矿粉碱激发改性脱硫建筑石膏及其性能研究
碱激发粉煤灰和矿粉改性疏浚淤泥力学特性及显微结构研究
第57卷第6期2017年11月大连理工大学学报J o u r n a l o f D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o lo g yVol. 57, No. 6Nov 2 0 17文章编号：1000-8608(2017)06-0622-07碱激发粉煤灰和矿粉改性疏浚淤泥力学特性及显微结构研究孙秀丽*, 童琦，刘文化，姚君，李志强(江南大学环境与土木工程学院，江苏无锡 214122)摘要：采用水玻璃作为碱激发剂激发粉煤灰和矿粉的活性来固化疏涘淤泥，对固化淤泥进行无侧限抗压强度试验、扫描电镜（SEM)以及X射线衍射（XRD)测试，研究了固化材料配比、龄期、水玻璃掺量及水玻璃模数对固化疏涘淤泥强度的影响，确定了各组分之间的最佳配比，观测了固化淤泥的物相组成及显微结构特征.力学试验结果表明：水玻璃掺量7%、模数1.0〜1.5时对粉煤灰和矿粉的激发效果最优，相比于粉煤灰，水玻璃对矿粉的激发效果更佳；水玻璃模数相同的情况下，矿粉掺量越大强度越高；各组分最优配比（疏涘淤泥、矿粉、水玻璃质量比为60 :40:7)时，28d无侧限抗压强度可达到12 140kP a. S E M和X R D试验结果显示：在水玻璃的激发下，固化淤泥水化生成长石类和沸石类等晶相，这些晶相连接紧密，形成致密的微观结构，这是固化后疏涘淤泥强度的最重要来源.关键词：疏浚淤泥；固化；抗压强度；显微结构；矿粉；粉煤灰中图分类号：T U41 文献标识码：A d o i：10. 7511/d ll g x b2017060110 引言河流、湖泊、港口航道、水利等治理过程中产生的疏浚淤泥每年都在增加，淤泥处理已经成为 了急需解决的问题[14].将淤泥固化成建筑材料是 一种经济、环保的处理方法，不仅实现了资源化再 利用，还可避免疏浚淤泥的二次污染[].传统的化学固化方法是将水泥作为固化材料，已经取得了大量的研究成果.孟庆山等[]对武 汉东湖淤泥进行了早强固化试验研究，认为水泥 在固化过程中起到主导作用，当水泥掺量为20%、粉煤灰是水泥掺量的3倍、石膏是水泥掺量 的20%时得到的7d抗压强度为3 590 k P a，8 d 抗压强度为4 210k P a.曹玉鹏等[7]采用水泥-生 石灰-高分子添加剂新型复合材料处理疏浚淤泥，认为强度随着水泥和生石灰掺人比增大而增大，早期强度达到500 k P a，8d强度达到1 200 k P a.桂跃等[]采用粉煤灰、矿渣、磷石膏作为主固化剂，添加少量的生石灰或水泥作反应诱发剂处理高含水率淤泥，认为磷石膏复合固化剂的固化效果最理想.Z e n t a r等[]进行了水泥和粉煤灰固化海 洋沉积物的研究，结果表明：当水泥掺量为3%〜9%,养护28d强度从940 k P a增长到2 240 k P a，而加人3%粉煤灰会削弱强度.S h i等[10]认为碱 性激发剂，如 N a O H、N a2C O3、N a2O.w S iO2和 N a2S O4最容易获得且最为经济.易耀林等[11]用 3种不同的碱激发矿粉固化连云港软土，发现 N a O H与矿粉共同作用效果最优，90 d强度接近 2 000 k P a.王红喜等[12]利用水玻璃和工业废渣制 备双液注浆材料，取得了较高的固化强度.只掺加粉煤灰和矿粉而不掺加水泥等胶凝材 料来固化淤泥的研究还较少，水玻璃含量和水玻璃模数对激发粉煤灰和矿粉活性的影响以及三者 与淤泥混合后的相互作用及硬化后强度特性还未 可知.本文选取水玻璃作为激发剂，采用粉煤灰和 矿粉作为主要固化材料固化疏浚淤泥，完全代替 水泥、石膏等材料，来研究粉煤灰和矿粉掺量、水 玻璃掺量及水玻璃模数对固化疏浚淤泥强度的影 响并揭示反应机理.收稿日期：2016-10-13; 修回日期：2017-07-30.基金项目：国家自然科学基金资助项目（51609102)大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室开放基金资助项目（LP1613) 江苏省大学生创新训练项目（2016101Z).作者简介：孙秀丽*(1976-)，女，博士，副教授，E-mail: sunxiuli@;jiangnan. edu. cn.第6期孙秀丽等：碱激发粉煤灰和矿粉改性疏竣淤泥力学特性及显微结构研究6231 试验材料与方法11试验材料疏浚淤泥取自无锡市孔湾太湖疏浚淤泥堆场，测定其含水量为68. 9%，液塑限均较高，分别 为62.4%和27. 7%;通过X荧光分析得到淤泥主要化学成分，如表1所示；采用激光粒度分布仪 法测定疏浚淤泥的粒径分布，绘制颗粒级配曲线 如图1(a)所示；采用比重计法测定疏浚淤泥的粒 径分布，绘制颗粒级配曲线如图1(b)所示.淤泥放置干燥箱烘干至恒重，干燥箱温度控制在105〜110°C，烘干不少于8h，烘干后用粉碎 机粉碎，过粒径〇.5m m筛子.主要固化材料为粉 煤灰与矿粉，采用激光粒度分布仪法测定粒径分布，绘制颗粒级配曲线如图2所示.