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利用锅炉烟气脱硫灰渣制备新型胶凝材料的研究

朱同松  
【摘要】: 矿物聚合材料是一种以无机[SiO_4]~(4-)和[AlO_4]~(4-)四面体为主要组成,在结构上是具有非晶、半结晶和晶态的三维网状键接结构的铝硅酸盐胶凝材料。这种材料具有优良的力学性能和耐久性能及固化重金属离子的能力;同时原材料来源广泛,可大量利用各类固体废弃物。半干法脱硫灰渣为烟气脱硫后产生的一种副产物,与粉煤灰相比,组成上硅铝质含量较低,且含有一定的Ca(OH)_2和CaSO_3等,使其难以按传统建材产品大量简单利用。因而其有效的资源化利用是十分重要而迫切的课题。本课题重点探讨脱硫灰渣、粉煤灰等为主要原料制备新型胶凝材料,首先研究了脱硫灰渣矿物聚合材料的制备、特性,在此基础上进一步探索了新型矿聚水泥复合胶凝材料的合成、性能及复合反应机理问题。 对原材料的组成与结构特性进行分析与评价,进而采用正交试验方法优选了矿聚材料的最优配合比组成为:脱硫灰渣占固相质量比为20%,偏高岭土为30%,NaOH溶液占液相质量比为30%,固液质量比为2.3;少量CaO、CaSO_3能促进铝硅酸盐聚合反应,但过多时对材料凝结速度、结构、耐腐蚀及热稳定性等都有明显危害;XRD、SEM和IR等微观测试表明随着聚合反应的深入,无定形物质明显增多,CaSO_3和CaSO_4等基本未参加相应的聚合反应;总体上脱硫灰渣矿物聚合材料早期硬化较快,但长期强度发展较缓慢。 为了改善矿聚材料长期强度不够理想的问题,通过复配水泥熟料制备了新型复合胶凝材料,其相应的最佳养护制度为:首先在水泥标准养护室固化1d后脱模,于室温下固化6d,然后再置于水中标养至各预定龄期,试样的强度发展相对最优;水泥熟料掺量为20%左右、NaOH溶液浓度为6mol/L左右时,复合体系中铝硅酸盐聚合反应和水泥水化反应的复合效果最好;其复合反应机理是铝硅酸盐聚合反应与水泥水化反应相互补充、共同促进的叠加效应,主要物相有α-SiO_2、莫来石(Al_2[Al_(2.8)Si_(1.2)]O_(9.6))、水化硅酸钙(Ca_2SiO_4·O.3H_2O)和斜钙沸石(CaAl_2SiO_(12)·2H_2O)等;彼此相互交织联生、包裹,形成三维网络互穿结构,逐步填充密实材料中的间隙,提高其致密度和力学性能。


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