蒸压养护对固硫灰渣膨胀性能的影响研究.pdf

第 卷第期土 木 建 筑 与 环 境 工 程 年 月 蒸压养护对固硫灰渣膨胀性能的影响研究 韦迎春 钱觉时 张志伟 王智 重庆大学 材料科学与工程学院 化学化工学院 重庆 收稿日期 基金项目 国家自然科学基金资助项目 重庆市科委政关项目 作者简介 韦迎春 男 博士 主要从事建筑材料研究 钱觉时 联系人 男 教授 博士生导师 主要从事固体废弃物资源化利用研究 摘要 循环流化床燃煤固硫灰渣含有较高的 和 常温下水化时易产生较大的体积膨 胀研究了蒸压养护和自然养护下 种固硫灰和种固硫渣的线性膨胀率和强度发展 并用射 线衍射和 分析了其水化产物 结果表明 蒸压养护对固硫灰渣的膨胀有显著的抑制作用 蒸压 养护后固硫灰渣中无二水石膏 钙矾石生成 在钙组分充足时生成了托贝莫来石 蒸压养护后固硫 灰渣的水化产物更加丰富 结晶更完善 从而强度更高 关键词 蒸压养护 固硫灰渣 膨胀特性 抑制机理 中图分类号 文献标志码文章编号 流化床锅炉燃煤技术是最近得到充分发展的清 洁煤燃烧技术 在设备投资 煤种适应性 脱硫和保 护环境等方面有着明显的优势 流化床燃煤固硫 灰渣 以下简称固硫灰渣 是指煤炭和脱硫剂在流化 床锅炉中混合燃烧后所产生的灰渣 其中从烟道中 收集到的灰状物为固硫灰 炉底排出的块状物则为 固硫渣固硫时加入的固硫剂一般为石灰石 为了 能使固硫效率达到 以上 摩尔比往往超过 理论值 一般在 之间 因此产生的灰渣量 通常高于煤粉炉 以上 中国固硫灰渣的年排放 量保守估计已达到 万 与普通煤粉炉粉煤灰相比 固硫灰渣中含有较 高的 和 常温下水化时具有明显的膨胀 性能 固硫灰渣与水混合后 除可水 化为二水石膏之外 还可与活性 游离 生 成的 发生火山灰反应而生成钙矾石研 究 发现 无水石膏生成二水石膏时 固体体积增大 游离 水化成 后固体体积可增 大 钙矾石生成时固相体积可增大 左 右因此 流化床燃煤固硫灰渣常温下水化时易产 生较大的体积膨胀 导致体积安定性不良 限制了固 硫灰渣的利用 蒸压养护是硅酸盐制品经常采用的一种养护方 式 可以使制品在较短的时间内获得较高的强度 同时 采用蒸压养护时硅酸盐制品所处环境的温度 可达 左右 和杨久俊等均认为 在此温度下钙矾石将无法生成因此对固硫灰渣采 用蒸压养护后可能会提高强度和抑制钙矾石的生 成 也可能生成与常温条件下不同的水化产物 这些 水化产物可能抑制固硫灰渣膨胀 该文对固硫灰渣蒸压养护后的线性膨胀率的变 化情况进行了研究 并对水化产物生成情况进行了 分析 原材料和试验方法 原材料 固硫灰渣采用的固硫灰渣化学组成见表 其射线衍射图谱见图固硫灰采用原状粉 样 固硫渣粉磨至 方孔筛筛余小于 表试验用固硫灰渣的化学组成 注 图固硫灰渣的 谱 硅酸盐水泥熟料重庆拉法基水泥厂普通 硅酸盐水泥熟料 粉磨至 方孔筛筛余小于 试验方法 胶砂强度试件的制备参照 水泥胶砂强度试验方法 采用 模成型胶砂试件 固硫灰渣与水泥熟 料比例按照混合 采用特细砂 胶砂比为 水胶比为 净浆线性膨胀率试件的制备和测定参照 水泥胶砂干缩试验方法 和 膨胀水泥膨胀率检验方法 进行 采用 模成型净浆试件 取 标准稠度用水量 在标准养护室中带模养护 后 拆模 用螺旋测微器测定其初长 然后在不同条 件下养护 测定某一设定龄期的长度 自由膨胀 率即为 