減水劑廢渣在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用研究
摘要：本文主要介紹了利用減水劑廢渣代替部分脫硫石膏和助磨劑生產(chǎn)水泥減少環(huán)境污染的技術(shù)措施，以及利用這種水泥配制預(yù)拌混凝土的可行性，有重要的資源綜合利用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：減水劑廢渣；脫硫石膏；增強(qiáng)機(jī)理；凈漿流動(dòng)度
1 前言
隨著萘系高濃高效減水劑產(chǎn)量的提高，含硫酸鹽和萘系減水成分的污染性廢渣排放量越來(lái)越大。對(duì)于生產(chǎn)規(guī)模較小的外加劑廠家，這些廢渣還能暫時(shí)貯存于廢渣場(chǎng)。但是對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)萘系高濃高效減水劑的企業(yè)而言，他們排放的廢渣占用了大量的農(nóng)田，嚴(yán)重污染堆場(chǎng)周圍環(huán)境。為了消除減水劑廢渣對(duì)環(huán)境的污染，嘗試用減水劑廢渣代替部分石膏和助磨劑，生產(chǎn)出可用于預(yù)拌混凝土生產(chǎn)的水泥，我們進(jìn)行了本項(xiàng)目的研究。
2 原材料
2.1 水泥熟料
為使研究結(jié)果具有普遍適用性，在選取原材料時(shí)分別選用從杭州、寧波兩地的兩個(gè)水泥廠取來(lái)樣品。水泥熟料的礦物組成、化學(xué)成份及率值祥見(jiàn)表1.
2.2 礦渣
為了確保水泥質(zhì)量的穩(wěn)定，降低水泥水化熱，滿足預(yù)拌混凝土生產(chǎn)的要求，試驗(yàn)中選用了性能比較穩(wěn)定的兩種水渣，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2.
2.3爐渣
由于水渣屬于供應(yīng)量比較緊缺的資源，為充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，提高水泥活性，我們?cè)谠囼?yàn)中選用了當(dāng)?shù)啬碂犭姀S排出的爐渣。將爐渣和水淬礦渣按等比例混合后制成混合材使用。
2.4 脫硫石膏
為了推動(dòng)環(huán)保事業(yè)的進(jìn)步，充分利用電廠廢料，本研究選用某熱電廠排放的脫硫石膏作為水泥的調(diào)凝劑。其化學(xué)成份見(jiàn)表3
2.5 減水劑廢渣
為了大量利用減水劑廢渣，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的普遍適用性，我們隨機(jī)選取了減水劑廢山上的樣品進(jìn)行試驗(yàn)。其混合樣化學(xué)成份見(jiàn)表4
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3 水泥性能試驗(yàn)
3.1 水泥小磨試驗(yàn)
首先準(zhǔn)備好原材料：水泥熟料（簡(jiǎn)稱A）、礦渣（簡(jiǎn)稱B）、爐渣（簡(jiǎn)稱C）、脫硫石膏（簡(jiǎn)稱D）、減水劑廢渣（簡(jiǎn)稱E）；根據(jù)多年的研究經(jīng)驗(yàn)，我們確定了初步的配料比，經(jīng)準(zhǔn)確稱量后加入球磨機(jī)，粉碎20min后，用0.08mm方孔篩篩分，將篩下的樣品盛放到水泥樣品鐵桶中進(jìn)行性能測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5.
