粉煤灰_脱硫石膏双掺砂浆试验研究与应用

第 7 卷第 2 期 2010 年 6 月 长 沙 理 工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Journal of Changsha University of Science and Technology( Natural Science) Vol. 7 No . 2 Jun. 2010 � � � � � � � � � � � 收稿日期: 2010- 06- 05 作者简介: 陈 � 瑜( 1975- ) ,女, 贵州安顺人,长沙理工大学副教授, 博士, 主要从事硅酸盐工业废渣在土建工程的再 生循环利用的研究. � � 文章编号: 1672- 9331( 2010) 02- 0048- 05 粉煤灰- 脱硫石膏双掺砂浆试验研究与应用 陈 � 瑜, 高英力, 王盛铭 (长沙理工大学 交通运输工程学院,湖南 长沙 � 410004) 摘 � 要: 利用较低品质粉煤灰和脱硫石膏, 针对房建工程用建筑砂浆, 确定了复合胶凝材料的基本配比.通 过试验研究了粉煤灰- 脱硫石膏双掺砂浆的主要技术性能. 研究结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明, 粉煤灰- 脱硫石膏掺量高达 75% ~ 85% , 砂浆施工和易性优于普通砂浆, 干缩小,抗裂性强,力学性能满足设计要求. 粉煤灰- 脱硫石膏 砌筑砂浆和抹面砂浆应用于某房建工程试验段施工也很成功.较低品质电厂工业废渣粉煤灰和脱硫石膏在 土建工程的大掺量双利用,社会经济和环保效益显著. 关键词: 粉煤灰; 脱硫石膏; 砂浆; 抗裂性 中图分类号: U416. 216 文献标识码: A Experimental study and application of fly ash�desulfurization gypsum double�blended mortar CHEN Yu, GAO Ying�li, WANG Sheng�ming ( School of T raffic and T ranspo rtation Eng ineering, Chang sha Univ ersity of Science and Techno log y, Chang sha 410004, China) Abstract: T he basic mix proport ions of composite binder w ith low�quality f ly ash and desul� fur ization gypsum adopted, are r ecommended aimed to mo rtar used in building s. T he main technical perfo rmances o f fly ash�desulfurizat ion gypsum mortar are also tested. And the conclusions can be made that w ith f ly ash�desulfurization gypsum taking 75%~ 85% of the total composite binder by mass, the mor tar show s by far better w orkability than that of or� dinary mor tar, enough mechanical proper ties w hich meet the requir ements, low dry ing shrinkage as well as excellent cracking resistance. Mo reover, it is successfully applied as both plastering and masonr y mortars in the experimental sect ion of a building const ruct ion. It is much significant for society, economy as w ell as environment protect ion of high volume double�ut ilizat ion in civ il engineering o f low�quality f ly ash and desulfurizat ion gypsum, w hich are both solid w aste byproducts f rom coal�f ired pow er plants. Key words: f ly ash; desulfurization gypsum; mo rtar; cracking resistance � � 我国燃煤电厂粉煤灰占全国工业固体废弃物 的 40%,其中, I, II 级粉煤灰主要用于水泥制造、 混凝土填料、筑路、建坝和墙体材料 [ 1�4]等领域.