關(guān)鍵詞：　固硫灰；　泡沫混凝土；　強(qiáng)度；　膨脹率；　凝結(jié)時(shí)間

循環(huán)流化床燃煤技術(shù)（Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ　Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?。拢澹洹。茫铮恚猓酰螅簦椋铮?，簡(jiǎn)稱 ＣＦＢＣ）投入成本低、脫硫效率高、氮 氧化物排放量少、燃煤適應(yīng)性強(qiáng)并且負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，近年來(lái)被廣泛推廣［１－２］。為此，大量的流化床鍋爐投入

使用并伴隨大量的固硫灰渣。目前，脫硫后的灰渣還沒(méi)有成熟的處理方法，多處于堆積狀態(tài)成為二次污染

物。為進(jìn)一步推廣循環(huán)流化床燃煤技術(shù)，急需解決固硫灰的處理及利用問(wèn)題。泡沫混凝土是一種利廢、環(huán)

保、節(jié)能、性能好的新型保溫隔熱材料，有著廣泛的發(fā)展前景。然而輕質(zhì)建筑材料的迅速發(fā)展，導(dǎo)致各種建筑 材料資源被大量消耗，一些地方出現(xiàn)資源短缺，如河砂緊缺，水泥單價(jià)暴漲，水泥、粉煤灰的應(yīng)用已經(jīng)出現(xiàn)供 不應(yīng)求的嚴(yán)重矛盾［３］。因此，如何尋找其它填料來(lái)源，借以生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的輕質(zhì)建筑材料，成為輕質(zhì)建筑材 料急需解決的一個(gè)問(wèn)題。綜合這兩個(gè)問(wèn)題，研究利用固硫灰制備泡沫混凝土是非常有意義的。

固 硫 灰 中 含 有 硬 石 膏、未 分 解 的 石 灰 石、未參 與固硫的氧化鈣 及活性 Ａｌ２ Ｏ３ 和 ＳｉＯ２，組 成

［４－５］

 

ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳＯ３系統(tǒng)，具有自硬性，但強(qiáng)度發(fā)展緩慢、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)

 

。因此，研究了固硫灰泡沫混凝土基體

 

材料的性能，詳細(xì)討論了石灰、鋁酸鹽水泥等在不同養(yǎng)護(hù)方式下單摻、復(fù)摻對(duì)熟料－固硫灰凈漿強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí) 間及膨脹性能的影響，在此基礎(chǔ)上，利用最佳配比及養(yǎng)護(hù)方式制備出含固硫灰 ７０％、容重 ３９３ｋｇ／ｍ３、強(qiáng)度

２．１ ＭＰａ的泡沫混凝土。

１　實(shí)　驗(yàn)

１．１　原材料

硅酸 鹽 水 泥 熟 料：ＰⅠ ４２．５Ｒ，四 川 峨 勝 集 團(tuán)；鋁 酸 鹽 水 泥：

Ａｌ５０，貴州銀都耐火材料廠；固硫灰：四川省內(nèi)江市白馬電廠提供，

主要化學(xué)成分見(jiàn)表１，主要礦物組成的 Ｘ 射線衍射圖譜見(jiàn)圖１。

泡沫混凝土

　　生石灰：購(gòu)于四川省江油市，含８４．２％的活性 ＣａＯ，消化溫度 為９２ ℃，消化時(shí)間為４ｍｉｎ，屬于快速消解石灰。

１．２　方法

凈漿試塊制備：將原料按配比混合后?。埃担档乃冶?，采用２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍ 模成型凈漿試件，

然后在不同條件下養(yǎng)護(hù)至各齡期測(cè)試強(qiáng)度。

凈漿線性膨脹率試件的制備和測(cè)定：參照ＪＣ／Ｔ?。常保?mdash;８２（１９９６）《膨脹水泥膨脹率檢驗(yàn)方法》進(jìn)行。采用

２５ｍｍ×２５ｍｍ×２８０ｍｍ 模成型凈漿試件，取０．５５的水灰比，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中帶模養(yǎng)護(hù)４８ｈ拆模，用百分 表測(cè)定其初長(zhǎng) Ｌ０，然后在不同條件下養(yǎng)護(hù)，測(cè)定某一設(shè)定齡期的長(zhǎng)度 Ｌ１，自由膨脹率即為（Ｌ１ －Ｌ０）／２５０×

