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固硫灰、渣是循环流化床燃烧(CFB)技术所排放的固体废弃物,目前全国每年排放量为1.5亿吨左右,总利用率不到50%,大部分采用堆积、填埋处理,污染环境。在此背景下,本文利用其高钙、高硫的特性,拟采用固硫灰、渣代替部分原材料制备以C2S、C4A3-s为主要矿物的CFB固硫灰渣低收缩水泥。
通过熟料率值控制和矿物组成的计算,确定制备不同矿物组成的低收缩水泥熟料设计方案,采XRD、SEM、水化热等检测手段对熟料的易烧性、熟料矿物组成和形貌、基本物理性能和线性膨胀率进行研究,确定出制备熟料的最优配方、得到最佳矿物匹配。按照最优配方进行大量的煅烧,研究颗粒细度和形貌、水灰比大小、石膏掺量对CFB固硫灰渣低收缩水泥的基本物理性能影响。实验结果表明:CFB固硫灰低收缩水泥的最佳水泥熟料配方分别为石灰石:固硫灰:铝矾土=58.1:29.6:12.3,对应的矿物匹配为C4A3-S:C2S:C4AF=27.5:50.28:18.09,其3d、28d净浆强度为50.52MPa、80.82MPa,3d、28d线性膨胀率为0.053%、0.121%。CFB固硫渣低收缩水泥的最佳水泥熟料配方分别为石灰石:固硫渣:铝矾土=62.4:29.2:8.4,对应的矿物匹配为C4A3-S:C2S:C4AF=26.02:49.36:13.74,其3d、28d净浆强度为48.45 MPa、69.24 MPa,3d、28d线性膨胀率为0.014%、0.028%。通过对颗粒细度和形貌、水灰比、石膏掺量条件的优化,确定CFB固硫灰低收缩水泥最佳粉磨方式为振动磨粉磨60S、水灰比为0.25、最佳石膏掺量为9%,优化后其3d、28d净浆强度可达80.99 MPa、113.74 MPa,胶砂抗折强度为3.84MPa、4.57MPa,胶砂抗压强度为18.83MPa、48.12 MPa,120d线性膨胀率为0.156%,胶砂干缩率为0.0263%。而CFB固硫渣低收缩水泥最佳水灰比为0.24,最佳石膏掺量为12%,优化后水泥3d、28d净浆强度可达76.02 MPa、106.66 MPa,胶砂抗折强度达5.24MPa、5.58MPa,抗压强度为28.69 MPa、55.28MPa,120d线性膨胀率为0.128%,胶砂干缩率为0.0592%。
最后在上述研究的基础上,对CFB固硫灰渣低收缩水泥的抗硫酸盐侵蚀、抗渗和抗冻性能进行研究。实验结果表明,CFB固硫灰渣水泥的抗硫酸盐侵蚀系数为1.13、0.94,大于普通硅酸盐水泥0.91,经过200次冻融循环,普通硅酸盐水泥质量损失为5.4%,而固硫灰渣低收缩水泥质量损失分别为1.05%,1.26%,同时其抗渗等级(P35、P28)也高于普通硅酸盐水泥混凝土(P26)。