3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析
由表5數(shù)據(jù)可知，采用減水劑廢渣部分代替脫硫石膏和助磨劑配制的水泥樣品有如下特點(diǎn)：
?。?）使用減水劑廢渣后，水泥配料中混合材摻量范圍為25%-55%,水泥的比表面積增大，說(shuō)明減水劑廢渣具有一定的助磨作用，初凝時(shí)間推遲大約15min,終凝時(shí)間推遲大約40min,水泥安定性全部合格。
?。?）采用同一熟料配制的水泥，使用減水劑廢渣后脫硫石膏用量減少，隨著混合材摻量的增加水泥的3d和28d強(qiáng)度有逐漸降低的趨勢(shì)。
?。?）使用減水劑廢渣時(shí)，當(dāng)混合材摻量達(dá)55%時(shí)仍然能夠生產(chǎn)出合格的32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥。
?。?）由熟料1到2同配料比的試驗(yàn)可知，對(duì)不同廠家的熟料，使用減水劑廢渣后混合材摻量變化規(guī)律與水泥的強(qiáng)度的變化規(guī)律一致，說(shuō)明減水劑廢渣對(duì)兩種熟料均具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。
3.3 工業(yè)性生產(chǎn)試驗(yàn)
根據(jù)小磨試驗(yàn)結(jié)果，我們選用熟料1在粉磨站同配料比進(jìn)行工業(yè)性生產(chǎn)試驗(yàn)，在水泥穩(wěn)定生產(chǎn)2小時(shí)后，采用連續(xù)取樣，每小時(shí)取樣一次，抽取了四組樣品進(jìn)行檢測(cè)，與對(duì)比樣品的檢測(cè)結(jié)果比較，數(shù)據(jù)見(jiàn)表6.
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3.4 大批量工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果分析
根據(jù)表6試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，采用大批量工業(yè)化大磨生產(chǎn)時(shí)，由于物料流動(dòng)性大，原材料混合分散得更均勻，因此減水劑廢渣的助磨和增強(qiáng)效果比小磨試驗(yàn)更理想。水泥比表面積與對(duì)比樣相近，初凝時(shí)間推遲20min以上，終初凝時(shí)間推遲40min左右，安定性得到改善，3d、28d強(qiáng)度均高于對(duì)比樣。因此減水劑廢渣部分代替石膏和助磨劑應(yīng)用于大批量水泥的工業(yè)化生產(chǎn)，具有一定的助磨作用，能激發(fā)混合材的活性，可以生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的水泥。
3.5 減水劑廢渣增強(qiáng)機(jī)理
根據(jù)多年研究分析和總結(jié)，用減水劑廢渣部分取代石膏和助磨劑生產(chǎn)水泥，其增強(qiáng)機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面：
（1）助磨超細(xì)增強(qiáng)機(jī)理
用減水劑廢渣取代部分石膏和助磨劑之后，混合材主要為水渣和爐渣，爐渣易磨性比礦渣好，減水劑廢渣具有很強(qiáng)的分散作用。在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，熟料、礦渣、爐渣、脫硫石膏經(jīng)混合進(jìn)入球磨機(jī)后，由于這些原料顆粒都存在結(jié)構(gòu)缺陷和微裂紋，減水劑廢渣的加入就如同楔子一樣進(jìn)入缺陷和微裂紋部位，在原料內(nèi)部形成強(qiáng)大的膨脹應(yīng)力，當(dāng)磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，研磨體撞擊和擠壓這些水泥原料顆粒，由于內(nèi)外應(yīng)力的共同作用，使水泥更加容易磨細(xì)，從而提高水泥的比表面積，改善了水泥顆粒級(jí)配，最終使水泥水化時(shí)化學(xué)反應(yīng)的面積變大，提高了水泥強(qiáng)度。
