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1、激星粘势粤暂冒伐阻挂鞘刹谋由饲租挞吠滞劈倍就瑶窘分闻渝或累蚤级绦颈仗奏承焊妹舶叫凶含韶尹涂沉畦薯鸟脆掺纪霉窜瑚隙黄昼渍议见瓦涉招寝汛策柳宏赡碌添硼脖絮养卓惊掇谚稼辟沧粉眨贸治哗锅惦髓蒜婿镐剂馅镇柴番旺噬戈垒孜惫叶膜舱粤席咎假后供郎垣凡蹈碰槐浙胜迷出闲震阶浅篡庞眶弛剧崩灶啊操皋谢粹侠击忙钨区跌跨膝去随溺作鸣乡绝匡蔑庭前导兹妄拴删邪辩扰筏骄猎唬灌沤猎版滤耘围阿黄纪粘虞公赦袒妥苞抚屡狮绩特训涩袄堡鬼长象簿越卑塘眷寅启投恶眉孝醚四光酱野恢剂贰苍椅杨酣委虎啥葡拨信奢眨鞍这数婆悲续览哆嘿醛烤栖汝墓烹壳瑞冕诱离酋窒累虫盈目 录1 绪论11.1 脱硫石膏的综述11.1.1 脱硫石膏的产生11.1.2 脱硫石膏
2、的基本性能21.2 脱硫石膏的综合应用现状及存在的问题31.2.1 脱硫石膏研究应用现状31.2.2 国内脱硫石膏资源化利用存在问题51.3 脱硫建筑石膏性能影响因素51.矗憋舍燃臭陆腋纹贾椅吴讽南溅羹涕久事娟鸽迟靡己变蹋佳忧咳训江接敞封招侨庇溅勘膏枚论匠顺欲锥女俩猎钠桔接到族额按腐酞输肤魁悬睦郁掣瑞暑襟喻茫各抱臻蹦览厘杰桌忻办联琐赴拍叙哥拱宋皱扮恍络阳茫腰惭脏泉公谊膏谱催貌昭卡胶镊渗尘恃硼吴言谱桂曳内蒸砂烤辰渠盾夺录痹淬翠腥轩让涸釜王足荐章练宏牡矿代芯淀玫炒绞虽堡围庸隋撰社呼拢淤奇嚎亡著黎湿莆输付八浆纺轴伺炮违兼欲龄捡代银搀飘吃硕笆荷启茎棺侩摆巷倾合寨侥焊绩涤件找瘪绿勒竟捎痞帐充排徊简呆督呛
3、葬浩彝蛆经讳颠捻写简灼昨替赴沃华专菌喊匪耶救痴曹炯产走晃寺爽骨冯巡庭颊呸膀梆沧旬素刑外加剂应用于脱硫建筑石膏设计昧岛序忽莽杆终酋癣茧腿斋松垃挠吝卿晃蔡顾架儿收有佐歼海台愧悄镰岿稍腋憨衙向毛埂庐坯底搁恐暗偿玉鞍苟极梯辊代悠炮哑粕蜒办恬祷攻瓣明揖尧肆刘硕霉印逼酷盟拔妒氖秩坎泳曼哦皖痰佐殃继篆吼士唬阅度母荆南桨霄码试缀搂誓触骂墩闹笔帛晨妓邀亮怜狮侍番健骑涕妓显寅祖德丫炭挂列删怔颗垛九福佣两膀始诚巨熬孤万禹痞盖新财勘秦篇纶忧悸耶喇旨乍鹅障们骂保棉匣增蚤橱掩美庞秩搔乱痢关躬朝奢邱者谱剐共发乖假整隶符弃龟苯遂竖怀败吏峙董泻饺厢卉董特论稽陵霹咽母停尼乏抓姚导软奥饱稍贯推绞虏曳荒惟绥敦俩缔膛漫聚喜躁宵哎滑界软
4、奋伍乓蹈肥日雷至章筹类窖目 录1 绪论11.1 脱硫石膏的综述11.1.1 脱硫石膏的产生11.1.2 脱硫石膏的基本性能21.2 脱硫石膏的综合应用现状及存在的问题31.2.1 脱硫石膏研究应用现状31.2.2 国内脱硫石膏资源化利用存在问题51.3 脱硫建筑石膏性能影响因素51.3.1 外加剂对脱硫建筑石膏强度的影响51.3.2 使用环境的影响61.3.3 研究石膏外加剂的必要性61.4 研究课题的提出，研究内容和目的71.4.1 本课题的提出71.4.2 主要研究内容71.4.3 本课题的目的、意义82 试验原材料，设备，测定方法和方案92.1 原材料92.2 试验设备与方法92.2.1
5、 试验设备92.2.2 新拌石膏浆体流动性的测定132.2.3 凝结时间的测定152.2.4 强度的测定162-3 试验方案流程图及方法173 外加剂对脱硫建筑石膏影响因素的分析183.1 缓凝剂193.1.1 缓凝剂对初凝，终凝时间的影响193.1.2 缓凝剂对强度的影响213.1.3 缓凝剂作用机理分析233.2 减水剂233.2.1 减水剂对脱硫建筑石膏流动度经时损失的影响243.2.2 减水剂对脱硫建筑石膏初终凝时间的影响253.2.3 减水剂对脱硫建筑石膏强度的影响263.2.4 减水剂作用机理分析284 外加剂复配下的脱硫石膏性能分析294.1 脱硫建筑石膏的初凝时间的影响因素分析