粉煤灰为I 级，偏深灰色，比表面积为800 m2/k g，矿粉为S95 级，呈灰白色，比表面积为400 m2/k g，由无锡市 某厂家提供，其化学成分如表1所示.激发剂水玻 璃由上海某化工厂配制，为无色半透明黏稠状液体，化学式N a2O.n S iO2，模数范围为1.0〜3. 0.表1疏竣淤泥、粉煤灰和矿粉的化学成分T a b.1T he chemical com position of dredged s ilt,fly ash and slag%材料w(SiO2)w( A l2O3)w(Fe2 O3)w(MgO)w(CaO)w(K2O)w(SO3)w(N a2O)w(TiO2) w(LOSS)疏浚淤泥65. 315. 3 5. 3120.9 2.30.210 1.0 7.5粉煤灰50. 432. 1 6.40.6 5.7 1.30.40.21.1 1.8矿粉35. 917. 20.68. 334.50.52.20.10.7 0图1疏竣淤泥的颗粒级配曲线F ig.1G rain size gradation curve of dredged sitt1.2试验配比及方法试验中疏浚淤泥与粉煤灰和矿粉的质量比为 6 : 4,其中粉煤灰和矿粉掺量总和为40%.水玻 璃添加量取淤泥与粉煤灰和矿粉总量的2%、5%、7%、9%，水玻璃零掺量作为对比组.试验配比如表2所示.对每组工况均进行不同水玻璃模数对比试验，水玻璃模数为1.0、1.5、2.0、2.5和3.0.图2粉煤灰和矿粉的颗粒级配曲线F ig.2G rain size gradation curve of fly ash and slag表2固化疏竣淤泥混合料组分含量T a b.2T he com ponent content of m ix tu re fo rsolid ifie d dredged s itt%编号工况W d s Wfa ws1F40S0604002F30S106030103F20S206020204F10S306010305F0S4060040注：F(fly ash)指粉煤灰；S(slag)指矿粉.采用无侧限抗压强度试验探讨固化剂配比、激发剂性质及龄期对固化疏浚淤泥力学特性的影 响，根据《土工试验规程》将试样制成高12. 5c m、直径6. 18 c m的圆柱体，在（20 ± 2 )C下分别养 护3、和28 d.624大连理工大学学报第57卷1.0 1.52.0 2.53.0£/%()模数1 5400 350 300 £ 250^ 200b 150100500.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0£/%()不加水玻璃0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0£/%(b )模数1 0| 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0£/% £/% £/%(d )模数2.0(6)模数2.5(f )模数3.0图3 固化疏竣淤泥应力-应变关系曲线（F 0S 40)F ig . 3 S tress-strain relationship curves of so lid ifie d dredged s ilt (F 0S 40)表3不同水玻璃模数下工况F 0S 40的无侧 限抗压强度T a b . 3 U nconfined compressive stren g th of F 0S 40under d iffe re n t w ater glass m odulus水玻璃模数强度/kPa3d 7 d 28 d081 31113.44159.74103 390.727280.1512140.5315 1 949. 604 434.618 431 422. 0864. 75 4 434.629 806. 642. 5142.21134.71197.323. 0199.70168.53259.122.2粉煤灰和矿粉掺量对固化疏浚淤泥强度的影响粉煤灰和矿粉的掺量对固化疏浚淤泥的强度有直接的影响，图4为不同水玻璃模数下固化疏浚淤 泥无侧限抗压强度随粉煤灰和矿粉掺量变化曲线. 从图4(a )、(e )和（f )中可以看出，模数为2. 5和3. 0 与不加水玻璃的情况下，随着粉煤灰和矿粉掺量的 变化无侧限抗压强度变化均不大.由此看出，模数为2. 5和3. 0的水玻璃对激发粉煤灰和矿粉的活性作 用不大，强度的来源主要依靠粉粒的吸水和填充作 用，此时，粉煤灰和矿粉掺量的变化对淤泥的强度影响 很小，可以忽略不计.图4(b )〜(d )中水玻璃模数分别 为1 01 52 0时，随着矿粉掺量的增加试样强度增 力口，并且矿粉掺量越大，试样强度增长幅度越大.水玻璃对矿粉的激发作用要强于粉煤灰，激 发矿粉的效果非常明显，其中矿粉对试样强度的2 试验结果与讨论2.1无恻限抗压强度选取工况F 0S 40为例，不同水玻璃模数下应 力-应变关系曲线如图3所示.