氟化鈣、硫酸鎂廢泥在墻材中應(yīng)用技術(shù)研究

何 易 （上海市建筑建材業(yè)市場(chǎng)管理總站， 上海 200032）

近年來，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，與此同時(shí)，也產(chǎn)生了突出的環(huán)境問題。太陽(yáng)能電池生產(chǎn)過程中大量使用了氫氟酸，從而產(chǎn)生高濃度含氟廢水。這種廢水目前一般投加鈣鹽處理，使氟離子與鈣離子生成氟化鈣沉淀，產(chǎn)生了大量氟化鈣廢泥[1-3]。若存放或處置不當(dāng)，氟化鈣廢泥會(huì)造成環(huán)境污染。

燃煤發(fā)電是我國(guó)主要的發(fā)電方式，燃煤電廠發(fā)電會(huì)產(chǎn)生大量的 SO2和煙塵等大氣污染物，為了控制排放 SO2，煙氣脫硫技術(shù)被廣泛應(yīng)用。濕法煙氣脫硫技術(shù)是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硫技術(shù)，主要有鈣法、鎂法、氨法和海水法等[4]。大型燃煤電廠往往采用鈣法煙氣脫硫技術(shù)，而中小型燃煤電廠多采用鎂法煙氣脫硫技術(shù)。硫酸鎂廢泥就是燃煤電廠鎂法煙氣脫硫產(chǎn)生的廢棄物[5]。

為了避免氟化鈣廢泥和硫酸鎂廢泥產(chǎn)生的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)其資源化利用，將其用于墻板和磚中，取代集料或摻合料，開展氟化鈣廢泥和硫酸鎂廢泥的基本性質(zhì)研究。研究范圍包括化學(xué)組成、相對(duì)含水率和物相組成，及其在墻材中的應(yīng)用技術(shù)。

1 原材料和試驗(yàn)方法

水泥由蘇州某新材料科技有限公司提供，水泥性能符合 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》要求。粉煤灰采用某電廠的粉煤灰，由蘇州某新材料科技有限公司提供。硫酸鎂廢泥由蘇州某新材料科技有限公司提供，相對(duì)含水率為 62.2%。根據(jù) GB/T 176—2017《水泥化學(xué)分析方法》測(cè)試，硫酸鎂泥的燒失量為 26.20%。氟化鈣廢泥由蘇州某新材料科技有限公司提供，相對(duì)含水率為 51.1%，燒失量為11.81%。粉煤灰渣由蘇州某新材料科技有限公司提供。硫酸鎂廢泥的主要物相組成為 α-石英、菱鎂礦（主要成分為MgCO3）和半水石膏。氟化鈣廢泥的主要物相組成為螢石（CaF2）、SiO2和方解石。石屑采用國(guó)燁再生細(xì)集料，其細(xì)度模數(shù)為 3.0，將其中＞4.75 mm 的顆粒篩除。

集料試驗(yàn)按 GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》里的方法進(jìn)行。粉煤灰試驗(yàn)方法按 GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》進(jìn)行。水泥試驗(yàn)方法按 GB/T 1346—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。

2 氟化鈣、硫酸鎂廢泥在輕質(zhì)墻材中的應(yīng)用研究

2.1 輕質(zhì)墻板的成型方式研究

在輕質(zhì)墻板的生產(chǎn)工藝中，板坯的成型主要有 2 種方式。一種是振動(dòng)成型，另一種是壓制成型。本文分別對(duì)這2 種成型方式進(jìn)行研究。輕質(zhì)墻板的壓制成型模擬試驗(yàn)所用的工具為內(nèi)徑 50 mm 的鋼制套筒和底蓋。具體方法是稱量所需物料放入套筒，以 1～2 kN/s 的速度對(duì)其進(jìn)行加壓，壓力恒定后保持 15 s，再以 1～2 kN/s 的速度減壓，最后利用脫模機(jī)將直徑為 50 mm、高 50 mm 的圓柱試塊頂出，壓制成型的圓柱試塊。采用膠砂試驗(yàn)的方法模擬輕質(zhì)墻板的振動(dòng)成型。