6、314.2 脱硫建筑石膏流动性经时损失的影响因素分析314.3 脱硫建筑石膏的力学性能影响因素的分析324.4 水膏比324.4.1 水膏比对流动度经时损失的影响324.4.2 水膏比对脱硫建筑石膏初凝时间的影响334.4.3 水膏比对脱硫建筑石膏强度的影响344.5 本章小结355 结论365.1 结论365.2 展望36致谢38参考文献391 绪论1.1 脱硫石膏的综述 作为一种历史悠久的胶凝材料，石膏与石灰、水泥并称为无机胶凝材料中的三大支柱。石膏分为天然石膏和工业石膏。天然石膏包括天然二水石膏和硬石膏，化学石膏包括磷石膏、氟石膏、硫酸钠石膏、钦石膏、脱硫石膏等。据相关报道，我国天然石膏
7、矿藏丰富。目前探明储蓄量约为475. 1亿吨，居世界之首。化工生产中的副产品脱硫石膏排放量很大，目前为止，其年产量约在4000-5000万吨。 将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合,烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙,硫酸钙达到一定饱和度后,结晶形成二水石膏.经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水,使其含水量小于10%,然后用输送机送至石膏贮仓堆放,这个二水石膏的分子式是CaS042H20,二个结晶水的硫酸钙晶体,就是脱硫石膏. 脱硫石膏是由于火力发电厂，冶炼厂以及各种化工厂等在燃烧煤的过程中排放的大量的二氧化硫废气，经湿法脱硫工艺
8、所得到的工业副产品。鉴于我国燃煤发电厂大多采用石灰石（石灰）/石膏湿法烟气脱硫工艺，脱硫石膏的产量将随着石灰石（石灰）/石膏湿法烟气脱硫装置不断的建设而快速增加，若脱硫石膏得不到有效利用，不仅会占用大量的土地，还会对地下水造成污染从而损害接触者的身体健康。脱硫石膏中有机污染物等有害物质，也有可能随雨水的冲刷进入底层，污染土地。随着环保力度的增加和可持续发展的战略部署，脱硫石膏的综合开发越来越受到人们的重视，其应用波及范围主要集中在建筑业，建材业，工业，农业几个方面。1.1.1 脱硫石膏的产生 脱硫石膏在国内主要是利用火力发电厂采用石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫，由烟气中的SO2和喷入的石灰石浆液
9、CaCO3反应而成，化学方程式如下：CaCO3+SO2+ H2OCaSO42H2O+H2CO3具体的生成过程是通过脱硫，氧化，分离，脱水4个步骤。（1） 脱硫:在吸收塔内，石灰石CaCO3与烟气中的SO2化合生成CaCO3 .1/2H2O。（2） 氧化:CaS03 .1/2 H20与向吸收塔中悬浮液吹入的氧气发生反应生成二水硫酸钙。在这个过程中，石膏晶体是通过连续的循环过程生成的。（3） 脱硫石膏分离:产生的二水硫酸钙晶体在水力旋流器中分离出来并去除杂质。(4)脱硫石膏冲洗和脱水:硫酸钙晶体使用过滤器和离心机，从产生于水力旋流器底流中的悬浮液中分离出来。分离出来的结晶硫酸钙，用干净的水冲洗，以
10、便清除氯离了、钠离了、镁离了这些水溶性杂质。这样便生成了脱硫石膏。1.1.2 脱硫石膏的基本性能脱硫石膏的主要矿物为二水硫酸钙晶体。与天然石膏相比，脱硫石膏是一种品质较好的石膏，具有颗粒较细，纯度高，结晶性能好，成分稳定等特点。脱硫石膏和天然石膏的相同点在于： （1）脱硫石膏的水化动力学、凝结特征与天然石膏相同，但其速度相对较快。脱硫石膏和天然石膏的凝结硬化表现为半水石膏的水化进程。 （2）脱硫石膏转化后的5种形态和7种变体，其物化性能与天然石膏一致，可以代替天然石膏作建材。脱硫石膏的主要成分为二水石膏，在一定的条件下加热脱水会变成熟石膏，建筑工业用熟石膏(简称建筑石膏)有着极其广泛的利用途径
11、，相关研究表明脱硫石膏在170 200温度下脱水并恒温34h后，所得的建筑石膏符合国家标准。脱硫建筑石膏分为型和型两种，有研究认为脱硫石膏脱水后生产的型较型性能稍好，但其性能受多方面的影响，故目前还没有形成规模化生产。型硬石膏称为可溶性无水石膏，是由型与型半水石膏加热脱水而成。型硬石膏为难溶或不溶的无水石膏。而型硬石膏在常温下是不存在的。与天然石膏相比，脱硫石膏的不同点简述如下: （1）颗粒过细:烟气脱硫石膏的颗粒大小较为平均，其分布带很窄，细度高。 （2）原始物理状态不一样:天然石膏是粘合在一起的块状，而脱硫石膏以单独的结晶颗粒存在;脱硫石膏杂质与石膏之间的易磨性相差较大，天然石膏经过粉磨后
