SA組分對提高脫硫建築石膏耐水性的(de)研究

摘要(yào / yāo)：本文以(yǐ)SA組分對脫硫β石膏進行改性，實驗表明：SA的(de)加入可以(yǐ)提高脫硫β石膏的(de)水化活性，縮短脫硫β石膏的(de)凝結時(shí)間，使試件的(de)耐水性及強度均有較大(dà)幅度提高。通過控制SA在(zài)脫硫β石膏中的(de)摻量,可以(yǐ)有效提高脫硫β石膏的(de)多項性能，尤其是(shì)強度和(hé / huò)耐水性。關鍵詞：脫硫β石膏；強度；軟化系數；耐水性引　言脫硫石膏是(shì)近年來(lái)國(guó)家強化對火力電廠二氧化硫排放控制，采用濕法脫硫工藝的(de)副産品。截至2015年底,全國(guó)火電廠煙氣脫硫裝置投運容量超過8.2億千瓦，其中采用濕法脫硫工藝的(de)就(jiù)占到(dào)92.8%以(yǐ)上(shàng)。脫硫石膏迅速增長，其利用成爲(wéi / wèi)亟待解決的(de)問題。利用工業副産脫硫石膏制備的(de)石膏基材料。不(bù)僅具有一(yī / yì ／yí)般的(de)隔音、隔熱、自動調節室内濕度等性能，而(ér)且不(bù)含有害組分，達到(dào)綠色環保、無毒、無害、無污染的(de)效果[1]。但是(shì)石膏體材料耐水性差，限制了(le／liǎo)其應用領域。爲(wéi / wèi)進一(yī / yì ／yí)步使電廠脫硫石膏得到(dào)妥善的(de)處理和(hé / huò)有效的(de)綜合利用，促進脫硫環保工業及其相關産業健康、快速發展，并節約天然石膏資源，有必要(yào / yāo)通過提高石膏制品耐水性以(yǐ)擴大(dà)石膏産制品應用範圍。本文以(yǐ)脫硫β石膏爲(wéi / wèi)基材,加入SA組分，通過SA對脫硫石膏進行改性，試驗調整脫硫石膏中SA摻量，得到(dào)脫硫石膏基膠凝材料的(de)最佳配比，并利用SEM分析膠結料的(de)水化過程和(hé / huò)微觀結構。1 原材料及試驗方法1.1原材料脫硫石膏：本文采用的(de)石膏原料是(shì)産自江蘇省張家港市，經過脫水、幹燥、陳化的(de)脫硫β型石膏，其基本性能見表1；自配添加劑，主要(yào / yāo)有緩凝、保水和(hé / huò)減水作用，摻量爲(wéi / wèi)脫硫石膏質量的(de)1.0％；SA組分，自行配制；1.2 試驗方法1.2.1試驗配合比本次實驗考察不(bù)同摻加量的(de)SA對脫硫石膏水化産物耐水性能的(de)影響。在(zài)脫硫石膏中分别摻入1%，2%，5%，8%，10%、15%、20% SA進行試驗。分别測定标準稠度後，澆注成型出(chū)尺寸爲(wéi / wèi)40mm x 40mm x 160mm的(de)标準試件，每個(gè)配合比成型6個(gè)試件，在(zài)實驗室條件下自然養護3d後分别測試試件的(de)抗壓、抗折強度、吸水率、軟化系數等基本物理性能。以(yǐ)上(shàng)實驗均按照GB9776—2008《建築石膏》進行。對摻有SA和(hé / huò)未摻SA的(de)脫硫石膏試樣微觀形貌進行SEM電鏡分析[5]。1.2.2測定方法在(zài)參考了(le／liǎo)目前多種試驗方法的(de)基礎上(shàng)，參照JC/T517－2004《粉刷石膏》标準中的(de)齡期規定的(de)基礎上(shàng)确立。