干法脱硫灰对水泥稳定再生骨料混合料性能的影响_夏平.pdf

0引言干法脱硫灰（以下简称脱硫灰）是钢铁行业在烧结烟气干法脱硫过程中产生的副产物，其是由处于悬浮状态的石灰颗粒与烟气中SO2、SO3和O2反应生成的固态CaSO3和CaSO4，连同飞灰一起被除尘器收集后形成的干灰，组分比较复杂，包括CaSO30.5H2O、CaCO3、Ca(OH)2、粉煤灰颗粒等1-3。脱硫灰的物理力学性能、化学成分、矿物组成等与干法脱硫设备及工艺、脱硫剂的种类等有关。与普通粉煤灰相比，脱硫灰普遍具有高钙、高硫的特点4，这在一定程度上限制了其在建材领域的应用，导致大量的脱硫灰仍以堆存处置为主，容易对环境造成危害5。但是，考虑到脱硫灰中含有部分具有胶凝特性的粉煤灰、Ca(OH)2等组分。因此，若能将脱硫灰用于对强度要求相对较低的道路水稳层，不仅可以大量消纳脱硫灰，缓解环境污染，而且可以降低水泥干法脱硫灰对水泥稳定再生骨料混合料性能的影响夏平（上海市奉贤区交通建设管理中心，上海201400）摘要：在水泥与脱硫灰总掺量（15.00%）不变的情况下，研究了脱硫灰的种类（重钢脱硫灰、鄂钢脱硫灰）和掺量（11.25%、12.00%）对水泥脱硫灰稳定再生骨料混合料力学性能和耐久性能的影响。结果表明：随着脱硫灰掺量的增加，混合料的无侧限抗压强度、间接抗拉强度、抗压回弹模量均降低；相同脱硫灰掺量下，水泥重钢脱硫灰稳定再生骨料混合料的无侧限抗压强度、间接抗拉强度、抗压回弹模量均比水泥鄂钢脱硫灰稳定再生骨料混合料的低；与纯水泥稳定再生骨料混合料（对照组）相比，水泥脱硫灰稳定再生骨料混合料的抗冻性能较差，但干缩性能有明显改善；水泥脱硫灰稳定再生骨料混合料的重金属浸出毒性符合相关标准要求。关键词：干法脱硫灰；再生骨料；水泥稳定材料；力学性能；路用性能；耐久性能中图分类号：TU528.041文献标识码：Adoi:10.19761/j.1000-4637.2023.07.095.05Effect of dry desulfurization ash on performance of cement stabilized recycledaggregate mixturesXIA Ping(Shanghai Fengxian Traffic Construction Management Center,Shanghai 201400,China)Abstract:When the total content of cement and desulfurization ash(15.00%)remained unchanged,the effects of thetypes(Chongqing steel desulfurization ash,Hubei steel desulfurization ash)and contents(11.25%,12.00%)of desulfurizationash on the mechanical properties and durability of cement-desulfurization ash stabilized recycled aggregate mixture werestudied.The results show that with the increase of desulfurization ash content,the unconfined compressive strength,splitting strength,compressive modulus of resilience of the mixture decrease.Under the same content,the unconfinedcompressive strength,splitting strength,compressive modulus of resilience of cement-Chongqing steel desulfurization ashstabilized recycled aggregate mixture are lower than those of cement-Hubei steel desulfurization ash stabilized recycledaggregate mixture.Compared with the pure cement stabilized recycled aggregate mixture(control group),the cement-desulfurization ash stabilized recycled aggregate mixture has poor frost resistance,but significant improvement in dryshrinkage performance.The leaching toxicity of heavy metal of cement-desulfurization ash stabilized recycled aggregatemixture meets the requirements of relevant standards.Keywords:Dry desulfurization ash;Recycled aggregate;Cement stabilized material;Mechanical property;Roadperformance;Durability基金项目：上海市交通委员会科研项目（JT2021-KY-011）。