无硫复合激发剂对固硫灰渣掺和料的影响研究.pdf
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1、为解决传统含硫激发剂对环境造成的不利影响,弥补单一激发剂使用时体系存在流动度低的问题,采用CaCO3与CaSiO3进行复合,设计出新型无硫复合激发剂,并分析其对固硫灰渣水泥胶砂性能的影响机制。结果表明,利用碳酸盐与硅酸盐之间的协同作用,促进了固硫灰渣的水化历程,解决了激发剂单独使用时体系存在流动度比低的问题。其中,当碳酸钙掺量为 1.2%,硅酸钙掺量为 0.018%时,所产生激发效果优于硫酸盐类材料,使体系流动度比提高 10%,同时抗压活性仍保持在较高的水平。关键词 固硫灰渣;无硫复合激发剂;抗压活性;流动度比中图分类号:TB332;X75文献标志码:A文章编号:1000-8098(2023)
2、03-0099-04Study on the Influence of Sulfur Free Compound Activator on FBC MixtureWang Wei1 Guo Lihui2 Ren Siqian1 Han Guiying1 Wu Yuanting2*Liu Hulin2 Wang Zhao2(1 Shaanxi Zhengyuan Environmental Protection Technology Industry(Group)Co.,Ltd.,Shaanxi,Xian 712085;2 School of Materials Science and Engi
3、neering,Shaanxi University of Science&Technology,Shaanxi,Xian 710021)Abstract To solve the adverse impact of traditional sulfur-containing activators on the environment and make up for the problem of low flow in the system when a single activator is used,a new sulfur-free composite activator is
4、designed by combining CaCO3 and CaSiO3,and the mechanism of its influence on the performance of sulfur-fixing ash cement mortar is analyzed.The results show that the synergistic effect between carbonate and silicate is utilized to promote the hydration course of the solid sulfur ash and solve the pr
5、oblem of the low fluidity ratio of the system when the exciter is used alone.Among them,when the content of calcium carbonate is 1.2%and the content of calcium silicate is 0.018%,its excitation effect is better than that of sulfate-type activators,which improves the fluidity ratio of the system by 1
6、0%,and maintains a high level of compressive activity.Key words FBC;sulfur free compound activator;compressive activity;fluidity ratio固硫灰渣是指含硫煤与石灰石等固硫剂以一定比例混合后,在锅炉内以 850900 的温度燃烧固硫后排出的固体废弃物,包括粉末状的固硫灰和块状的固硫渣。目前,我国对固硫灰渣性质和应用研究尚处于起步阶段,处理方式大多为堆放填埋,对其利用率较低,因此提高固硫灰渣利用率迫在眉睫,以期减少随意排放对环境造成的污染。硫酸盐(Na2SO4和 CaS
7、O4)属于常见的固硫灰渣激发剂,席雅允等1认为硫酸盐是通过改善颗粒外层结构和增加活性成分溶解度来加快水化反应的进行,其中,Na2SO4的激发效果优于 CaSO4的激发效果,主要是因为 Na2SO4既能与体系中 Ca(OH)2反应形成钙矾石,又能产生强碱 NaOH 提高体系碱性,属于强碱和硫酸盐的双重激发。段承刚等2发现 Na2SO4有利于钙矾石晶体生长,能够有效提高水泥胶砂试块密实度。虽然硫酸盐对固硫灰渣的激发效果明显,但也存在一些局限性。丁向群等3研究发现,硫酸盐激发矿物活性之后,水泥胶砂试块不能凝结,主要是因为硫酸盐需与碱配合使用才能激发活性。马鹏传等4认为 SO42-的过量使用对水泥及钢
