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氟化工废渣/石粉自流平地坪材料的研究

发布时间:2020-03-21 12:57浏览次数:

氟化工工业废渣作为氟化工工厂利用萤石和浓硫酸生产氢氟酸的副产物,物相组成与天然硬石膏相似,无水硫酸钙纯度在90%以上,具有潜在的水化活性。近些年,随着环保督查力度的加大和利废环保政策的出台实施,氟化工工业废渣经加工改性处理后在石膏砌块、粉刷石膏等领域得到了一定的应用。然而石膏砌块和粉刷石膏在建筑工程领域推广进程缓慢,市场份额小,使得氟化工工业废渣消耗量少,废渣得不到及时使用而大量堆积,急需开辟新的利用途径[1]

近些年,随着国家生态文明建设进程的推进,建筑用砂领域天然砂的开采量逐渐减少。为满足建筑用砂需求,机制砂的生产和使用规模急速增长,而石粉作为机制砂生产主要副产物,在环保高压态势下的合法合规处置已成为行业亟须解决的问题。自流平地坪材料因具有流动性好、施工简便、劳动强度低等优点,伴随着我国工业经济的高速发展,在大型超市、商场、工厂车间、仓库等地面铺筑过程中得到广泛应用,市场前景广阔[2,3]

本文以氟化工废渣/石粉自流平地坪材料为研究对象,充分发挥氟化工废渣无水硫酸钙纯度高、具有潜在水化活性、水化进程微膨胀以及石粉硬度高、耐磨性好的特点,以氟化工工业废渣、石灰石粉为主要原材料,掺加适宜激发剂、减水剂、可再分散性乳胶粉,经化学改性制备自流平地坪材料,为氟化工废渣和石灰石粉的高附加值资源化利用开辟新的途径。

1 试验原材料与试验方法

1.1 原材料

氟化工废渣:安徽铜陵地区一家氢氟酸工厂生产的副产物,浅灰色颗粒状物质,物相组成为无水Ⅱ型CaSO4,化学组成中CaO和SO3有效组分含量达到96%。

石粉:安徽巢湖碎石场机制砂干法生产工艺过程中经风选、收尘得到的副产物,为黑色粉末状石灰石粉,45μm方孔筛筛余25%,流动度比为96%。

化学激发剂:由盐类激发剂复合二水石膏自行配制而成。

减水剂:聚羧酸高性能效减水剂,为白色粉末状物质,减水率26%。

可再分散乳胶粉:乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物,为白色粉末状物质。

1.2 试验方法

将氟化工废渣置于40±4℃温度下的烘箱中烘干,然后置于球磨机中粉磨至比表面积不小于350m2/kg。向磨细后的氟化工废渣中掺加20%质量的石粉,然后依据GB/T17669.4《建筑石膏净浆物理性能的测定》方法测试其标准稠度用水量;在标准稠度用水量条件下,依据GB/T17669.3《建筑石膏力学性能的测定》方法对试样进行成型和养护,到达试验龄期后测试不同掺量化学激发剂对氟化工废渣/石粉复合胶凝材料凝结时间和力学性能的影响,确定氟化工废渣/石粉复合胶凝材料体系中化学激发剂的最佳掺量。

在最佳化学激发体系和标准稠度用水量条件下,依据JC/T1023-2007《石膏基自流平砂浆》对试样进行成型和养护,试验研究不同掺量可再分散乳胶粉对氟化工废渣/石粉复合胶凝材料拉伸黏结强度的影响,确定乳胶粉的适宜掺量,然后考察不同掺量减水剂条件下氟化工废渣/石粉复合胶凝材料浆体的流动度,从而确定氟化工废渣/石粉自流平地坪材料的生产工艺参数,为氟化工废渣和石粉在自流平材料中的应用提供理论指导。

2 试验结果与分析

2.1 化学激发剂对氟化工废渣/石粉复合胶凝材料凝结硬化性能和力学性能的影响

依据1.2试验方法,测试氟化工废渣/石粉复合胶凝材料(80%质量分数磨细氟化工废渣+20%质量分数石粉,下同)的标准稠度用水量为28%,掺加不同掺量化学激发剂的复合胶凝材料凝结时间和强度见表1。

由表1实验结果可知,化学激发剂在显著改善氟化工废渣/石粉复合胶凝材料的凝结硬化性能的同时,可大幅提高其力学性能。随着化学激发剂掺量的增加,复合胶凝材料的凝结时间逐渐缩短,3d抗折、抗压强度逐渐增大,当掺量为2.0%时,复合胶凝材料的凝结时间和力学强度趋于稳定。由此可知其化学激发剂的最佳掺量为2.0%。

