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固硫灰渣是循环流化床燃烧(CFB)技术所排放的废物,目前全国每年的排放量已达到1.5亿吨左右。由于固硫灰渣含有较多的SO3(SO3一般为5.15%,最高可达20%左右)和相当数量的f-CaO,水化后易产生膨胀,直接应用于建筑材料时可能导致试件开裂,从而不能简单作水泥或混凝土生产中的活性混合材料使用,所以利用率不到50%,大量堆积占用土地,污染环境。而固硫灰在灰渣总量中占60%以上,其所含有的SO3和f-CaO量更大,基本没有得到利用。因此如何有效利用固硫灰高钙、高硫的特点,代替天然原料生产水泥,具有十分重要的意义。
本论文基于固硫灰高钙、高硫的特性,拟采用固流灰为主要原料,探索研究以贝利特、硫铝酸钙、铁相为主要矿物的低收缩水泥。通过对CFB固硫灰均化、校正原料的选择、熟料率值控制和矿物组成的计算,确定了制备低收缩水泥熟料的设计方案;采用TG-DTA、XRD、SEM、岩相、水化热等检测手段对熟料的煅烧范围、易烧性、烧成过程、反应机理及物理性能进行了研究,确定了熟料的最优配方及煅烧制度;将最优配方进行大样煅烧,分析了不同石膏掺量对熟料的基本物理性能和水化性能的影响,确定了制得低收缩水泥的最佳石膏掺量,并检测了低收缩水泥后期的基本物理性能以及收缩性,探讨了水泥的水化、收缩机理。
实验结果表明,在生料中掺入适量的固硫灰,替代石膏和部分铝矾土,烧成以β-C2S、硫铝酸钙、铁相为主的水泥是可行的,且煅烧温度低;熟料的最佳配方为固硫灰:石灰石:铝矾土=29.9:60.1:10最佳煅烧制度为:煅烧温度1320℃,保温30min,在空气中急冷;将熟料制备为水泥的最佳石膏掺量为10%,其净浆抗压强度3d达到34.68MPa,28d达到81.25MPa,砂浆28d抗折强度达到5.90MPa,抗压强度为47.31MPa,其基本物理性能良好,收缩率很低,90d收缩率为0.0368%。