2023年第7期混 凝 土 与 水 泥 制 品2023 No.77月CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTSJuly95-表1水泥的主要性能参数Table 1Main performance parameters of cement表2再生骨料的性能参数Table 2Performance parameters of recycled aggregates图1再生骨料的粒径分布Figure 1Particle size distribution of recycled aggregates标准稠度用水量/%凝结时间/min抗折强度/MPa抗压强度/MPa初凝终凝3 d28 d3 d28 d27.81752066.49.532.255.6表4脱硫灰的主要化学成分Table 4Main chemical compositions ofdesulfurization ash表5脱硫灰的主要矿物组成Table 5Main mineral compositions of desulfurization ash类型粒径/mm压碎值/%吸水率/%再生粗骨料5.015.015.031.522.96.34.4再生细骨料05.030.511.6表3脱硫灰的性能参数Table 3Performance parameters of desulfurization ash类型含水率/%细度（45 m方孔筛筛余）/%活性指数/%7 d28 d重钢脱硫灰鄂钢脱硫灰1.97.36.210.540.545.950.652.3注：鄂钢脱硫灰的含水率是鄂钢脱硫灰在干燥状态下所测得的含水率。类型SiO2Al2O3K2OCaO MgO Fe2O3SO3Cl-f-CaO重钢脱硫灰1.23 0.210.84 49.69 1.89 2.03 34.77 0.920.04鄂钢脱硫灰3.97 1.600.58 52.67 5.44 3.02 30.55 1.432.02类型CaSO30.5H2OCaCO3Ca(OH)2无定形物质重钢脱硫灰52.705.3620.87鄂钢脱硫灰27.3319.826.523.24用量，减少CO2排放，符合当前的“双碳”目标，将具有显著的社会、环境和经济效益。此外，随着建筑行业的快速发展，新建筑建设和旧建筑拆除过程中产生了大量的废弃混凝土6-8，不仅占用土地资源，而且污染环境，亟需对其进行合理的资源化利用。为此，本文采用脱硫灰等质量替代部分水泥，研究脱硫灰的种类和掺量对水泥脱硫灰稳定再生骨料混合料力学性能、路用性能和耐久性能的影响，并进行机理分析，可为脱硫灰在道路水稳层中的应用提供参考。1试验概况1.1原材料水泥：南方PO 42.5级水泥，主要性能参数见表1。再生骨料：由废弃混凝土经破碎、筛分形成，粒径分别为05.0 mm、5.015.0 mm、15.031.5 mm，性能参数见表2，粒径分布见图1。脱硫灰：重钢脱硫灰和鄂钢脱硫灰，分别来源于重庆钢铁（集团）有限责任公司和武汉钢铁集团鄂城钢铁有限责任公司，性能参数见表3，化学成分见表4，矿物组成见表5。从表5可以看出，不同种类脱硫灰的矿物组成均以CaCO3、CaSO30.5H2O为主，均含有无定形物质，但成分占比相差较大，尤其是CaSO30.5H2O。水：自来水。1.2配合比根据JTG/T F202015公路路面基层施工技术细则9中关于二级及二级以下公路基层材料的推荐骨料级配范围和结合料用量，设计本试验再生骨料的质量比为：m15.031.5 mm:m5.015.0 mmm05.0 mm=354520，结合料（水泥+脱硫灰）用量为再生骨料与结合料 总 量 的15.00%，其 中，脱 硫 灰 掺 量 分 别 为11.25%、12.00%。同时，设计一组纯水泥稳定再生骨料混合料作为对照组，其水泥用量为5.00%9。试验具体配合比见表6。1.3试验方法力学性能和耐久性能：按照JTG E512009公100806040200过筛百分比/%05101520253035筛孔尺寸/mm15.031.5 mm5.015.0 mm05.0 mm表6试验配合比Table 6Test mix proportions编号水泥重钢脱硫灰鄂钢脱硫灰再生骨料水DZ5.009510.2Z1E13.003.0012.0012.00858511.611.5Z2E23.753.7511.2511.25858512.612.5注：配合比用水量按纯水泥或水泥脱硫灰稳定再生骨料混合料配比的最佳含水量选取9。%2023年第7期混凝土与水泥制品总第327期96-图2间接抗拉强度和抗压回弹模量与无侧限抗压强度的关系Figure 2Relationships between splitting strength,compressivemodulus of resilience and unconfined compressive strength表7力学性能试验结果Table 7Test results of mechanical properties路工程无机结合料稳定材料试验规程10进行。重金属浸出毒性：按照HJ 5572010固体废物浸出毒性浸出方法 水平振荡法11进行。微观形貌：采用扫描电子显微镜（SEM）进行观察。待混合料标准养生至28 d后，取靠近混合料中心的样品，用无水乙醇浸泡以终止其水化，并进行烘干、磨细后备用。2试验结果与分析2.1力学性能水泥脱硫灰稳定再生骨料混合料的力学性能试验结果见表7。由表7可知，随着龄期的增加，混合料的力学性能增强。随着脱硫灰掺量从11.25%增至12.00%，混合料的各龄期无侧限抗压强度、间接抗拉强度、抗压回弹模量均减小，例如，Z1混合料的7、28、90 d无侧限抗压强度较Z2混合料分别降低了19.2%、23.2%、22.6%，E1混合料的7、28、90 d无侧限抗压强 度 较E2混 合 料 分 别 降 低 了26.5%、18.2%、16.2%。与对照组DZ相比，除了E2混合料（鄂钢脱硫灰掺量为11.25%）的力学性能与DZ相当，其余混合料（Z1、Z2、E1）的力学性能均有所降低。此外，相同掺量下，与水泥鄂钢脱硫灰稳定再生骨料混合料相比，水泥重钢脱硫灰稳定再生骨料混合料的力学性能较差，这是由于重钢脱硫灰的活性指数和硅、铝氧化物的含量（见表