由图可以看出，应 力峰值随着龄期的增长而增长，应力-应变关系为 应变软化型.不同龄期和水玻璃模数下，F 0S 40的无侧限抗 压强度如表3所示.由表可以看出，没有水玻璃激 发和添加模数为2. 5和3. 0的水玻璃时，粉煤灰和矿粉的活性几乎都没有发挥出来，固化后疏浚淤泥 28d 无侧限抗压强度分别为150、200和250 k P a 左右;水玻璃模数为1 0、. 5和2. 0时，激发效果 显著，粉煤灰和矿粉活性充分发挥，固化疏浚淤泥 28 d 无侧限抗压强度分别达到12 140. 53、431 42 和9 806. 64 k P a .固化疏浚淤泥试样的峰值应变较 小，范围在1 0%〜2. 8%，差异不大.水玻璃添加与 否及模数大小对粉煤灰和矿粉活性的激发效果影 响很大，固化疏浚淤泥的强度相差最大达76倍.4 3 3 2 2 11I H -1210864s w /b第6期孙秀丽等：碱激发粉煤灰和矿粉改性疏竣淤泥力学特性及显微结构研究62510 2030 40 0 10 2030 40 0 10 2030 40w s l /%w s l /%w s l /%(d )模数2.0(6)模数2.5 (f )模数3.0图4粉煤灰和矿粉的掺量与固化疏竣淤泥无侧限抗压强度关系Fig. 4 Relationship of fly ash and slag content and unconfined compressive strength of solidified dredged silt增长起主导作用.主要原因是，在碱性条件下，玻 璃体中的[SiO 4]4-容易解聚而与其他物质发生水 化反应，矿粉中的玻璃体含量较粉煤灰中的多.另 外，矿粉中C a O 的含量是粉煤灰的6倍左右，水 玻璃中的含水硅酸钠水解后生成N a O H 与Si (O H )，含水硅胶结合溶液中的Ca 2+和O H -，生成（含钙、铝和镁）硅酸盐晶体.电镜扫描 (SEM )和X 射线衍射（XR D )的测试分析可以印 证这一反应机理.2.3水玻璃掺量与无恻限抗压强度关系图5为水玻璃掺量与无侧限抗压强度的关系 (以F 0S 40为例）.由图5可以看出，水玻璃的掺 量对无侧限抗压强度影响比较大.当水玻璃掺量 为0时，28d 无侧限抗压强度仅为159. 74 kPa ; 而水玻璃掺量为7%时，28d 无侧限抗压强度为 12 140. 53 kPa ，是水玻璃掺量为0时的76倍多. 当水玻璃掺量继续增加，无侧限抗压强度呈下降 趋势，掺量在7%左右时较优.试样的无侧限抗压强度随水玻璃掺量的增加 先升高后降低，主要原因是，水玻璃水解产物为N a O H 和S i (O H )，由于后者呈胶体状态，吸附液相中的硅氧阴离子团，促进水化产物的形成，有图5水玻璃掺量与无侧限抗压强度关系Fig. 5 Relationship of w ater glass content andunconfined compressive strength助于矿粉的解聚过程，因此随着水玻璃、矿粉和淤 泥之间化学反应的进行，反应产物之间形成致密 的结构，试样颗粒间的胶结力不断增大，从宏观上 表现为无侧限抗压强度的升高.水玻璃掺量较小 时，反应物中1<r(S i /A l )<3,生成的产物为三维网状结构；水玻璃掺量增加到一定值时，反应物 中r (S i /A l )>3,生成的产物向二维链状过渡，二 维结构不如三维结构强度高[3].而当水化反应进 行到一定程度时，反应生成的产物只能填充在其结 构表面，过量的水玻璃会在聚合反应后残留下来，延 迟矿粉与水玻璃固化淤泥的时间，降低其强度[14].■ 3 d102030w s l /%()不加水玻璃w f a /%40 30 20 10w f a /%40 30 20 104010 2030w s l /%(b )模数1. 0w f a /%30 20 10401020w s l /%()模数1 5w f a /%302010s w /b」1086 4slAt/bl z .10s w /b5 S S S32211s ^/b626大连理工大学学报第57卷■ 3d • 7d ▲28d0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0M0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0M(d ) F 30S 10 (e ) F 40S 0图6水玻璃模数与固化疏竣淤泥无侧限抗压强度关系F ig . 6 R elationship of w ater glass m odulus and unconfined compressive stren g th of solid ifie d dredged s ilt2.5固化疏浚淤泥的物相组成和显微结构选取两组代表性的试样进行试验，一组是天 然疏浚淤泥，另一组是工况F 0S 40养护28 d 固化 疏浚淤泥，分别进行了 SE M和X R D分析，分析其固化前后的微观结构并定性分析生成的水化产 物，从机理上解释固化疏浚淤泥的强度来源.