脱硫石膏—粉煤灰胶凝体系性能研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文

脱硫石膏-粉煤灰胶凝体系性能研究
专 业：材料学
硕 士 生：姚 源
指导教师：伍勇华 副教授
摘 要
脱硫石膏和粉煤灰是能够被广泛利用的工业废渣，脱硫石膏经煅烧可以制备
建筑石膏，建筑石膏与粉煤灰复合可以制备一种新的胶凝体系，该胶凝体系既具
有建筑石膏轻质、快硬、体积稳定的特点，又由于粉煤灰受硫酸盐激发后生成水
硬性水化产物，而具有耐水、后期强度高的特点，但目前该复合胶凝材料体系尚
无系统研究。本文对脱硫石膏-粉煤灰胶凝体系的浆体流动性、凝结时间、强度及
耐久性进行了系统研究，并对不同外加剂（激发剂、减水剂、缓凝剂）以及玻璃
纤维对脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝体系性能的影响规律进行了探讨。在此基础上，
研究了脱硫石膏-粉煤灰-水泥三元胶凝体系的特点，并通过 XRD、SEM 及水化热
等测试，探讨了二元体系及三元体系的水化机理。主要研究内容及结果如下：
首先，本文研究了脱硫石膏-粉煤灰胶凝体系的性能特点及水化机理：
粉煤灰加入到脱硫石膏体系中，会提高胶凝体系的流动性能，延长凝结时间。
减少胶凝体系的放热量。由于前期粉煤灰较少参与水化反应，粉煤灰的加入会降
低胶凝体系的早期强度；不同类型的激发剂（石灰、碱、硫酸盐、硅酸盐、氯盐）
对二元体系的强度有一定的激发作用。对二元体系最有效的复合激发剂为石灰、
氯化钙和硫酸铝钾复掺；减水剂的掺入能提高胶凝体系的强度，增加流动性能。
且萘系减水剂对二元体系强度提高效果好于聚羧酸减水剂，但聚羧酸减水剂对体
系的流动性能增强效果更好；柠檬酸和三聚磷酸钠能够延缓该胶凝体系的凝结时
间，柠檬酸对二元胶凝体系的凝结时间延缓效果更好，且凝结时间延缓的越多，
对于强度的损失就越大。
玻璃纤维的加入能够提高二元胶凝体系的抗折强度，但掺量过多后，会损害
抗折强度。10mm 玻璃纤维较 20mm 的玻璃纤维更适合此体系，且掺量为 1%的
10mm 玻璃纤维能使胶凝体系的强度性能达到最优。
其次，本文研究了脱硫石膏-粉煤灰-水泥胶凝体系的性能特点及水化机理：
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水泥加入到脱硫石膏-粉煤灰体系中，会提高胶凝体系的流动性能，缩短凝结
时间，并提高胶凝体系的强度；不同类型的激发剂（石灰、碱、硫酸盐、硅酸盐、
氯盐）对三元体系的强度有一定的激发作用。对三元胶凝体系激发效果最好的复
合激发剂为石灰、氯化钙、硫酸钠复掺；减水剂的掺入能提高胶凝体系的强度，
增加流动性能。且萘系减水剂对三元体系强度的提高效果好于聚羧酸高效减水剂，
但聚羧酸高效减水剂对流动性增强效果更好；柠檬酸和三聚磷酸钠对胶凝体系的
凝结时间有延缓作用。柠檬酸对三元胶凝体系的缓凝效果更好。
与纯石膏胶凝体系相比，脱硫石膏-粉煤灰-水泥胶凝体系具有较好的耐水性，
经过 25 次冻融循环后，三元胶凝体系试件的质量随着脱硫石膏掺量的增加而增
-
大；在 CO2 浓度为 75%的气体中，由于体系中 OH 的匮乏，此复合胶凝体系的碳
化速度较快；由于石膏的微膨胀性，可抵消一部分水泥体系自身不可避免的收缩，
因此，与纯水泥胶凝体系相比，三元胶凝体系体积变化率较小，体积稳定性较好。
以上研究结果表明，脱硫石膏-粉煤灰二元胶凝体系和脱硫石膏-粉煤灰-水泥
三元胶凝体系能在大量利用工业固体废弃物的同时，形成性能独特的复合胶凝体
系，具有良好的应用价值。
关键词：脱硫石膏；粉煤灰；水泥；水化机理；复合胶凝材料
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Study on the Properties of Desulphurization Gypsum-Fly Ash
Cementitious System
Specialty:science of Materials
Name: Yao Yuan