輕質(zhì)墻板的配合比原材料包括水泥和粉煤灰渣，水泥占干物料重量的比例分別為 8%、12% 和 15%。膠砂試驗(yàn)配合比如表 1 所示，采用振動(dòng)成型的方式，膠砂試件 7 d 和 28 d 抗折和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表 2 所示。結(jié)果表明，隨著水泥摻量增大，由于水化產(chǎn)物增多，試件強(qiáng)度升高。配比 a-1和 a-2 的保水性較差，在振動(dòng)時(shí)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。

表1 膠砂試驗(yàn)配合比

表2 膠砂抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度 單位：MPa

壓制成型試驗(yàn)配合比如表 3 所示，成型壓力為 10 kN（5 MPa）。

表3 壓制成型試驗(yàn)配合比

通過對(duì)比這兩種成型方式可知，在干物料配比相同的情況下，振動(dòng)成型試塊的水與干物料的比值更大，即需水量更大。其主要原因是振動(dòng)成型對(duì)拌合物的流動(dòng)性要求更高，因此需水量更大，然而由于拌合物的保水性較差，在振動(dòng)時(shí)出現(xiàn)了泌水現(xiàn)象，因此試塊采用壓制成型的方式更為合適。

2.2 硫酸鎂廢泥摻量對(duì)磚基本力學(xué)性能的影響

磚配合比的原材料組成為水泥和石屑，水泥占干物料重量的比例為 15%。采用硫酸鎂泥取代石屑，研究干泥取代率對(duì)試塊抗壓強(qiáng)度的影響。試塊采用壓制成型的方式，成型壓力為 10 kN（5 MPa），硫酸鎂泥以濕泥的方式摻入，配合比如表 4 所示。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀察，配比 h-3 和 h-4 的物料在攪拌后黏度較大，配比 h-3 的物料在攪拌后更是黏附在攪拌葉上。隨著硫酸鎂干泥取代率的提高，單位體積拌合物中的總水量不斷增大。

表4 硫酸鎂廢泥取代石屑試驗(yàn)配合比

硫酸鎂干泥取代率對(duì)壓制成型試塊抗壓強(qiáng)度的影響如圖1 所示。由圖 1 可知，隨著硫酸鎂干泥取代率的提高，試塊的 28 d 抗壓強(qiáng)度先增大后減小，當(dāng)取代率為 5% 時(shí)，試塊的 28 d 抗壓強(qiáng)度最大，為 12.9 MPa。

圖1 硫酸鎂干泥取代率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

2.3 硫酸鎂廢泥摻量對(duì)墻板基本力學(xué)性能的影響

墻板配合比的原材料組成為水泥、粉煤灰渣和石屑，水泥占干物料重量的比例為 22%，粉煤灰渣占干物料重量的比例為 70%，石屑占干物料重量的比例為 8%。利用硫酸鎂泥取代不同摻量的粉煤灰渣，研究干泥取代率對(duì)試塊抗壓強(qiáng)度的影響。采用膠砂試驗(yàn)的方法，硫酸鎂泥以濕泥的方式摻入，結(jié)果顯示，隨著硫酸鎂干泥取代率的提高，拌合物中的總用水量不斷增大。

硫酸鎂干泥取代率對(duì)膠砂試塊抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響如表 5 所示。由表 5 可知，隨著硫酸鎂干泥取代率的提高，試塊的 28 d 抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度先增大后減小，當(dāng)取代率為 20% 時(shí)，試塊的 28 d 抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度最大，分別為 10.4 MPa 和 2.9 MPa。

表5 硫酸鎂泥膠砂抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度 單位：MPa

2.4 硫酸鎂廢泥摻量對(duì)輕質(zhì)墻板基本力學(xué)性能的影響

輕質(zhì)墻板的原材料組成為水泥、粉煤灰渣和粉煤灰。水泥占干物料重量的比例為 12%，粉煤灰渣占干物料重量的比例為 52.8%，粉煤灰占干物料重量的比例為 35.2%。采用硫酸鎂干泥取代粉煤灰，研究干泥取代率對(duì)試塊抗壓強(qiáng)度的影響。試塊采用壓制成型的方式，成型壓力為 20 kN（10 MPa），硫酸鎂泥以干泥的方式摻入，結(jié)果顯示隨著硫酸鎂干泥取代率的提高，單位體積拌合物的用水量緩慢增大。