１００％。

養(yǎng)護(hù)方法：兩種養(yǎng)護(hù)方式，１）標(biāo)養(yǎng)－拆模后直接放入（２０±２）℃、濕度為９８％的標(biāo)養(yǎng)箱中養(yǎng)護(hù)至各齡期；

２）蒸養(yǎng)－拆模后放入蒸養(yǎng)箱６０ ℃蒸養(yǎng)１ｄ，然后放入（２０±２）℃、濕度為９８％的標(biāo)養(yǎng)箱中養(yǎng)護(hù)至各齡期。

凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間參照 ＧＢ／Ｔ?。保常矗?mdash;２０１１《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn) 方法》進(jìn)行測(cè)試。

２　結(jié)果與分析

２．１　石灰、鋁酸鹽水泥對(duì)基體凝結(jié)時(shí)間的影響

生石灰作為堿性激發(fā)劑能在一定摻量范圍內(nèi)提高基體的強(qiáng)度及耐久性。同時(shí)，也為漿體稠化、凝結(jié)、硬

化提供熱量。鋁酸鹽水泥屬于快硬體系，與普通硅酸鹽水泥熟料以及含硬石膏的固硫灰搭配使用時(shí)，體系的 凝結(jié)時(shí)間將發(fā)生改變。表２為石灰、鋁酸鹽水泥對(duì)基體凝結(jié)時(shí)間的影響。

從表２可知，固硫灰標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大，凝結(jié)緩慢，摻入３０％的硅酸鹽水泥熟料可使體系的凝結(jié)時(shí)間與 普通硅酸鹽水泥相當(dāng)，加入石灰和鋁酸鹽水泥可進(jìn)一步縮短體系的凝結(jié)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)表明，隨著石灰摻量的增

加，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量逐漸增加，基體凝結(jié)時(shí)間逐漸縮短。隨著石灰摻量的增加，放出的熱量增多，從而加速了 漿體的稠化和凝結(jié)。但是，過(guò)多地加入石灰會(huì)降低漿體的流動(dòng)性不利于泡沫的加入。鋁酸鹽水泥摻量對(duì)標(biāo)

 

準(zhǔn)稠度用水量及終凝時(shí)間影響不大，但初凝時(shí)間先縮短后增加。許多學(xué)者研究了鋁酸鹽水泥－硅酸鹽水泥－

石膏系統(tǒng)的性能，認(rèn)為其凝結(jié)和強(qiáng)度性能比硅酸鹽水泥與鋁酸鹽水泥的混合物有很大不同［６－７］。當(dāng)然，鋁酸 鹽水泥－硅酸鹽水泥熟料－固硫灰系統(tǒng)再加入石灰會(huì)使得體系更為復(fù)雜，表現(xiàn)出不同的性能，其水化硬化機(jī)理 有待進(jìn)一步研究。

泡沫混凝土

２．２　單摻石灰、鋁酸鹽水泥對(duì)基體強(qiáng)度的影響

基體的配制采用７０％ 的 固 硫 灰 和 ３０％ 的 水 泥 熟 料。 石 灰、鋁 酸 鹽 水 泥 分 別 單 摻 等 量 取 代 水 泥 熟 料

０％～１２％和０％～１０％，水灰比?。埃担?。采用蒸養(yǎng)，其摻量對(duì)基體強(qiáng)度的影響如圖２、圖３所示。

泡沫混凝土

１）單摻石灰對(duì)基體強(qiáng)度的影響　固硫灰水化自硬性主要來(lái)源于３個(gè)反應(yīng)過(guò)程：（１）游離氧化鈣消解生成 氫氧化鈣；（２）活性三氧化鋁與硬石膏和氫氧化鈣反應(yīng)形成鈣礬石；（３）活性二氧化硅與氫氧化鈣反應(yīng)生成水 化硅酸鈣［８］。可見(jiàn)，氫氧化鈣的量對(duì)固硫灰凝結(jié)、硬化以及強(qiáng)度的發(fā)展有重要的影響。然而，固硫灰中的氧 化鈣被硬石膏包裹溶解緩慢。因此，通過(guò)摻加生石灰可以改善水泥熟料、固硫灰體系的強(qiáng)度。