等 外粉煤灰、提取漂珠后的灰渣或湿排粉煤灰, 限于 � 第 7 卷第 2 期 陈 � 瑜, 等:粉煤灰- 脱硫石膏双掺砂浆试验研究与应用 其较差的早期火山灰活性,利用率仍非常低.近年 来,国家强制电厂对二氧化硫排放进行脱硫治理, 随之伴生大量脱硫石膏. 质量均匀、CaSO4 含量较 高的脱硫石膏可用于生产水泥调凝组分或建筑石 膏粉、石膏板材等.然而, 多数电厂的燃煤品质差, 煤种频繁变化,脱硫技术存在缺陷, 造成脱硫石膏 品质差,质量不稳定,因此不能得到较好的循环利 用.堆积如山的脱硫石膏二次分解, 对当地大气、 水源以及土壤等造成严重的二次污染, 所以亟待 加大脱硫石膏的利用力度[ 5, 6] . 脱硫石膏是粉煤灰火山灰活性理想的硫酸盐 激发剂[ 7, 8] .粉煤灰和脱硫石膏按比例混合后, 在 水泥以及其他改性剂的作用下, 不经任何粉磨、烘 干工序,就可制备成一种新型复合胶凝材料. 在试 验基础上, 作者面向房建工程, 确定粉煤灰- 脱硫 石膏双掺砂浆各组分配合比, 研究其主要技术性 能,并应用于房建工程试验段施工. 1 � 原材料与试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 粉煤灰(简写 FA)取自平顶山姚孟电厂, 灰白 色,烧失量为 3. 50%, 比表面积为 340 m 2 / kg, 含 水量小于 2. 0%; 平顶山姚孟电厂脱硫石膏(简写 FGD)为浅黄色湿粒状粉末,主要成分为 CaSO 4 � 2H 2O,含水量为 12. 8% ,其主要化学成分见表 1. 表 1� FA 与 FGD主要化学成分 Table 1 � Main chem ical composit ions of FA and FGD % SiO 2 Fe2O3 Al 2O 3 CaO MgO K 2O Na2O SO 3 TiO 2 Cl- FGD 5. 60 0. 43 3. 26 32. 83 1. 32 0. 30 0. 19 34. 85 0. 08 0. 13 FA 61. 80 5. 00 26. 41 1. 10 0. 40 0. 80 0. 45 0. 42 0. 81 - � � 湖南牛力水泥厂 42. 5 普通硅酸盐水泥, 3 d 和 28 d实测抗折强度为 5. 9 M Pa 和 8. 1 MPa,实 测抗压强度为 21. 7 M Pa 和 48. 7 M Pa.湘江河砂 以及由生石灰、氯盐和硫酸盐类复配而成的专用 改性剂,按 FA�FGD 质量的 5%掺入.市售甲基纤 维素醚 MC,粘度为 150 000 MPa� s,掺入纤维为 长短纤维搭配使用的聚丙烯混杂纤维. 按 JGJ 70- 2009 建筑砂浆基本性能试验方 法!对砂浆和易性及强度进行检测,按 JC/ T 603- 2004 水泥胶砂干缩试验方法!测试砂浆的干缩变 形.参照 Roy Carlson 提出圆环法加速开裂装置 (如图 1所示) . 图 1 � 圆环法开裂试验装置(单位: mm) Fig. 1 � Cracking test instrument for ring method 对砂浆开裂敏感性进行测试. 测试条件为:温 度( 20 ∀ 3) # 、相对湿度 50% ∀ 4% .测试初始开裂 时间, 采用 40倍读数放大镜观测裂缝发展情况. 2 � FA�FGD双掺砂浆的基本配合比 砂浆试件 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 养护 28 d 后, 测试其抗折强度 及抗压强度,试验结果如图 2所示. 图 2 � 胶砂试件 28 d 强度 Fig. 2 � 28 d st reng th of mo rtar specimen 由图 2可知, 砂浆强度与水泥掺量直接相关. 随着水泥掺量的增加, 砂浆抗压及抗折强度均明 显提高.水泥掺量一定, 砂浆强度随着 FA 掺量的 增加而有不同程度的提高, FA 最高掺量可达 60%. 随着纤维组分的掺入,各组砂浆折压比介于 49 长 沙 理 工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 2010 年 6 月 1/ 6~ 1/ 5,相比传统水泥砂浆折压比( 1/ 7~ 1/ 6) , 其抗弯拉性能有所改善. 砂浆初步试验配合比见表 2. 在材料成本上, FGD成本远小于 FA和水泥,综合考虑强度、和易 性及材料成本 [ 9, 10] ,选取三组配合比进行进一步试 验: ∃ 4号配比 C %FA %FGD = 0. 