礦渣－脫硫灰渣膠凝材料的性能研究

朱華峰

（江蘇廣亞高新材料有限公司，江蘇 常州 213000）

礦渣－脫硫灰渣膠凝材料的研究成為關注焦點和研究引進技術，要重點探討礦渣－脫硫灰渣膠凝材料的性能，以此替代傳統水泥，有效降低充填成本，提高膠凝充填企業的綜合效益。

1 脫硫灰渣的氧化改性實驗分析

1） 測定脫硫灰渣中亞硫酸鈣的含量。主要采用碘量法測定硫酸鈣的含量，在密閉酸溶液環境中添加碘液和亞硫酸鈣發生反應，以淀粉為指示劑、標準Na2S2O3溶液滴定過量碘溶液，測試獲得脫硫灰渣中亞硫酸鈣的含量為37.28%。

2） 催化改性實驗。在低溫條件下進行脫硫灰渣的氧化改性實驗，選取CHJ-1、CHJ－2 兩種適宜摻量的催化劑，添加少量的水，將其置于干燥箱中，溫度為120℃，氧化改性時間設定為12 小時，之后冷卻再以碘量法測定脫硫灰渣中的CaSO3含量。分析可知，在不添加催化劑的120℃環境下，脫硫灰渣中亞硫酸鈣的轉化率為2.84%；CHJ-1 催化劑的摻量為2%時，脫硫灰渣中亞硫酸鈣的轉化率為48.3%；CHJ-2催化劑摻量為2%時，脫硫灰渣中亞硫酸鈣的轉化率為26.61%，對比可知，CHJ-1 具有比CHJ-2 更優的亞硫酸鈣轉化效果。同時，在溫度保持一定的條件下，當氧化時間和催化劑摻量增加時，亞硫酸鈣的含量逐漸減少；當溫度低于100℃時，催化劑摻量為0.5%-1.5%時，亞硫酸鈣的轉化率并無太大變化；摻量超出1.5%時則表現出明顯的轉化率提升效果，當摻量為2%、溫度80℃時，亞硫酸鈣的含量減少較慢；而當同樣摻量下溫度提升至120℃時，亞硫酸鈣的轉化率提升明顯[1]。

2 礦渣-脫硫灰渣膠凝材料配合比的正交實驗分析

1） 正交試驗方案。選取增強劑、石膏、改性脫硫灰渣、礦渣等膠凝材料，分別用A、B、C、D 表示，并選用萘系高效減水劑作為外加劑，設計三因素三水平正交試驗，試驗可知膠凝充填材料的擴展度、濃縮率、抗壓強度，再運用JMP統計分析軟件進行擬合分析，獲取極差分析結果，制作各因素對膠凝充填材料各指標的影響曲線，分析各因素對試驗的影響。

2） 各因素對膠凝充填材料的影響分析。①原材料對膠凝充填材料流動性的影響。當增強劑摻量增加時，充填漿體內部顆粒間的縫隙變小，有效降低充填漿體的孔隙率，提高充填漿體的流動性；當增強劑摻量大于10%時，充填漿體的擴展度下降，粘度增大，流動性呈直線下降趨勢；②原材料對膠凝充填材料濃縮率的影響。因增強劑遇水會發生水化反應，生成三硫型水化硫鋁酸鈣、單硫型水化硫鋁酸鈣、硅酸鈣C-S-H 凝膠，因此當增強劑、石膏摻量增加時，充填材料的濃縮率相應減小。通過極差分析可知，膠凝充填材料的濃縮率最佳配比為A3B2C1，各因素對膠凝充填材料的濃縮率影響程度由高到低依次為：增強劑、石膏、改性脫硫灰渣；③原材料對膠凝充填材料3d 抗壓強度的影響。由于增強劑自身具有良好的膠凝性能，能夠在堿性環境下產生較大的活性，其水化生成的氫氧化鈣能夠增加漿體的堿度，生成水化硅酸鈣凝膠和水化鋁酸鈣，但要注意不可摻加過量的增強劑，避免水化反應無法充分進行而降低充填材料強度的問題，通常來說，增強劑的最佳摻量為10%，當增強劑摻量增加時，膠凝充填材料強度先增加再隨摻量繼續增加而逐步降低的趨勢。同時，當石膏摻量增加時，膠凝充填材料的3d抗壓強度呈現出先增加后減小的規律，主要是由于當石膏摻量較小時，充填材料強度會逐漸增長，而當石膏摻量超過12%時，膠凝材料的凝結時間延長而抑制水化產物的生成，導致充填材料強度下降。另外，當脫硫灰渣摻量增加時，膠凝充填材料的3d 強度也呈現先增加后降低的趨勢。這主要是由于脫硫灰渣能夠與石膏共同激發礦渣的活性，而當脫硫灰渣超過合理摻量時，脫硫灰渣中的亞硫酸鈣、氫氧化鈣會降低膠凝充填材料的強度。綜上可知，膠凝充填材料3d 抗壓強度的最佳組合為A2B2C2；④原材料對膠凝充填材料7d 抗壓強度的影響。當增強劑摻量增加時，膠凝充填材料的7d抗壓強度相應提高。當石膏摻量增加時，膠凝充填材料的7d抗壓強度呈先增加后降低的趨勢。當脫硫灰渣摻量增加時，膠凝充填材料的7d 抗壓強度呈先增加后降低的規律，分析可知，膠凝充填材料7d 抗壓強度的最佳組合為A3B2C2。

3） 確定最優配比?？紤]到各因素對膠凝充填材料流動性、沉縮率、強度的顯著影響，要進行最優配比的合理確定，分析可知配比應當為A3B2C2，不同原材料的配比分別為：增強劑12%、石膏12%、改性脫硫灰渣15%、礦渣61%、外摻萘系高效減水劑1.5%。在該配比條件下，膠凝充填材料的沉縮率為1.413%，流動性為152mm，7d 抗壓強度為1.28MPa，28d 抗壓強度為2.84MPa[2]。

3 結語

綜上所述，結合脫硫灰渣的特性進行低溫條件下的氧化改性試驗，獲取膠凝充填材料的抗壓強度、流動性、沉縮率，分析石膏、增強劑、脫硫灰渣等原材料對膠凝充填材料的影響，確定膠凝充填材料的最佳配比，確保礦渣－脫硫灰渣膠凝材料滿足充填要求。