由圖２可知，隨著生石灰摻量的增加，基體３ｄ強(qiáng)度逐漸降低而２８ｄ、５６ｄ強(qiáng)度先增加后降低。當(dāng)生石 灰摻量為８％時(shí)，２８ｄ、５６ｄ強(qiáng)度均出現(xiàn)最大值３０．２８ ＭＰａ、３５．１２ ＭＰａ，分別比空白樣高８．２２％、１３．７８％。 由于生石灰是取代水泥摻入基體的，隨著石灰摻量的增加，水泥的量相應(yīng)減少導(dǎo)致３ｄ強(qiáng)度降低。固硫灰水 化緩慢，在后期氫氧化鈣逐漸被消耗，摻入的石灰為后續(xù)反應(yīng)提供了鈣源，保持了系統(tǒng)的堿度，使得水化硅酸 鈣以纖維狀結(jié)構(gòu)存在［９］，可見(jiàn)石灰的摻入有助于固硫灰制品的耐久性，但隨著生石灰量繼續(xù)增加，體系中過(guò)

 

剩的 Ｃａ２＋ 和 ＯＨ－ 在蒸養(yǎng)過(guò)程中結(jié)晶形成 Ｃａ（ＯＨ）２使體積膨脹，系統(tǒng)內(nèi)部因出現(xiàn)微裂紋而使強(qiáng)度降低 由圖２可知石灰的最佳摻量為６％～１０％。

 

［１０］。

 

２）單摻鋁酸鹽水泥對(duì)基體強(qiáng)度的影響　循環(huán)流化床固硫灰復(fù)合膠凝材料的水化誘導(dǎo)期較長(zhǎng)，水化放熱

速率明顯變小，水化熱較低，凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)［１１－１３］。因此，為加速固硫灰泡沫混凝土的凝結(jié)硬化，在基體中摻入一

定量的鋁酸鹽水泥。由圖３可知，隨著鋁酸鹽水泥摻量的增加，基體３ｄ強(qiáng)度逐漸降低，２８ｄ、５６ｄ強(qiáng)度呈減 小趨勢(shì)。但當(dāng)摻量為 ２％ 時(shí)，３ｄ強(qiáng)度比空白樣降低了 ２．４９％，而 ２８ｄ、５６ｄ強(qiáng)度分別比空白 樣 高 ３．９％、

 

１０．５６％，當(dāng)摻量為１０％時(shí)，３ｄ、２８ｄ、５６ｄ強(qiáng)度分別降低了２５．５１％、２３．４４％和２２．２５％。實(shí)驗(yàn)表明，摻入少 量的鋁酸鹽水泥強(qiáng)度略有增長(zhǎng)，若繼續(xù)增大摻量強(qiáng)度明顯下降。但隨齡期增長(zhǎng)強(qiáng)度下降幅度減小，其最佳摻

量為０％～２％。

２．３　石灰、鋁酸鹽水泥復(fù)摻對(duì)基體強(qiáng)度的影響

由２．２得出石灰、鋁酸鹽水泥在一定的摻量范圍內(nèi)都有利于基體強(qiáng)度的發(fā)展，將兩者復(fù)合化基體強(qiáng)度怎 樣發(fā)展，各自最佳摻量是否發(fā)生變化？許多文獻(xiàn)報(bào)道：鋁酸鹽水泥不應(yīng)任意與石灰或水化后有氫氧化鈣形成

的膠凝材料混合使用，否則會(huì)發(fā)生凝結(jié)不正常和強(qiáng)度下降，此外，鋁酸鹽水泥的水化過(guò)程及產(chǎn)物與溫度的關(guān)

系極大［１４］。故分別在鋁酸鹽水泥、石灰最佳摻量下研究石灰、鋁酸鹽水泥在標(biāo)養(yǎng)及蒸養(yǎng)（６０ ℃蒸養(yǎng)１ｄ）下 對(duì)基體強(qiáng)度的發(fā)展。

