CN102199010A - 一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系 - Google Patents

一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系 Download PDF

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杨辉
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    • C04B11/264—Gypsum from the desulfurisation of flue gases

Abstract

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系。由脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、石灰、水泥和早强剂组成。使用本发明可解决脱硫石膏的资源化高效利用问题，实现脱硫石膏的大消纳量、低能耗、高效的资源化利用目标。使用本发明可有效避免脱硫石膏水化较慢和传统石膏利用范围局限的问题。本发明可以替代硅酸盐水泥而广泛应用于建筑材料之中，尤其适用于强度要求不太高的建筑体系。

Description

一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系
技术领域
本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系。
背景技术
脱硫石膏又称烟气脱硫石膏（Flue Gas Desulphurization Gypsum），是对含硫燃料（煤、油等）燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏。脱硫石膏尽管主要成分与天然石膏基本相同，但天然石膏相比含水率较高(10%-15%)，且含有飞灰、有机碳、碳酸钙、亚硫酸钙以及硫酸盐和氯化物组成的可溶性盐等杂质。
我国是世界第一大煤炭消费国，且我国煤的含硫量普遍较高，煤炭燃烧将产生大量SO2对大气造成严重污染。而脱硫产生的脱硫石膏又带来了很大的环境负担。据统计，2000年我国脱硫石膏总产量已达到200万t，2010年后我国脱硫石膏的年产量估计将超过2000万t。由于工业废气脱硫石膏成分复杂，同时含有一定水分，而石膏矿相变化对温度十分敏感，这为脱硫石膏的高效应用带来了很大难题。而另一方面我国建材业对石膏的需求量越来越大，而高品味的石膏储藏量不大。如何优化脱硫石膏资源利用结构，平衡资源供求迫在眉睫。
目前市场上脱硫石膏的应用较为广泛，作为天然石膏的替代品，可以用作水泥缓凝剂、墙板材料，农业土壤改良与修复、矿井回填、道路路基等。脱硫石膏在生产、加工和应用的过程中，对人体健康和环境的有害作用较小。用脱硫石膏替代天然石膏生产各种石膏建材，不仅可以减少天然石膏的消耗量，减少矿山开采给环境带来的负面影响，还可以形成脱硫石膏制品的新产业和新市场。
当前脱硫石膏最主要的应用途径分为两种：一种不煅烧时，脱硫石膏可以代替天然石膏用作硅酸盐水泥的缓凝剂，复合掺合料的添加剂等；另一种经煅烧后，生产建筑石膏或以建筑石膏为主要原料的粉刷石膏、石膏制品等。然而这两种途径并不能有效改善脱硫石膏利用受限制的局面，脱硫石膏作为外加剂掺入胶凝材料其用量很有限，不能大量地被消纳，且在非煅烧情况下直接利用，其胶凝性很差，且硬化后强度不理想，耐水性也很差；而将废石膏经高温煅烧后使用，虽胶凝性改善，但存在能耗高，制品强度不理想，耐水性仍然不理想等问题，且利用面也不广。因此需开发出新的适合我国特色的、能更有效利用脱硫石膏的途径。而将脱硫石膏纳入胶凝体系，通过双重激发作用与水泥等构成复合胶凝体系可以实现脱硫石膏的大消纳量、低能耗、高效的资源化利用目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系。
本发明提出的一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，由脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、石灰、水泥和早强剂组成，各组份的重量比为：
脱硫石膏              100
矿渣粉               50-120
水泥                 2.5-10
粉煤灰                2-10
石灰                  1-5
早强剂               0.1-1。
各组份较佳的重量比为：
脱硫石膏              100
矿渣粉                70-110
水泥                  3-10
粉煤灰                3-10
石灰                  1-4
早强剂               0.1-0.8。
本发明中，所述脱硫石膏为电厂烟气脱硫石膏在60oC低温下干燥除去自由水的非煅烧的脱硫石膏。
本发明中，所述矿渣粉为S95矿渣粉或S105矿渣粉中的一种。
本发明中，所述粉煤灰为II级高钙粉煤灰或III级高钙粉煤灰中的一种。
本发明中，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥或52.5级普通硅酸盐水泥中的一种。
本发明中，所述早强剂为氯化钠或氯化钙中的一种。
本发明提出的以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系的制备方法，具体步骤为：按前述各重量比例称取各组份，将脱硫石膏，矿渣粉，水泥，粉煤灰，石灰，早强剂通过机械干拌至均匀状态。
本发明提出的以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系的使用方法，具体步骤如下：准确称取前述水硬性复合胶凝材料和水，先将水加入搅拌机，在搅拌机叶片转动情况，再将复合胶凝材料匀速投入搅拌机。搅拌均匀后即可施工。加水量为本发明材料重量的20%-60%。
本发明中，脱硫石膏作为主要的胶凝组分，矿渣粉、粉煤灰、少量水泥作为辅助胶凝材料，与脱硫石膏一起组成复合胶凝体系。矿渣粉全称粒化高炉矿渣粉，是在钢铁厂炼钢过程中产生的废渣，其主要成分与水泥熟料很相似，是活性较高的硅酸盐和硅铝酸盐，其水化生成的水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶能够促进体系的强度发展。粉煤灰也是燃煤电厂的一种工业废弃物，其成分中含有大量的活性氧化硅和氧化铝。采用矿渣粉和粉煤灰复合掺加，二者的“工作性能和强度优势互补效应”可以改善混凝土或砂浆的和易性、抗渗性和力学性能。同时水泥自身不仅是胶凝材料，而且还起到激发作用，它在水化过程中生成的氢氧化钙，能够促进另一种水化产物钙矾石的生长，从而加快脱硫石膏的水化进程，明显增加体系的早期强度。选择这几种材料作为胶凝材料，是利用其各自的特点相辅相成，既考虑到早期强度的发展，又照顾到后期强度和耐水性的提高。掺入石灰的作用是激发脱硫石膏的活性，提高其胶凝性。掺入早强剂也是为了改变水化进程，提高整个复合胶凝体系的早期强度，弥补大量石膏及矿物掺合料在早期强度发展方面的不足。
