2024年3月10日发(作者：佛俊晖)
第３０卷第６期
硅
酸
盐
通
报
ｖ。１．３０Ｎ。．６
兰Ｑ！！生！兰旦．旦型垦坠圣里塑Ｑ！．！旦垦堡旦！堕垦璺里鱼垦曼垒坚！鱼皇Ｑ垦！垦！！旦！！！里坠！！：兰Ｑ！！
脱硫石膏．矿渣微粉复合胶凝材料的研究
吴其胜１，刘学军２，黎水平１，叶菁华１，张长森１
（１．盐城工学院材料工程学院，盐城２２４０５１；２．盐城市墙体材料改革办公室，盐城２２４００１）
摘要：研究矿渣微粉掺量和碱性激发剂用量对脱硫石膏一矿渣微粉复合体系性能的影响。结果表明：矿渣微粉掺量
为２０％时脱硫石膏－矿渣微粉复合体系物理力学性能较好，抗压强度、抗折强度和软化系数分别为１１．２
ＭＰａ、４．６
ＭＰａ和０．４２。采用硅酸钠作为复合材料的激发剂，当碱性激发剂用量为１％时，能够有效激发矿渣微粉潜在活性，
提高复合体系性能，７
ｄ抗压强度达１２．３
ＭＰａ，软化系数为０．５６；２８
ｄ抗压强度达１２．６
ＭＰａ，软化系数为０．５９。
关键词：脱硫石膏；粒化高炉矿渣；激发剂
中图分类号：Ｔｕ５５文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—１６２５（２０１１）０６—１４５４一０５
Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ｔｈｅ
Ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏ瑚Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ｏｆ
Ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ
Ｇｙｐｓｍｎ
ａｎｄ
Ｇｒａｎｕｌａｔｅｄ
ＢｌａｓｔＦｕｒｎａｃｅ
Ｓｌａｇ
Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
聊伍－ｓ＾ｅ增１，ⅡＵ盖獬扣ｎ２，ｕ
Ｓ＾ｕｉ－ｐｉ愕１，晒Ｑｉ昭一＾Ⅱ口１，Ｚ醐ⅣＧ佩。昭哪ｎ
（１．Ｓｃｈ００ｌ
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Ｅｎ西ｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｃｈｅｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ２２４０５１，Ｃｈｉｎａ；
２．ＹａＴｌｃｈｅｎｇ
Ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ
ＯｒｇａＩｌｉｚａｔｉｏｎ矗ⅡＢｕｉｌｄｉｎｇ
ｗａｌｌ
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２２４ＪＯＯｌ，Ｃｈｉ衄）
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ｇｙｐｓｕｍ；ｇｒａｎｕｌａｔｅｄ
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ｓｌａｇ；ａｃｔｉｖａｔｏｒ
１
引
言
脱硫石膏为火力发电厂湿式石灰石．石膏法脱硫工艺的主要副产品，主要成分是二水硫酸钙（ｃａＳＯ。・
２Ｈ：Ｏ），产量庞大，仅２０１０年一年全国脱硫石膏产量达２０００万吨。粒化高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排
出的一种废渣，含有丰富的ＳｉＯ：和Ａｌ：Ｏ，，２０１０年底时全国尚未利用的粒化高炉矿渣达３５００万吨。综合利
用脱硫石膏和粒化高炉矿渣这两种产量巨大的工业废弃物是发展循环经济、建设资源节约、环境友好型社会
的重要途径。目前脱硫石膏主要用作水泥缓凝剂、石膏板、石膏砌块、粉刷石膏及高强石膏等¨。７
ｏ产品。由于
