氟化鈣、硫酸鎂廢泥在墻材中應用技術研究

何 易 （上海市建筑建材業市場管理總站， 上海 200032）

近年來，我國光伏產業快速發展，產業規模迅速擴大，與此同時，也產生了突出的環境問題。太陽能電池生產過程中大量使用了氫氟酸，從而產生高濃度含氟廢水。這種廢水目前一般投加鈣鹽處理，使氟離子與鈣離子生成氟化鈣沉淀，產生了大量氟化鈣廢泥[1-3]。若存放或處置不當，氟化鈣廢泥會造成環境污染。

燃煤發電是我國主要的發電方式，燃煤電廠發電會產生大量的 SO2和煙塵等大氣污染物，為了控制排放 SO2，煙氣脫硫技術被廣泛應用。濕法煙氣脫硫技術是國內外應用最廣泛的煙氣脫硫技術，主要有鈣法、鎂法、氨法和海水法等[4]。大型燃煤電廠往往采用鈣法煙氣脫硫技術，而中小型燃煤電廠多采用鎂法煙氣脫硫技術。硫酸鎂廢泥就是燃煤電廠鎂法煙氣脫硫產生的廢棄物[5]。

為了避免氟化鈣廢泥和硫酸鎂廢泥產生的環境污染，實現其資源化利用，將其用于墻板和磚中，取代集料或摻合料，開展氟化鈣廢泥和硫酸鎂廢泥的基本性質研究。研究范圍包括化學組成、相對含水率和物相組成，及其在墻材中的應用技術。

1 原材料和試驗方法

水泥由蘇州某新材料科技有限公司提供，水泥性能符合 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》要求。粉煤灰采用某電廠的粉煤灰，由蘇州某新材料科技有限公司提供。硫酸鎂廢泥由蘇州某新材料科技有限公司提供，相對含水率為 62.2%。根據 GB/T 176—2017《水泥化學分析方法》測試，硫酸鎂泥的燒失量為 26.20%。氟化鈣廢泥由蘇州某新材料科技有限公司提供，相對含水率為 51.1%，燒失量為11.81%。粉煤灰渣由蘇州某新材料科技有限公司提供。硫酸鎂廢泥的主要物相組成為 α-石英、菱鎂礦（主要成分為MgCO3）和半水石膏。氟化鈣廢泥的主要物相組成為螢石（CaF2）、SiO2和方解石。石屑采用國燁再生細集料，其細度模數為 3.0，將其中＞4.75 mm 的顆粒篩除。

集料試驗按 GB/T 14684—2011《建設用砂》里的方法進行。粉煤灰試驗方法按 GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》進行。水泥試驗方法按 GB/T 1346—2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行。

2 氟化鈣、硫酸鎂廢泥在輕質墻材中的應用研究

2.1 輕質墻板的成型方式研究

在輕質墻板的生產工藝中，板坯的成型主要有 2 種方式。一種是振動成型，另一種是壓制成型。本文分別對這2 種成型方式進行研究。輕質墻板的壓制成型模擬試驗所用的工具為內徑 50 mm 的鋼制套筒和底蓋。具體方法是稱量所需物料放入套筒，以 1～2 kN/s 的速度對其進行加壓，壓力恒定后保持 15 s，再以 1～2 kN/s 的速度減壓，最后利用脫模機將直徑為 50 mm、高 50 mm 的圓柱試塊頂出，壓制成型的圓柱試塊。采用膠砂試驗的方法模擬輕質墻板的振動成型。

輕質墻板的配合比原材料包括水泥和粉煤灰渣，水泥占干物料重量的比例分別為 8%、12% 和 15%。膠砂試驗配合比如表 1 所示，采用振動成型的方式，膠砂試件 7 d 和 28 d 抗折和抗壓強度試驗結果如表 2 所示。結果表明，隨著水泥摻量增大，由于水化產物增多，試件強度升高。配比 a-1和 a-2 的保水性較差，在振動時出現泌水現象。

表1 膠砂試驗配合比

表2 膠砂抗折強度和抗壓強度 單位：MPa

壓制成型試驗配合比如表 3 所示，成型壓力為 10 kN（5 MPa）。

表3 壓制成型試驗配合比

通過對比這兩種成型方式可知，在干物料配比相同的情況下，振動成型試塊的水與干物料的比值更大，即需水量更大。其主要原因是振動成型對拌合物的流動性要求更高，因此需水量更大，然而由于拌合物的保水性較差，在振動時出現了泌水現象，因此試塊采用壓制成型的方式更為合適。

2.2 硫酸鎂廢泥摻量對磚基本力學性能的影響

磚配合比的原材料組成為水泥和石屑，水泥占干物料重量的比例為 15%。采用硫酸鎂泥取代石屑，研究干泥取代率對試塊抗壓強度的影響。試塊采用壓制成型的方式，成型壓力為 10 kN（5 MPa），硫酸鎂泥以濕泥的方式摻入，配合比如表 4 所示。現場試驗觀察，配比 h-3 和 h-4 的物料在攪拌后黏度較大，配比 h-3 的物料在攪拌后更是黏附在攪拌葉上。隨著硫酸鎂干泥取代率的提高，單位體積拌合物中的總水量不斷增大。

表4 硫酸鎂廢泥取代石屑試驗配合比

硫酸鎂干泥取代率對壓制成型試塊抗壓強度的影響如圖1 所示。由圖 1 可知，隨著硫酸鎂干泥取代率的提高，試塊的 28 d 抗壓強度先增大后減小，當取代率為 5% 時，試塊的 28 d 抗壓強度最大，為 12.9 MPa。

