檸檬酸渣作水泥緩凝劑的研究_圖文

1、 試驗(yàn)研究 文章編號 :1009-9441(2010 01-0001-03檸檬酸渣作水泥緩凝劑的研究黃 偉 , 陶珍東 , 王小波 (濟(jì)南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 , 山東 濟(jì)南 250022摘 要 :研究了檸檬酸渣、 鋼渣摻入量和鋼渣比表面積等 3個(gè)因素對水泥物理化學(xué)性能的影響 , 并探索了檸檬酸渣代替天然石膏作水泥緩凝劑的可行性 。 結(jié)果表明 , 檸檬酸渣摻入量為 3%, 鋼渣摻入量為 15%, 鋼渣比表面積為 354. 6m 2/kg時(shí) , 水泥的力學(xué)性能最佳 ; 檸檬酸渣摻量為 4%時(shí) , 緩凝作用明顯 。 檸檬酸渣與天然石膏的摻量相同時(shí) , 其早期強(qiáng)度高于摻天然石膏的水泥樣品 。 采

2、用檸檬酸渣配制水泥時(shí) , 水泥物理力學(xué)性能無不利影響 , 可以代替天然石膏作水泥緩凝劑 。關(guān)鍵詞 :工業(yè)廢渣 ; 檸檬酸渣 ; 鋼渣 ; 緩凝劑中圖分類號 :T Q 172. 4:引言檸檬酸渣是生產(chǎn)檸檬酸過程中排出的廢渣 , 經(jīng)過壓濾工藝處理后 , 水分在 12%左右 1, 其細(xì)度較細(xì) 、 形態(tài)如泥 , 呈白色松散狀 2, 故又稱為鈣泥 , 是一種以 CaS O 4 2H2O 為主要成分的工業(yè)廢渣 , 其S O 3的含量高達(dá) 42%48%3, 屬優(yōu)質(zhì)石膏。 通常 每生產(chǎn) 1t 檸檬酸可產(chǎn)生廢渣 23t 4。 我國的檸檬 酸年產(chǎn)量超過 100萬 t, 年排放廢渣量超過 200萬 t 。 由于廢渣

3、中含有砷 、 氟等有害元素 , 對環(huán)境污染較嚴(yán) 重 。我國的石膏工業(yè)儲量在 2946. 6億 t, 居世界 第 1位 , 但優(yōu)質(zhì)石膏只占總儲量的 8%5, 目前的石 膏年開采量為 2000多萬 t 。我國的石膏礦產(chǎn)分布 很不均勻 , 多在中南 、 西南 、 西北地區(qū) 6, 相當(dāng)一部 分地區(qū)缺乏天然石膏資源 , 若遠(yuǎn)途外購石膏 , 既加劇 了運(yùn)輸緊張的矛盾 , 又增大了生產(chǎn)成本 。而在一些 天然石膏缺乏的地區(qū) , 化學(xué)石膏的排放量卻很大 , 在 這些地區(qū)開發(fā)利用化學(xué)石膏具有重要的意義 。所 以 , 世界各國都對開發(fā)利用化學(xué)石膏給予了高度的 重視 7。本課題的目的是研究檸檬酸渣作為水泥緩凝劑 的應(yīng)

4、用效果 , 以期化害為利 、 變廢為寶 , 節(jié)約天然石 膏資源 ; 同時(shí)還可以保護(hù)環(huán)境 、 節(jié)約土地 , 減少化學(xué) 石膏對環(huán)境的污染 。 1 原材料(1 檸檬酸渣 :來自山東檸檬生化有限公司 , 密 度為 2. 459g/c m 3。(2 水泥熟料 :來自山水集團(tuán) , 密度 3. 141g/c m 3。(3 :, 密度 2. 439g/c m 3。 4 :3c 3, 粉磨至比表面 m1。表 1 原材料的化學(xué)組成 %原料 燒失量 Si O 2Fe 2O 3A l 2O 3Ca O Mg O S O 3檸檬酸渣 20. 471. 630. 060. 4831. 540. 3745. 46天然石膏

