废石膏改性粉煤灰_石灰硬化浆体结构与性能的研究

文章编号：１００７－０４６Ｘ（２００８）０１－００２７－０２

科学研究

废石膏改性粉煤灰—石灰硬化浆体结构与性能的研究

Research on the Structure and Performance of Modified Fly Ash-Lime Hardened Paste with Waste Gypsum

孙家瑛　１，２

，　王志新　２

（１．上海市市政工程研究院，　上海　２０００３１；　２．上海大学环境与应用化学工程学院，　上海 ２０００７２）

０　前言

研究表明，废石膏改性粉煤灰二灰稳定碎石在抗压强度和耐久性方面均优于普通粉煤灰二灰稳定碎石。为了进一步了解废石膏改性粉煤灰二灰稳定碎石结构与性能的关系，研究了废石膏—粉煤灰—石灰硬化浆体结构形成以及与性能的关系。１　原材料及试验方法１．１　原材料

（１）　废石膏：采用上海钛白粉厂酸性废水处理的副产品石膏，经Ｘ－射线衍射及热差分析，结果表明：该种石膏的存在形式基本上为ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ，其化学成分见表１。

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１／２００８

粉煤灰

中图分类号：ＴＱ７０５：ＴＱ１７７．３ 文献标识码：Ｂ

摘 要：就废石膏对粉煤灰二灰浆体结构形成，废石膏改性二灰的早期强度和安定性进行了试验研究，从宏观、微观的两个层面上表 征了废石膏对粉煤灰二灰浆体结构形成和物理力学性能的影响。关键词：废石膏；粉煤灰二灰；浆体结构；强度

表１ 废石膏化学成分／％

表２ 粉煤灰化学成分／％

表３　废石膏对粉煤灰—石灰二灰最佳含水量凝结时间影响

SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO SO 3loss 2.08

3.15

9.26

26.6

10.7

40.8

6.91

（２）　粉煤灰：采用上海闵行发电厂原状粉煤灰，等级为Ⅲ级粉煤灰，其化学成分见表２。

SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO SO 3loss 53.12

30.12

2.91

2.73

1.84

0.24

6.40

（３）　石灰：采用三级石灰；外加剂：自配掺量１％。１．２　实验方法

废石膏改性粉煤灰二灰用水量：经对粉煤灰—石灰二灰最佳含水率测定，确定二灰的最佳含水率２７％，最佳干密度１．７９ｇ．ｃｍ－３

，压实度为９８％，强度采用直径

７ｃｍ×７ｃｍ圆柱体试模成型试件，采用挤压成型。粉煤灰与消石灰均用５ｍｍ筛过筛以除去块状杂质，避免影响强度发展。安定性的测定按照国标ＧＢ／Ｔ１３４６

－２００１的要求进行，净浆在２０℃、相对湿度＞９０％的条件下养护至规定龄期测定力学性能后，用无水乙醇中止水化，进行ＳＥＭ分析、ＸＲＤ分析。２　实验结果与讨论

２．１　废石膏对粉煤灰二灰最佳含水量和凝结时间影响 废石膏改性粉煤灰二灰的物理性能反映了废石膏改性粉煤灰二灰硬化结构的形成过程。

凝结时间／h:min 试验编号废石膏掺量／％

最佳含水量／％

初凝 终凝0025.027：1532：2511025.526：1831：0022026.024：2529：1533027.020：1525：3544029.018：3523：055

50

30.5

17：55

22：45

注：基准配比 粉煤灰：石灰＝７２：２８

废石膏对粉煤灰—石灰最佳含水量和凝结时间影响列于表３。由表３实验结果可知，在粉煤灰二灰中掺入一定量的废石膏后，粉煤灰二灰最佳含水量增加，凝结时间相应缩短，并且随废石膏掺量的增加，最佳含水量随之增加。２．２　废石膏对粉煤灰—石灰二灰安定性影响 废石膏改性粉煤灰二灰体积安定性试验结果于表４。从表中结果可知，采用废石膏等量置换粉煤灰来配制粉煤灰—石灰二灰安定性无不良现象，并且