太湖疏浚淤泥的SE M照片如图7所示，原状太湖疏浚淤泥中鳞片状的黏土矿物呈明显的 边-边结构，颗粒间连接不紧密，存在较多孔隙，结 构比较松散，这也是原状淤泥强度低、稳定性差的 主要原因.太湖疏浚淤泥的XR D图谱如图8所示.太湖疏浚淤泥的主要物相组成有两类：一是晶 相，主要有钙沸石和石英；二是黏土矿物，主要是 伊利石和蒙脱石.固化疏浚淤泥的SE M照片如图9所示，疏浚淤泥中颗粒间连接紧密，孔隙很 少，结构密实，是固化后淤泥强度高的主要原因.固化疏浚淤泥的XR D图谱如图10所示.检测到物相也有两类：一是晶相，主要有石英、钠长石、正 长石、钠沸石、钙沸石；二是黏土矿物，主要有伊利 石.其中晶相是固化疏浚淤泥基质重要的组成部 分，对改善其力学性能起到主导作用.图7原状淤泥SE M照片F ig . 7 S E M photo of as-received s ilt2.水玻璃模数对固化疏浚淤泥强度的影响水玻璃模数对试样强度影响很大，如图6所 示，水玻璃模数从10增加到3. 0,试样强度先增 大后减小，每个工况试样的无侧限抗压强度最高 值都集中在1. 0〜1.5这一模数范围内.养护龄期对各工况的影响规律与水玻璃模数 有关，矿粉掺量为40%，水玻璃模数为1. 0、1. 5 和2. 0时，养护3〜28 d 强度增长了 2〜7 MP a，而模数为2. 5和3. 0时几乎没什么变化.水玻璃 的模数增加，S iO 2与N a O比值增加，Na O 的含 量降低，水玻璃溶液中的p H会降低.F ma y等[15]研究认为粉煤灰中的玻璃体结构要在p H >13. 4 的碱性条件下才能被破坏，碱性偏低不足以激发 出粉煤灰的活性.因此，水玻璃模数大于2. 0时， 基本上没有激发效果，而模数在1 0〜1 5时，水 玻璃激发矿粉活性效果最好.o o o o o o o o o o o o o o o o 64208642ss /b第6期孙秀丽等：碱激发粉煤灰和矿粉改性疏竣淤泥力学特性及显微结构研究62718000 - 16000 - 14000 - 12000-10000-8000 -6000 - 4000 - 2000-°10图8 原状淤泥X RD图谱F ig . 8 X R D spectrum of as-received s ilt图9 固化疏竣淤泥的SE M照片F ig . 9 S E M photo of solid ifie d dredged s ilt800070006000500040003000200010001石英2钠长石 3正长石 4钠沸石 5钙沸石 6伊利石35410203040 50 6070802<9/(°)图10 固化疏竣淤泥的XR D图谱F ig . 10 X R D spectrum of solid ifie d dredged s ilt3 结论(1) 工况F 0S 40在常温养护28d 的条件下，无侧限抗压强度可达到12 140.53 k P a ，达到粉煤 灰蒸养砖的强度要求，可为淤泥固化后的资源化 利用提供一定的数据支持.(2) 水玻璃的模数是影响粉煤灰和矿粉活性的关键指标，水玻璃模数为1. 0、1. 5和2. 0时无侧限抗压强度较高，其中模数为1. 0〜1. 5时最优，而当水玻璃模数为2. 5和3. 0时基本上与未 添加水玻璃的强度相当.(3) 养护龄期越长，水玻璃激发粉煤灰和矿粉后活性越强，水玻璃对潜在胶凝材料活性的激发 需要一定的时间.(4 )水玻璃激发矿粉固化疏浚淤泥发生水化 反应，生成长石类和沸石类物相，试样孔隙较少， 结构致密，是固化后淤泥强度高的重要原因.(5)水玻璃激发粉煤灰和矿粉固化疏浚淤泥 的长龄期的力学强度和水稳性等性能仍需通过大量试验进一步研究.参考文献：[1] 张凯，黄煜镔，王润泽，等.淤泥质软土固化理论研究及进展□].路基工程，2012(6)1-6.Z H A N G K a i，H U A N G Y u b in ，W A N G R unze ， et a l . 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脱硫石膏性能及其综合利用
脱硫石膏性能及其综合利用龙源期刊网 /doc/d3*******.html,脱硫石膏性能及其综合利用作者：康智斌来源：《理论与创新》2017年第32期摘要：随着我国对环境保护重视的日益加强，发现很多问题亟待解决，比如电站锅炉尾部烟气的二氧化硫排放量成为大气污染物治理的重中之重。
石灰石—石膏湿法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术。
文章分析烟气脱硫石膏性能，探讨脱硫石膏的综合利用前景，总结脱硫石膏在综合利用的过程中应考虑的问题。
关键词：脱硫石膏；性能；综合利用国内外脱硫石膏应用的现状分析脱硫石膏是一种重要的资源，要珍惜利用。
我国现在每年排放的脱硫石膏在50万吨以上，大多露天弃置或用来铺路、填沟。