由圖４可知，標(biāo)養(yǎng)時(shí)基體強(qiáng)度發(fā)展緩慢，１ｄ、３ｄ、７ｄ強(qiáng)度最高分別為１．１５ ＭＰａ、２．８２ ＭＰａ、５．１５ ＭＰａ， 而２８ｄ、５６ｄ強(qiáng)度最高僅為２１．３８ ＭＰａ、２７．９８ ＭＰａ。顯然，這樣的基體配制泡沫混凝土，其強(qiáng)度發(fā)展尤為緩 慢，不僅不能及時(shí)脫模而且制品在搬運(yùn)過(guò)程中易損壞。圖５是試塊脫模后，６０ ℃蒸養(yǎng)１ｄ，然后放入標(biāo)養(yǎng)箱 中養(yǎng)護(hù)至各齡期測(cè)得的強(qiáng)度。采用蒸氣養(yǎng)護(hù)不僅可提高反應(yīng)物的活性，加速膠凝材料的水化而且可使得產(chǎn) 物的膨脹能提前釋放，提高制品的后期耐久性。從圖５可知，采用蒸氣養(yǎng)護(hù)，試塊早期強(qiáng)度發(fā)展較快，３ｄ、

７ｄ強(qiáng)度最高 分 別 為 ２３．９８ ＭＰａ、２５．５４ ＭＰａ，比 同 齡 期 標(biāo) 養(yǎng) 增 加 了 ２１．１６ ＭＰａ、２０．３９ ＭＰａ；２８ｄ 強(qiáng) 度

３０．４８ ＭＰａ比標(biāo)養(yǎng)５６ｄ強(qiáng)度還高２．５ ＭＰａ。可見(jiàn)，蒸氣養(yǎng)護(hù)可加速制 品 強(qiáng) 度 的 發(fā) 展，３ｄ強(qiáng) 度 相 當(dāng) 于 標(biāo) 養(yǎng)

２８ｄ，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，但并未出現(xiàn)強(qiáng)度倒縮。

泡沫混凝土

標(biāo)養(yǎng)時(shí)，石灰、鋁酸鹽水泥復(fù)摻對(duì)基體早期強(qiáng)度（１ｄ、３ｄ、７ｄ）影響不大，但后期強(qiáng)度（２８ｄ以后）隨石灰 摻量增加先增加后降低，峰值出現(xiàn)在２％，隨著齡期的增長(zhǎng)石灰摻量對(duì)基體強(qiáng)度的影響變小。相反，隨著齡 期的增長(zhǎng)鋁酸鹽水泥對(duì)基體強(qiáng)度的影響增大且隨著摻量的增加基體強(qiáng)度逐漸降低。蒸養(yǎng)時(shí)，基體強(qiáng)度隨著 石灰、鋁酸鹽水泥摻量的增加而降低。但石灰對(duì)基體強(qiáng)度的影響低于鋁酸鹽水泥，且隨著齡期的增長(zhǎng)影響逐 漸減小，這個(gè)規(guī)律與標(biāo)養(yǎng)是一致的。固硫灰中的含硫礦物幾乎都以Ⅱ－ＣａＳＯ４形式存在，經(jīng)過(guò)８５０～９００ ℃的 煅燒，具有自己獨(dú)特的溶解特性［１５］。鋁酸鹽水泥的加入為體系提供了鋁源，早期鈣礬石量增加，后期隨著硬 石膏的溶解，延遲鈣礬石和二水石膏生成，破壞已經(jīng)形成的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致強(qiáng)度降低［１６－１７］。

將２．３的圖５（ａ）、圖５（ｂ）與２．２的圖２、圖３相比較可得出：石灰與鋁酸鹽水泥復(fù)摻不利于基體強(qiáng)度的 發(fā)展，且隨著石灰、鋁酸鹽水泥摻量增加基體強(qiáng)度逐漸降低。由表２可知，石灰與鋁酸鹽水泥復(fù)合化可使體