硫酸鎂干泥取代率對(duì)壓制成型試塊抗壓強(qiáng)度的影響如圖 2 所示。由圖 2 可知，隨著硫酸鎂干泥取代率的提高，試塊的 7 d 抗壓強(qiáng)度整體上先增大后減小，當(dāng)取代率為 20%時(shí)，試塊的 7 d 抗壓強(qiáng)度最大，為 5.4 MPa。

圖2 硫酸鎂干泥取代率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

2.5 氟化鈣廢泥摻量對(duì)磚基本力學(xué)性能的影響

磚配合比的原材料組成為水泥和石屑，水泥占干物料重量的比例為 15%。采用氟化鈣泥取代石屑，研究干泥取代率對(duì)試塊抗壓強(qiáng)度的影響。試塊采用壓制成型的方式，成型壓力為 10 kN（5 MPa），氟化鈣泥以濕泥的方式摻入。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀察，物料在攪拌后成為泥團(tuán)。隨著氟化鈣干泥取代率的提高，單位體積拌合物的總水量逐漸增大。

氟化鈣干泥取代率對(duì)壓制成型試塊抗壓強(qiáng)度的影響如圖3 所示。由圖 3 可知，隨著氟化鈣干泥取代率的提高，試塊的 28 d 抗壓強(qiáng)度先增大后減小，當(dāng)取代率為 15% 時(shí)，試塊的 28 d 抗壓強(qiáng)度最大，為 14.5 MPa。

圖3 氟化鈣干泥取代率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

2.6 氟化鈣廢泥摻量對(duì)墻板基本力學(xué)性能的影響

墻板配合比的原材料組成為水泥、粉煤灰渣和石屑，水泥占干物料重量的比例為 22%，粉煤灰渣占干物料重量的比例為 70%，石屑占干物料重量的比例為 8%。利用氟化鈣泥取代粉煤灰渣，研究干泥取代率對(duì)試塊抗壓強(qiáng)度的影響。采用膠砂試驗(yàn)的方法，氟化鈣泥以濕泥的方式摻入，結(jié)果顯示，隨著氟化鈣干泥取代率的提高，拌合物中總水量變化不大。

氟化鈣干泥取代率對(duì)膠砂試塊抗壓強(qiáng)度的影響如圖 4 所示。由圖 4 可知，隨著氟化鈣干泥取代率的提高，試塊的 7 d 抗壓強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)取代率為 30% 時(shí)，試塊的 28 d 抗壓強(qiáng)度最大，為 9.8 MPa。

圖4 氟化鈣干泥取代率對(duì)膠砂抗壓強(qiáng)度的影響

3 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)氟化鈣廢泥和硫酸鎂廢泥的基本性質(zhì)及其在墻材中應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究，階段成果如下。

（1）輕質(zhì)墻板的成型方式研究表明，與壓制成型方式相比，振動(dòng)成型對(duì)拌合物的流動(dòng)性要求更高，因此需水量更大，然而由于拌合物的保水性較差，在振動(dòng)時(shí)易出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，因此壓制成型的方式更為合適。

（2）硫酸鎂廢泥用于墻材的研究結(jié)果表明，硫酸鎂廢泥的摻量會(huì)影響磚、墻板和輕質(zhì)墻板的抗壓強(qiáng)度。硫酸鎂廢泥在磚中取代石屑的最佳干泥取代率為 5%，28 d 抗壓強(qiáng)度最大，為 12.9 MPa。在墻板中取代粉煤灰渣的干泥最佳取代率為 20%，試塊的 28 d 抗壓強(qiáng)度最大，為 10.4 MPa。

（3）氟化鈣廢泥用于墻材的研究結(jié)果表明，氟化鈣廢泥的摻量會(huì)影響磚和墻板的抗壓強(qiáng)度。硫酸鎂廢泥在磚中取代石屑的最佳干泥取代率為 15%，在墻板中取代粉煤灰渣的干泥取代率不宜超過 30%。當(dāng)取代率為 30% 時(shí)，試塊的28 d 抗壓強(qiáng)度最大，為 9.8 MPa。