堆存等占据大量的土地，对环境造成了二次污染，也浪费了大量优质资源。
脱硫石膏品质高、适合作为建材生产的原料。
但需要突破大量应用在工业化生产时的若干技术性难题：开发先进适用的技术进行脱硫石膏烘干处理、磨细改性、连续煅烧，有针对性的攻克应用时的过程控制等专业技术。
在工业发达国家比较好的解决了脱硫石膏运输、干燥、改性、应用等技术性难题，石膏工业都在大规模采用脱硫石膏，应用技术也比较成熟。
我国脱硫石膏综合利用情况国内对脱硫石膏的综合处理和应用已经处于起步状态，脱硫石膏的应用蕴藏着巨大的市场机遇，对于江苏、浙江、广东等天然石膏匮乏的地区，脱硫石膏的大量出现为以石膏为原材料的企业带来了商业机会。
脱硫石膏可以用做制造石膏砌块、腻子石膏、模具石膏、纸面石膏板以及水泥等建材产品，但是目前能大量使用的限于制造纸面石膏板和作水泥缓凝剂。
用于制造石膏砌块我国虽在外墙建设中大力推荐以石膏砌块代替实心粘土砖，但目前最大的石膏砌块生产线仅30万平方米，每年约可利用脱硫石膏2万吨，大部分生产线都是10万平方米以下的小生产线，用量不大，市场尚未开拓。
用于作水泥缓凝剂目前脱硫石膏作水泥缓凝剂是先把脱硫石膏制成球状，增加了制造成本，降低了经济效益。
石膏激发矿渣活性的试验研究
石膏激发矿渣活性的试验研究李明艳【摘要】矿渣作为一种工业废渣,每年的产生量十分巨大,其合理充分利用显得尤为重要.为将矿渣作为胶结材料加以利用,本文分析了石膏激发矿渣活性的机理,通过试验确定了石膏激发矿渣活性的最优掺量,充分激发了矿渣活性.研究结果表明,用经过激发后的矿渣作为矿山充填胶结材料,可以实现矿渣的有效利用,达到较好的经济效益和环境效益.【期刊名称】《中国资源综合利用》【年(卷),期】2018(036)005【总页数】3页(P9-11)【关键词】矿渣;石膏;胶结材料;胶结强度【作者】李明艳【作者单位】山东省冶金设计院股份有限公司,济南 250000【正文语种】中文【中图分类】TU521矿渣作为一种工业废渣，产生于钢铁冶炼过程，每年的排放量十分巨大，人们需要将其合理充分利用起来。
矿渣的化学成分接近于硅酸盐水泥，经过激发后可以获得很好的活性，可以用来研发制作胶结材料。
虽然矿渣具备较好的胶结活性，但是其活性需要特定条件下的激发才能发挥出来。
因此，本文研究了充分激发矿渣活性的条件，以便将其作为胶结材料应用在矿山充填中。
1 试验材料试验材料由矿渣、脱硫石膏、水泥三部分组成[1]。
1.1 矿渣试验所用矿渣为某钢铁厂的水淬高炉矿渣，其化学成分如表1所示。
表1 矿渣中主要化学成分含量成分SiO2 Fe2O3 CaO Al2O3 MgOK2O Na2O TiO2 MnO含量（%）32.81 0.41 38.88 15.39 8.940.39 0.27 0.69 0.76矿渣质量系数k是矿渣活性的一个重要参数，本试验所用矿渣的质量系数k=1.85，矿渣活性较高[2]。
经测定，试验所用矿渣的碱性系数为0.993，说明该矿渣基本为中性矿渣，略显酸性。
1.2 脱硫石膏试验所用的脱硫石膏是某电厂湿法脱硫排出的，其性质属于工业废弃物。
衍射分析表明，其主要相是CaSO4•2H2O。
本次试验采用硫酸盐来激发矿渣活性，采用的硫酸盐为脱硫石膏。
石膏-矿渣胶凝材料的碱性激发作用
滕元成等：掺锶碱硬锰矿固溶体的制备· 405 ·第36卷第3期石膏–矿渣胶凝材料的碱性激发作用黎良元，石宗利，艾永平(湖南大学材料科学与工程学院，湖南 410082)摘要：采用扫描电镜、X射线衍射、差示扫描量热分析–热重分析表征了碱激发石膏–矿渣胶凝材料的水化产物。
研究表明：添加质量分数为0.5%的碱性激发剂时，石膏–矿渣胶凝材料的各项强度和耐水性能最好。
碱激发石膏–矿渣胶凝材料的水化产物主要为二水石膏(CaSO4·2H2O)、水化硅酸钙凝胶(C–S–H)以及少量的钙矾石(ettringite，AFt)和莱粒硅钙石[Ca5(SiO4)2(OH)2]。
C–S–H凝胶含量越高，材料的强度越高、耐水性能越好。
关键词：石膏–矿渣胶凝材料；碱激发剂；X射线衍射；差示扫描量热–热重分析中图分类号：TQ177.3 文献标识码：A 文章编号：0454–5648(2008)03–0405–06ALKALINE ACTIV ATION OF GYPSUM-GRANULATED BLAST FURNACESLAG CEMENTING MATERIALSLI Liangyuan，SHI Zongli，AI Yongping(College of Materials Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)Abstract: The hydration products of alkaline-activated gypsum-granulated blast furnace slag cementing materials were characterized by using scanning electron microscope, X-ray diffraction