随废石膏置换量提高，表征安定性的雷氏夹膨胀量在下降，到置换量为３０％时最小。由此可见，采用废石膏改性粉煤灰二灰可以保持其体积稳定性。

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COAL ASH 1/2008

表４ 废石膏改性粉煤灰二灰体积安定性

表５ 废石膏掺量对二灰碎石强度的影响

试验编号

废石膏掺量／％

安定性／mm

0 0 5.51 10 4.52 20 3.03 30 2.04

40

4.5

２．３　废石膏对粉煤灰—石灰二灰强度影响

废石膏的掺量是影响二灰早期强度、体积稳定性最为最重要的因素之一。表５是废石膏掺量对二灰早期强度的影响。

抗压强度／MPa 编号废石膏掺量／％

7d 28d A 00.410.75B 15 1.35 4.90C 25 1.44 5.50D 35 1.53 5.10E

45

1.50

4.40

由试验结果可知，在标准养护条件下，二灰试件各掺量的废石膏均表现出较佳的早期强度效果，并随废石膏掺量增加，二灰早期强度提高。当掺量超过３５％时，强度有下降趋势。

从以上的结果分析可知，废石膏改性粉煤灰二灰具有早期强度高的特点，为了了解长期强度发展情况，对其长龄期的强度进行测定，，图１为废石膏置

换３５％粉煤灰改性二灰强度发展情况。

０５１０１５

０

２０

４０

６０

８０

１００

龄期／ｄ

强度／ＭＰａ

图１ 废石膏改性粉煤灰——石灰二灰强度发展

由图中结果可以看出，废石膏改性粉煤灰二灰早期强度发展很快，后期强度发展平缓，但无倒缩现象。

２．４　废石膏对粉煤灰—石灰二灰浆体微观结构和水 化产物形貌的影响

废石膏改性粉煤灰—石灰二灰浆体时间７ｄ、２８ｄ、９０ｄ的ＳＥＭ分析示于图２。ＸＲＤ分析图列于图３。 从图２中可以看出，废石膏改性粉煤灰—石灰二灰水化７ｄ时，粉煤灰玻璃体表面已经形成部分ＡＦｔ等水化产物，但未水化的粉煤灰、废石膏仍很多，且固相之间存在较大的孔隙；结合ＸＲＤ分析可知，水化

２８ｄ时粉煤灰颗粒表面已形成大量水化产物，并且有７ｄ２８ｄ

９０ｄ

图２ 废石膏—粉煤灰—石灰浆体扫描电镜（ＳＥＭ）显微结构照片

图３ 废石膏—粉煤灰—石灰浆体扫描电镜（ＳＥＭ）显微结构照片

注：主要的为Ｃａ（ＯＨ）２、ＡＦｔ，少量的ＳｉＯ２、Ｃａ（ＳＯ４）２・２Ｈ２

Ｏ一定量的ＡＦｔ晶体，且水化产物之间也比较致密。水化９０ｄ时，废石膏—粉煤灰—石灰固化浆体已形成大量Ｃ－Ｓ－Ｈ凝胶和ＡＦｔ晶体，结构更加致密。这是因为废石膏激发粉煤灰生成钙矾石（ＡＦｔ）和Ｃａ　（ＯＨ）２会激发粉煤灰生成Ｃ－Ｓ－Ｈ　凝胶所致，从而使废石膏改性粉煤灰—石灰二灰固结体结构致密、强度和耐久

性能进一步提高。３　结论

（１）　在粉煤灰—石灰二灰掺入废石膏后会提高浆体的早期强度，而且其对后期强度无不良影响。 （２）　废石膏改性粉煤灰—石灰二灰安定性在废石膏掺量小于４０％时，满足技术要求。

（３）　废石膏可以有效地改善浆体的微观结构，并

且随水化龄期增加，浆体中钙矾石（ＡＦｔ）和Ｃ－Ｓ－Ｈ凝胶数量增加。［１］孙家瑛．废黄石膏路基物理力学性能研究［Ｊ］．山东建材学院学

报，１９９８，１２（４）：３０１．

［２］赵玉静，施惠生．钛石膏－粉煤灰复合材料作路基材料的研究 ［Ｊ］．建筑材料学报，２００３，（４）：３２８．收稿日期：２００７－０６－１９

参考文献