ｃａＳＯ。・２Ｈ：０晶体易溶于水，故脱硫石膏制品硬化后在潮湿的环境中，晶体间的粘结力减弱，导致强度降
低。脱硫石膏为气硬性胶凝材料，粒化高炉矿渣也具有一定的胶凝活性。脱硫石膏一矿渣微粉复合体系中，
基金项目：江苏省经贸委资助项目（Ｎｏ．２００９＿５）；住房和城乡建设部科学技术项目计划（Ｎｏ．２００８一Ｋ１．７）
作者简介：吴其胜（１９６５一），男，博士，教授．主要从事生态环境材料方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｉｓｈｅｎ鲫＠ｙｃｉｔ．ｃｎ
万方数据
第６期
吴其胜等：脱硫石膏一矿渣微粉复合胶凝材料的研究
１４５５
矿渣中的活性ｓｉＯ：和Ａｌ：０，在脱硫石膏中硫酸盐的激发下，能够不断地同ｃａｓ０。・２Ｈ：Ｏ反应生成水硬性钙
矾石（ＡＦｔ），而钙矾石是一种改性脱硫石膏产品耐水性能的优良矿物；另外矿渣水化生产水化硅酸钙凝胶
（ｃ－ｓ－Ｈ凝胶），能够提高脱硫石膏－矿渣复合体系强度。本文研究脱硫石膏．矿渣微粉复合体系的活性激发，
研究矿渣掺量及外加剂对脱硫石膏一矿渣微粉复合胶凝材料的强度、吸水率、软化系数的影响及其作用机理。
２
实验
２．１原料
脱硫石膏取自江苏八菱海螺水泥有限公司，采用
化学分析法分析其化学成分，结果列于表１，ＸＲＤ测试
其矿物成分（主要为二水硫酸钙，ｃａｓＯ。・２Ｈ，Ｏ），结
果如图１ａ所示。粒化高炉矿渣由盐城市科利达科技
有限公司提供，化学成分列于表ｌ中，使用前用
ＳＭ西５００×５００球磨机粉磨１．５ｈ，测得勃氏比表面积
为３４２
ｍ２／蚝。硅酸钠（Ｎａ：ＳｉＯ，）购自宜兴第二化学试
剂厂。将脱硫石膏在１５０℃下煅烧３
ｈ得到脱硫建筑
石膏，冷却至室温后过０．１５ｍｍ标准筛，取筛下部分
备用。脱硫建筑石膏主要矿物成分为半水石膏
（ＣａＳＯ。・０．５
Ｈ２０），其ＸＲＤ图谱如图１ｂ所示。
图１
Ｆｉｇ．１
２叭。）
脱硫石膏（ａ）与脱硫建筑石膏（ｂ）的ｘＲＤ图谱
ＸＲＤ
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ｏｆ
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表１脱硫石膏和矿渣化学成分
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ｓｌａｇ
／％
２．２试样制备
按比例称取脱硫建筑石膏粉和矿渣微粉，搅拌均匀后，再按标准稠度用水量加水，然后搅拌均匀，倒人尺
寸为４０
ｍｍ×４０ｍｍ×１６０
ｍｍ试模中振动成型，１
ｈ后脱模制成试块。将试块放在试验室条件下，分别养护
２
ｈ、７
ｄ、２８
ｄ后，放入电热鼓风恒温于燥箱中，在（４０±２）℃条件下干燥至绝对干燥，然后进行各项性能测
试。
２．３试样性能测试
脱硫石膏／矿渣复合体系物理力学性能测试参照ＧＢ／Ｔ１７６６９．１．１９９９进行，采用Ｄｘ２７００型ｘ射线衍射
仪测定复合体系水化产物，ＱｕＡＴＡＮＡ２００型扫描电子显微镜观察试样微观结构。
３
结果与讨论
脱硫石膏一矿渣复合体系物理力学性能如表２所示。复合体系干燥强度随矿渣微粉掺量的增加出现不
３．１脱硫石膏－矿渣微粉复合胶凝材料的性能
同程度下降，而浸泡水中２４
ｈ后强度则呈相反的趋势，掺矿渣微粉后复合体系吸水率降低，软化系数提高。
矿渣微粉掺量为２０％时复合体系物理力学性能较理想。
脱硫石膏．矿渣复合体系成型后即干燥，脱硫建筑石膏基本水化完毕，但因矿渣水化较慢，仅有少量超细
微粉进行了水化反应，干燥后大部分矿渣微粉作为微集料填充在脱硫建筑石膏水化产物形成的缝隙中，能够
减少复合体系空隙率，降低吸水率，但对复合体系强度没有明显贡献，甚至由于脱硫建筑石膏用量减少，故复
合体系强度随矿渣微粉掺量增加出现下降。浸泡存水中２４ｈ后，成型时没有来得及进行水化反应或未水化
万方数据
2024年3月10日发(作者：佛俊晖)
第３０卷第６期
硅
酸
盐
通
报
ｖ。１．３０Ｎ。．６