5、21. 870. 86 0. 3232. 322. 0742. 34水泥熟料 21. 963. 304. 7664. 882. 860. 59鋼渣 3. 0912. 3620. 066. 5541. 3211. 652 試驗(yàn)2. 1 試驗(yàn)方法水泥比表面積的測定 , 按 G B 8074 87 水泥比 表面積測定方法 (勃氏法 進(jìn)行 。水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用 水量 、 凝結(jié)時(shí)間 、 體積安定性的測定 , 按 G B 1346 89 水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 、 凝結(jié)時(shí)間 、 安定性檢驗(yàn)方 法 進(jìn)行 。 水泥膠砂強(qiáng)度的測定 , 按 G B /T 176711999 水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法 (I S O 法 進(jìn)行

6、。2. 2 試驗(yàn)方案試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)法 , 按 L9(34 設(shè)計(jì)正交表 , 其因素與水平見表 2。 為了考察檸檬酸渣的各種性 能 , 利用天然石膏設(shè)計(jì)了 3組對比試驗(yàn) (見表 3 。 表 2 正交試驗(yàn)的因素與水平因 素水 平A檸檬酸渣摻入量/%B鋼渣摻入量/%C鋼渣比表面積 /(m 2/kg 1315354. 62420371. 43525394. 6 1建材技術(shù)與應(yīng)用 1/2010 表 3 對比試驗(yàn)方案試驗(yàn)號天然石膏摻入量/%鋼渣摻入量/%鋼渣比表面積/(m 2/kg 10320371. 411420371. 412520371. 43 結(jié)果與討論正交試驗(yàn)與對比試驗(yàn)的結(jié)果見表 4。表 4 試

7、驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn) 編號安定 性 標(biāo)準(zhǔn)稠 度用水 量 /%凝結(jié)時(shí)間/(h m in 抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度 /MPa初凝 終凝 3d 28d 3d 28d 正交 試 驗(yàn)1合格 26. 001 442 407. 17. 633. 145. 92合格 28. 752 063 216. 07. 530.344.53 合格 26. 002 003 095. 98. 028. 140. 94合格 26. 252 023 146. 57. 531. 640. 5合格 26. 252 013 28539. 96合格 26. 1 7. 947合格 26. 252 506. 96. 833. 040. 78合格 26

8、. 252 062 547. 06. 836. 339. 59合格26. 752 023 326. 47. 430. 738. 5對比 試 驗(yàn)10合格 26. 001 433 095. 97. 026. 941. 311合格 26. 252 023 146. 18. 130. 446. 012合格26. 252 143 086. 57. 932. 541. 63. 1 檸檬酸渣和天然石膏摻量對水泥物理性能的影響 3. 1. 1 水泥凝結(jié)時(shí)間對比分析檸檬酸渣或天然石膏摻入量對水泥凝結(jié)時(shí)間的 影響如圖 1所示 。 圖 1 水泥凝結(jié)時(shí)間對比對于水泥初凝時(shí)間 , 兩種試樣均隨二水石膏摻 入量的增加而增

9、加 , 但摻檸檬酸渣試樣的增長幅度 較摻天然石膏的試樣小 。 當(dāng)檸檬酸渣或天然石膏摻 入量均為 4%時(shí) , 兩種試樣的初凝時(shí)間相近 ; 當(dāng)檸檬 酸渣或天然石膏摻入量均為 3%時(shí) , 檸檬酸渣的緩 凝效果優(yōu)于天然石膏 。對于水泥終凝時(shí)間 , 摻檸檬 酸渣和天然石膏的試樣均呈先增后減的變化規(guī)律 ,但前者的變化幅度比后者要大 。 當(dāng)檸檬酸渣或天然 石膏摻入量均為 4%時(shí) , 兩種試樣的終凝時(shí)間都達(dá) 到最大值 , 但前者的終凝時(shí)間較后者長 , 說明檸檬酸 渣的緩凝效果更好 。綜上所述 , 檸檬酸渣具有較好的緩凝效果 。這 是因?yàn)闄幟仕嵩袣埩粲猩倭康臋幟仕?, 其在 C 3S 表面生成不溶性鈣鹽的膜層