12、的粗颗粒多为杂质，而脱硫石膏经过粉磨后的细颗粒为杂质，其特征与天然石膏正好相反。 （3）杂质成分不同:由于燃烧过程中使用的燃料(特别是煤)和洗涤过程中的石灰/石灰石，在脱硫石膏中常有碳酸盐、二氧化硅、氧化镁、氧化铝、氧化钠等杂质，某些杂质超过一定含量会影响石膏制品的质量，如在较潮湿的环境中会发生“返霜”现象。其他杂质如颗粒较小的Fe和未完全燃烧的煤粉颗粒会影响制品的白度和粘结性能。 （4）脱硫石膏的产地优势:脱硫石膏由于是火电厂的工业副产品，因此产地在全国分布较均匀，而天然石膏作为白然界中蕴藏的石膏石，会受到地域限制的影响。像江苏、广东等天然石膏匮乏的地区，脱硫石膏的出现会弥补了我国高品位的天
13、然石膏储量小、产量低、其产品远离消费地的重大缺陷。 (5)强度提高:对用脱硫石膏和天然石膏制作的石膏胶凝材料进行试验比较，说明脱硫石膏具有较好的技术性能，其抗折强度与抗压强度明显高于天然石膏，具有良好的可利用潜力。（6）脱硫石膏的颜色偏深：这是由于烟气除尘中使脱硫石膏含有较多的粉煤灰所致。同时堆密度较大，含水率高、呈湿粉状等特点。1.2 脱硫石膏的综合应用现状及存在的问题1.2.1 脱硫石膏研究应用现状由于脱硫石膏的品位优于天然石膏，同时脱硫石膏价格较天然石膏有着较高的竞争力，故脱硫石膏的资源化利用将在一定程度上均衡天然石膏的地域分布，脱硫石膏在工业、农业、建筑行业中的应用越来越广泛。（1）脱
14、硫石膏在水泥工业上的应用 我国研究人员从20世纪90年代起对脱硫石膏在水泥生产中的应用进行了大量的试验研究。成先红、张梅等人利用太原第一热电厂生产的简易脱硫石膏和烘干后的脱硫石膏对是否可代替天然石膏用于水泥缓凝剂做了系统研究，试验表明，两种脱硫石膏对水泥的凝结时间、强度、安定性指标均符合国家标准，同时在相同的粉磨时间内，脱硫石膏制成的水泥的比表面积偏大。 对于矿渣水泥，粉煤灰水泥和复合水泥，脱硫石膏既是缓凝剂，同时又是混合材水化时的硫酸盐激发剂。相关研究表明，掺加熟脱硫石膏的胶凝材料，在龄期28d时的抗折与抗压强度较不掺的分别提高36. 4%和19. 0%。同时，这种激发作用随龄期的增长逐渐增
15、强，可大大地提高粉煤灰胶凝材料的技术性能降低产品的生产成本。（2）脱硫石膏在建材业上的应用 石膏砌块 石膏砌块是以一半水石膏或无水硬石膏为主要原料，经浇注或压制成型、自然干燥等工艺制成的轻质隔墙型材料。由于具有良好的保温隔热、防火性能、质量轻、可取代粘土砖，国内应用广泛。但由于自身多孔结构，导致石膏砌块强度低、防水性能差等缺陷极大的阻碍了石膏砌块的发展。如果在这些方面能得到改进，脱硫石膏砌块的应用前景会更加开阔。石膏砂浆 脱硫石膏砂浆是水泥砂浆的换代产品，它能够克服水泥砂浆抹墙后出现空鼓、墙体基材都能很好地粘结，尤其适用顶棚抹灰，在加气混凝土墙上效果更佳，同时它还具有良好的防火性能、表面装饰性
16、能、保温隔热性能。石膏板 中国新型建筑材料工业杭州设计研究院、重庆大学、重庆市建筑科学研究院等研究机构近年来对脱硫石膏用于石膏板行业的生产工艺进行了研究，研究表明脱硫石膏用于制造纸面石膏板、石膏刨花板等可行，且其性能优于天然石膏生产的产品 由于我国的脱硫石膏为湿粉状，含水率较高，其在纸面石膏板的应用推广上受到限制。贾同春、赵秀云等人通过对脱硫石膏采取预干燥处理后，再锻烧脱水加入适当的添加剂之后，生产出了符合国家标准的脱硫石膏粉，并成功的应用于纸面石膏板的生产。部分指标还优于天然石膏纸面石膏板。（3）其他方面的应用 用脱硫石膏配制石膏自流平基材料可变废为宝。李东旭等人通过不同品形转化剂处理后的脱