兰Ｑ！！生！兰旦．旦型垦坠圣里塑Ｑ！．！旦垦堡旦！堕垦璺里鱼垦曼垒坚！鱼皇Ｑ垦！垦！！旦！！！里坠！！：兰Ｑ！！
脱硫石膏．矿渣微粉复合胶凝材料的研究
吴其胜１，刘学军２，黎水平１，叶菁华１，张长森１
（１．盐城工学院材料工程学院，盐城２２４０５１；２．盐城市墙体材料改革办公室，盐城２２４００１）
摘要：研究矿渣微粉掺量和碱性激发剂用量对脱硫石膏一矿渣微粉复合体系性能的影响。结果表明：矿渣微粉掺量
为２０％时脱硫石膏－矿渣微粉复合体系物理力学性能较好，抗压强度、抗折强度和软化系数分别为１１．２
ＭＰａ、４．６
ＭＰａ和０．４２。采用硅酸钠作为复合材料的激发剂，当碱性激发剂用量为１％时，能够有效激发矿渣微粉潜在活性，
提高复合体系性能，７
ｄ抗压强度达１２．３
ＭＰａ，软化系数为０．５６；２８
ｄ抗压强度达１２．６
ＭＰａ，软化系数为０．５９。
关键词：脱硫石膏；粒化高炉矿渣；激发剂
中图分类号：Ｔｕ５５文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—１６２５（２０１１）０６—１４５４一０５
Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
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Ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏ瑚Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
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ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ２２４０５１，Ｃｈｉｎａ；
２．ＹａＴｌｃｈｅｎｇ
Ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ
ＯｒｇａＩｌｉｚａｔｉｏｎ矗ⅡＢｕｉｌｄｉｎｇ
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Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＹａＩｌｃｈｅｎｇ
２２４ＪＯＯｌ，Ｃｈｉ衄）
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ｆｕｍａｃｅ
ｓｌａｇ
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１％
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ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
ｆｏｒ２８ｄ．
ｗｏｒｄｓ：ｄｅｓｕｈｒｉｚａｔｉｏｎ
ｇｙｐｓｕｍ；ｇｒａｎｕｌａｔｅｄ
ｂｌａｓｔ
ｆｕｍａｃｅ
ｓｌａｇ；ａｃｔｉｖａｔｏｒ
１
引
言
脱硫石膏为火力发电厂湿式石灰石．石膏法脱硫工艺的主要副产品，主要成分是二水硫酸钙（ｃａＳＯ。・
２Ｈ：Ｏ），产量庞大，仅２０１０年一年全国脱硫石膏产量达２０００万吨。粒化高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排
出的一种废渣，含有丰富的ＳｉＯ：和Ａｌ：Ｏ，，２０１０年底时全国尚未利用的粒化高炉矿渣达３５００万吨。综合利
用脱硫石膏和粒化高炉矿渣这两种产量巨大的工业废弃物是发展循环经济、建设资源节约、环境友好型社会
的重要途径。目前脱硫石膏主要用作水泥缓凝剂、石膏板、石膏砌块、粉刷石膏及高强石膏等¨。７
ｏ产品。由于
ｃａＳＯ。・２Ｈ：０晶体易溶于水，故脱硫石膏制品硬化后在潮湿的环境中，晶体间的粘结力减弱，导致强度降