圖1 硫酸鎂干泥取代率對抗壓強度的影響

2.3 硫酸鎂廢泥摻量對墻板基本力學性能的影響

墻板配合比的原材料組成為水泥、粉煤灰渣和石屑，水泥占干物料重量的比例為 22%，粉煤灰渣占干物料重量的比例為 70%，石屑占干物料重量的比例為 8%。利用硫酸鎂泥取代不同摻量的粉煤灰渣，研究干泥取代率對試塊抗壓強度的影響。采用膠砂試驗的方法，硫酸鎂泥以濕泥的方式摻入，結果顯示，隨著硫酸鎂干泥取代率的提高，拌合物中的總用水量不斷增大。

硫酸鎂干泥取代率對膠砂試塊抗壓強度和抗折強度的影響如表 5 所示。由表 5 可知，隨著硫酸鎂干泥取代率的提高，試塊的 28 d 抗壓強度和抗折強度先增大后減小，當取代率為 20% 時，試塊的 28 d 抗壓強度和抗折強度最大，分別為 10.4 MPa 和 2.9 MPa。

表5 硫酸鎂泥膠砂抗折強度和抗壓強度 單位：MPa

2.4 硫酸鎂廢泥摻量對輕質墻板基本力學性能的影響

輕質墻板的原材料組成為水泥、粉煤灰渣和粉煤灰。水泥占干物料重量的比例為 12%，粉煤灰渣占干物料重量的比例為 52.8%，粉煤灰占干物料重量的比例為 35.2%。采用硫酸鎂干泥取代粉煤灰，研究干泥取代率對試塊抗壓強度的影響。試塊采用壓制成型的方式，成型壓力為 20 kN（10 MPa），硫酸鎂泥以干泥的方式摻入，結果顯示隨著硫酸鎂干泥取代率的提高，單位體積拌合物的用水量緩慢增大。

硫酸鎂干泥取代率對壓制成型試塊抗壓強度的影響如圖 2 所示。由圖 2 可知，隨著硫酸鎂干泥取代率的提高，試塊的 7 d 抗壓強度整體上先增大后減小，當取代率為 20%時，試塊的 7 d 抗壓強度最大，為 5.4 MPa。

圖2 硫酸鎂干泥取代率對抗壓強度的影響

2.5 氟化鈣廢泥摻量對磚基本力學性能的影響

磚配合比的原材料組成為水泥和石屑，水泥占干物料重量的比例為 15%。采用氟化鈣泥取代石屑，研究干泥取代率對試塊抗壓強度的影響。試塊采用壓制成型的方式，成型壓力為 10 kN（5 MPa），氟化鈣泥以濕泥的方式摻入。通過現場試驗觀察，物料在攪拌后成為泥團。隨著氟化鈣干泥取代率的提高，單位體積拌合物的總水量逐漸增大。

氟化鈣干泥取代率對壓制成型試塊抗壓強度的影響如圖3 所示。由圖 3 可知，隨著氟化鈣干泥取代率的提高，試塊的 28 d 抗壓強度先增大后減小，當取代率為 15% 時，試塊的 28 d 抗壓強度最大，為 14.5 MPa。

圖3 氟化鈣干泥取代率對抗壓強度的影響

2.6 氟化鈣廢泥摻量對墻板基本力學性能的影響

墻板配合比的原材料組成為水泥、粉煤灰渣和石屑，水泥占干物料重量的比例為 22%，粉煤灰渣占干物料重量的比例為 70%，石屑占干物料重量的比例為 8%。利用氟化鈣泥取代粉煤灰渣，研究干泥取代率對試塊抗壓強度的影響。采用膠砂試驗的方法，氟化鈣泥以濕泥的方式摻入，結果顯示，隨著氟化鈣干泥取代率的提高，拌合物中總水量變化不大。

氟化鈣干泥取代率對膠砂試塊抗壓強度的影響如圖 4 所示。由圖 4 可知，隨著氟化鈣干泥取代率的提高，試塊的 7 d 抗壓強度逐漸增大，當取代率為 30% 時，試塊的 28 d 抗壓強度最大，為 9.8 MPa。

圖4 氟化鈣干泥取代率對膠砂抗壓強度的影響

3 結 語

通過對氟化鈣廢泥和硫酸鎂廢泥的基本性質及其在墻材中應用技術進行研究，階段成果如下。

（1）輕質墻板的成型方式研究表明，與壓制成型方式相比，振動成型對拌合物的流動性要求更高，因此需水量更大，然而由于拌合物的保水性較差，在振動時易出現泌水現象，因此壓制成型的方式更為合適。

（2）硫酸鎂廢泥用于墻材的研究結果表明，硫酸鎂廢泥的摻量會影響磚、墻板和輕質墻板的抗壓強度。硫酸鎂廢泥在磚中取代石屑的最佳干泥取代率為 5%，28 d 抗壓強度最大，為 12.9 MPa。在墻板中取代粉煤灰渣的干泥最佳取代率為 20%，試塊的 28 d 抗壓強度最大，為 10.4 MPa。

（3）氟化鈣廢泥用于墻材的研究結果表明，氟化鈣廢泥的摻量會影響磚和墻板的抗壓強度。硫酸鎂廢泥在磚中取代石屑的最佳干泥取代率為 15%，在墻板中取代粉煤灰渣的干泥取代率不宜超過 30%。當取代率為 30% 時，試塊的28 d 抗壓強度最大，為 9.8 MPa。