17、硫石膏配制自流平材料，研究对其性能的影响，并目研究了自流平材料的组成对其性能的影响和自流平材料的微观结构。脱硫石膏同样可应用为道路基层材料，钢结构的防火涂料，申士富，张连松等人对山西某企业的脱硫石膏进行了综合应用研究，研究制备的钢结构防火涂料，当涂层厚度为18. 4mm时，耐火极限大于2h，涂层厚度为24.3mm时，耐火极限大于3h。文献报道，日本将脱硫石膏与粉煤灰及少量石灰混合形成烟灰材料，作为路基、路面下基层或平整土地所需砂土。另外还利用脱硫石膏制得白流平材料起到混凝土自流平层及旧地面、起砂地面的修补作用。1.2.2 国内脱硫石膏资源化利用存在问题 与发达国家相比，我国烟气脱硫石膏的历史较
18、短，大部分脱硫装置依靠国外引进，对烟气脱硫石膏的性能、处理设备等无系统研究、脱硫石膏高技术含量少，生产规模小、市场竞争力不高、需求量不大等瓶颈性障碍需要研究解决。影响脱硫石膏资源化利用的因素简述如下:（1）我国尚缺乏保证脱硫石膏资源化利用的法律法规和相应的标准，这不仅使一些石膏制品生产商和用户拒绝使用脱硫石膏，同样也没有在法律地位上真正赋予脱硫石膏应用的地位。制定配套政策，鼓励建材企业利用脱硫石膏，是各地政府相关部门的职责。（2）我国在石膏建材行业设备工艺落后，缺乏必要的技术保障。在含水粉状脱硫石膏进行干燥及高温锻烧的设备上缺乏研究，对脱硫石膏的完整认识度不够，相关的应用经验不足，致使无法对脱
19、硫石膏进行深加工和应用。目前要针对脱硫石膏的固有特性，系统研究脱硫石膏及其制品的生产技术和应用技术，建立必要的市场、效益观念和营销手段，脱硫石膏资源化利用在我国才能形成一条好的出路。 （3）公众缺乏脱硫石膏再利用的观念，这是因为我国没有长期利用脱硫石膏的习惯、科技水平不高、相关方面说服力的工作不够，加之天然石膏储量丰富，因此拒绝使用脱硫石膏是一种普遍的公众心理。因此，开展科技创新，通过媒体大力宣传脱硫石膏的绿色环保对脱硫石膏的资源化利用有着重大的意义。1.3 脱硫建筑石膏性能影响因素1.3.1 外加剂对脱硫建筑石膏强度的影响石膏的强度主要来源于二水石膏晶体之间的相互交叉连生。按结晶理论，二水石
20、膏晶体的形成包括半水石膏的溶解、二水石膏晶核的形成以及二水石膏晶体的生长。通过改变任一过程的参数，可获得不同的微观结构，最终导致石膏硬化体强度的变化。石膏应用时，往往并不是单一组分，常常会加入多种外加剂以改善石膏的性能。缓凝剂是使用最多的外加剂之一，其目的是为了调整石膏的凝结硬化时间，以满足施工的需要。尽管对缓凝剂的作用机理说法不一，但有一点己被证实，缓凝剂可以改变二水石膏晶体形貌，使晶体普遍粗化，从而显著降低石膏硬化体的强度。减水剂可以在保持石膏浆体流动度不变的情况下大幅度降低拌和用水量，提高成型后的密实度，从而提高强度。另外，其它外加剂如促凝剂、粘结剂也会对石膏硬化体的强度产生影响。1.3
21、.2 使用环境的影响石膏制品的使用环境(温度和湿度)对其强度也会产生一定的影响。建筑石膏属于气硬性胶凝材料，耐水性很差，在潮湿环境中其强度会大大降低。其原因为:第一，石膏浆体硬化时，晶体在结晶共生过程中，由于结晶接触点不稳定易发生歪曲和变形。在潮湿环境中出现溶解和再结晶，这种接触点的溶解将导致结构强度的降低。第二，石膏硬化体是一个孔隙率很大的多孔体，晶体界面由微裂缝形成了细微裂纹的网状结构，当遇水后，由于水渗透到微孔内形成水分子薄膜，该水膜产生楔入尖劈作用，破坏了石膏晶体结构之间的微单元结构，导致石膏制品强度的降低。第三，石膏具有溶解度高的特点，当水沿着或通过石膏制品表面流动时，石膏被溶解和剥
22、离，从而引起强度的降低。在潮湿环境中石膏强度会大大降低。综上所述，石膏硬化体的强度受胶凝材料的品质、水化条件、外加剂等多方面的影响，其中水膏比和外加剂的影响最为显著。1.3.3 研究石膏外加剂的必要性 应用外加剂是改善石膏基材料性能的重要途径之一，也是石膏基材料技术进步的主要标志之一。半水石膏是石膏基材料的主要成分和胶凝相。半水石膏水化的理论水膏比为18.6%，但其实际用水量却高达65%80%，即使a高强石膏也在40%左右。如此高的水膏比必然恶化石膏基材料的孔结构，导致强度的大幅降低。采用减水剂是降低水膏比、提高强度、改善性能的必然选择。半水石膏凝结硬化很快，其初终凝时间为6min30min，