（1）将石膏粉和(hé / huò)添加組分混合均勻，按照标準擴散度用水量成型，一(yī / yì ／yí)次需成型2組試件(每組40mm×40mm×160mm的(de)試件三塊）以(yǐ)便對比。（2）使用水泥膠砂攪拌機，先将稱量好的(de)水置于(yú)攪拌鍋中，再将石膏和(hé / huò)添加組分的(de)混合粉體倒入，先慢攪2分鍾，再快攪2分鍾，再慢攪1分鍾，裝模後選用水泥膠砂振動台振動成型。（3）試件成型後放于(yú)試驗室條件下，終凝後1小時(shí)後編号拆模。（4）第一(yī / yì ／yí)組在(zài)（20±5）℃，濕度（60±5）％的(de)試驗條件下養護48h後稱取每塊試件的(de)重量取平均值，記爲(wéi / wèi)mg，然後放入靜止水槽中浸泡24h後再取出(chū)将試件表面的(de)水分擦幹，稱取其重量取平均值，記爲(wéi / wèi)ms。第二組在(zài)（20±5）℃，濕度（60±5）％的(de)試驗條件下養護72h，兩組同時(shí)測強度，浸水後的(de)抗壓強度記爲(wéi / wèi)fs，不(bù)浸水的(de)抗壓強度記爲(wéi / wèi)fg。1.2.3計算公式W＝(ms－mg)×100％/mgR＝fs/fgw—試件的(de)吸水率（％）；R—試件的(de)軟化系數；ms—試件養護48h再浸水24h吸水後的(de)重量（g）；mg—試件養護72h時(shí)的(de)重量（g）；fs—試件養護48h再浸水24h後的(de)抗壓強度（MPa）；fg—試件養護72h後幹燥狀态的(de)抗壓強度（MPa）；1.2.4所用設備電子(zǐ)天平：量程2Kg，感量爲(wéi / wèi)0.01g；水槽，置于(yú)恒溫恒濕室中，保證溫度在(zài)20℃左右；軟化系數測試中浸水前和(hé / huò)浸水後的(de)抗壓強度的(de)測試方法按GB/T17669.3《建築石膏力學性能的(de)測定》進行，設備要(yào / yāo)求詳見标準中規定，但抗壓夾具的(de)承壓面積應爲(wéi / wèi)40mm×40mm。2.試驗結果與分析2.1 基本物理性能測試結果與分析在(zài)脫硫石膏中摻入2%、5%、8%、10%、15%、20%試樣，其基本性能測試結果見表1。從表1中數據可以(yǐ)看出(chū)，摻入2%、5%、8%、10%、15%、20%SA的(de)試樣，其抗折、抗彎強度比沒有添加SA的(de)試樣都得到(dào)了(le／liǎo)顯著的(de)提高，吸水率下降明顯。由表1分别繪制SA對脫硫β石膏吸水率及軟化系數、抗折強度、抗壓強度影響的(de)折線圖，如圖1、圖2、圖3所示。2.1.1抗折、抗壓強度結果分析由圖1可以(yǐ)看出(chū)，脫硫β石膏試樣3d的(de)抗折、抗壓強度随SA摻量變化的(de)規律相似。随着SA摻量的(de)增加其強度增加，摻量超過10%後抗折、抗壓強度都有下降趨勢，SA摻量在(zài)10%左右時(shí)其抗折、抗壓強度達到(dào)最大(dà)值。所以(yǐ)，加入一(yī / yì ／yí)定量的(de)含SA組分的(de)外加劑，對于(yú)彌補緩凝組分引起的(de)脫硫石膏強度的(de)降低是(shì)非常有效果的(de)[2]。比較圖1的(de)抗折、抗壓強度随SA摻量增加而(ér)變化的(de)折線的(de)斜率，可見，對應的(de)抗壓折線斜率大(dà)于(yú)對應的(de)抗折折線斜率，表明SA摻量的(de)增加對抗壓強度的(de)增加效果更加顯著。