10、 , 因此產(chǎn)生緩凝作用 8。 3. 1. 2 水泥強(qiáng)度對比分析檸檬酸渣或天然石膏摻入量對水泥抗折強(qiáng)度和 抗壓強(qiáng)度的影響如圖 2、 圖 3所示 。圖 2 水泥抗折強(qiáng)度對比圖 3 水泥抗壓強(qiáng)度對比由圖 2和圖 3可見 , 隨著檸檬酸渣摻入量的增 加 , 水泥 3d 強(qiáng)度提高 , 而 28d 強(qiáng)度降低 。 當(dāng)檸檬酸渣摻入量為 3%時(shí) , 水泥 3d 強(qiáng)度處于最低值 , 而其 28d 強(qiáng)度則處于最高值 , 即此時(shí)水泥的早期強(qiáng)度 低 、 后期強(qiáng)度高 。 而當(dāng)檸檬酸渣摻入量為 5%時(shí) , 水 泥的 3d 強(qiáng)度達(dá)到最高值 , 而 28d 強(qiáng)度則最低 , 即此 時(shí)水泥的早期強(qiáng)度高 , 而后期強(qiáng)度低 。對摻加檸

11、檬酸渣與摻加天然石膏試樣的強(qiáng)度進(jìn) 行對比可知 :(1 對于水泥 3d 強(qiáng)度 , 摻檸檬酸渣或摻天然石 膏試樣的強(qiáng)度均隨摻入量的增加而提高 , 但前者的 強(qiáng)度稍高于后者 。因?yàn)闄幟仕嵩w粒很細(xì) , 可使 CaS O 4 2H 2O 快速溶解 , 溶液中的 S O 42-離子達(dá)到飽和濃度所需的時(shí)間比天然石膏短 , 加速了 C 3S 的水化反應(yīng) , 使得摻檸檬酸渣試樣中水化硫酸鈣 、 水化 硫鋁酸鈣的形成時(shí)間提前 。另外 , 檸檬酸渣中殘留2 Research &Appli ca ti on of Bu ild i n g M a ter i a ls 的少量檸檬酸可使 CaS O 4 2H 2O

12、活化 , 檸檬酸與水 泥熟料中的堿發(fā)生反應(yīng)能促進(jìn)水泥的硬化 , 故摻檸 檬酸渣試樣的早期強(qiáng)度較摻天然石膏的試樣高 。(2 對于水泥 28d 強(qiáng)度 , 摻檸檬酸渣試樣的強(qiáng) 度一直呈下降趨勢 , 而摻天然石膏試樣的強(qiáng)度則先 升后降 。 當(dāng)檸檬酸渣摻入量為 3%或天然石膏摻入 量為 4%時(shí) , 水泥 28d 強(qiáng)度達(dá)到最高值 。由此可 見 , 摻檸檬酸渣試樣的后期強(qiáng)度低于摻天然石膏試 樣的后期強(qiáng)度 。由上述分析可知 , 摻檸檬酸渣和天然石膏均不 同程度地影響水泥的力學(xué)性能 , 就水泥的 28d 強(qiáng)度 而言 , 檸檬酸渣的最佳摻入量為 3%, 而天然石膏的 最佳摻入量為 4%。 3. 2 檸檬酸渣與鋼渣

13、摻入量對水泥強(qiáng)度的影響 檸檬酸渣與鋼渣摻入量對水泥強(qiáng)度的影響如 圖 4和圖 5所示 。圖 4 鋼渣摻入量與抗折強(qiáng)度的關(guān)系圖 5 鋼渣摻入量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系由圖 4和圖 5可見 , 水泥 3d 抗折強(qiáng)度和抗壓 強(qiáng)度隨檸檬酸渣摻量的增加而提高 , 而 28d 抗折強(qiáng) 度和抗壓強(qiáng)度隨檸檬酸渣摻量的增加而降低 。 當(dāng)檸 檬酸渣摻量為 3%時(shí) , 隨著鋼渣摻入量的增加 , 試樣 的 3d 抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均降低 ; 當(dāng)檸檬酸渣摻 量為 5%時(shí) , 隨著鋼渣摻入量的增加 , 試樣的 3d 抗 折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度先增后降 , 28d 抗折強(qiáng)度先降低 、 后提高 , 而 28d 抗壓強(qiáng)度則降低 。綜上所述 ,

