新型綠色無熟料堿渣膠凝材料

喻光勇，劉智慧

(西藏交通工程質量安全監督局，西藏 拉薩 850000)

新型綠色無熟料堿渣膠凝材料

喻光勇，劉智慧

(西藏交通工程質量安全監督局，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劑，通過正交試驗配制出堿渣膠凝材料。試驗表明配制的膠凝材料達到復合32.5水泥技術要求。同時發現脫硫石膏的摻量為15%左右時，膠凝材料的強度最好；礦渣的摻量越大，膠凝材料的強度越高。

正交試驗；堿渣；脫硫石膏；礦渣

0 引言

堿渣是工業制堿廠在制堿過程中排出的白色工業廢渣，據統計數據每生產1 t的純堿，就會向外排放約有10 m3廢液，而這些廢液中大概含有0.3～0.6 t的堿渣，所以每年我國會產生大量的堿渣[1，2]。堿渣排入河中會造成河道堵塞，污染水質影響水產養殖業；堿渣的堆積不僅會占用大量的土地，也會影響安全，而且受雨水的沖刷和滲透的影響，會把堿渣的氯離子帶入水中，會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抗折強度為6.6 MPa、抗壓強度為43.8 MPa的膠凝材料，但是其初凝終凝時間較短；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，膨脹土的膨脹性減低最多，含水率最小，粘聚力增長41%，內摩擦角變化不大；錢春香等[6]對堿渣作為瀝青混合料的填料做了研究，發現堿渣可以顯著提高瀝青混合料的高溫穩定性和改善其抗剝落性能。

一般來說，普通水泥每生產1 t，便會向空氣中排放1 t的二氧化碳，而且由于需要煅燒，會消耗大量的能源。在節約能源，保護環境的大趨勢下，應該積極尋找一種可以部分甚至完全替代水泥的產品。無熟料膠凝材料由于不需要煅燒，不會消耗大量能源，也不會排放大量二氧化碳，因此是低碳節能的代表，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，并對其進行了一系列物理力學性能試驗。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作用。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

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，需要充分磨細才能具有活性。

脫硫石膏為寧波某電廠對產生的煙氣進行脫硫處理產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產生的水淬礦渣，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 試驗方法

試驗準備階段，對各個原材料先進行烘干(脫硫石膏在60 ℃下烘干，其他材料均在105 ℃下烘干)，預磨處理(將各個烘干材料在SM-500水泥球磨試驗機里球磨30 min，得到各個材料的比表面積均在400 m2/kg以上)。然后，再進行初配，得到各個原材料大概的摻量。最終，在初配的基礎上選取合適的因素以及各因素下適當的水平進行正交試驗。

該堿渣膠凝材料主要參照水泥的標準來進行試驗：膠凝材料的抗折和抗壓強度試驗按照GB/T 17671-1999進行；膠凝材料的標準稠度、初終凝時間、安定性試驗按照GB/T 1346-2011進行。

2 試驗結果與分析

試驗設計為三因素三水平(各水平百分數均為其質量分數)的正交試驗(見表1)。對表1中各個配比下的各個材料均為先稱量好其質量，再進行機械拌和，然后再進行強度等一系列試驗(見表2)。

表1 正交試驗表

表2 正交試驗結果表

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

圖1 抗折強度極差分析圖

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

抗壓強度極差分析圖見圖2，從圖中可以看出對堿渣膠凝材料抗折強度影響最大的依然是脫硫石膏，其摻量為15%時抗壓強度最大，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度影響呈現增加的趨勢；而堿渣和礦渣摻量的影響比較接近，隨著礦渣摻量的增加，抗壓強度呈緩慢增長趨勢，而堿渣摻量的增加，使抗壓強度呈緩慢降低趨勢。

圖2 抗壓強度極差分析圖

3 結語

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

(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度成正比，而堿渣的摻量與該膠凝材料的強度呈反比。

[1]傅孟嘉.氨堿廠廢液廢渣治理和綜合利用概況及有關建議[J].純堿工業，1998(1)：7-13.

[2]天津堿廠.氨堿法純堿廠廢液廢渣處理和綜合利用[J].純堿工業，1998(1)：17-20.

[3]王寶民，王立久，李 宇.國內外堿渣治理與綜合利用、進展及對策[J].國外建材科技，2003(2)：47-48.

[4]孫亞光，余麗秀.堿渣建筑膠凝材料的制備及應用[J].中國資源綜合利用，2003(5)：14-16.

[5]孫樹林，鄭青海，唐 俊，等.堿渣改良膨脹土室內試驗研究[J].巖土力學，2012，3(6)：1608-1612.

[6]錢春香，胡曉敏，王鴻博，等.堿渣用作瀝青混合料填料的可行性研究[J].公路交通科技，2006，23(4)：14-18.

[7]陳 琳，潘如意，沈曉冬，等.粉煤灰-礦渣-水泥復合膠凝材料強度和水化性能[J].建筑材料學報，2010，13(3)：380-384.

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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量安全監督工作。

U414

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.07.007

1673-4874(2015)07-0026-03

2015-06-05