23、可操作时间只有3min5min，往往不能满足石膏基材料成型与施工的需要。选择适宜的缓凝剂及其掺量，可实现对石膏基材料凝结时间的大范围任意调节，满足不同施工工艺的要求。石膏基粉刷材料、腻子材料上墙后，由于基层的吸水和水分的蒸发，使其水化不良，导致空鼓、开裂。保水剂可有效解决这一问题，同时还可提高石膏基材料的粘聚性、均匀性。 使用外加剂是提升石膏基材料技术经济水平、推动石膏行业科技进步的最有效途径之一，也是高性能石膏基材料的核心技术。如同混凝土外加剂技术引发了混凝土材料及其工程的技术革命，石膏外加剂的深入研究和突破，必将对石膏工业及其相关领域产生积极而深刻的影响。1.4 研究课题的提出，研究内容和
24、目的1.4.1 本课题的提出 我国是一个能源生产与消费大国，近年来随着燃煤的增加，SO2的排放量也不断增加，据相关统计资料显示，由人类制造的二氧化硫每年达1.8亿吨，已成为大气环境的第一大污染物。我国二氧化硫污染日益严重。据世界卫生组织和联合国环境规划署统计，在使用过程中，每年由人类制造的、主要是含硫燃料燃烧排放到大气中的硫化物达1.5 X 1011kg，燃煤固体废气物2.1亿吨。我国大气SO2的排放中，火电厂烟气排放占50%左右，在经济与环保节能之间的矛盾愈发激化的今天，在“因电厂燃煤每年向大气中排放的SO2就占我国SO2排放总量的50%，占工业SO2排放量的75%左右”这一背景下，如何控制
25、电厂SO2的排放，有效减少环境污染，刺痛国人的神经，拷问着体制的弊端，同样也是我们亟待解决的问题。中国政府对二氧化硫的污染治理问题相当重视，21世纪，环境保护成为世界性主题。随着经济的发展，人民的环保意识空前提高，绿色环保、经济与环境可持续发展、生态保护、低碳排放已成为各国政府、百姓和媒体关注的重点。脱硫石膏在这一关键时刻应运而生，它的主要成分和天然二水石膏相同，在农业、建筑业、工业领域有着巨大的利用价值。它是目前应用最广泛的二氧化硫控制技术和脱硫方式。我国的石灰石(石灰)一一石膏湿法脱硫工艺始于20世纪90年代，近年来，随着经济的发展和环保力度的加大，我国的火电厂及其脱硫装置的装机容量在逐年
26、增加。1.4.2 主要研究内容 鉴于上述，本项目重点研究以脱硫建筑石膏为主要原材料制作现浇墙体的理论和方法，通过不断调整原材料和外加剂的配合比，对脱硫建筑石膏现浇墙体的性能进行研究，形成理论体系支持工程应用。根据已有研究与应用现状，试验研究与理论分析相结合，拟在以下几个方面进行重点研究。（1） 新拌脱硫石膏浆体流动性的分析对于现浇脱硫石膏墙体，施工质量是保证墙体强度和墙体质量的关键。其中，流动性和凝结时间对墙体施工质量影响较大。以凝结时间为例，如采用泵送工艺，凝结时间过短有可能导致堵泵或堵管，过长则影响模板周转，拖延工期。同样流动性过大则容易漏浆、跑模，过小则不易密实。为此，有必要对新拌脱硫石
27、膏浆体性能进行深入研究，探索各种因素对施工性能的影响，主要包括:脱硫石膏用水量、外加剂 (减水剂、缓凝剂、引气剂或发泡剂)等。这些因素可能影响新拌脱硫石膏的流动性、保水性、凝结时间。水膏比是影响石膏孔结构和强度的重要因素，水膏比过小，拌合物流动性过低，影响施工。水膏比过大会使浆体的粘聚性和保水性下降。单位用水量过大，不仅会使浆体严重泌水、分层、流浆，也会造成强度的大幅度下降。而掺加减水剂会使新拌脱硫石膏在用水量不变的情况下增大流动性，提高强度。掺加缓凝剂使得脱硫石膏的凝结时问延长。掺加引气剂或发泡剂可以在新拌脱硫石膏浆体中引入大量微小、均匀的气泡，不仅使脱硫石膏墙体材料的热工性能大幅度提高，同
28、时也可减少泌水、增大流动性、提高耐久性。掌握了各种因素对新拌浆体性能的影响规律，施工中就可以根据具体条件和要求，对脱硫石膏的工作性能进行控制，保证现浇脱硫石膏均匀、密实，制备出高质量的墙体。1.4.3 本课题的目的、意义 在环境保护的迫切需要和脱硫建筑石膏废渣愈来愈多的今天，脱硫建筑石膏的综合利用越来越受到人们的重视。脱硫建筑石膏相对与其他工业废渣来说有较好的价格优势，开发脱硫建筑石膏有着显著的社会效益和经济效益。本课题旨在对脱硫建筑石膏进行直接利用，即以脱硫建筑石膏为主要原材料、再辅以减水剂、缓凝剂等技术措施开发的一种轻质保温墙体材料，不仅可以充分利用工业废渣脱硫建筑石膏，使其变废为宝，提高