14、 檸檬酸渣摻入量與鋼渣摻入量對水 泥強(qiáng)度都有影響 , 當(dāng)檸檬酸渣為 5%、 鋼渣為 20%時(shí) , 水泥的 3d 強(qiáng)度最佳 ; 檸檬酸渣為 3%、 鋼渣為 15%時(shí) , 水泥的 28d 強(qiáng)度最佳 。3. 3 檸檬酸渣與鋼渣比表面積對水泥強(qiáng)度的影響檸檬酸渣與鋼渣比表面積對水泥強(qiáng)度的影響如 圖 6和圖 7所示 。圖 6 鋼渣比表面積與抗折強(qiáng)度的關(guān)系圖 7 鋼渣比表面積與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系由圖 6和圖 7可見 , 水泥 3d 抗折強(qiáng)度和抗壓 強(qiáng)度隨檸檬酸渣摻入量的增加而提高 , 而 28d 抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度隨檸檬酸渣摻入量的增加而降低 。 檸檬酸渣摻入量為 3%時(shí) , 隨著鋼渣比表面積的提 高 , 試樣

15、的 3d 抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度降低 , 28d 抗折 強(qiáng)度先降后增 , 而 28d 抗壓強(qiáng)度則降低 ; 檸檬酸渣 摻入量為 5%時(shí) , 隨著鋼渣比表面積的提高 , 試樣的 3d 抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度先降后增 , 28d 抗折強(qiáng)度 先增后降 , 而 28d 抗壓強(qiáng)度則先降后增 。綜上所述 , 檸檬酸渣摻入量與鋼渣比表面積對 水泥強(qiáng)度均有影響 。檸檬酸渣摻量為 5%、 鋼渣比表面積為 354. 6m 2/kg 時(shí) , 水泥的 3d 強(qiáng)度最佳 ; 檸檬酸渣為 3%、 鋼渣比表面積為 354. 6m 2/kg 時(shí) , 水 泥的 28d 強(qiáng)度最佳 。4 結(jié)論4. 1 檸檬酸渣具有較好的緩凝效果 , 當(dāng)其摻入

16、量為 4%時(shí) , 緩凝作用較明顯 。4. 2 摻檸檬酸渣的試樣與摻天然石膏的試樣相比 ,摻檸檬酸渣試樣的強(qiáng)度尤其是早期強(qiáng)度較高 。 4. 3 檸檬酸渣摻入量為 3%, 鋼渣摻入量為 15%, 鋼渣比表面積為 354. 6m 2/kg 時(shí) , 水泥的物理力學(xué) 性能達(dá)到最佳 。3 建材技術(shù)與應(yīng)用 1/2010 試驗(yàn)研究參考文獻(xiàn) :1劉偉坤 , 李健生 , 柯穎儀 . 檸檬酸渣代替二水石膏的試驗(yàn) 及應(yīng)用 J .吉林建材 , 2003, (3 :42-44.2鄭海 , 蔣寶松 . 檸檬酸渣在生料配料中的應(yīng)用 J .江蘇 建材 , 2002, (3 :22-23.3張丕興 . 用檸檬酸渣代替天然石膏生產(chǎn)

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19、i nan, Shandong, 250022, China Abstract:Here is a study on the effect of the threefact ors such as citric acid residue incor porati on, steel slag incor porati on, steel slag surface area p r oporti on on the physical and che m ical p r operties of ce ment and the feasibility that citric acid residu

20、e takes the pace of the natural p laster as a ce ment retarder . The results fr om the study show that when the adm ixture of citric acid residue accounts for 3%, steel slag 15%, the steel slag surface area p r oporti on is 354. 6m 2/kg,mechanical p r operties of ce ment is the best . And citric aci

21、d residue ad m ixture p lays a significant r ole in the setting ti m e when it makes 4%.Compared with the ce ment sa mp le made of the sa me a mount of natural gyp su m, the ce ment with the incor porati on of citric acid residue has higher early strength . I n additi on, incor porati on of citric acid residue hasnt any adverse effects on the physical and mechanical p r operties of ce ment and thus it can substitute f or natural gy psu m as a ce ment setting retarder . Key words:industrial residue; citric acid residue; steel slag; retarder作者簡介 :黃偉 (1983- , 男 ,