华北水利水电大学土木与交通学院 河南郑州 450045
摘要：工业副产品石膏为基材，复掺矿物掺合料，通过设计正交试验研究副产品石膏-矿渣基胶凝材料中组分掺比对其力学性能的影响，试验结果表明，碱性活化物占比是影响副产品石膏-矿渣基胶凝材料的强度的一个主要因素，当脱硫石膏、矿粉的比例为50：50,水泥比例4%，钢渣比例6%时具有较好的力学性能。
关键词：副产品石膏；胶凝材料；正交试验；力学性能
0引言
随着环境污染日益严重，且工业固体废弃物是环境污染的主要因素，因此，如何将工业固体废弃物资源化利用是减轻环境污染的有效途径。工业固体废物含有大量的Al2O3和SiO2，从而可以大量资源利用工业废渣，并消耗很少的能源，基本不产生二氧化碳排放[1-3]。武汉理工大学和中国建筑材料研究总院对过硫磷石膏矿渣水泥进行了较为系统的研究。林宗寿等[4]基于国家高技术研究发展计划（863）项目，将40%～50%的磷石膏、40%～50%的矿渣、2%的钢渣和约4%的硅酸盐水泥熟料经混合，开发出一种新型免煅烧的水硬性胶凝材料——过硫磷石膏矿渣水泥。本文以工业副产品石膏复掺成本相对较低的矿物掺合料对石膏基胶凝材料进行改性。采用正交试验方法测试分析石膏胶凝材料各组分掺量对其力学性能的影响，进行各因素影响的分析，以确定性能满足使用要求的基体材料配比。
1 试验原材料和方法
1.1 试验原材料
（1） 胶凝材料：本试验选用的脱硫石膏，产地河南郑州；粉煤灰采用郑州热电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；水泥采用P•O52.5级硅酸盐水泥，产地河南郑州；矿粉采用市售S95级矿粉，产地河北灵寿，其性能符合相应的国家行业标准。
1.2 试验方案及方法
1.2.1 试验方案
（1）副产品石膏+矿渣+钢渣+水泥方案
1）副产品石膏-矿渣掺量：副产品石膏-矿渣作为胶凝材料的基体材料，为了实验设计的可行性和可比性，将此种材料作为一个因素考虑。
2）52.5水泥掺量：52.5水泥作为胶凝材料的激发剂，虽作为一种激发剂来使用，占比也较小，但是它也可能会在胶凝体系中对浆体的性能有较大影响，为了实验设计的可行性和可比性，将种材料作为一个因素考虑。
3）钢渣掺量也是也一个重要的参数，其掺量比例为了实验设计的可行性和可比性，其掺量比例作为一个因素考虑。
4）副产品石膏-矿渣基胶凝材料成份配比包含脱硫石膏（FGDG）、矿粉（S），钢渣（SS）和水泥（C）四种组分。以（FGDG+S）、C、SS三种组分的质量掺比，设计三因素三水平的正交试验。
副产品石膏-矿渣基胶凝材料成分配比，采用正交试验研究各种组分比例对浆体的影响，确定各种原料的最优配比。胶凝材料试验各因素水平见表1.1，正交试验编号与配比见表1.2。
表1.1 胶凝材料试验各因素水平表
Notes: FGDG—FGD gypsum; S—Slag; C—Cement; SS—Steel Slag.
2 试验结果与分析
2.1 正交试验结果与分析
副产品石膏基复合胶凝材料正交试验的具体配比见表2.1、表2.2。
表2.1 副产品石膏-矿渣基胶凝材料正交试验配比及28d抗压强度表
表2.2 副产品石膏-矿渣基胶凝材料正交试验结果极差分析
2.2 直观分析
通过直观分析可以得出,第A5组试验性能最优。
2.3极差分析
副产品石膏-矿渣基胶凝材料28d抗压强度，因素A为50%/50%>41%/59%>56%/44%，因素B为4%>2%>6%，因素C为6%>0%>4%，最优组合为：因素A为50%/50%，因素B为4%，因素C为 6%，得出不同因素对 28d 抗压强度的影响顺序为：C>A>B，由上述分析可知，因素C即钢渣掺量是副产品石膏-矿渣基胶凝材料强度最主要的因素，因此符合强度要求的试验组配比为，FGDG：S为50：50，C为4%，SS为6%。
3 结语
（1）碱激发剂的掺量是影响副产品石膏-矿渣基胶凝材料强度的主要因素。合适的激发剂用量可以促进胶凝材料的水化作用，并减少晶体结构之间的间隙，提高胶凝材料的抗压强度。
（2）在本试验条件下得到的最优配比如下：脱硫石膏、矿渣的比例为50：50，水泥的比例为4%，钢渣的比例为6%。
参考文献
[1]杨冬蕾,杨再银.我国脱硫石膏的综合利用现状[J].硫酸工业,2018(09):4-8.
[2]国家环境保护部.2017 年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报.2017.11.
[3] 山西省经济和信息化委员会.山西省“十三五”工业资源综合利用和清洁生产发展规划（晋经信资源字〔2017〕89 号）.2017.3
[4]林宗寿, 黄赟.磷石膏基免煅烧水泥的开发研究[J]. 武汉理工大学学报,2009,31(4):53-55.