and differential scanning calorimetry–thermogravimetry analysis. The re-sults show that using 0.5% (in mass) compound activator results in better strengths and water resistance. The main hydration products of gypsum-granulated blast furnace slag cementing material using alkaline activator are calcium sulfate dehydrate, calcium silicate hydrate gel (C–S–H), smack ettringite(AFt), calcium and silicate hydroxide (Ca5(SiO4)2(OH)2). Higher C–S–H gel content of gyp-sum-granulated blast furnace slag leads to higher strength and better water resistance.Key words: gypsum-granulated blast furnace slag cementing material; alkaline activate; X-ray diffraction; differential scanning calo-rimetry–thermogravimetry analysis石膏制品具有质轻、隔音隔热性能好、尺寸稳定性好、防火性能优良、环保节能和价格低廉等特点，现已经广泛用作建筑材料。
新型建筑材料脱硫石膏砌块砌体性能研究
新型建筑材料脱硫石膏砌块砌体性能研究作者：蒋琼来源：《科学与财富》2018年第36期摘要：随着建筑节能环保意识的不断增强，本文研究了脱硫石膏砌体为改进墙体材料，可提高墙体保温隔热性能和不燃性性能。
关键词：新型；建筑材料；脱硫石膏利用工业废弃物脱硫石膏生产脱硫石膏砌块，是“禁实限黏”新型墙体材料的未来发展趋势，国家设立的墙体材料改革基金和各地政府出台的墙体材料改革工作条例对新型墙体材料的推广起了巨大的作用。
国家主管部门发挥导向作用，出台有关鼓励高强节能墙体材料的优惠政策，并拨出适量的科研费用解决一些关键技术、材料和设备等问題，并将其发展应用纳入国家的技术发展政策。
中国是一个工业大国，如何充分利用好工业废弃物脱硫石膏，任重而道远。
1.新型脱硫石膏砌块保温隔热性能研究建筑墙体的热物理性能反应了本身保温隔热性能的好坏，无论在国外还是在国内，墙体的热物理性能作为主要的性能指标，建筑墙体的保温性能也是墙体的绿色节能主要指标之一。
因此，研究新型脱硫石膏砌块墙体就必须研究墙体的保温隔热性能。
墙体作为建筑空间的维护结构及空间的隔断结构，其保温隔热性能的好坏直接影响建筑物的良好使用。
在研究墙体的保温隔热性能时，经常用导热系数来衡量。
导热系数是指单位时间内垂直于传热方向的单位面积1m，厚度1m，内外表面温度相差1℃时，通过传导方式所传递的热量。
导热系数越大，单位体积的导热量就越多，材料的保温隔热性能越差；导热系数越小，材料的保温隔热性能越好。
依靠墙体材料自身较高的热惰性和热阻来达到保温隔热以及节能的要求。
1.1新型脱硫石膏砌块热阻值计算脱硫石膏砌块作为新型墙体材料，使用在建筑的内隔墙中，材料的保温性能直接影响后期使用中建筑空间的保温性能。
下面就新型脱硫石膏砌块的保温隔热性能，分析研究砌块本身的热阻值，以及脱硫石膏砌块墙体的热阻值和导热系数。
根据《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2010）建筑围护结构节能要求，50%建筑外墙的导热系数小于等于1.5W/（m2·K），热阻应大于等于0.67（m2·K）/W。
脱硫石膏理化性质及其在水泥基建材中的应用
脱硫石膏理化性质及其在水泥基建材中的应用摘要：脱硫石膏是我国大型热电企业烟气脱硫装置产生的工业废料，如何正确的处置这些脱硫石膏成为一大环境问题。
大量研究结果表明，脱硫石膏可用于建筑、建材、化学化工及农业生产等众多领域，是一种重要的工业原材料。
特别是就其用于水泥基建筑材料的应用已有广泛报道，是其处置利用的有效方式和适宜途径。
基于此，本文主要对脱硫石膏理化性质及其在水泥基建材中的应用进行了简要的分析，希望可以为相关的工作人员提供一定的参考。
关键词：脱硫石膏；理化性质；水泥基建材；应用引言在系统分析了脱硫石膏理化性质的基础上，重点针对其应用于水泥基建筑材料的研究进展进行了归纳总结，以期为我国工业脱硫石膏的建材化利用提供一定的技术指导。
1脱硫石膏概述以及物理性质脱硫石膏（英文名称desulfurationgypsum）又称排烟脱硫石膏、硫石膏或FGD石膏，主要成分和天然石膏一样，为二水硫酸钙CaSO4·2H2O，含量≥93%。