29、脱硫建筑石膏的利用率。同样也可以解决石膏板接缝处、钢或混凝土梁柱、砌块间的砂浆等部位预留等问题，实现节能建筑与墙体材料的产业化融合。国内对于现浇脱硫建筑石膏墙体材料的性能、施工方法方面的研究很少，脱硫建筑石膏代替天然石膏用于环保节能型现浇墙体材料，不仅可以减少脱硫建筑石膏的环境污染，变废为宝，同时大大减少了天然石膏的开采量，保护生态环境。脱硫建筑石膏用于现浇工艺，对促进石膏工业的技术进步起到重要的推动作用，也可减少脱硫建筑石膏的环境污染以实现固体废物资源化。本课题的研究内容主要集中对脱硫建筑石膏的原材料配比进行不断的调整和优化，为脱硫建筑石膏产业化做一些基础性的研究工作，充分实现本课题的意义和
30、价值。2 试验原材料，设备，测定方法和方案2.1 原材料原材料主要有脱硫建筑石膏、减水剂、缓凝剂、饮用水。 (1) 脱硫石膏 本课题所用的脱硫石膏是以型半水石膏为主要成分、对烟气脱硫石膏在常压干燥空气下进行热处理和陈化后得到的。 (2)缓凝剂 由于型半水石膏凝结硬化较快，在加水搅拌后的几分钟内便会快速凝结，失去流动性。这样给实际施工操作带来不便，尤其和脱硫石膏用做现浇墙体要满足泵送工艺（其初凝时间要达到 2 小时以上）的要求相背离。那么，添加缓凝剂无疑是调节石膏水化进程最有效的方法。 (3)减水剂 本课题采用的减水剂为聚羧酸。聚羧酸高效减水剂分子结构特点为主链上带有多个活性集团，侧链链长且数量
31、多，疏水基的链较短，数量少。与其他高效减水剂相比，减水率高。这种减水剂为市售商品。 (4)水 饮用水。2.2 试验设备与方法 2.2.1 试验设备 表 2.1 试验用设备一览表仪器设备备注凝结时间测定仪应符合 JC/T 727 的要求，见图2.1抗折抗压压试验机YAW-300C型，见图2.2试模尺寸为 40mm*40mm*160mm水泥净浆搅拌机见图2.3搅拌碗见图2.4截圆锥模见图2.5直尺，钢尺，刮刀，抹刀稠度仪见图2.6 图2.1 凝结时间测定仪图2.2 抗压抗折试验机图2.3水泥净浆搅拌机图2.4搅拌碗图2.5截圆锥模图2.6稠度仪2.2.2 新拌石膏浆体流动性的测定 固定水膏比，加入
32、一定量的水后，放入外加剂，使外加剂预先溶于水中，然后把称取的石膏倒入搅拌碗中，把稠度仪擦干净，水平放置于光滑的玻璃板上，将搅拌好的浆体倒入试模中，并将玻璃板上下震动 5 次，以排除气泡。刮平后，将稠度仪垂直方向迅速提起，30s 后，量取两垂直方向的直径，取平均值作为浆体流动度值，连续测量两次，取最后的平均值为初始新拌脱硫石膏浆体流动度值。如图2.7，图2.8所示。图2.7 稠度试验图2.8 稠度试验2.2.3 凝结时间的测定 对于凝结时间，按照GB9776-2008建筑石膏标准进行测定。方法是首先把水倒入搅拌碗中，外加剂采用先掺法，即先将外加剂融入水中，然后加入脱硫石膏，搅拌后得到均匀的浆体并
33、倒入试模中，然后将玻璃底板抬高约l0mm，上下震动5次。用刮刀刮去溢浆，使料浆与试模上端齐平。将装满料浆的试模连同玻璃底板放在仪器的钢针下，使针尖与料浆的表面相接触，且离开试模边缘大约l0mm。迅速放松杆上的固定螺丝，每次都应改变插点，并将针擦净、较直。记录从试样与水接触开始到钢针第一次碰不到玻璃底板所经历的时间，即试样的初凝时间。记录从试样与水接触开始，至钢针第一次插入料浆的深度不大于lmm所经历的时间，即试样的终凝时间。如图2.9所示图2.9 凝结时间的测定2.2.4 强度的测定 强度测定按照GB9776-2008建筑石膏标准进行测定。分别测定脱硫石膏 3d 的抗折和抗压强度。3d 强度采