表1 不同掺量化学激发剂条件下氟化工废渣/石粉复合胶凝材料的性能     下载原表

表1 不同掺量化学激发剂条件下氟化工废渣/石粉复合胶凝材料的性能

化学激发剂掺加到氟化工废渣/石粉复合胶凝材料的水化体系中后,一方面化学激发剂中的盐类组分可迅速溶解并在短时间内大幅提升反应体系中的硫酸根离子浓度,促进二水硫酸钙晶体的析晶、生长;另一方面化学激发剂中的二水石膏组分可作为二水硫酸钙晶体生长的晶种,加速晶体的结晶和生长过程。经过充分的结晶生长后,二水硫酸钙晶体之间相互交错搭接,形成较好的晶体网络结构,宏观上表现为氟化工废渣/石粉复合胶凝材料凝结时间的缩短和力学性能的提高。

2.2 可再分散乳胶粉对氟化工废渣/石粉复合胶凝材料拉伸黏结强度的影响

依据1.2试验方法,测试氟化工废渣/石粉复合胶凝材料在28%标准稠度用水量和2.0%化学激发剂掺量下,可再分散性乳胶粉对复合胶凝材料拉伸黏结强度的影响,结果如图1所示。

由图1可知,氟化工废渣/石粉复合胶凝材料的拉伸黏结强度随着乳胶粉掺量的增加逐渐增大,当乳胶粉掺量为3%时,拉伸黏结强度趋于稳定,此时氟化工废渣/石粉复合胶凝材料的拉伸黏结强度为1.12MPa,较空白试样提高了166.7%,其乳胶粉的最佳掺量为3%。当乳胶粉掺入到氟化工废渣/石粉复合胶凝材料的料浆中进行搅拌时,胶粉会自行分散、溶解成高分子聚合物,伴随着氟化工废渣/石粉复合胶凝材料的水化硬化,高分子聚合物颗粒逐渐沉积在晶体表面,在氟化工废渣/石粉复合胶凝材料硬化体与基底材料之间形成柔性的聚合物连续薄膜,从而提高复合材料的拉伸黏结强度。

1 6 6.7%图1 氟化工废渣/石粉复合胶凝材料拉伸粘结强度随可再分散乳胶粉掺量的变化曲线

1 6 6.7%图1 氟化工废渣/石粉复合胶凝材料拉伸粘结强度随可再分散乳胶粉掺量的变化曲线   下载原图

 

2.3 减水剂对氟化工废渣/石粉自流平地坪材料流动性的影响

依据1.2试验方法,测试氟化工废渣/石粉复合胶凝材料在28%标准稠度用水量、2.0%化学激发剂掺量和3.0%可再分散乳胶粉掺量下,减水剂对氟化工废渣/石粉自流平地坪材料流动性的影响,结果如图2所示。

由图2可知,减水剂可明显提高氟化工废渣/石粉自流平地坪材料的流动性,随着减水剂掺量的增加,自流平地坪材料的流动度逐渐增大,当减水剂掺量为0.8%时,氟化工废渣/石粉自流平地坪材料的流动度达到145mm,满足JC/T1023-2007《石膏基自流平砂浆》对自流平材料流动度的要求,可以确定减水剂的适宜掺量为0.8%。

2 0 1 9.1 1图2 氟化工废渣/石粉自流平地坪材料流动度随减水剂掺量的变化曲线

2 0 1 9.1 1图2 氟化工废渣/石粉自流平地坪材料流动度随减水剂掺量的变化曲线   下载原图

 

2.4 氟化工废渣/石粉自流平地坪材料的基本性能

通过试验,可以确定氟化工废渣/石粉自流平地坪材料的基本配合比见表2。

表2 氟化工废渣/石粉自流平地坪材料配合比     下载原表

表2 氟化工废渣/石粉自流平地坪材料配合比

依据JC/T1023-2007《石膏基自流平砂浆》测试氟化工废渣/石粉自流平地坪材料的基本性能,结果见表3。

表3 氟化工废渣/石粉自流平地坪材料基本性能     下载原表

表3 氟化工废渣/石粉自流平地坪材料基本性能

由表3可知,氟化工废渣/石粉自流平地坪材料的基本性能满足JC/T1023-2007《石膏基自流平砂浆》的相关技术要求,可作为一种新型的自流平材料在工程中推广应用。

3 结论

a.化学激发剂、可再分散乳胶粉可显著改善氟化工废渣/石粉复合胶凝材料的凝结硬化性能,有效激发氟化工废渣/石粉复合胶凝材料的水化活性,从而满足自流平材料对凝结时间、力学性能的要求,化学激发剂的最佳掺量为2.0%,可再分散乳胶粉的最佳掺量为3.0%。

b.减水剂可大幅提高氟化工废渣/石粉自流平地坪材料的流动度,从而满足自流平材料对流动性的要求,减水剂的最佳掺量为0.8%。

c.氟化工废渣/石粉自流平地坪材料满足JC/T1023-2007《石膏基自流平砂浆》的相关技术要求,可作为氟化工废渣和石粉建材资源化利用的新途径推广使用。


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