?。?）晶種成長(zhǎng)增強(qiáng)機(jī)理
減水劑廢渣主要由硫酸鈣和萘系高效減水劑殘存部分組成，分子晶體結(jié)構(gòu)中存在各種類似于鈣礬石的晶種，在水泥水化反應(yīng)過(guò)程中，由于固相反應(yīng)生成的水泥石固溶膠結(jié)構(gòu)與晶種相似，它們互相溶解、分散吸收了大量中間產(chǎn)物及自由水，減少了水泥石溶膠顆粒的離散性及自由水蒸發(fā)引起的空隙、孔洞及結(jié)構(gòu)缺陷，使整個(gè)水泥石內(nèi)部更加密實(shí)、均勻、連續(xù)，提高了水泥石的強(qiáng)度。
?。?）交互增強(qiáng)機(jī)理
采用熟料、礦渣、爐渣、脫硫石膏、減水劑廢渣混合生產(chǎn)水泥，其中任意兩種材料之間，在加水水化后都能相互激發(fā)，相互反應(yīng)，形成大量的柱狀A(yù)FT,層片狀Ca(OH）2晶體以及網(wǎng)狀、纖維狀的水化CSH凝膠。這些產(chǎn)物彼此填充，互相纏繞，將水泥石牢固地粘結(jié)成一個(gè)整體，組成一座含有大量凝膠孔的密實(shí)大廈，同時(shí)各種組分晶格在逐步水化時(shí)還能沿不同方向增長(zhǎng)，有效的補(bǔ)償了不夠密實(shí)的部位，減少了單一組分水化不能彌補(bǔ)的缺陷，起到了互相結(jié)合，有效的利用各自優(yōu)勢(shì)的補(bǔ)強(qiáng)作用，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)疊加效應(yīng)，使水泥強(qiáng)度大大提高。
（4）減水增強(qiáng)機(jī)理
減水劑廢渣含有一定量的萘系高效減水劑，在水泥膠砂成型的過(guò)程中，由于減水成分的減水和分散作用，使相同用水量條件下制得的水泥試件更加密實(shí)，因此強(qiáng)度提高。
4水泥凈漿流動(dòng)性試驗(yàn)
為了檢測(cè)使用減水劑廢渣生產(chǎn)的水泥用于預(yù)拌混凝土生產(chǎn)的可行性，我們按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)，測(cè)量這種水泥在水膠比為0.29時(shí)的初始流動(dòng)度、半小時(shí)流動(dòng)度，觀察外加劑廢渣引入的氣泡量，以確定這種水泥是否需要摻加混凝土外加劑。具體試驗(yàn)測(cè)數(shù)據(jù)如表7所示。
根據(jù)表7試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，利用減水劑廢渣代替石膏與助磨劑生產(chǎn)的水泥，由于減水組分在粉磨過(guò)程中充分分散，水泥凈漿流動(dòng)度大，而且半小時(shí)后凈漿流動(dòng)度測(cè)量值大于初始值，說(shuō)明采用這種水泥可以配制和易性好、坍落度損失小的預(yù)拌混凝土。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察水泥凈漿內(nèi)沒(méi)有較大的氣泡，是配制預(yù)拌混凝土的理想材料。使用這種水泥只需加入少量的緩凝劑就很容易配制出優(yōu)質(zhì)的泵送混凝土。由于不需要混凝土減水劑，配制的混凝土每方可以節(jié)約成本15元以上。因此水泥粉磨站大批量使用減水劑廢渣代替石膏與助磨劑生產(chǎn)水泥，可以在預(yù)拌混凝土行業(yè)廣泛推廣，市場(chǎng)前景廣闊。
5 結(jié)論
?。?）利用減水劑廢渣生產(chǎn)水泥，有效地利用了減水劑廢渣，可以減少環(huán)境污染、節(jié)約土地資源。
?。?）減水劑廢渣部分代替脫硫石膏和助磨劑，在水泥配料中可以多摻10%一15%的混合材，有效的降低了水泥生產(chǎn)成本。
?。?）使用減水劑廢渣生產(chǎn)的水泥凈漿流動(dòng)度大，特別適合預(yù)拌混凝土企業(yè)配制泵送混凝土，有利于其降低混凝土生產(chǎn)成本，市場(chǎng)前景廣闊。
（4）減水劑廢渣用于水泥生產(chǎn)，操作簡(jiǎn)單，無(wú)須增加新設(shè)備，便于生產(chǎn)控制和管理。
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