低。脱硫石膏为气硬性胶凝材料，粒化高炉矿渣也具有一定的胶凝活性。脱硫石膏一矿渣微粉复合体系中，
基金项目：江苏省经贸委资助项目（Ｎｏ．２００９＿５）；住房和城乡建设部科学技术项目计划（Ｎｏ．２００８一Ｋ１．７）
作者简介：吴其胜（１９６５一），男，博士，教授．主要从事生态环境材料方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｉｓｈｅｎ鲫＠ｙｃｉｔ．ｃｎ
万方数据
第６期
吴其胜等：脱硫石膏一矿渣微粉复合胶凝材料的研究
１４５５
矿渣中的活性ｓｉＯ：和Ａｌ：０，在脱硫石膏中硫酸盐的激发下，能够不断地同ｃａｓ０。・２Ｈ：Ｏ反应生成水硬性钙
矾石（ＡＦｔ），而钙矾石是一种改性脱硫石膏产品耐水性能的优良矿物；另外矿渣水化生产水化硅酸钙凝胶
（ｃ－ｓ－Ｈ凝胶），能够提高脱硫石膏－矿渣复合体系强度。本文研究脱硫石膏．矿渣微粉复合体系的活性激发，
研究矿渣掺量及外加剂对脱硫石膏一矿渣微粉复合胶凝材料的强度、吸水率、软化系数的影响及其作用机理。
２
实验
２．１原料
脱硫石膏取自江苏八菱海螺水泥有限公司，采用
化学分析法分析其化学成分，结果列于表１，ＸＲＤ测试
其矿物成分（主要为二水硫酸钙，ｃａｓＯ。・２Ｈ，Ｏ），结
果如图１ａ所示。粒化高炉矿渣由盐城市科利达科技
有限公司提供，化学成分列于表ｌ中，使用前用
ＳＭ西５００×５００球磨机粉磨１．５ｈ，测得勃氏比表面积
为３４２
ｍ２／蚝。硅酸钠（Ｎａ：ＳｉＯ，）购自宜兴第二化学试
剂厂。将脱硫石膏在１５０℃下煅烧３
ｈ得到脱硫建筑
石膏，冷却至室温后过０．１５ｍｍ标准筛，取筛下部分
备用。脱硫建筑石膏主要矿物成分为半水石膏
（ＣａＳＯ。・０．５
Ｈ２０），其ＸＲＤ图谱如图１ｂ所示。
图１
Ｆｉｇ．１
２叭。）
脱硫石膏（ａ）与脱硫建筑石膏（ｂ）的ｘＲＤ图谱
ＸＲＤ
ｐａｔｔｅｍｓ
ｏｆ
ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ
ｂｕｉｌｄｉｎｇ
ｇｙｐｓｕｍ（ａ）ａＪｌｄｇｙｐｓｕｍ（ｂ）
表１脱硫石膏和矿渣化学成分
Ｔａｂ．１ＣｈｅＩＩｌｉｃａｌ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
ｏｆ
ｄｅｓｌｌｌｌＦｕｒｉ盈ｔｉｏｎ留ｐｓｕｍ
ａｎｄ
ｇｒａｎｕｌａｔｅｄ
ｂｌ嬲ｔ
ｆｕｍａｃｅ
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／％
２．２试样制备
按比例称取脱硫建筑石膏粉和矿渣微粉，搅拌均匀后，再按标准稠度用水量加水，然后搅拌均匀，倒人尺
寸为４０
ｍｍ×４０ｍｍ×１６０
ｍｍ试模中振动成型，１
ｈ后脱模制成试块。将试块放在试验室条件下，分别养护
２
ｈ、７
ｄ、２８
ｄ后，放入电热鼓风恒温于燥箱中，在（４０±２）℃条件下干燥至绝对干燥，然后进行各项性能测
试。
２．３试样性能测试
脱硫石膏／矿渣复合体系物理力学性能测试参照ＧＢ／Ｔ１７６６９．１．１９９９进行，采用Ｄｘ２７００型ｘ射线衍射
仪测定复合体系水化产物，ＱｕＡＴＡＮＡ２００型扫描电子显微镜观察试样微观结构。
３
结果与讨论
脱硫石膏一矿渣复合体系物理力学性能如表２所示。复合体系干燥强度随矿渣微粉掺量的增加出现不
３．１脱硫石膏－矿渣微粉复合胶凝材料的性能
同程度下降，而浸泡水中２４
ｈ后强度则呈相反的趋势，掺矿渣微粉后复合体系吸水率降低，软化系数提高。
矿渣微粉掺量为２０％时复合体系物理力学性能较理想。
脱硫石膏．矿渣复合体系成型后即干燥，脱硫建筑石膏基本水化完毕，但因矿渣水化较慢，仅有少量超细
微粉进行了水化反应，干燥后大部分矿渣微粉作为微集料填充在脱硫建筑石膏水化产物形成的缝隙中，能够
减少复合体系空隙率，降低吸水率，但对复合体系强度没有明显贡献，甚至由于脱硫建筑石膏用量减少，故复
合体系强度随矿渣微粉掺量增加出现下降。浸泡存水中２４ｈ后，成型时没有来得及进行水化反应或未水化
万方数据