2.1.2 SA組分變化對脫硫β石膏耐水性影響石膏材料最突出(chū)的(de)弱點是(shì)其制品耐水性差。主要(yào / yāo)原因是(shì)[4]：(1)在(zài)石膏料漿的(de)攪拌過程中，摻入了(le／liǎo)遠高于(yú)理論上(shàng)半水石膏轉變爲(wéi / wèi)二水石膏所需要(yào / yāo)的(de)水量，在(zài)石膏漿體硬化後，多餘的(de)水分将從石膏硬化體中逸出(chū)，從而(ér)産生了(le／liǎo)大(dà)量的(de)空隙和(hé / huò)毛細孔，這(zhè)些孔隙相互貫通，隻要(yào / yāo)石膏硬化體表面接觸到(dào)水分，水分就(jiù)會很快滲透到(dào)其内部，并且水分可在(zài)石膏硬化體中反複改變方向進行遷移，導緻石膏硬化體吸水率變大(dà)；(2)由于(yú)二水石膏(CaSO4·2H2O)在(zài)水中的(de)溶解度與水泥石相比要(yào / yāo)大(dà)得多，從而(ér)使石膏硬化體的(de)耐水性較差。上(shàng)述原因使得石膏制品在(zài)某些場合中的(de)應用受到(dào)了(le／liǎo)較大(dà)的(de)限制。國(guó)内大(dà)多數研究成果的(de)軟化系數在(zài)0.8左右。本文中SA 組分的(de)加入對于(yú)提高脫硫石膏的(de)耐水性有非常顯著的(de)作用。試樣3d軟化系數及吸水率與SA摻量的(de)關系如圖2、3所示。從圖2、3可看出(chū)，在(zài)SA摻量小于(yú)10%時(shí)，軟化系數随SA摻量增加而(ér)增大(dà)，吸水率随SA摻量增加而(ér)減小；當摻量超過10%時(shí)，軟化系數有所下降，吸水率有所增大(dà)。實驗表明，SA摻量爲(wéi / wèi)10%時(shí)，脫硫β石膏制品的(de)耐水性能最好。實驗表明，摻加SA後使脫硫石膏試樣的(de)耐水性及強度均有提高，但并不(bù)是(shì)成正比增加。随SA增加，強度性能和(hé / huò)耐水性指标上(shàng)升到(dào)一(yī / yì ／yí)定程度後，又出(chū)現了(le／liǎo)下降的(de)趨勢。由以(yǐ)上(shàng)實驗結果得出(chū)，SA的(de)摻量控制在(zài)8%～12%範圍内比較适宜，在(zài)此摻量範圍内，脫硫石膏試樣的(de)性能能達到(dào)耐水高性能建築材料的(de)要(yào / yāo)求。2.2 摻入SA組分微觀機理分析用SEM電鏡觀察SA摻量爲(wéi / wèi)10%脫硫石膏3d水化試樣，可發現，摻入SA脫硫β石膏的(de)水化産物中都夾雜着一(yī / yì ／yí)些團聚狀組織，看不(bù)出(chū)明顯的(de)晶體分布情況，說(shuō)明晶體之(zhī)間的(de)搭接更加緊密，試樣整體的(de)孔洞減少；二水石膏結晶中存在(zài)大(dà)量的(de)C-S-H凝膠，即水化矽酸鈣。在(zài)以(yǐ)石膏爲(wéi / wèi)主的(de)結晶結構網中，起到(dào)了(le／liǎo)填充的(de)作用[3-5]。