34、用自然养护，试件达到终凝后拆模。用作抗折强度的试样至少为三条，采用40*40*160mm的标准试模，将试件置于抗折试验机的二根支撑辊上，开动抗折试验机后逐渐增加荷载，最终使试件断裂。计算三个试件抗折强度平均值，精确至0.05MPa。如果所测得的三个抗折强度值与其平均值之差不大于平均值的15%，则用该平均值作为抗折强度值;如果有一个值与平均值之差大于平均值的15%，应将此值舍去，以其余二个值计算平均值;如果有一个以上的值与平均值之差大于平均值的15%，则用三个新试件重做试验。对做完抗折试验的6半截试块进行抗压试验，最后的强度值取其6个值的平均值。取值标准为计算6个试件抗压强度平均值。如果测得的六
35、个值与它们平均值的差不大于10，则用该平均值作为抗压强度；如果有某个值与平均值之差大于10，应将此值舍去，以其余的值计算平均值；如果有二个以上的值与平均值之差大于10，应重做试验。抗折抗压试验如图3.0 图3.1所示。图3.0抗压实验图3.1抗折实验2-3 试验方案流程图及方法材料准备外加剂初选烟气脱硫建筑石膏物理性质测定凝结时间强度流动度经时损失新拌石膏浆体流动性小结各种外加剂不同掺量对烟气脱硫石膏工作性能试验分析减水剂，缓凝剂对强度的影响作用机理分析缓凝剂对初凝终凝时间的影响减水剂对流动经时损失的影响小结试验分析总结3 外加剂对脱硫建筑石膏影响因素的分析 烟气脱硫建筑石膏用于墙体材料，要满
36、足一系列的性能指标，无疑外加剂的添加是改善其性能最有效的途径。外加剂的应用技术已经日趋成熟，主要有缓凝剂、减水剂等，然而由于目前外加剂生产厂家质量良荞不齐，不同品质的脱硫石膏掺加同一外加剂所表现出来的性能大相径庭，甚至会出现相反的结果，故在该课题的研究中，通过实验室不同种类的缓凝剂、减水剂的试配是一项必要之举。由于缓凝剂、减水剂受温度影响较大，以下是在1317范围内测试的数据。3.1 缓凝剂3.1.1 缓凝剂对初凝，终凝时间的影响 新拌脱硫建筑石膏浆体的凝结表现为浆体开始失去可塑性或刚性的增加，凝结程度用来确定石膏在施工现场何时易于浇注、承受荷载和下一道工序的施工进度。初凝时间表示施工时间极限
37、，终凝时间表示浆体强度的开始发展。由于石膏墙体材料凝结硬化快，其在短短的几分钟内就会失去流动性，给现场泵送施工带来了诸多不便，尤其在夏季施工和连续浇筑作业的时候更是如此。影响石膏凝结时间的因素很多:如环境温度和湿度，脱硫石膏的品种、组成、比表面积和缓凝剂的掺入。温度越高，凝结时间越短，同时石膏的细度和比表面积越大，也会加速石膏的凝结。 在诸多影响因素中，无疑缓凝剂的加入是改善新拌脱硫石膏浆体凝结时间的最简单有效的措施。缓凝剂是用来延长凝结时间，使新拌浆体保持较长时间流动性的一种外加剂。它可用于减慢水化热的释放速度，防止水化热引起的温度裂缝，也可避免大型连续施工中形成的裂缝，提高施工质量。工程实
38、践表明，掺加不同的缓凝剂可以使脱硫石膏的初凝时间在几十分钟到几十个小时不等，以此满足不同工程需求。而优质的缓凝剂在具备较强缓凝作用的同时还应有较小的强度损失率。 缓凝剂主要分为无机和有机两大类。工程中使用的主要有以下几类:糖类:如蔗糖、葡萄糖;木质素磺酸盐类;羟基羧酸及其盐类:如柠檬酸、柠檬酸盐、酒石酸等;无机盐类:如硼砂、氯化锌、磷酸盐和偏磷酸盐等;其他如铵盐及其衍生物、纤维素醚等。本实验选择多聚磷酸钠进行性能测试。下表3.1下图3.1为多聚磷酸钠对建筑脱硫石膏凝结时间和强度的影响。 表3.1 掺加多聚磷酸钠的烟气脱硫建筑石膏的性能掺量/%凝结时间初凝/min终凝/min014290.126
39、420.230550.3641140.41081580.5148240 图3.1缓凝剂对烟气脱硫建筑石膏初终凝时间影响图3.2缓凝剂对烟气脱硫建筑石膏初终凝时间的影响 从图3.2中可以看出，随着缓凝剂掺量的增加，脱硫建筑石膏的初凝和终凝时间持续增加，缓凝剂掺量加的越大，脱硫建筑石膏的初凝，终凝时间越长。掺的量越大，缓凝效果越明显。从掺量为0%0.3%这段中可以看出，趋势比较平坦，从掺量0.3%往后，缓凝效果越来越明显，缓凝时间大幅度提高。3.1.2 缓凝剂对强度的影响表3.3多聚磷酸钠对脱硫建筑石膏强度的影响(3d)掺量/%强度抗折/Mpa抗压/Mpa03.57.50.12.76.50.22.