养护方式采用了种养护方式 自然养 护 成型后在标准养护室中带模养护 拆模后置 于空气中自然养护 浸水养护 成型后标养 拆模后置于 的水中养护 蒸压后自 然养护 成型后标养 拆模后放入蒸压釜内蒸压 养护 升温为 在 左右下恒温恒压压蒸 降温为 出釜后置于空气中自然养护 蒸压 后浸水养护 成型后标养 拆模后放入蒸压釜内 蒸压养护 压蒸制度同上 出釜后置于 的水中养护 结果与讨论 养护方式对固硫灰渣线性膨胀率的影响 通常固硫灰渣具有一定的自硬性 但自硬性强度 较低 特别是在早期过低的早期强度使纯固硫灰渣 试件在成型 后脱模困难 为了使试件具有较高的 早期强度 按照固硫灰 渣 水泥熟料的比例 成型了净浆试件 在上述种养护方式下养护 观测 其自由线性膨胀率的变化 试验结果见图 从图中可以看出 养护方式不同时固硫灰渣 的线性膨胀率有明显区别 固硫灰渣试件在水分充 足时 浸水养护 均表现出膨胀 在水分不足时 自然 第期韦迎春 等 蒸压养护对固硫灰渣膨胀性能的影响研究 养护 则呈收缩 蒸压养护能显著抑制固硫灰渣的膨 胀 灰渣试件经蒸压后水养的膨胀率只有直接浸水 养护试件的 左右 且随龄期变化很小 经过蒸 压养护后 试件的体积稳定性明显改善 出釜后净浆 试件在水中养护条件下的自由线性膨胀率低于 在自然养护条件下的收缩率也在 以 下 且随龄期几乎没有变化 图固硫灰渣试件在不同的养护方式下的线性膨胀率 蒸压养护抑制固硫灰渣膨胀的机理分析 蒸压养护改变水化产物消除膨胀一般来 说 蒸压养护条件下硅酸盐体系的水化产物不同于 常温 固硫灰渣矿物中含有活性 活性 和 属 于 典 型 的 五元体系 这一体系在蒸压后生成物应 该以托贝莫来石 和 为主 可能会 有水化石榴石 总之 固硫灰渣经 过蒸压养护后 可能会有新的水化产物出现 如托贝 莫来石和水石榴石图和图是采用射线衍射 方法对固硫灰 水泥熟料体系在不 同养护条件下的和 水化产物的分析结果 图固硫灰水泥熟料体系在不同养护 方式下养护的 谱 图固硫灰水泥熟料体系在不同养护方式 下养护 的 谱 从图和图可以看出 固硫灰渣水泥熟料体 系常温常压下水化会生成大量的钙矾石 而经过蒸 压养护后 产物中明显出现了托贝莫来石 没有钙矾 石生成钙矾石结合了大量的水 生成过程会带来 较大的体积膨胀 而托贝莫来石是一种强度高 体积稳定性好的水化产物 也可以看到 常温养 护下固硫灰渣体系中的无水石膏被大量溶解 表明 生成了二水石膏和钙矾石 而蒸压养护条件下这些 反应无法进行研究 指出硬石膏的水化和温度 密切相关 随着温度的升高硬石膏的水化率不断下 降在蒸汽和蒸压养护时温度较高 此时硬石膏水 化速率减慢直至停止蒸压养护后浆体的水灰比 低 浆体结构致密 无水石膏向二水石膏的转化发生 困难 图中也显示固硫灰体系在蒸压后水养 时无水石膏没有转化成二水石膏 这说明固硫灰渣 经过蒸压养护后的确显著抑制了无水石膏向二水石 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 卷 膏的转化二水石膏的生成过程中也伴随着体积膨 胀 控制了二水石膏的生成也就控制了膨胀所以蒸 压养护后固硫灰渣的体积稳定性得到了显著提高 蒸压养护改善水化产物结构图中 和 分别是固硫灰水泥熟料试件经过直接自 然养护 浸水养护和蒸压养护后再自然养护条件下 的水化产物的 