硫铝酸盐水泥熟料与磨细高炉矿渣粉复掺改性脱硫建筑石膏性能研究

贾小盼，马瑞彦，杜慧慧，栗莎

（河北工程技术学院 土木工程学院，河北 石家庄 050091）

0 引 言

脱硫石膏是利用湿法脱硫工艺经过燃煤电厂处理后得到的工业副产物，脱硫石膏粒度分布范围较窄，成分稳定[1]，并且其中包含有害杂质极少。将脱硫石膏应用于建材产品已成为建筑行业趋势，脱硫建筑石膏具有隔热、隔声、抗震性能较高并且可有效调节空气湿度的优势[2]，但脱硫建筑石膏的强度和耐水性较差。水泥、粉煤灰等无机改性剂可在一定程度上提高脱硫建筑石膏的强度[3-5]，但吸水率下降较小，水化龄期较长，耐水性提高并不明显[6]；加入防水剂可有效提高脱硫建筑石膏的耐水性[7]，但对脱硫建筑石膏强度影响较大。选择合适的改性材料提高脱硫建筑石膏的耐水性和强度已成为建筑材料领域的研究热点。

硫铝酸盐水泥熟料（SAC）是目前广泛应用于石膏中的增强材料，其主要成分为硅酸二钙和无水硫铝酸钙，硫铝酸盐水泥熟料具有高强、凝结快和早强的特性。磨细高炉矿渣粉（BFS）被广泛应用于混凝土中，是优质的混合料。本试验研究了SAC与磨细高炉矿渣粉复掺改性对脱硫建筑石膏性能的影响。

1 试 验

1.1 原材料

脱硫建筑石膏：山东光大电力集团公司热电厂；硫铝酸盐水泥熟料（SAC）：山东新泰新禹特种水泥有限责任公司；磨细高炉矿渣粉（BFS）：S95级，荆州万山环保材料有限公司。3种原材料的主要化学成分如表1所示。

表1 3种原材料的主要化学成分 %

1.2 试验方法

本试验研究了固定BFS掺量为16%，SAC掺量对脱硫建筑石膏性能的影响，以及固定SAC掺量为16%，BFS掺量对脱硫建筑石膏性能的影响。SAC和BFS均等质量取代脱硫建筑石膏，水料比为0.67，将搅拌后的浆料倒入40 mm×40 mm×160 mm的三联模中成型，终凝后脱模，在20℃、相对湿度80%条件下养护至规定龄期。

依据GB/T 17669.3—1999《建筑石膏 力学性能的测定》测试改性脱硫建筑石膏的强度。其中保水抗压强度试样在待测龄期前24 h取出，放在水中浸泡24 h；绝干抗压强度试样在待测龄期前24 h取出，在43℃下烘干24 h。吸水率：在待测龄期前24 h取出，在水中浸泡24 h测试质量，计算吸水率。软化系数：保水抗压强度与绝干抗压强度的比。利用SIGMA-500型扫描电镜观测改性脱硫建筑石膏水化硬化体的微观结构。

2 试验结果与分析

2.1 SAC和BFS掺量对脱硫建筑石膏抗折强度的影响（见表2）

表2 SAC和BFS掺量对脱硫建筑石膏抗折强度的影响

由表2可以看出，随着SAC掺量的增加，改性脱硫建筑石膏的抗折强度逐渐提高，但当其掺量增加至16%以上时，抗折强度提高趋势变缓。随着BFS掺量的增加，改性脱硫建筑石膏的1、3、5 d抗折强度逐渐提高；7 d抗折强度先提高后降低，BFS掺量为14%时，7 d抗折强度最高；BFS掺量超过14%时，随着BFS掺量的增加，7 d抗折强度明显降低。

2.2 SAC和BFS掺量对脱硫建筑石膏抗压强度的影响（见表3）

表3 SAC和BFS掺量对脱硫建筑石膏抗压强度的影响

由表3可以看出，随着SAC掺量的增加，改性脱硫建筑石膏的抗压强度逐渐提高。随着BFS掺量的增加，改性脱硫建筑石膏的1、3、5 d抗压强度逐渐提高；7 d抗压强度先提高后降低，当BFS掺量为16%时，7 d抗压强度最高；BFS掺量超过16%时，随着BFS掺量的增加，7 d抗压强度明显降低。

分析SAC和BFS复掺改性脱硫建筑石膏抗折以及抗压强度提高的主要原因为：SAC和BFS掺量增加使得改性脱硫建筑石膏内硅酸二钙和无水硫铝酸钙含量增加，脱硫建筑石膏由于水化形成大量的钙矾石和C-S-H凝胶，2种材料的胶结强度高于二水石膏，因此复掺改性脱硫建筑石膏的抗折和抗压强度有所提高。BFS掺量增加至16%以上时，改性脱硫建筑石膏的7 d抗折和抗压强度明显下降，主要原因是7 d龄期时，脱硫建筑石膏内玻璃体水化形成大量钙矾石，钙矾石在硬化的脱硫建筑石膏内膨胀，造成脱硫建筑石膏的抗折和抗压强度明显降低。

