗壓強(qiáng)度為43.8 MPa的膠凝材料，但是其初凝終凝時(shí)間較短；孫樹林等[5]研究了堿渣改良膨脹土，得出堿渣的摻量在30%時(shí)，膨脹土的膨脹性減低最多，含水率最小，粘聚力增長41%，內(nèi)摩擦角變化不大；錢春香等[6]對堿渣作為瀝青混合料的填料做了研究，發(fā)現(xiàn)堿渣可以顯著提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和改善其抗剝落性能。

一般來說，普通水泥每生產(chǎn)1 t，便會(huì)向空氣中排放1 t的二氧化碳，而且由于需要煅燒，會(huì)消耗大量的能源。在節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的大趨勢下，應(yīng)該積極尋找一種可以部分甚至完全替代水泥的產(chǎn)品。無熟料膠凝材料由于不需要煅燒，不會(huì)消耗大量能源，也不會(huì)排放大量二氧化碳，因此是低碳節(jié)能的代表，可以部分替代普通水泥。本文從堿渣、粉煤灰、礦渣、脫硫石膏以及少量激發(fā)劑著手研制出新型綠色無熟料堿渣膠凝材料，得出該膠凝材料的最佳配合比，并對其進(jìn)行了一系列物理力學(xué)性能試驗(yàn)。該研究成果對提高我國的固體廢棄物資源化利用有一定的推動(dòng)作用。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

堿渣為南京某堿廠排出的白色固體廢棄物，主要的成分是碳酸鈣(CaCO3)和硫酸鈣(CaSO4)，再加上鐵、鋁和硅等的氧化物。堿渣的活性比較低，需要充分磨細(xì)才能具有活性。

脫硫石膏為寧波某電廠對產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行脫硫處理產(chǎn)生的黃色固體廢棄物，其含水量比較高，主要成分為二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)。

礦渣為上海某煉鐵廠高爐煉鐵時(shí)產(chǎn)生的水淬礦渣，為具有較高的活性白色固體、堿性礦渣，具有較好的膠凝性能。

粉煤灰為寧波某電廠產(chǎn)生的顆粒呈蜂窩狀、比表面積較大且具有較高吸附活性的灰色固體廢棄物。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，對各個(gè)原材料先進(jìn)行烘干(脫硫石膏在60 ℃下烘干，其他材料均在105 ℃下烘干)，預(yù)磨處理(將各個(gè)烘干材料在SM-500水泥球磨試驗(yàn)機(jī)里球磨30 min，得到各個(gè)材料的比表面積均在400 m2/kg以上)。然后，再進(jìn)行初配，得到各個(gè)原材料大概的摻量。最終，在初配的基礎(chǔ)上選取合適的因素以及各因素下適當(dāng)?shù)乃竭M(jìn)行正交試驗(yàn)。

該堿渣膠凝材料主要參照水泥的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行試驗(yàn)：膠凝材料的抗折和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按照GB/T 17671-1999進(jìn)行；膠凝材料的標(biāo)準(zhǔn)稠度、初終凝時(shí)間、安定性試驗(yàn)按照GB/T 1346-2011進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)設(shè)計(jì)為三因素三水平(各水平百分?jǐn)?shù)均為其質(zhì)量分?jǐn)?shù))的正交試驗(yàn)(見表1)。對表1中各個(gè)配比下的各個(gè)材料均為先稱量好其質(zhì)量，再進(jìn)行機(jī)械拌和，然后再進(jìn)行強(qiáng)度等一系列試驗(yàn)(見表2)。

表1 正交試驗(yàn)表

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果表

從表2可以看出，A1～A9各個(gè)配比下的安定性均為合格，說明各個(gè)材料對膠凝材料均不存在不安定因素；標(biāo)準(zhǔn)需水量都在29%～30%之間，各個(gè)配比的標(biāo)準(zhǔn)需水量相差較小，說明各個(gè)材料的需水量均差不多；初凝時(shí)間都在60～90 min之間，均不早于45 min，終凝時(shí)間都在120～160 min之間，也都不遲于600 min，可以看出初凝和終凝時(shí)間均符合水泥標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足施工要求；最佳配比A4配比下的堿渣膠凝材料的強(qiáng)度達(dá)到復(fù)合32.5水泥標(biāo)準(zhǔn)，且該堿渣膠凝材料的抗折強(qiáng)度達(dá)到了復(fù)合32.5R水泥標(biāo)準(zhǔn)，說明該堿渣膠凝材料的抗折強(qiáng)度是比較好的。

圖1 抗折強(qiáng)度極差分析圖

抗折強(qiáng)度極差分析圖見圖1，從圖中可以看出對堿渣膠凝材料抗折強(qiáng)度影響最大的是脫硫石膏，當(dāng)其摻量為15%時(shí)3 d和28 d抗折強(qiáng)度最大；隨著礦渣的摻量增加，堿渣膠凝材料的3 d抗折強(qiáng)度增長趨勢先快后慢，28 d抗折強(qiáng)度增長趨勢保持較快；而堿渣膠凝材料抗折強(qiáng)度隨著堿渣摻量的增加呈現(xiàn)下降的趨勢。

抗壓強(qiáng)度極差分析圖見圖2，從圖中可以看出對堿渣膠凝材料抗折強(qiáng)度影響最大的依然是脫硫石膏，其摻量為15%時(shí)抗壓強(qiáng)度最大，從3 d和28 d極差分析來看，脫硫石膏的摻量對該堿渣膠凝材料的后期強(qiáng)度影響呈現(xiàn)增加的趨勢；而堿渣和礦渣摻量的影響比較接近，隨著礦渣摻量的增加，抗壓強(qiáng)度呈緩慢增長趨勢，而堿渣摻量的增加，使抗壓強(qiáng)度呈緩慢降低趨勢。

圖2 抗壓強(qiáng)度極差分析圖

3 結(jié)語

(1)本文研究的膠凝材料為固體廢棄物再加上少量激發(fā)劑配比而成，對環(huán)境保護(hù)、廢棄物利用有一定的推動(dòng)作用。

(2)脫硫石膏的摻量對本文研究的堿渣膠凝材料的影響最大，隨著脫硫石膏摻量的增加，該膠凝材料的強(qiáng)度呈先增加后減小的趨勢，脫硫石膏的摻量為15%左右最佳。

(3)礦渣的摻量與該膠凝材料的強(qiáng)度成正比，而堿渣的摻量與該膠凝材料的強(qiáng)度呈反比。

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New Green Clinker-free Alkaline Residue Cementing Material

YU Guang-yong，LIU Zhi-hui

(Tibet Traffic Engineering Quality Safety Supervision Bureau，Lhasa，Tibet，850000)

With alkaline residue，gypsum and slag as the main raw materials，mixed with a small amount of fly ash and activator，this article formulated the alkaline residue cementing material through orthogo-nal experiment.The experiment showed that the prepared cementing materials reached the technology requirements of composite 32.5 cement.Meanwhile it found that，when gypsum content is about 15%，the strength of cementing material is best；when the slag content is higher，the strength of cementing materials becomes higher.

Orthogonal experiment；Alkaline residue；Gypsum；Slag

喻光勇(1975—)，工程師，主要從事交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督工作。

U414

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.07.007

1673-4874(2015)07-0026-03

2015-06-05