基于XRD及FTIR的固废型纳米高硫水泥的微观特性

摘要

水泥中的硫酸盐含量过高会带来后期体积膨胀的风险。采用纳米TiO_(2)和纳米SiO_(2)对含有CaSO_(3)·0.5H_(2)O的半干法烧结烟气脱硫灰改性,以纳米改性半干法烧结烟气脱硫灰为混合材制备固废型纳米高硫水泥,解决混合材中CaSO_(3)·0.5H_(2)O含量高带来的耐久性不良问题。根据固废型纳米高硫水泥的安定性、标准稠度用水量,凝结时间以及抗压强度等性能的发展变化规律,确定了各组分的掺量配比和制备参数。采用LPSA分析了原材料的粒径分布区间,采用接触角测量仪分析了硬化浆体的浸润性能,采用XRD分析了原料及硬化浆体的矿物成分,采用FTIR分析了原料及硬化浆体的组织结构的变化规律,采用SEM分析了原料及硬化浆体的微观形貌。结果表明,半干法烧结烟气脱硫灰的粒径分布区间为0.31~127.38μm比水泥颗粒粒径分布区间更宽、粒度更细,能够优化水泥的级配范围。半干法烧结烟气脱硫灰的加入对水泥水化起到一定的缓凝作用,延长了凝结时间,掺量较大会带来同龄期硬化浆体抗压强度的降低。纳米SiO_(2)与纳米TiO_(2)的加入能够降低高硫水泥体系的标准稠度用水量,提高其抗压强度。3 Wt%的纳米TiO_(2)与2 Wt%的纳米SiO_(2)协同改性能够有效稳定半干法烧结烟气脱硫灰中的CaSO_(3)·0.5H_(2)O,进一步激发半干法烧结烟气脱硫灰的潜在活性,提高水泥硬化浆体的力学性能。改性后固废型纳米高硫水泥28 d的抗压强度为64.72 MPa比未改性的高硫水泥提高了83%,比纯水泥提高了16%。纳米改性后,润湿边角增大向疏水转变,有利于耐久性的提高;XRD分析结果显示水化产物中类AFm’含量很低,降低了膨胀的风险;FTIR分析结果显示水化产物中Ca(OH)_(2)中含有的—OH的伸缩振动峰增强,进一步提高了硬化浆体的抗化学侵蚀能力;SEM分析结果显示水化产物质地均匀,组织缺陷少。纳米TiO_(2)与纳米SiO_(2)协同改性半干法烧结烟气脱硫灰可以稳定其中含有余有的硫酸盐、亚硫酸盐,制备出高性能固废型纳米高硫水泥,有利于降碳减碳,节能环保。