15% 0. 60 %0. 25; & 6号配比C%FA%FGD = 0. 15%0. 30%0. 55; ∋ 8号配比 C% FA % FGD = 0. 20%0. 45% 0. 35. 表 2� 砂浆初步试验配合比 Table 2 � Preliminar y test mix propo rtions o f mor tar 编号 C FA FGD 砂/ % 水/ % MC/ % 纤维/ % 1 0. 10 0. 60 0. 30 2 0. 10 0. 45 0. 45 3 0. 10 0. 30 0. 60 4 0. 15 0. 60 0. 25 5 0. 15 0. 45 0. 40 3 0. 50 0. 1 0. 4 6 0. 15 0. 30 0. 55 7 0. 20 0. 60 0. 20 8 0. 20 0. 45 0. 35 9 0. 20 0. 30 0. 50 � � 注:配合比指砂浆各组成材料质量比例. 3 � FA�FGD双掺砂浆的主要技术性能 3. 1 � 和易性与强度 由表 3 结果可知, 三组优选砂浆力学性能及 和易性均满足抹面砂浆要求. 表 3 � 优选砂浆配合比及性能 Table 3� Opt imal mix propo rtions and perfo rmances o f mor tar 编 号 胶凝材料组成 C% FA % FGD 水胶 比 28 d抗 压强度/ MPa 沉入 度/ mm 分层 度/ mm 强度 等级 ( 0. 15% 0. 60% 0. 25 0. 60 11. 80 82 15 M10 ) 0. 15% 0. 30% 0. 55 0. 60 9. 10 72 13 M7. 5 ∗ 0. 20% 0. 45% 0. 35 0. 60 13. 50 76 16 M10 � � 注: MC 和纤维掺量与前述相同; 砂浆强度试件尺寸为: 70. 7 mm + 70. 7 mm + 70. 7 mm. )组砂浆强度满足 M7. 5, 而 I 组和 III 组 满足M10,说明水泥掺量决定了其强度的大小, 同 时增加 FGD 掺量对强度发展有一定影响. 随着 FA 掺量的增加,砂浆沉入度随之提高. 分析其原 因,主要是因为尽管采用的是较低品质 FA ,但其 细 度也达 到 340 m2 / kg, 稍 大于 水泥 细度 ( 330 m2 / kg ) , 大量 FA 球形颗粒表现出的颗粒形 态效应,使其在水泥基材料中表现出较好的减水 性能, 因而在相同用水量的条件下其流动性增加. 配合比对于砂浆保水性的影响在上述试验中表现 不明显. 3. 2 � 干缩 成型 25 mm + 25 mm + 280 mm 长条形试件, 测试初长后,在恒温恒湿条件下(温度( 20 ∀ 3) # , 相对湿度( 50%士 4%) )进行养护,并测试上述三 个优选砂浆配比的各龄期干缩变形, 测试结果如 图 3所示. 需要指出的是, 由于砂浆早期强度稍 低,砂浆脱模时间为 48 h,加上水养护 2 d,测初长 时间是成型时间后的第四天, 试件干缩测试从成 型后第五天开始. 图 3� 砂浆干缩试验结果 Fig. 3� T est r esults of dry ing shrinkage fo r mo rtar 三组砂浆均表现出较好的,收缩补偿−效应. 尤其在早期干缩变形部分,三组砂浆 5 d收缩率分 别为- 20 + 10- 6 , - 30 + 10- 6 , - 5 + 10- 6 ( , - −代 表砂浆试件膨胀) ; 7 d龄期,除 III 组配比外, 其余 两组表现为微膨胀效应. 究其原因, 是因为 FGD 具有优良的体积微膨胀性能,在 FA ,微集料−支撑 效应的双重作用下,强化了微结构,有效地弥补了 早期砂浆体积收缩.众所周知, 水泥基材料早期收 缩变形较大,往往导致早期开裂, 影响后期强度及 耐久性,因而控制其早期变形是决定其体积稳定 性及后期性能的关键 [ 11, 12] .到 28 d,三组砂浆干缩 率分别仅为95 + 10- 6 , 75 + 10- 6 , 110 + 10- 6 , 远小 于其他水泥基材料及混凝土收缩率; 到后期, 随着 材料强度的逐步发展,弹性模量增加,硬化砂浆的 体积稳定性得到了更好的保障.因此可以认为,水 50 � 第 7 卷第 2 期 陈 � 瑜, 等:粉煤灰- 脱硫石膏双掺砂浆试验研究与应用 泥、FA 和 FGD三元体系协同效应, 有效地控制了 复合砂浆干缩变形. 3. 3 � 开裂敏感性试验 对优选的三组砂浆进行 28 d连续观测, 测试 砂浆试样从成型到 28 d 龄期表面开裂的状况. 根 据首次开裂时间及裂纹宽度来评定砂浆开裂敏感 性,试验结果列于表 4. 