脫硫石膏在混凝土中的應(yīng)用探討

郝維維，王洪剛，吳守民

（勝利油田營海實業(yè)集團有限公司，山東 東營 257087）

脫硫石膏在混凝土中的應(yīng)用探討

郝維維，王洪剛，吳守民

（勝利油田營海實業(yè)集團有限公司，山東 東營 257087）

本文探討脫硫石膏在混凝土中應(yīng)用的可行性，開發(fā)脫硫石膏的使用途徑，研究脫硫石膏在混凝土中的作用機理。試驗表明：適量脫硫石膏直接摻入混凝土，能夠減少混凝土的坍損，增強混凝土的力學性能，有助于改善混凝土的耐久性。因此，脫硫石膏以適當比例直接用于混凝土中是可行的，可以提高混凝土品質(zhì)，節(jié)約資源，保護環(huán)境。

脫硫石膏；坍損；強度；耐久性

0　引言

脫硫石膏是電廠煙氣濕法脫硫的副產(chǎn)品，其成分與天然石膏基本相同，純度和細度更高。前期在我廠的生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，作為調(diào)凝劑是水泥生產(chǎn)的主要輔料之一，在水泥中摻入 3%～4% 的脫硫石膏，能有效調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間、增強水泥的強度，利用脫硫石膏生產(chǎn)石膏砌塊，粉刷石膏和紙面石膏板，效果也比較好。 2015 年，隨著水泥產(chǎn)能的下降，水泥調(diào)凝劑用量下降，石膏板生產(chǎn)量也逐漸下降，而發(fā)電廠煙氣脫硫的量沒有下降，也就是脫硫石膏的資源利用需要尋求新的使用途徑。基于混凝土中的膠凝材料只有水泥中摻加了調(diào)凝劑脫硫石膏，而超細粒化高爐礦渣粉在磨制時沒有摻加脫硫石膏，為了有效的調(diào)節(jié)礦粉中鈣鋁黃長石（C2AS）和硅酸二鈣（C2S）的水化速度，減少混凝土的坍落度損失，我們以此為理論基礎(chǔ)，進行驗證。

1　試驗原材料及試驗方法

1.1原材料及配合比

（1）水泥：P·O42.5級的普通硅酸鹽水泥，3 天強度26.4MPa，28 天強度 53.3MPa；

（2）粉煤灰：電廠的Ⅱ級粉煤灰，燒失量 6.5%，45μm篩余 19%，活性指數(shù) 0.78；

（3）減水劑：聚羧酸減水劑，減水率 22%；

（4）礦粉：使用未摻加石膏的 S95 級礦粉，比表面積為480m2/kg，28 天活性指數(shù) 102%；

（5）骨料：砂為機制砂，細度模數(shù)為 3.2，亞甲藍值為0.8，石粉含量 5.0%；石為混合石，5～16mm 和16～31.5mm按 1:1 搭配的石子；

（6）脫硫石膏：不同溫度烘干后的濕粉脫硫石膏，因其SO3含量在 40%，摻加 1.5%～2.5% 可控制總膠材 SO3含量增加 0.6%～1.0%。

1.1.1試驗一：用常溫晾干的脫硫石膏制備混凝土（表 1）

表1　常溫晾干脫硫石膏配制混凝土及其性能

試驗結(jié)論：（1）從狀態(tài)上看，摻加常溫晾干的脫硫石膏其保持水灰比不變，配比一致，代替量為總膠材的 1.5% 和2.5% 后，其流動度比不摻加脫硫石膏的流動度大。（2）從強度分析，摻加脫硫石膏后 7d 強度持平或略有上升，28d 有上升明顯，能夠提高 3～7MPa，摻加脫硫石膏為總膠材含量的 2% 時強度激發(fā)效果最好。

1.1.2試驗二：用90℃烘干脫硫石膏制備混凝土（表 2）

表2　90℃烘干脫硫石膏配制混凝土及其性能

試驗結(jié)論：（1）從狀態(tài)上看，摻加 90℃烘干的脫硫石膏同試驗一方案一致，其坍落度變化不明顯。（2）從強度分析，摻加脫硫石膏后 7d 強度和 28d 的趨勢也不明顯。