本发明提供一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系。用本发明代替传统的硅酸盐水泥胶凝体系，不仅可以带来直接的、良好的经济效益，保证了全国脱硫石膏废弃物的资源化综合利用，资源、能源市场的健康、有序的发展。而且为全国“十二五”计划的顺利实施，为实现全国可持续发展、发展循环经济、建设节约型社会做出应有的贡献，对中国社会发展具有战略意义，具有十分明显的社会效益。
本发明为一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，在满足一定力学性能、工作性能及耐久性能的前提下，最大限度地采用各种工业废弃物为原材料，具有很高的环境效益和社会效益。本发明产品具备优良的力学性能、耐久性能、工作性能和安全性能。
本发明可供石膏建材生产厂或一般建筑材料厂生产，广泛适用于预制水泥制品如加气混凝土砌块、泡沫混凝土等，也可以替代普通硅酸盐水泥应用于强度要求不高的混凝土和砂浆中。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1，一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，按照脱硫石膏100，S95矿渣粉50，52.5级普通硅酸盐水泥3.0，II级高钙粉煤灰2，石灰1，氯化钠早强剂0.1的重量比配制而成。这种胶凝体系的3天胶砂抗折和抗压强度分别为4.5MPa 和13.4MPa，7天胶砂抗折和抗压强度分别为6.0MPa 和20.0MPa，28天胶砂抗折和抗压强度分别为7.5MPa 和36.8MPa，90天线性收缩率为0.013%。
实施例2，一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，按照脱硫石膏100，S105矿渣粉60，52.5级普通硅酸盐水泥2.5，III级高钙粉煤灰4，石灰3，氯化钙早强剂0.2的重量比配制而成。这种胶凝体系的3天胶砂抗折和抗压强度分别为5.5MPa 和16.4MPa，7天胶砂抗折和抗压强度分别为7.0MPa 和26.0MPa，28天胶砂抗折和抗压强度分别为8.0MPa和38.8MPa，90天线性收缩率为0.017%。
实施例3，一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，按照脱硫石膏100，S105矿渣粉100，42.5级普通硅酸盐水泥5.0，III级高钙粉煤灰5，石灰2，氯化钠早强剂0.4的重量比配制而成。这种胶凝体系的3天胶砂抗折和抗压强度分别为5.7MPa和18.4MPa，7天胶砂抗折和抗压强度分别为7.8MPa和29.0MPa，28天胶砂抗折和抗压强度分别为8.3MPa和39.9MPa，90天线性收缩率为0.021%。
实施例4，一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，按照脱硫石膏100，S95矿渣粉120，52.5级普通硅酸盐水泥8.0，II级高钙粉煤灰10，石灰4，氯化钙早强剂0.5的重量比配制而成。这种胶凝体系的3天胶砂抗折和抗压强度分别为6.5MPa和21.4MPa，7天胶砂抗折和抗压强度分别为7.9MPa和30.0MPa，28天胶砂抗折和抗压强度分别为8.5MPa和41.0MPa，90天线性收缩率为0.023%。
实施例5，一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，按照脱硫石膏100，S105矿渣粉80，42.5级普通硅酸盐水泥10，II级高钙粉煤灰7，石灰5，氯化钙早强剂1的重量比配制而成，其中用水量为干粉材料总质量的70%。这种胶凝体系的3天胶砂抗折和抗压强度分别为5.6MPa和17.4MPa，7天胶砂抗折和抗压强度分别为7.1MPa和27.1MPa，28天胶砂抗折和抗压强度分别为8.0MPa和37.6MPa，90天线性收缩率为0.015%。

Claims (7)

1.一种以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述胶凝体系由脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、石灰、水泥和早强剂组成，各组份的重量比为：
脱硫石膏              100
矿渣粉               50-120
水泥                 2.5-10
粉煤灰                2-10
石灰                  1-5
早强剂               0.1-1。
2.根据权利要求1所述的以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，其特征在于各组份的重量比为：
脱硫石膏              100
矿渣粉                70-110
水泥                  3-10
粉煤灰                3-10
石灰                  1-4
早强剂               0.1-0.8。
3.根据权利要求1所述的以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述硫石膏为电厂烟气脱硫石膏在60oC低温下干燥除去自由水的非煅烧的脱硫石膏。
4.根据权利要求1所述的以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述矿渣粉为S95矿渣粉或S75矿渣粉中的一种。
5.根据权利要求1所述的以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述粉煤灰为II级高钙粉煤灰或III级高钙粉煤灰中的一种。
6.根据权利要求1所述的以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥或52.5级普通硅酸盐水泥中的一种。
7.根据权利要求1所述的以非煅烧脱硫石膏为主要成分的水硬性复合胶凝体系，其特征在于所述早强剂为氯化钠或氯化钙中的一种。
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