系的初凝時(shí)間縮短８．６％～２６．７％。由以上實(shí)驗(yàn)研究綜合可得：在固硫灰摻量較大（５０％以上）需調(diào)整漿體

凝結(jié)時(shí)間時(shí)，可摻入２％的鋁酸鹽水泥或８％的石灰來(lái)調(diào)整漿體的性能。

２．４　石灰、鋁酸鹽水泥對(duì)基體膨脹的影響

分別采用表２中 Ａ１～Ａ４組和 Ａ３、Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５組的配比，研究了石灰、鋁酸鹽水泥在標(biāo)養(yǎng)和蒸養(yǎng)下對(duì)基

體膨脹率的影響。由圖６可知，基體在標(biāo)養(yǎng)下具有前期膨脹迅速，后期膨脹減緩的趨勢(shì)；膨脹隨石灰摻量的 增加而增大，拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間推遲；隨著鋁酸鹽水泥摻量的增加前期膨脹增大，拐點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間提前，后期膨脹

Ｂ３＞Ｂ５＞Ｂ１＞Ａ３。由圖７可知，在蒸養(yǎng)下基體膨脹隨石灰、鋁酸鹽水泥摻量增加而增大，隨齡期增加基體 膨脹變化不明顯，均在７ｄ時(shí)出現(xiàn)膨脹最小值。對(duì)比兩圖可知：蒸養(yǎng)可使基體膨脹提前釋放且膨脹率遠(yuǎn)低于

標(biāo)養(yǎng)（蒸養(yǎng)膨脹值約為標(biāo)養(yǎng)的２０％）。

泡沫混凝土

眾所周知，３份 ＳＯ３需要２．１份ｆ－ＣａＯ、０．５份 Ａｌ２Ｏ３水化生成１份鈣礬石。此外，活性 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３也需 要一定量的ｆ－ＣａＯ 與之反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水 化 鋁 酸 鈣。由于所用固硫灰中ｆ－ＣａＯ 含 量 小 于 ２％ 且 被 ＣａＳＯ４Ⅱ包裹，故外摻生石灰補(bǔ)充ｆ－ＣａＯ 促進(jìn)鈣礬石生成，增加了基體膨脹。但氧化鈣的加入對(duì)硬石膏的溶

 

解有 不 利 影 響，致 使 拐 點(diǎn) 延 遲［６］；固 硫 灰 中 活 性 Ａｌ Ｏ

 

含 量 較 少，外 摻 鋁 酸 鹽 水 泥 提 供 了 鋁 源，

 

２   ３

ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳＯ３系統(tǒng)迅速反應(yīng)生成大量鈣礬石導(dǎo)致拐點(diǎn)提前。但過(guò)多地加入鋁酸鹽水泥使 Ｓ／Ａ 比降低，部 分鈣礬石轉(zhuǎn)變成單硫型硫鋁酸鈣使得后期膨脹 Ｂ５＜Ｂ３［７］。蒸氣養(yǎng)護(hù)可使基體在較短時(shí)間內(nèi)獲得較高的強(qiáng) 度，而膨脹與強(qiáng)度是相互制約的，強(qiáng)度越高膨脹所需的能量就越大，外在表現(xiàn)出的膨脹值越小［１８］。泡沫混凝土設(shè)備

２．５　養(yǎng)護(hù)制度對(duì)基體強(qiáng)度及膨脹的影響

 

　通過(guò)前面的實(shí)驗(yàn)得出基體 的最 佳 配 比 為 Ｂ１ 組，石 灰 取

代水 泥 熟 料 ８％，鋁 酸 鹽 水 泥 取代總量的 ２％。標(biāo)養(yǎng)不利于基體強(qiáng)度的發(fā)展同時(shí)也不利于 泡沫混凝土的生產(chǎn)，故研究蒸養(yǎng)下不同養(yǎng)護(hù)溫度與時(shí)間對(duì)基體 Ｂ１組強(qiáng)度及膨脹的影響。

由表３可知：基體強(qiáng)度隨蒸氣養(yǎng)護(hù)溫度升高而增加，隨蒸氣養(yǎng)護(hù)時(shí)間增長(zhǎng)而增加同時(shí)隨齡期增加強(qiáng)度升 高。其中蒸氣養(yǎng)護(hù)的基體強(qiáng)度高于蒸壓養(yǎng)護(hù)，且３ｄ與２８ｄ的強(qiáng)度增長(zhǎng)率約為蒸壓的２倍，這可能是因?yàn)檎?/div>