球磨改性对脱硫石膏特性及其混凝土性能的调控机制研究

摘要

通过煅烧与球磨协同改性脱硫石膏制备β–半水石膏，分析球磨对其粒度分布、比表面积及微观结构的影响。将改性产物与粉煤灰、矿粉复配制成超细复合型掺合料（UCA），并用于制备混凝土，探讨其对混凝土综合性能的增强效果及内部作用机制。结果表明：烘干处理可有效脱除脱硫石膏中12.17%的游离水和吸附水；在160℃以上温度条件下煅烧可使β–半水石膏转化率超过88.89%，且其结晶度能够满足高性能掺合料的技术要求。经球磨处理200,400 s后，β–半水石膏的平均粒径由初始的81.22μm分别降至54.14,50.75μm，相应比表面积由951 m²/kg增至1 062,1 185 m²/kg。随着球磨时间的延长，对混凝土的增强效果更为明显，其中UCA–200和UCA–400（对应球磨200,400 s的UCA）使混凝土7 d抗压强度分别提升27.78%和35.93%,28 d抗压强度分别提升38.33%和41.63%，同时抗冻融性能与抗渗性能也得到明显改善。其增强机制主要体现二方面，一方面超细颗粒发挥物理填充作用，优化孔隙结构；另一方面β–半水石膏早期释放的SO₄^2-与水泥中的C₃A反应生成钙矾石，后期则激发火山灰活性促进二次水化反应生成C—S—H凝胶，二者协同提升混凝土的综合性能。通过将超细复合掺合料掺量控制在10%等措施，可有效规避体积稳定性风险。本研究为脱硫石膏在绿色建材领域的资源化利用提供了技术支撑。

关键词

脱硫石膏 / β–半水石膏 / 协同改性 / 超细复合掺合料 / 混凝土 / 力学性能 / 资源化利用 / 微观结构