1.1.3試驗三：用180℃烘干脫硫石膏制備混凝土（表 3）

表3　180℃烘干脫硫石膏配制混凝土及其性能

表4　濕粉脫硫石膏配制混凝土及其性能

試驗結(jié)論：（1）從狀態(tài)上看，摻加 180℃烘干的脫硫石膏同試驗一方案一致，其坍落度有降低的趨勢。（2）從強度分析，摻加脫硫石膏 1.5% 的強度后 7d 強度和 28d 的趨勢也不明顯，摻加 2% 后 7d 強度下降，28d 強度有上升的趨勢。（注：B 組使用統(tǒng)一更換的另一批次水泥，在做分析時與 A組對比）

1.1.4試驗四：用濕粉脫硫石膏制備混凝土（表 4）

試驗結(jié)論：（1）從狀態(tài)上看，摻加濕粉脫硫石膏后，其坍落度有增加的趨勢，整個流動度增加；凝結(jié)時間變化不大。（2）從強度分析，摻加總膠材量 2%～3% 的脫硫石膏后7 天強度能夠持平略有上升，28 天的強度上升趨勢明顯，提高2～4MPa。

從數(shù)據(jù)分析，各種脫硫石膏的效果中不經(jīng)烘干摻量在2%～3% 的效果最好。為此，考慮把在礦粉磨摻加脫硫石膏改為在混凝土生產(chǎn)上料時增加計量稱來進行摻加。

2　試驗結(jié)果探討

狀態(tài)分析：摻加脫硫石膏后，其流動度比未加脫硫石膏的要好，平均坍落度提高 20～30mm，凝結(jié)時間基本不變（見圖 1、2）。

圖1　未加脫硫石

圖2　摻加脫硫石膏

強度分析：從直接摻加脫硫石膏的混凝土強度來看，28d普遍能提高 2～4MPa，這是因為脫硫石膏顆粒細，粒徑一般在 30～60μm，溶解性較好，有利于其迅速參與反應(yīng)，與礦粉和水泥顆粒充分接觸，激發(fā)其活性，增加水化反應(yīng)，促進混凝土強度的發(fā)展。

3　脫硫石膏在混凝土中的作用機理探討

脫硫石膏的加入，使得堿激發(fā)和硫酸鹽激發(fā)并存，促進水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣的形成，生成鈣釩石，這些水化產(chǎn)物填充于孔隙中，增加混凝土結(jié)構(gòu)的密實性，優(yōu)化了孔隙結(jié)構(gòu)，利于強度發(fā)展，并提高混凝土的耐久性。

4　結(jié)論

（1）脫硫石膏直接摻加在混凝土中比烘干后摻加效果明顯，摻加膠凝材料量的 2%～3%，達到膠凝材料體系中 SO3含量在 2.0%～2.5% 效果最好，使 28 天強度能夠穩(wěn)定提高2～4MPa。

（2）脫硫石膏的加入，使堿激發(fā)和硫酸鹽激發(fā)并存，促進了水泥和摻合料的水化，提高混凝土的強度、密實性、耐久性。

（3）脫硫石膏在混凝土中適量的摻加是脫硫石膏綜合利用的一個途徑，能夠節(jié)約資源，保護環(huán)境。

[1] 施惠生，蔡勇．脫硫石膏對礦渣水泥性能的影響[J]．水泥技術(shù)，2006,(1): 26-30．

[2] 郭曉璐，施惠生、劉紅巖．脫硫石膏的熱處理及其對礦渣水泥若干性能的影響[J]．水泥，2007,(4): 26-30．

[3] 沈威，黃文熙，閔盤龍著．水泥工藝學[M]．武漢：武漢工業(yè)大學，1997,7．

［通訊地址］山東省東營市東營區(qū)西四路 958#（257000）

郝維維（1976—），女，中心實驗室副主任。