蒸壓養(yǎng)護(hù)對(duì)燃煤固硫灰渣水化與制品體積穩(wěn)定性的影響.pdf

1、循環(huán)流化床燃煤技術(shù)其將燃燒和固硫兩個(gè)過(guò)程合二為一,是一種先進(jìn)的清潔燃煤技術(shù),但因循環(huán)流化床燃煤副產(chǎn)物即循環(huán)流化床燃煤固硫灰渣(以下簡(jiǎn)稱固硫灰渣)中含有的固硫產(chǎn)物無(wú)水石膏和游離氧化鈣會(huì)產(chǎn)生明顯的體積膨脹等原因,制約了固硫灰渣的處置與利用,導(dǎo)致該技術(shù)的推廣應(yīng)用受到嚴(yán)重影響。蒸壓養(yǎng)護(hù)是一種成熟應(yīng)用于CaO-SiO2-Al2O3-CaSO4-H2O五元體系硅酸鹽制品生產(chǎn)的濕熱養(yǎng)護(hù)工藝,水化生成強(qiáng)度高、體積穩(wěn)定的托貝莫來(lái)石(C5Si6H4)、C-

2、S-H(B)等水化產(chǎn)物;固硫灰渣的礦物組成屬于該五元體系,但該典型五元體系蒸壓硅酸鹽制品的組成中CaSO4的含量一般不超過(guò)5％,CaSO4多為二水石膏和硬石膏,而固硫灰渣中的石膏為Ⅱ型無(wú)水石膏,含量在10-30％(以 SO3計(jì))。因此,研究蒸壓養(yǎng)護(hù)是否像典型的CaO-SiO2-Al2O3-CaSO4-H2O五元體系的一樣促進(jìn)固硫灰渣水化、抑制其制品的膨脹、改善固硫灰渣制品的體積穩(wěn)定性具有理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用需求。
　　通過(guò)研究不同蒸

3、壓制度對(duì)固硫灰渣制品的水化、強(qiáng)度發(fā)展和體積穩(wěn)定性的影響,并與常壓養(yǎng)護(hù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示蒸壓養(yǎng)護(hù)對(duì)固硫灰渣膨脹抑制作用主要取決于蒸壓后固硫灰渣水化產(chǎn)物的種類及數(shù)量、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和制品的強(qiáng)度;蒸壓養(yǎng)護(hù)后的固硫灰渣(或摻水泥)水化產(chǎn)物中沒(méi)有鈣礬石生成,生成大量托貝莫來(lái)石生成,且水化產(chǎn)物結(jié)晶更完善,制品強(qiáng)度是自然條件養(yǎng)護(hù)下試件的2~3倍,28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到25MPa。蒸壓養(yǎng)護(hù)的升溫速率、恒溫溫度和恒溫時(shí)間、降溫速率等參數(shù)顯著影響制品的水化產(chǎn)物

4、和強(qiáng)度,恒溫溫度較低、恒溫時(shí)間過(guò)短會(huì)導(dǎo)致鈣礬石、二水石膏存在。相對(duì)于常溫養(yǎng)護(hù),合適的蒸壓養(yǎng)護(hù)能顯著抑制固硫灰渣中無(wú)水石膏水化反應(yīng)生產(chǎn)二水石膏、與其他物質(zhì)反應(yīng)生成鈣礬石而引起的體積膨脹,特別是固硫灰渣制品水養(yǎng)條件下的體積膨脹,經(jīng)過(guò)蒸壓養(yǎng)護(hù)后的試件水養(yǎng)下的線性膨脹率只有未經(jīng)蒸壓養(yǎng)護(hù)試件的10％左右,且蒸壓養(yǎng)護(hù)后水養(yǎng)時(shí)的體積膨脹主要發(fā)生在14d前,之后隨齡期變化很小,有利于固硫灰渣蒸壓制品的后期體積穩(wěn)定性。
　　對(duì)蒸壓養(yǎng)護(hù)后固硫灰渣制品

