蒸壓養(yǎng)護對燃煤固硫灰渣水化與制品體積穩(wěn)定性的影響.pdf

1、循環(huán)流化床燃煤技術其將燃燒和固硫兩個過程合二為一,是一種先進的清潔燃煤技術,但因循環(huán)流化床燃煤副產(chǎn)物即循環(huán)流化床燃煤固硫灰渣(以下簡稱固硫灰渣)中含有的固硫產(chǎn)物無水石膏和游離氧化鈣會產(chǎn)生明顯的體積膨脹等原因,制約了固硫灰渣的處置與利用,導致該技術的推廣應用受到嚴重影響。蒸壓養(yǎng)護是一種成熟應用于CaO-SiO2-Al2O3-CaSO4-H2O五元體系硅酸鹽制品生產(chǎn)的濕熱養(yǎng)護工藝,水化生成強度高、體積穩(wěn)定的托貝莫來石(C5Si6H4)、C-

2、S-H(B)等水化產(chǎn)物;固硫灰渣的礦物組成屬于該五元體系,但該典型五元體系蒸壓硅酸鹽制品的組成中CaSO4的含量一般不超過5％,CaSO4多為二水石膏和硬石膏,而固硫灰渣中的石膏為Ⅱ型無水石膏,含量在10-30％(以 SO3計)。因此,研究蒸壓養(yǎng)護是否像典型的CaO-SiO2-Al2O3-CaSO4-H2O五元體系的一樣促進固硫灰渣水化、抑制其制品的膨脹、改善固硫灰渣制品的體積穩(wěn)定性具有理論價值和實際應用需求。
　　通過研究不同蒸

3、壓制度對固硫灰渣制品的水化、強度發(fā)展和體積穩(wěn)定性的影響,并與常壓養(yǎng)護進行對比。結果顯示蒸壓養(yǎng)護對固硫灰渣膨脹抑制作用主要取決于蒸壓后固硫灰渣水化產(chǎn)物的種類及數(shù)量、水化產(chǎn)物的結構和制品的強度;蒸壓養(yǎng)護后的固硫灰渣(或摻水泥)水化產(chǎn)物中沒有鈣礬石生成,生成大量托貝莫來石生成,且水化產(chǎn)物結晶更完善,制品強度是自然條件養(yǎng)護下試件的2~3倍,28d抗壓強度達到25MPa。蒸壓養(yǎng)護的升溫速率、恒溫溫度和恒溫時間、降溫速率等參數(shù)顯著影響制品的水化產(chǎn)物

4、和強度,恒溫溫度較低、恒溫時間過短會導致鈣礬石、二水石膏存在。相對于常溫養(yǎng)護,合適的蒸壓養(yǎng)護能顯著抑制固硫灰渣中無水石膏水化反應生產(chǎn)二水石膏、與其他物質(zhì)反應生成鈣礬石而引起的體積膨脹,特別是固硫灰渣制品水養(yǎng)條件下的體積膨脹,經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護后的試件水養(yǎng)下的線性膨脹率只有未經(jīng)蒸壓養(yǎng)護試件的10％左右,且蒸壓養(yǎng)護后水養(yǎng)時的體積膨脹主要發(fā)生在14d前,之后隨齡期變化很小,有利于固硫灰渣蒸壓制品的后期體積穩(wěn)定性。
　　對蒸壓養(yǎng)護后固硫灰渣制品

5、的XRD分析能確定無水石膏的存在,而SEM未發(fā)現(xiàn)柱狀形態(tài)的無水石膏晶體,EDS面掃描也未顯示硫元素分布情況。通過計算化學的方法及分子動力學的理論計算表明每個托貝莫來石晶格能容納4個SO42-,且得到能量降低更穩(wěn)定的晶體結構,由此可推斷SO42-可進入托貝莫來石的晶體結構,體系前后能量計算結果說明SO42-進入托貝莫來石體系后,降低了體系的能量,使體系更為穩(wěn)定。結合在早期的石灰-粉煤灰蒸壓制品的研究得出的SO42-能促使C-S-H(B)轉

6、換為托貝莫來石,并進入托貝莫來石的晶格中的結論,可以推斷固硫灰渣蒸壓養(yǎng)護條件下無水石膏能促使 C-S-H(B)轉換為托貝莫來石,并進入托貝莫來石的晶格,形成更為穩(wěn)定的托貝莫來石,在蒸壓養(yǎng)護中固硫灰渣的無水石膏促進托貝莫來石的生成,提高制品的強度和體積穩(wěn)定性。
　　由于固硫灰渣組成相對復雜,研究選擇與固硫灰渣中無水石膏晶體結構相同、性質(zhì)相似的模擬石膏作為研究對象,并以無水石膏作為對比,研究了蒸壓養(yǎng)護對其溶解性、穩(wěn)定性和水化反應活性影

7、響。結果表明蒸壓后的天然硬石膏和模擬石膏的其礦物組成沒有改變,但最強衍射峰和高級次衍射線峰高均明顯上升,完整性升高,蒸壓后硬石膏的穩(wěn)定性提高,衍射線峰高上升表明晶粒度變大;SEM觀察結果顯示蒸壓養(yǎng)護后的物質(zhì)出現(xiàn)明顯的團聚和顆粒增大現(xiàn)象,是導致溶解度降低的重要原因之一;蒸壓使其水化反應生成二水石膏和與其他物質(zhì)反應生成鈣礬石的水化反應能力降低。蒸壓養(yǎng)護使無水石膏的穩(wěn)定性增加、在水中溶解速度降低、生成二水石膏和鈣礬石的水化反應能力減弱,利用固

8、硫灰渣來配制蒸壓制品時,不能采用完全純固硫灰渣,保證配合比中足夠的鈣極其必要。生產(chǎn)固硫灰渣蒸壓制品時,合理的工藝參數(shù)應為:壓制成型時水固比在0.15~0.20,成型壓力為25MPa,靜停時間為24h,尤其是壓制成型時更應適當延長靜停時間;壓制成型的固硫灰渣蒸壓制品的耐久性高于澆注成型,且固硫灰渣蒸壓制品的抗凍性和抗碳化能力都是隨著固硫灰渣摻量的增加而下降,在固硫灰渣中摻加5％以上的水泥熟料時可以顯著改善其耐久性。完成年產(chǎn)3000萬標準磚

9、的固硫灰渣蒸壓磚生產(chǎn)線的工藝設計和生產(chǎn)調(diào)試。采用壓制成型,固硫灰(磨細固硫渣):水泥在80:20~90:10,水固比在0.15~0.20,膠砂比為1:2,成型壓力為25MPa,靜停時間為24h,蒸壓制度為升溫2h、恒溫6h(恒溫壓力13大氣壓)、降溫2h,生產(chǎn)的蒸壓磚性能符合GB11945-1999《蒸壓灰砂磚》和JC239-91《粉煤灰磚》中M25、M10蒸壓磚的要求,制品體積穩(wěn)定性良好。
　　總之,蒸壓養(yǎng)護加速了固硫灰渣水化反