2.3 SAC和BFS掺量对脱硫建筑石膏吸水率的影响（见表4）

由表4可以看出，随着SAC掺量的增加，改性脱硫建筑石膏的吸水率逐渐减小。随着BFS掺量的增加，改性脱硫建筑石膏的1、3、5 d吸水率逐渐减小；7 d吸水率先减小后明显增大，BFS掺量为16%时，7 d吸水率最小；BFS掺量超过16%时，随着BFS掺量的增加，7 d吸水率明显增大。脱硫建筑石膏的吸水率可直接体现建筑材料防水性能，脱硫建筑石膏吸水率减小说明其防水性能提高，复掺适量的SAC和BFS可有效减小脱硫建筑石膏的吸水率，提高其防水性能。

表4 SAC和BFS掺量对脱硫建筑石膏吸水率的影响

2.4 SAC和BFS掺量对脱硫建筑石膏饱水抗压强度的影响（见表5）

表5 SAC和BFS掺量对脱硫建筑石膏饱水抗压强度的影响

由表5可以看出，随SAC掺量增加，改性脱硫建筑石膏的饱水抗压强度逐渐提高。随BFS掺量增加，改性脱硫建筑石膏的1、3、5 d饱水抗压强度逐渐提高；7 d饱水抗压强度先提高后降低，BFS掺量为16%时，7 d饱水抗压强度最高；BFS掺量超过16%时，随着BFS掺量的增加，7 d饱水抗压强度明显降低。

2.5 SAC和BFS掺量对脱硫建筑石膏绝干抗压强度的影响（见表6）

由表6可以看出，随着SAC掺量的增加，改性脱硫建筑石膏的绝干抗压强度逐渐提高。随着BFS掺量的增加，改性脱硫建筑石膏的1、3、5 d绝干抗压强度逐渐提高；7 d绝干抗压强度先提高后降低，BFS掺量为16%时，7 d绝干抗压强度最高；BFS掺量超过16%时，7 d绝干抗压强度明显降低。

表6 SAC和BFS掺量对脱硫建筑石膏绝干抗压强度的影响

2.6 SAC和BFS掺量对脱硫建筑石膏软化系数的影响（见表7）

表7 SAC和BFS掺量对脱硫建筑石膏绝干强度的影响

由表7可以看出，随着SAC掺量的增加，改性脱硫建筑石膏的软化系数逐渐增大。随着BFS掺量的增加，改性脱硫建筑石膏的1、3、5 d软化系数逐渐增大；7 d软化系数先增大后减小，BFS掺量为16%时，7 d软化系数最大；BFS掺量超过16%时，随着BFS掺量的增加，7 d软化系数明显减小。

根据以上试验结果，并综合考虑脱硫建筑石膏软化系数和原料成本等，确定采用16%铝酸盐水泥熟料+16%磨细高炉矿渣粉复掺改性脱硫建筑石膏，制得的改性脱硫建筑石膏1 d抗折强度为1.41～1.87 MPa，1 d抗压强度为6.85～8.42 MPa，软化系数为0.38～0.59，相比于未改性脱硫建筑石膏均明显提升。

2.7 脱硫建筑石膏水化硬化分析

未改性脱硫建筑石膏以及16%铝酸盐水泥熟料+16%磨细高炉矿渣粉复掺改性脱硫建筑石膏SEM照片见图1、图2。

由图1、图2可见，未改性脱硫建筑石膏晶体呈现短柱状和不规则板状，并纵横交错融合为一起，整体结构呈现为较大的孔隙率和较小的致密化。SAC和BFS复掺改性后的脱硫建筑石膏形貌主要为片状，具有极少量棒状或针状物质，片状物体间搭接效果较好，孔隙率较低，致密程度明显有所提升。

3 结 语

采用硫铝酸盐水泥熟料（SAC）和磨细高炉矿渣粉（BFS）复掺改性脱硫建筑石膏，随着SAC掺量的增加，改性脱硫建筑石膏的抗折、抗压、饱水、绝干强度和软化系数均逐渐增大，吸水率逐渐减小；随着BFS掺量的增加，改性脱硫建筑石膏的1、3、5 d抗折、抗压、饱水、绝干强度和软化系数逐渐增大，吸水率逐渐减小；7 d抗折、抗压、饱水、绝干强度和软化系数先增大后减小，吸水率先减小后增大。综合考虑，最终采用16%铝酸盐水泥熟料+16%磨细高炉矿渣粉复掺改性脱硫建筑石膏，制得的改性脱硫建筑石膏1 d抗折强度为1.41～1.87 MPa，1 d抗压强度为6.85～8.42 MPa，软化系数为0.38～0.59，相比于未改性脱硫建筑石膏均明显提升。