脱硫石膏是FGD过程的副产品，FGD过程是一项采用石灰-石灰石回收燃煤或油的烟气中的二氧化硫的技术。
该技术是把石灰-石灰石磨碎制成浆液，使经过除尘后的含SO2的烟气通过浆液洗涤器而除去SO2。
石灰浆液与SO2反应生成硫酸钙及亚硫酸钙，亚硫酸钙经氧化转化成硫酸钙，得到工业副产石膏，称为脱硫石膏，广泛用于建材等行业。
其加工利用的意义非常重大。
它不仅有力地促进了国家环保循环经济的进一步发展，而且还大大降低了矿石膏的开采量，保护了资源。
脱硫石膏颗粒特征和物理状态与天然石膏相比有较大的差异。
脱硫石膏含有10%~25%附着水，呈湿粉状。
正常脱硫石膏的外观颜色近乎白色，随杂质含量变化呈黄白色或灰褐色。
脱硫石膏较天然石膏细，粒径一般不超过92μm，且80%以上的粒径在30μm~60μm之间，级配不如天然石膏磨细后的石膏粉。
天然石膏经过磨细后粗颗粒多为杂质，细颗粒多为石膏，而脱硫石膏粗颗粒多为石膏，细颗粒多为杂质。
石膏基本性能
石膏基本性能
石膏是一种常见的建筑材料，在建筑和装饰行业中得到广泛应用。
本文将介绍石膏的基本性能。
1. 物理性能
石膏具有以下物理性能：
- 密度：石膏的密度介于1.6至2.3克/立方厘米之间。
- 弹性模量：石膏的弹性模量为2000至5000兆帕。
- 热扩展系数：石膏的热膨胀系数为8至14×10^-6/℃。
2. 化学性能
石膏具有以下化学性能：
- 可溶性：石膏在水中可溶解，形成硫酸钙溶液。
- 吸湿性：石膏具有良好的吸湿性能，能吸收周围环境中的水分。
- 碱性：石膏呈碱性，能够与酸性物质发生反应。
3. 力学性能
石膏具有以下力学性能：
- 抗压强度：石膏的抗压强度一般在2至10兆帕之间。
- 抗拉强度：石膏的抗拉强度较低，一般在0.5至2兆帕之间。
- 抗弯强度：石膏的抗弯强度较高，一般在4至8兆帕之间。
总结：
石膏作为一种建筑材料，具有较低的密度和较高的弹性模量。
它具有良好的吸湿性能和抗压强度，但抗拉强度较低。
石膏的碱性
特性使其能够与酸性物质反应。
以上是石膏的基本性能介绍。
参考资料：
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2. 李四. 石膏在装饰材料中应用的研究[J]. 建筑科学与工程学报，2015，32(2):123-129.。
粉煤灰对水泥石膏制品性能的影响及其机制研究
粉煤灰对水泥石膏制品性能的影响及其机制研究摘要：粉煤灰作为一种常见的矿山尾矿物质，广泛应用于建筑材料行业，特别是在水泥石膏制品生产中。
本文旨在研究粉煤灰对水泥石膏制品性能的影响，并深入探讨其中的机制。
研究结果表明，适量添加粉煤灰可以显著改善水泥石膏制品的力学性能、耐久性和减小环境污染。
1.引言水泥石膏制品是一种常见的建筑材料，具有重要的应用价值。
近年来，随着环境保护意识的增强，研究粉煤灰在水泥石膏制品中的应用已经成为一个热点话题。
研究表明，适量添加粉煤灰可以显著提高水泥石膏制品的力学性能、耐久性，同时减小环境污染。
2. 粉煤灰的特性及组成粉煤灰是一种矿山尾矿物质，主要成分为二氧化硅、氧化铁和氧化铝等。
其微观结构包含了大量的气孔和细小的颗粒。
这些特点使得粉煤灰具有较高的活性，有利于与水泥石膏中的水化产物发生反应。
3. 粉煤灰对水泥石膏制品力学性能的影响研究发现，适量添加粉煤灰可以显著提高水泥石膏制品的抗压强度、抗折强度和耐冻融性能。
这是由于粉煤灰中的二氧化硅与水泥石膏中的水化产物发生反应，生成新的水化产物，填充了石膏基体中的孔隙结构，增加了材料的致密性和强度。
4. 粉煤灰对水泥石膏制品耐久性的影响粉煤灰在水泥石膏制品中的应用还可以显著提高其耐久性。
粉煤灰中的活性成分能够与水泥石膏中的氢氧化钙反应，形成硬硫铝酸盐和硬硅铝酸盐等物质。
这些新生成的物质填充了孔隙，减缓了水泥石膏制品的渗透性和碱-骨料反应，提高了其抗渗漏性能和抗碱性能。
5. 粉煤灰对环境影响的研究粉煤灰在水泥石膏制品中的应用对环境污染也有一定的影响。
研究发现，粉煤灰能够吸附大气中的有机物，减少有机物的释放，降低了环境中的污染物浓度。
此外，添加粉煤灰可以减少水泥石膏制品的能耗，缓解了对天然资源的压力，具有较好的环保效益。
6. 粉煤灰添加机制的研究研究人员通过实验发现，添加粉煤灰可以促进水泥石膏中的水化反应，生成新的水化产物。
同时，粉煤灰中的活性成分能够改变水泥石膏中的晶体结构，提高其稳定性和力学性能。
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石膏中的主要成分为硫酸钙，由于硫酸钙微溶
于水，因此，当石膏遇水后，石膏内部结构中的硫酸
钙缓慢溶于水中破坏了石膏内部结构。 石膏建材的
耐水性能通常较差，主要表现为经过水泡的石膏材
料强度明显下降[4]。 改善石膏耐水性能的手段有多
种，如通过添加憎水物质，减少水对石膏材料的接
触，通过化学手段提高石膏材料的密实性，阻碍水
2019 年第 5 期 河南建材
DOI:10.16053/ki.hnjc.2019.05.242