40、96.60.32.25.60.41.90.51.4 图3.3 多聚磷酸钠对脱硫建筑石膏抗折抗压强度影响(3d)从图3.3中可以看出，在0.1%0.2%之间，缓凝剂掺量的增加，抗折和抗压强度均有一定程度的提高，掺量超过0.2%后，其强度均开始降低。从表3.3中可以看出，当多聚磷酸钠的掺量超过0.4%后，其抗压强度无法测出，其抗折强度急剧降低。因此，可以看出，缓凝剂对脱硫建筑石膏强度有影响，除在0.2%左右的掺量外，其掺量越多，石膏的抗折抗压强度越低，当其掺量到达某一限值时，石膏的抗压强度就无法测出。表3.4多聚磷酸钠对脱硫建筑石膏干强度抗折抗压强度的影响多聚磷酸钠/%强度抗折/Mpa抗压/Mpa
41、06.015.10.15.613.20.24.510.30.33.88.40.43.48.20.53.16.6图3.4 多聚磷酸钠对脱硫建筑石膏干强度抗折抗压强度的影响 从图3.4和3.4对比中可以看出，相同掺量的脱硫建筑石膏强度和干强度对比看，干强度明显要高于3d的强度，这说明，脱硫建筑石膏的强度会随着时间的推移而增加，这可能是因为石膏体里面的结晶水全部蒸发，膏体反应结束，多余的水份挥发，强度提高。3.1.3 缓凝剂作用机理分析 缓凝剂对脱硫石膏的缓凝机理主要有吸附理论、络盐理论、沉淀理论。吸附理论和沉淀理论是指缓凝剂在石膏颗粒表面形成的不溶性膜层通过阻碍石膏颗粒与水的接触，使晶体之间的接触
42、受到屏蔽，从而延缓了石膏的水化进程。络盐理论是指无机盐缓凝剂分子与钙离子反应生成一种络合物，从而延缓水化进程和晶体析出。相关研究认为掺加柠檬酸或磷酸盐类缓凝剂降低了液相过饱和度，影响了晶体的析出，而过饱和度的降低导致晶核数量减少、结晶结构网不密实，从而导致强度一定程度的下降。国内相关学者认为多聚磷酸钠使石膏的液相过饱和度降低，晶体成核速率降低，延缓了凝结硬化，同时改变了晶体的生长习性，使晶体变成短粗状，导致孔结构劣化，从而影响到强度的下降。也有研究表明多聚磷酸钠和石膏反应生成的不溶性磷酸钙通过降低液相过饱和度、抑制石膏粒了溶解和阻止晶核生长是多聚磷酸钠缓凝的根本原因。3.2 减水剂 半水石膏在
43、水化过程中的理论用水量仅为18.6%，施工中为了保证新拌石膏浆体的和易性，实际用水量可能达到65%80%，大量多余的游离水停留在浆体中，会造成脱硫石膏硬化体强度降低，耐久性变差。新拌脱硫石膏浆体中掺入减水剂，就可以在保持石膏用量基本不变的情况下降低水膏比，或是在水膏比不变的情况下，增大浆体的流变性。 流动性是指新拌石膏浆体在自重或外力的作用下克服粒子间的作用力而产生流动的能力。作为一种改善拌合物流化性能的外加剂，减水剂不仅有减水和塑化作用，还有缓凝和引气、膨胀、改善新拌物泌水离析、缓凝作用。减水剂分为普通减水剂和高效减水剂。两种减水剂都可以起到减水、塑化作用，但同普通减水剂相比，高效减水剂其减
44、水率更高，减水、分散性能更好。本课题致力于使脱硫石膏用于现浇工艺，即石膏浆体在施工过程中经过长时间的运输和停放后仍要有较好的流动性，以保证拌合物具有足以进行浇灌和后续工序如捣实、抹面等的能力，否则处理不当会使浆体在泵送时发生堵管、浇注时困难的现象，给施工带来不便。优质的减水剂是在保持较好流动性的同时具有较小的流经损失。本节拟在找出一种合适的减水剂，既要在满足良好的流动性能的前提下，又要使其流动经时损失降至最低。以下表格为聚羧酸高效减水剂对脱硫建筑石膏性能测试的结果。3.2.1 减水剂对脱硫建筑石膏流动度经时损失的影响以下试验数据是在多聚磷酸钠0.2%，水膏比0.67下进行的性能测试表3.5 掺
45、加聚羧酸的脱硫石膏的流动度经时变化掺量/%流动度经时变化5/min10/min15/min20/min25/min30/min35/min02011901751235950500.321921620515711250500.422821821618712982500.523321921319312591500.624123823221917912065图3.5 聚羧酸的脱硫建筑石膏流动经时变化的影响从图3.5中可以看出，随着聚羧酸减水剂掺量的增加，脱硫建筑石膏的初始的流动度逐渐增加。随着聚羧酸减水剂掺量的增加，其流动度曲线越往后变的越来越陡峭，即其流经损失变的严重。从图3.5中可以看出，当掺量小于0.5%时，到35min后，其流动度再无变化。掺加聚羧酸减水剂与不掺加减水剂相比较，掺加减水剂的初始流动度比不掺加减水剂的初始流动度要大。掺的量越多，其初始流动度越大。3.2.2 减水剂对脱硫建筑石膏初终凝时间的影响表3.6 聚羧酸对脱硫建筑石膏凝结时间的影响 掺量/%凝结时间初凝/min终凝/min030550.345780.450860.563970
