本文研究了单掺丁苯胶粉(SBR)和复掺SBR/纳米SiO2(NS)对水泥基材料抗折强度、抗压强度、吸水率、抗氯离子渗透系数的影响规律, 并采用XRD、DSC-TG、FTIR、SEM-EDS、MIP等手段对水泥基材料水化产物和微观结构进行分析, 探究单掺SBR和复掺SBR/NS对水泥基材料强度及抗渗性能的影响机理。结果表明, 复掺SBR/NS显著改善了由单掺SBR引起的水泥基材料早期强度下降的问题, 单掺SBR和复掺SBR/NS均可降低试样的吸水率、吸水速率和非稳态氯离子迁移系数, 且复掺效果优于单掺。微观测试表明: 单掺SBR可降低Ca(OH)2的含量, 减少有害孔和多害孔的数量, 增加结构整体性; 复掺SBR/NS可进一步降低Ca(OH)2的含量, 促进水化反应生成更多C-S-H, 提高C-S-H的聚合度, 降低最可几孔径, 减少少害孔、有害孔和多害孔的数量, 降低水化产物的钙硅比, 从而增强试样的抗折强度和抗压强度并提高其抗渗性能。

脱硫灰作为半干法脱硫技术主要副产品, 其利用难度大且成本高, 导致大量脱硫灰以直接堆放和填埋的方式处理, 不但造成环境污染, 而且浪费潜在资源。 橡胶作为广泛应用的聚合物材料, 在橡胶制备加工过程中需大量使用填料改善其力学性能、 加工性能和填充增容。 炭黑与白炭黑作为常用的橡胶填料, 其不仅生产工艺繁杂, 而且对能源和资源消耗量大, 导致成本较高。 面对上述问题, 如何利用脱硫灰开发一种价格低廉的无机橡胶填料, 既是固体废弃物高附加值利用又是资源可持续发展的重要途径之一, 也是橡胶企业大幅降低填料成本提高经济效益的重要途径之一。 由于脱硫灰属于无机材料, 橡胶属于有机材料, 为了更好的降低脱硫灰界面与橡胶界面（无机界面/有机界面）的不相容性, 需要对脱硫灰进行化学改性处理。 以该课题组前期取得的研究成果为基础, 创新性以改性脱硫灰取代部分炭黑制备改性脱硫灰基生态橡胶。 利用XRD对改性脱硫灰基生态橡胶制备过程各阶段的生产物质进行测试, 即丁苯橡胶密炼胶制备阶段、 改性脱硫灰基生态橡胶密炼胶制备阶段和改性脱硫灰基生态橡胶制备阶段, 从微观层面揭示丁苯橡胶密炼胶制备过程、 改性脱硫灰基生态橡胶密炼胶制备过程和改性脱硫灰基生态橡胶制备过程, 阐明硫化过程中丁苯橡胶密炼胶与改性脱硫灰的结合机理。 同时采用SEM对丁苯橡胶密炼胶与改性脱硫灰基生态橡胶密炼胶的微观形貌进行测试, 以进一步佐证所获得的相关机理。 结果表明： 改性脱硫灰加入丁苯橡胶密炼胶后, 改性脱硫灰基生态橡胶密炼胶的最大转矩Fmax大幅下降、 最小转矩FL保持稳定、 ΔF=Fmax-FL显著下降, 同时焦烧时间t10与正硫化时间t90均缩短。 硫化诱导期为0~387 s、 硫化反应期为387~1 586 s和硫化平坦期为1 586~1 800 s。 在硫化诱导期形成非交联网络结构、 硫化反应期前期形成基本交联网络结构、 硫化反应期后期完善交联网络结构和硫化平坦期保持交联网络结构。 以期为高附加值的脱硫灰资源化利用提供一定理论依据和技术支持。

以铁水脱硫渣作为研究对象, 利用铁水脱硫渣作为橡胶填料取代部分炭黑与丁苯橡胶进行复合, 制备铁水脱硫渣/丁苯橡胶。 利用多种方法测试铁水脱硫渣/丁苯橡胶的性能, 采用傅里叶变换红外光谱仪测试硫化过程中不同阶段铁水脱硫渣的结构组成。 结果表明: 利用铁水脱硫渣部分替代炭黑, 可达到补强效果与降低补强剂成本的目的。 铁水脱硫渣/丁苯橡胶的正硫化时间(t90)为25.08 min, 其焦烧期为0~15 min、 热硫化期15~25 min和硫化平坦期25~45 min。 在焦烧期铁水脱硫渣可以提供碱环境, 利于增加丁苯橡胶流动性; 在热硫化期与硫化平坦期, 铁水脱硫渣中Ca2SiO4能够持续加速发生水化反应生成C—S—H凝胶, 达到对丁苯橡胶补强的效果。 另外, 铁水脱硫渣可以避免铁水脱硫渣/丁苯橡胶过硫化期的出现。