矿粉碱激发改性脱硫建筑石膏及其性能研究
高建杰 郑州铁路豫鼎工程检测有限公司（450052）
摘 要:我国脱硫石膏产量巨大，已成为继粉煤灰后第二大固体废物，若不能综合利用将会占用大量的 土地，污染环境。文章拟通过矿粉碱激发改性脱硫石膏并对其力学性能及耐水性能进行研究，以期对脱 硫石膏的资源化利用提供经验积累和参考。 关 键 词 :矿粉；碱激发；脱硫石膏
我国天然石膏储量丰富，加之湿式石灰石-石膏 法烟气脱硫技术在我国起步较晚，对脱硫石膏的利 用价值和市场需求认识不够，脱硫石膏性能、加工 工艺、资源化途径等都没有系统科学的研究[1]。 大部 分脱硫石膏都是采用抛弃法处理，这不仅污染了环 境，还占用了大量的土地，不能使其变废为宝。 近几 年，随着脱硫技术的成熟和政府等职能部门对环保 要求的提高，脱硫石膏已渐渐走入相关石膏企业的 视野，目前国内已有相关针对利用脱硫石膏生产石 膏制品的生产线，脱硫石膏的利用蕴藏着巨大的商 机。 由于天然石膏是几百万年长期形成的，而脱硫 石膏却是在很短的时间内通过化学反应形成，所以 脱硫石膏在杂质含量、含水率、粒径级配等方面与 天然石膏还是有所差别。 此外，对于电厂来说，销售 或深加工脱硫石膏相对于主业“发电”，利润实在太 低。 因此电厂对于处理脱硫石膏并无兴趣，一般只 想简单处理了事，加大了脱硫石膏的应用难度。
6
0.70 0.30 0.006 0.006 0.5
2 结果与讨论
试
从图 1 中可看出随着矿粉掺量的不断增加，石
验 膏的抗压强度增幅明显，当矿粉用量占胶凝材料总
研 用量的 30%时，改性石膏的抗压强度达 30.2 MPa，较 究 未添加矿粉的空白组试件强度高约一倍。 是由于矿
粉在水玻璃和氢氧化钠的激发下，矿粉不断水化形
试件，空白组石膏和水的比例为 1∶0.5。 具体配比如
表 1。
试件的制备与养护:按照 GB/T 17671—1999 标
准进行搅拌与成型，在相对湿度为 50%~60%，温度
49
Henan Building Materials
河南建材 20189 年第 15 期
为 18 ℃~22 ℃的条件下静置 24 h 后脱模并覆膜养 护，覆膜养护温度为 38 ℃~42 ℃，在该条件下养护 至 28 d 后放入鼓风干燥箱中，在 38 ℃~42 ℃的条件 烘至恒重，然后按照标准 GB/T 17671—1999 测试的 方法测试其抗折、抗压强度。 此外，对所制备的试件 进行泡水处理，泡水时间 24 h，用于 测试其耐水性 能。
海浦春计量仪器有限公司 JE2002）、 电热鼓风干燥
箱 （上 海 迅 博 医 疗 生 物 仪 器 股 份 有 限 公 司 GZX-
9030MBE）。
所用原材料为，煅烧后的脱硫石膏粉（孟姚电
厂）:脱硫石膏经 180 ℃煅烧后其主要成分为 β 型半
水石膏，初 凝 时 间 17 min，终 凝 时 间 24 min。 矿 粉
成水化硅酸钙，提高了石膏材料的密实性，提供支
撑作用，从而提高了改性石膏的抗压强度。
图 2 不同矿粉掺量石膏试件折强度 从图 3 中可以看出，随着矿粉掺量的不断增加， 石膏（24 h）软化系数不断增加，即其耐水性能得到 改善。 当矿粉掺量达 30%时，软化系数增幅趋缓。
图 3 不同矿粉掺量石膏试件 24 h 软化系数
进 入 石 膏 内 部 等[5]。
在石膏中添加矿粉，利用氢氧化钠激发矿粉的 试
活性促使矿粉迅速水化形成水化硅酸钙不但可以 验
提高石膏的密实性能提高其耐水性还能对石膏的
结构起到支撑作用改善其力学性能。
研
1 原材料与试验方法
究
1.1 试验设备及原料
所用主要设备有，水泥胶砂抗折抗压试验机（无
锡建仪仪器机械有限公司 TYE-200B）、电子天平（上
表 1 试验原料配比（质量比）
样品编号 石膏 矿粉 水玻璃 氢氧化钠 水
0
1
0
0
0
0.5
1
0.95 0.05 0.001 0.001 0.5
2
0.90 0.10 3 0.003 0.5
4
0.80 0.20 0.004 0.004 0.5
5
0.75 0.25 0.005 0.005 0.5
3 总结与结论
（山西晋城 S95）、水玻璃、氢氧化钠（天津光复 分析
纯）。
1.2 试验方法
试件的配比:向石膏中加入不同量的矿粉、水、
水玻璃、氢氧化钠。 使水的质量占矿粉和石膏总质
量的 50%，水玻璃和氢氧化钠用量均为矿粉质量的
2%。 在此基础上调整矿粉同石膏的质量比分别为
0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30。 此 外 ，制 备 空 白 组
0 引言
脱硫石膏，是由大型燃煤设施采用石灰湿法脱 硫产生的，因此，脱硫石膏又称之为排烟石膏、硫石 膏、FGD 石膏。 2010 年全国 FGD 石膏的总产量已 达 52.3 Mt，相当于美国 FGD 石膏年产量的 3 倍以 上，居全球第一。 随着我国环保要求的提高，近年来 脱硫机组容量大量增加，脱硫石膏已成为继粉煤灰 后第二大固体废物，若不能综合利用将会占用大量 的土地污染环境。