图 从图 中可以看出自然条件养护下的试样 结晶产物不明显 以絮状水化产物为主 有少量块状 和针状的结晶产物 这表明在自然条件下由于没有 充分的水分致使二水石膏和钙矾石不能形成良好的 结晶态 同时由于干缩和化学收缩导致体系在宏观 上不会呈现出膨胀状态而图 中则能清楚的 看出自然水养的条件下固硫灰渣体系中生成了大量 粗大的块状和柱状晶体 表明在自然水养的条件下 生成了大量的结晶态良好的二水石膏和钙矾石图 则表明 经过蒸压养护后水化产物中出现了大 量的针片晶体 片状的结晶体可能是托贝莫来石 而 针状的结晶体则可能是交织在其他结晶体之间的 凝胶体 这表明蒸压后固硫灰渣的水化产物 更加丰富 完善 晶体结构得到改善 蒸压养护提高强度以固硫灰 和固 硫灰 按照固硫灰水泥熟料 胶砂 特细砂 比为 水胶比为 成型胶砂试 件 分别经蒸压后自然养护和直接自然养护表 是胶砂试件在种养护方式下各龄期强度 图固硫灰水泥熟料体系在不同养护 方式下养护的 图 表不同养护方式下的试件强度 从表可以看到 经过蒸压养护后 试件的强度 明显增大 抗压强度约为非蒸养试件的倍 抗压强度约为非蒸养试件的倍可见 蒸压养 护能够使固硫灰渣试件在较短的时间内获得较高的 强度蒸压养护条件下硅酸盐制品强度的提高一方 面是蒸压养护加速了硅酸盐体系的水化 可以使体 系在较短的时间内生成较多的水化产物 另一方面 是蒸压养护改变了硅酸盐体系水化产物的种类和形 态强度和膨胀是相互制约的个因素 强度越高 膨胀所需的能量就越大 外在表现出的膨胀值就越 小 因此 蒸压养护一方面抑制了固硫灰渣中钙矾 石和二水石膏的生成 同时生成了稳定性良好的托 贝莫来石 消除了膨胀 另一方面 促进了固硫灰渣 的水化 使水化产物的结构和结晶得到改善 试件强 度明显提高 抑制了膨胀 结论 蒸压养护可以显著抑制固硫灰渣的膨胀 灰 渣试件在蒸压后水养的线性膨胀率只有直接水中养 第期韦迎春 等 蒸压养护对固硫灰渣膨胀性能的影响研究 护试件的 左右 和 结果显示 蒸压养护后固硫灰 渣中无二水石膏 钙矾石的生成 在钙组分充足时生 成了托贝莫来石 蒸压养护后固硫灰渣的水化产物 更加丰富 结晶更完善 蒸压养护可以加速固硫灰渣的水化 灰渣强 度显著提高 从而抑制膨胀 参考文献 李建锋 郝继红 冀慧敏 等我国循环流化床锅炉发展 现状以及未来电力技术 宋远明 钱觉时 王智 等固硫灰渣的微观结构与火山 灰反应特性硅酸盐学报 钱觉时 郑宏伟 宋远明 等流化床燃煤固硫灰渣的特 性硅酸盐学报 薛君轩吴中伟膨胀和自应力水泥及其应用北 京 中国建筑工业出版社 杨久俊 管宗甫 余海燕 等钙矾石在湿热环境下结构 变异性的研究硅酸盐学报 重庆建筑工程学院 南京工学院混凝土学北京 中国建筑工业出版社 柯昌君 吴峻蒸压硅酸盐制品中常见水化产物的结构 建材技术与应用 阎培渝 杨文言模拟大体积混凝土条件下生成的钙矾 石的形态建筑材料学报 马惠珠 李宗奇混凝土中钙矾石的形成建筑科学 岳文海 赵庆南硬石膏水化硬化过程中的热力学研究 武汉工业大学学报 阎培渝 游轶在不同条件养护的氟石膏粉煤灰胶结材 的水化硬化性能硅酸盐学报 张景富 丁虹 代奎 等矿渣粉煤灰混合材料水化产 物 微观结构和性能硅酸盐学报 编辑胡玲 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 卷