8、筋材料有一定的腐蚀作用,并且会对环境水系统造成不利影响,因此其作为激发剂的应用受到很大限制。碳酸钙是一种成本较低、对环境污染小的无硫材料,但其对固硫灰渣产生的激发效果较弱,不足以代替传统的硫酸盐类激发剂。因此,亟需开发一种高效、环保的无硫复合材料来取代传统的硫酸盐,促进固硫灰渣的绿色资源化利用。本试验利用无硫复合激发剂对固硫灰渣进行活性激发,分析不同种类的激发剂对固硫灰渣掺和料抗压活性和流动度比的影响,研究硅酸钙与碳酸钙产生的协同作用,以获得高效、环保的无硫复合激发剂,并探索其对固硫灰渣水化历程的作用机理,使无硫复合激发剂更好地应用于混凝土和水泥。1 试验部分1.1 原料、试剂及仪器设备 固硫
9、灰和固硫渣来自陕西能源麟北发电有限公司;水泥熟料为冀东 PO 42.5普通硅酸盐水泥;砂石为标准砂石,质量均符合现行规范标准要求;无水硫酸钠、碳酸钙及硅酸钙均为市收稿日期:2023-04-20基金项目:陕西高校青年创新团队(2022-70);混凝土超细掺合料项目(210200148)。*通信作者,E-mail:。-100-第46卷第3期 非金属矿 2023年5月售分析纯化学试剂;试验用水为自来水、去离子水。恒温加热磁力搅拌器,DF-101S 型,郑州长城科工贸有限公司;电热鼓风干燥箱,DH-101-2BY 型,天津中环电炉股份有限公司;超声波清洗器,PL-J60型,东莞康士洁超声波科技有限公司
10、;X 射线衍射仪,D/max 2200PC 型,日本理学电机株式会社;高分辨场发射扫描电镜,FEI Verios 460 型,美国菲达康公司;GMS 球磨机,GMS1-2 型,长沙米淇仪器设备有限公司;行星式水泥胶砂搅拌机,JJ-5 型,无锡市建工试验仪器设备有限公司;水泥胶砂抗折抗压一体机,YAW-300DH 型,浙江义宇仪器设备有限公司;全自动比表面积测定仪,FBT-9 型,北京中科东晨科技有限公司;水泥胶砂流动度测定仪,NLD-3 型,无锡建工试验仪器设备有限公司;水泥细度负压筛析仪,FSY-150B 型,华矿重工有限公司。1.2 样品制备 将固硫灰、固硫渣在球磨机中进行 40 min
11、和 50 min 粉磨制得细灰与细渣,并与外加激发剂按比例混合制成水泥掺和料。其中,固硫灰与渣的比例为 73,外加激发剂具体配比,见表 1。表 1 外加激发剂的试验配比/%样品Na2SO4CaCO3CaSiO31#1.2-2#-1.2-3#0.60.6-4#-1.20.0065#-1.20.0126#-1.20.018按照 GB/T 17671-2021水泥胶砂强度检验方法(ISO 法),将 315 g 普通硅酸盐水泥、135 g 水泥掺和料、1 350 g 标准砂、225 g 拌和用水混合制成 40 cm40 cm160 cm 的水泥胶砂试块,材料用量均以干燥状态为准。1.3 测试与表征 采
12、用扫描电镜(SEM)对试样进行观察,对其表面结构特性进行表征;利用 X 射线衍射(XRD)仪检测试样矿物组成及物相结构;按照 GB/T 17671-2021 水泥胶砂强度检验方法(ISO 法),将水泥胶砂试块放入标准养护室中养护至相应龄期,利用电脑恒应力压力试验机测定水泥试块的抗压活性,取平均值作为每组测试数据;采用水泥胶砂流动度测定仪测定其流动度比。2 结果与讨论2.1 单一激发剂对固硫灰渣性能影响 单一激发剂对固硫灰渣掺和料抗压活性和流动度比影响,见图1。图1 单一激发剂对固硫灰渣掺和料抗压活性和流动度比的影响从图 1 可看出,硫酸钠对固硫灰渣掺和料激发效果较好,其抗压活性和流动度比均高于
13、碳酸钙激发产生的激发效果。硫酸钠的溶解度较高,溶于水后能够提供 SO42-,促进钙矾石的生成,有利于增加 7 d 和 28 d抗压活性。碳酸钙的溶解度较低,提供的Ca2+有限,因而其产生的抗压活性弱于硫酸钠产生的抗压活性,此时大部分碳酸钙颗粒起到一定的微集料填充空隙作用5,使得抗压活性高于空白组(灰渣比为 73,未加任何激发剂的水泥胶砂)。因此,碳酸钙单独使用不能完全替代硫酸钠对固硫灰渣进行活性激发。1#和 2#样养护固化 7 d 和 28 d 后 XRD 图谱及部分产物最强峰与 SiO2最强峰的峰值比,见图 2。图2 1#和2#样养护固化7 d和28 d后XRD图谱(a)和部分产物最强峰的峰
14、值比(b)从图 2a 可看出,水泥胶砂水化后主要产物为二氧化硅(SiO2)、方解石(CaCO3)、钙矾石(AFt)、水化硅酸钙(C-S-H)、硬石膏(CaSO4)。从图 2b 可看出,当水泥固化胶砂养护 7 d 时,2#中 C-S-H 较多,AFt 较少,主要是因为 CaCO3中少量电离的 Ca2+会促进体系 C-S-H 生成,而 1#中 SO42-能促进体系 AFt 生成6。养护至 28 d,1#水化产物中的 C-S-H 含量减少,AFt含量增加,表明 SiO2和 Na2SO4的水化程度增加,产生了更多的 AFt;而 2#水化产物中的 C-S-H 含量降低,AFt 含量提高,表明更多 SiO
15、2、CaSO4和 C-S-H 参与了水化反应,生成了更多的 AFt,增加了体系抗压强度。1#和 2#样固硫灰渣胶砂养护 28 d 后 SEM 图,见图 3。从图 3a 可看出,1#水泥胶砂水化 28 d 后,表面附着物排列紧密,空隙较少,致密性较高,因而抗压活20 30 40 50 60 702/()abcdeda daaacad#2-28 daa-SiO2b-CaCO3c AFt-d C-S-H-e CaSO4-1-28 d#2-7 d#1-7 d#1-7 d#2-7 d 1-28 d#2-28 d样品编号3530252015105最强峰值比/%C-S-HAFt11.818.620.9111
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