矿渣－脱硫灰渣胶凝材料的性能研究

朱华峰

（江苏广亚高新材料有限公司，江苏 常州 213000）

矿渣－脱硫灰渣胶凝材料的研究成为关注焦点和研究引进技术，要重点探讨矿渣－脱硫灰渣胶凝材料的性能，以此替代传统水泥，有效降低充填成本，提高胶凝充填企业的综合效益。

1 脱硫灰渣的氧化改性实验分析

1） 测定脱硫灰渣中亚硫酸钙的含量。主要采用碘量法测定硫酸钙的含量，在密闭酸溶液环境中添加碘液和亚硫酸钙发生反应，以淀粉为指示剂、标准Na2S2O3溶液滴定过量碘溶液，测试获得脱硫灰渣中亚硫酸钙的含量为37.28%。

2） 催化改性实验。在低温条件下进行脱硫灰渣的氧化改性实验，选取CHJ-1、CHJ－2 两种适宜掺量的催化剂，添加少量的水，将其置于干燥箱中，温度为120℃，氧化改性时间设定为12 小时，之后冷却再以碘量法测定脱硫灰渣中的CaSO3含量。分析可知，在不添加催化剂的120℃环境下，脱硫灰渣中亚硫酸钙的转化率为2.84%；CHJ-1 催化剂的掺量为2%时，脱硫灰渣中亚硫酸钙的转化率为48.3%；CHJ-2催化剂掺量为2%时，脱硫灰渣中亚硫酸钙的转化率为26.61%，对比可知，CHJ-1 具有比CHJ-2 更优的亚硫酸钙转化效果。同时，在温度保持一定的条件下，当氧化时间和催化剂掺量增加时，亚硫酸钙的含量逐渐减少；当温度低于100℃时，催化剂掺量为0.5%-1.5%时，亚硫酸钙的转化率并无太大变化；掺量超出1.5%时则表现出明显的转化率提升效果，当掺量为2%、温度80℃时，亚硫酸钙的含量减少较慢；而当同样掺量下温度提升至120℃时，亚硫酸钙的转化率提升明显[1]。

2 矿渣-脱硫灰渣胶凝材料配合比的正交实验分析

1） 正交试验方案。选取增强剂、石膏、改性脱硫灰渣、矿渣等胶凝材料，分别用A、B、C、D 表示，并选用萘系高效减水剂作为外加剂，设计三因素三水平正交试验，试验可知胶凝充填材料的扩展度、浓缩率、抗压强度，再运用JMP统计分析软件进行拟合分析，获取极差分析结果，制作各因素对胶凝充填材料各指标的影响曲线，分析各因素对试验的影响。

2） 各因素对胶凝充填材料的影响分析。①原材料对胶凝充填材料流动性的影响。当增强剂掺量增加时，充填浆体内部颗粒间的缝隙变小，有效降低充填浆体的孔隙率，提高充填浆体的流动性；当增强剂掺量大于10%时，充填浆体的扩展度下降，粘度增大，流动性呈直线下降趋势；②原材料对胶凝充填材料浓缩率的影响。因增强剂遇水会发生水化反应，生成三硫型水化硫铝酸钙、单硫型水化硫铝酸钙、硅酸钙C-S-H 凝胶，因此当增强剂、石膏掺量增加时，充填材料的浓缩率相应减小。通过极差分析可知，胶凝充填材料的浓缩率最佳配比为A3B2C1，各因素对胶凝充填材料的浓缩率影响程度由高到低依次为：增强剂、石膏、改性脱硫灰渣；③原材料对胶凝充填材料3d 抗压强度的影响。由于增强剂自身具有良好的胶凝性能，能够在碱性环境下产生较大的活性，其水化生成的氢氧化钙能够增加浆体的碱度，生成水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙，但要注意不可掺加过量的增强剂，避免水化反应无法充分进行而降低充填材料强度的问题，通常来说，增强剂的最佳掺量为10%，当增强剂掺量增加时，胶凝充填材料强度先增加再随掺量继续增加而逐步降低的趋势。同时，当石膏掺量增加时，胶凝充填材料的3d抗压强度呈现出先增加后减小的规律，主要是由于当石膏掺量较小时，充填材料强度会逐渐增长，而当石膏掺量超过12%时，胶凝材料的凝结时间延长而抑制水化产物的生成，导致充填材料强度下降。另外，当脱硫灰渣掺量增加时，胶凝充填材料的3d 强度也呈现先增加后降低的趋势。这主要是由于脱硫灰渣能够与石膏共同激发矿渣的活性，而当脱硫灰渣超过合理掺量时，脱硫灰渣中的亚硫酸钙、氢氧化钙会降低胶凝充填材料的强度。综上可知，胶凝充填材料3d 抗压强度的最佳组合为A2B2C2；④原材料对胶凝充填材料7d 抗压强度的影响。当增强剂掺量增加时，胶凝充填材料的7d抗压强度相应提高。当石膏掺量增加时，胶凝充填材料的7d抗压强度呈先增加后降低的趋势。当脱硫灰渣掺量增加时，胶凝充填材料的7d 抗压强度呈先增加后降低的规律，分析可知，胶凝充填材料7d 抗压强度的最佳组合为A3B2C2。

3） 确定最优配比。考虑到各因素对胶凝充填材料流动性、沉缩率、强度的显著影响，要进行最优配比的合理确定，分析可知配比应当为A3B2C2，不同原材料的配比分别为：增强剂12%、石膏12%、改性脱硫灰渣15%、矿渣61%、外掺萘系高效减水剂1.5%。在该配比条件下，胶凝充填材料的沉缩率为1.413%，流动性为152mm，7d 抗压强度为1.28MPa，28d 抗压强度为2.84MPa[2]。

3 结语

综上所述，结合脱硫灰渣的特性进行低温条件下的氧化改性试验，获取胶凝充填材料的抗压强度、流动性、沉缩率，分析石膏、增强剂、脱硫灰渣等原材料对胶凝充填材料的影响，确定胶凝充填材料的最佳配比，确保矿渣－脱硫灰渣胶凝材料满足充填要求。