脫硫β石膏基膠凝材料水化時(shí)，由于(yú)各組分的(de)水化反應速度不(bù)同，首先形成二水石膏結晶結構網，其次是(shì)SA各組分的(de)水化，由于(yú)處在(zài)過飽和(hé / huò)的(de)石膏漿體中，SA的(de)水化産物除水化矽酸鈣凝膠、鋁膠、鐵膠外，大(dà)部分是(shì)高硫型的(de)水化硫鋁酸鈣——鈣礬石，而(ér)水化矽酸鈣的(de)溶解度僅爲(wéi / wèi)8x10-4mol/L，鈣礬石的(de)溶解度還要(yào / yāo)小（二水石膏溶解度約爲(wéi / wèi)2.08g/L，是(shì)AFt的(de)30倍以(yǐ)上(shàng)），即鈣礬石幾乎不(bù)溶于(yú)水。這(zhè)些溶解性小的(de)水化産物，包覆在(zài)石膏結晶體的(de)表面，降低其溶解性，且均勻的(de)分布于(yú)膠結料中，所以(yǐ)降低了(le／liǎo)制品的(de)吸水率，使石膏的(de)耐水性得到(dào)了(le／liǎo)顯著提高[6]。摻加SA後形成了(le／liǎo)鈣礬石，其針狀結構與其它物質的(de)交叉、共生。水化産物晶體堆積緊密，形貌良好，晶體呈非常規則的(de)幾何形狀，且晶體之(zhī)間空隙較少，堆積緊密；對制品起到(dào)增強作用，從而(ér)使石膏基膠凝材料的(de)強度産生較大(dà)幅度的(de)提高。在(zài)SA摻量少時(shí)，形成少量的(de)鈣礬石與水化矽酸鈣，由于(yú)分布在(zài)石膏結晶體内，水化矽酸鈣以(yǐ)凝膠出(chū)現，鈣礬石以(yǐ)針狀晶體出(chū)現，在(zài)以(yǐ)石膏爲(wéi / wèi)主的(de)結晶結構網中，起到(dào)了(le／liǎo)填充、交叉共存的(de)作用，随着SA摻加量的(de)增加，這(zhè)種填充、交叉共存的(de)作用更趨明顯，宏觀上(shàng)表現爲(wéi / wèi)對抗壓、抗折強度的(de)增長的(de)作用；随着摻量的(de)進一(yī / yì ／yí)步增大(dà)，水化矽酸鈣的(de)數量增多，形成的(de)鈣礬石的(de)數量也(yě)增多，由于(yú)鈣礬石的(de)體積增大(dà)，具有膨脹性，此時(shí)将導緻石膏結晶結構網的(de)破壞，内部微裂紋增多，宏觀上(shàng)表現爲(wéi / wèi)抗折、抗壓強度的(de)下降。同時(shí)SA摻量過大(dà)時(shí)，水分容易進入由鈣礬石膨脹破壞石膏結晶結構網而(ér)形成的(de)微裂紋中，導緻石膏制品的(de)體積膨脹，飽水抗壓強度減小，軟化系數降低。3結論（1）SA加入脫硫β石膏後，在(zài)飽和(hé / huò)的(de)脫硫β石膏漿體中水化生成微溶性的(de)水化矽酸鈣與鈣礬石，降低了(le／liǎo)石膏基膠凝材料硬化後的(de)溶解度，提高脫硫β石膏膠凝材料的(de)耐水性。（2）SA作爲(wéi / wèi)高效激發脫硫β石膏制作膠凝料組分，摻量控制在(zài)8%——10%範圍内比較适宜。最佳配比時(shí)，石膏基膠凝材料的(de)抗折、抗壓和(hé / huò)軟化系數分别達到(dào)4.19Mpa、19.5Mpa和(hé / huò)0.91。（3）SA摻量适中時(shí)，形成的(de)針狀鈣礬石晶體與水化矽酸鈣凝膠，在(zài)以(yǐ)石膏爲(wéi / wèi)主的(de)結晶結構網中，起到(dào)了(le／liǎo)填充、交叉共存的(de)作用，使脫硫β石膏制品的(de)耐水性及強度有較大(dà)幅度的(de)提高；SA摻量過多時(shí)，鈣礬石的(de)數量增多，由于(yú)鈣礬石的(de)體積膨脹，導緻了(le／liǎo)石膏結晶結構網的(de)破壞，内部微裂紋增多，水分容易進入微裂紋中，導緻石膏制品的(de)體積膨脹，耐水性及強度減小。