表 4 � 砂浆加速开裂试验结果 Table 4 � Results of accelerated cracking tes for mor tar 编号 初次开裂龄/ d 28 d开裂情况 最大裂缝宽/ m m ( - 未见肉眼可见裂纹 - ) - 未见肉眼可见裂纹 - ∗ 15 两条微细裂纹 0. 15 由表 4可知,在所测试的 28 d龄期内, I号砂 浆和 II号砂浆均未出现肉眼可见裂纹; III号砂浆 在成型后 15 d出现第一条裂纹;在 28 d内共有肉 眼可见裂纹 2条, 其最大裂纹宽度 0. 15 mm,说明 水泥掺量对硬化砂浆开裂敏感性有一定的影响. 结合干缩试验结果可得, 干缩变形与加速开裂试 验结果具有较好的匹配性,水泥及 FGD 的掺量比 例对硬化砂浆体积稳定性影响较大, 而 FA 对控 制体积变形起到了较好的作用.因此,通过调整水 泥、FA及 FGD三者之间的比例关系, 可有效控制 砂浆的体积变形.此外, 掺入的聚丙烯混杂纤维对 砂浆的减缩防裂也具有较好的效果, 其裂缝细微 化效应可有效防止肉眼可见裂缝的产生.因此,总 体来看, FA�FGD 双掺砂浆的抗裂性能均表现优 异,完全符合内外墙抹面的要求. 4 � FA�FGD双掺砂浆的工地应用 湘潭霞光山庄北苑民用建筑工程为商住两用 房建工程, 主体框架结构,墙体使用砌筑及抹面水 泥砂浆.采用恒宇P. O42. 5水泥,砂浆设计强度分 别为 M7. 5(抹面)和 M10(砌筑) , 掺入少量市售砂 浆添加剂, 砂为细度模数 2. 6 的中砂.工程施工平 均温度为 34 # 左右, 相对湿度为 75%左右.施工 方对砂浆工作性(尤其流动性及保水性)提出了较 高要求.在保持与传统砂浆相似流动度的条件下, 掺入适量高效减水剂, 提出 FA�FGD双掺砂浆工 地配合比(如表 5所示) . 在现场施工的同时, 成型 砌筑及抹面砂浆试件, 24 h脱模, 在同条件室外自 然养护. 表 5� 工地砂浆配合比与强度 Table 5� Work mix pr oport ions and strength o f mort ar 砂浆种类 胶凝材料组成 水胶比 中砂 7 d抗压强度/ MPa 28 d抗压强度/ MPa 水泥砌筑砂浆 C = 1. 0 0. 80 6. 8 - 13. 20 FA�FGD抹面砂浆 C% FA % FGD = 0. 15% 0. 30% 0. 55 0. 50 7. 6 7. 85 11. 50 FA�FGD砌筑砂浆 C% FA % FGD = 0. 25% 0. 45% 0. 30 0. 50 6. 8 9. 05 12. 90 � � 注:配合比指砂浆各组成材料质量比例. � � 由表 5可知,现场配制的 FA�FGD 双掺砂浆 强度满足工程要求, 砌筑砂浆 28 d 强度达到 M10,抹面砂浆达到 M7. 5. 随着水胶比的降低, 双 掺砂浆强度基本可达到纯水泥砂浆的水平. 且进 一步的试验表明, 双掺砂浆后期强度发展稳定, 后 期强度增长率一般可在 28 d 强度基础上再增长 10%~ 15%. 砂浆流动性及保水性优良(如图 4所 示) ,与墙体结构粘结性能良好, 且砂浆饱满,墙体 抹面过程中未见砂浆脱落及表面失水开裂现象发 生(见图 5和图 6) ;施工完成 2月后进行工程质量 回访,砌筑及抹面砂浆硬化后性能优良, 砌筑墙体 未见质量问题, 抹面墙体表面平整、均匀, 未见肉 眼可见裂纹或隆起等(见图 7) .现场施工人员对其 评价高,认为它优于现用的普通水泥砂浆. 图 4� 新拌 FA�FGD双掺砂浆 Fig. 4� F resh FA�FGD mor tar 51 长 沙 理 工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 2010 年 6 月 5 � 结论 将 FA 和 FGD 两大燃煤电厂工业废渣结合 起来共同开发, 与水泥复合而成一种新型的三元 胶凝材料, 这是一种理想的提高较低品质 FA 和 FGD利用率的解决方法. 通过试验研究得到如下 结论: 1) FA�FGD掺量高达 75% ~ 85%, 双掺砂浆 在湘潭霞光山庄北苑项目房建墙体砌筑及抹面工 程中的应用是成功的. 2) FA�FGD建筑砂浆流动性及保水性优良, 与墙体结构粘结性能良好, 砂浆饱满, 易于施工; 28 d强度达到 M10等级; 干缩以及抗裂性等主要 技术性能优异,早期出现良好的体积微膨胀性, 且 后期干缩变形小, 抗裂性优异, 完全符合内外墙抹 面要求. 3) FA�FGD在房建工程的双利用,吸纳量大, 利废程度高, 具有良好的应用价值和推广前景. .参考文献/ [ 1] � 陈瑜,张起森. 掺粉煤灰道路混凝土耐磨性的模糊综 合评估[ J] . 建筑材料学报, 2004( 2) : 178�182. 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