火山灰质废渣中石膏对水泥混凝土水化硬化作用机理研究

具有火山灰活性的废渣作为水泥混凝土的矿物掺合料（混合材料）已被广泛认同，但一些高活性火山灰质废渣中的硫酸盐含量超过有关标准限值而不能被利用，这些硫酸盐主要为石膏，研究废渣中石膏在水泥混凝土水化硬化过程中的作用有利于高硫废渣的利用。通过对火山灰质废渣中的石膏类型与其在水泥水化硬化过程中作用的研究，了解废渣中石膏与天然二水石膏和硬石膏差异，从作为水泥混凝土矿物掺合料（混合材料）角度建立不同类型石膏间的可比性关系，明确高硫火山灰质废渣矿物掺合料中石膏能否代替水泥生产中外掺石膏，给出利用高硫火山灰质废渣配制的无外掺石膏或少掺石膏的水泥与混凝土中胶凝材料的三氧化硫限值，或三氧化硫含量低于而接近限值的废渣中石膏在水泥混凝土的不利影响。研究结果有利于促进高硫火山灰质废渣的利用或满足标准的高硫废渣的安全使用，可为有关国家标准再行修订的参考，是对以高活性废渣为主要组分的复合胶凝体系理论的补充。

通过目前用于水泥混凝土的粉煤灰、固硫灰渣、垃圾焚烧灰、污泥焚烧灰、冶金废渣等火山灰质废渣中硫酸盐类型的分析，确定硫酸盐主要为硫酸钙存在，同时根据火山灰废渣高温形成特性，确定废渣中石膏主要为Ⅱ型和Ⅰ型硬石膏。通过对比试验，确定天然二水石膏850℃下煅烧2h和1200℃下煅烧0.5h的模拟石膏分别对应Ⅱ和Ⅰ型硬石膏，并与经过密度分离粉煤灰和固硫灰渣获得的硬石膏的溶解度以及对水泥凝结时间和结合水量进行对比，证实了模拟石膏的有效性。在此基础上，通过比较模拟石膏与外掺二水石膏对水泥凝结、强度、体积稳定性和混凝土强度发展、体积稳定性以及减水剂相容性影响，揭示了废渣中石膏与外掺二水石膏性能相当，只要控制胶凝材料体系中SO3含量在4%以下时，废渣中石膏可以代替外掺二水石膏使用；相同含量时火山灰质废渣中石膏缓凝效果稍低于二水石膏，但促进强度发展作用高于二水石膏，潮湿养护下火山灰质废渣中石膏引起的膨胀较大。试验结果表明采用现有火山灰活性测试方法应控制胶凝材料SO3含量相等时才有效。关于控制废渣中石膏不利影响的结果表明，对于石膏含量非常高的（SO3>10%）废渣可以采用蒸压方式将其应用于水泥混凝土制品中。