5、的XRD分析能確定無(wú)水石膏的存在,而SEM未發(fā)現(xiàn)柱狀形態(tài)的無(wú)水石膏晶體,EDS面掃描也未顯示硫元素分布情況。通過(guò)計(jì)算化學(xué)的方法及分子動(dòng)力學(xué)的理論計(jì)算表明每個(gè)托貝莫來(lái)石晶格能容納4個(gè)SO42-,且得到能量降低更穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu),由此可推斷SO42-可進(jìn)入托貝莫來(lái)石的晶體結(jié)構(gòu),體系前后能量計(jì)算結(jié)果說(shuō)明SO42-進(jìn)入托貝莫來(lái)石體系后,降低了體系的能量,使體系更為穩(wěn)定。結(jié)合在早期的石灰-粉煤灰蒸壓制品的研究得出的SO42-能促使C-S-H(B)轉(zhuǎn)

6、換為托貝莫來(lái)石,并進(jìn)入托貝莫來(lái)石的晶格中的結(jié)論,可以推斷固硫灰渣蒸壓養(yǎng)護(hù)條件下無(wú)水石膏能促使 C-S-H(B)轉(zhuǎn)換為托貝莫來(lái)石,并進(jìn)入托貝莫來(lái)石的晶格,形成更為穩(wěn)定的托貝莫來(lái)石,在蒸壓養(yǎng)護(hù)中固硫灰渣的無(wú)水石膏促進(jìn)托貝莫來(lái)石的生成,提高制品的強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性。
　　由于固硫灰渣組成相對(duì)復(fù)雜,研究選擇與固硫灰渣中無(wú)水石膏晶體結(jié)構(gòu)相同、性質(zhì)相似的模擬石膏作為研究對(duì)象,并以無(wú)水石膏作為對(duì)比,研究了蒸壓養(yǎng)護(hù)對(duì)其溶解性、穩(wěn)定性和水化反應(yīng)活性影

7、響。結(jié)果表明蒸壓后的天然硬石膏和模擬石膏的其礦物組成沒(méi)有改變,但最強(qiáng)衍射峰和高級(jí)次衍射線峰高均明顯上升,完整性升高,蒸壓后硬石膏的穩(wěn)定性提高,衍射線峰高上升表明晶粒度變大;SEM觀察結(jié)果顯示蒸壓養(yǎng)護(hù)后的物質(zhì)出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚和顆粒增大現(xiàn)象,是導(dǎo)致溶解度降低的重要原因之一;蒸壓使其水化反應(yīng)生成二水石膏和與其他物質(zhì)反應(yīng)生成鈣礬石的水化反應(yīng)能力降低。蒸壓養(yǎng)護(hù)使無(wú)水石膏的穩(wěn)定性增加、在水中溶解速度降低、生成二水石膏和鈣礬石的水化反應(yīng)能力減弱,利用固

8、硫灰渣來(lái)配制蒸壓制品時(shí),不能采用完全純固硫灰渣,保證配合比中足夠的鈣極其必要。生產(chǎn)固硫灰渣蒸壓制品時(shí),合理的工藝參數(shù)應(yīng)為:壓制成型時(shí)水固比在0.15~0.20,成型壓力為25MPa,靜停時(shí)間為24h,尤其是壓制成型時(shí)更應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)靜停時(shí)間;壓制成型的固硫灰渣蒸壓制品的耐久性高于澆注成型,且固硫灰渣蒸壓制品的抗凍性和抗碳化能力都是隨著固硫灰渣摻量的增加而下降,在固硫灰渣中摻加5％以上的水泥熟料時(shí)可以顯著改善其耐久性。完成年產(chǎn)3000萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)磚

9、的固硫灰渣蒸壓磚生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)調(diào)試。采用壓制成型,固硫灰(磨細(xì)固硫渣):水泥在80:20~90:10,水固比在0.15~0.20,膠砂比為1:2,成型壓力為25MPa,靜停時(shí)間為24h,蒸壓制度為升溫2h、恒溫6h(恒溫壓力13大氣壓)、降溫2h,生產(chǎn)的蒸壓磚性能符合GB11945-1999《蒸壓灰砂磚》和JC239-91《粉煤灰磚》中M25、M10蒸壓磚的要求,制品體積穩(wěn)定性良好。
　　總之,蒸壓養(yǎng)護(hù)加速了固硫灰渣水化反