加氣脫硫石膏保溫材料的(de)試驗研究

摘要(yào / yāo) ：采用鋁粉發氣的(de)方法制備加氣脫硫石膏保溫材料，系統研究了(le／liǎo)高鋁水泥摻量、鋁粉摻量、NaOH摻量、拌合水溫度等對加 氣脫硫石膏保溫材料性能的(de)影響 。研究結果表明：性能最佳的(de)制備條件爲(wéi / wèi)高鋁水泥 摻量 5％，鋁粉摻量 O．7％，NaOH摻量 0．5％，水灰 比 0．6，拌合 水溫度 40℃。最佳條件制備 的(de)加氣脫硫 石膏保溫材 料密度爲(wéi / wèi) 309-3kg／m，抗壓強度 爲(wéi / wèi) 0．24MPa，導熱系數 爲(wéi / wèi) 0．073W／ (m ·K)脫硫石膏是(shì)指對煤燃燒後産生的(de)煙氣進行脫硫淨化處 理而(ér)得到(dào)的(de)産物，作爲(wéi / wèi)一(yī / yì ／yí)種固體廢棄物，脫硫石膏不(bù)僅占用 土地(dì / de)，而(ér)且其中含有一(yī / yì ／yí)定量的(de)重金屬和(hé / huò)有害物質可能随着雨 水的(de)沖刷污染土地(dì / de)，甚至污染地(dì / de)下水，危害人(rén)體健康和(hé / huò)破壞 環境”。引。因此，資源化利用脫硫石膏成爲(wéi / wèi)當前石膏研究的(de)熱 點和(hé / huò)重點。脫硫石膏主要(yào / yāo)用于(yú)制造石膏砌塊、石膏膩子(zǐ)、模具石膏 以(yǐ)及紙面石膏闆等。脫硫石膏制品雖然具有很好的(de)成型及加 工性能，但由于(yú)其導熱系數較高，限制其在(zài)牆體保溫材料中 的(de)應用，因此如何提高石膏制品的(de)保溫性能成爲(wéi / wèi)當前研究的(de) 焦點之(zhī)一(yī / yì ／yí)。楊學騰等采用物理發泡的(de)方法制備脫硫石膏加氣材料，當泡沫摻量爲(wéi / wèi)3．0ml／g時(shí)，制品的(de)絕幹密度爲(wéi / wèi)308kg／m，， 抗壓強度爲(wéi / wèi)0．13MPa。周飛等[51采用鋁粉發氣的(de)方法制得幹 密度爲(wéi / wèi)750kg／m，抗壓強度爲(wéi / wèi)2．8～3．3MPa的(de)加氣石膏制品。勞有盛同通過化學發泡方法制備出(chū)表觀密度爲(wéi / wèi)544kg／m，，抗 壓強度爲(wéi / wèi)1．00MPa的(de)脫硫石膏輕質牆體材料。這(zhè)些研究主要(yào / yāo) 側重于(yú)輕質石膏制品制備方法以(yǐ)及物理力學性能方面，對脫 硫石膏制品組成優化以(yǐ)及保溫性能方面的(de)還有待深入進行 研究。爲(wéi / wèi)此，本文在(zài)協調加氣石膏保溫材料強度發展與發氣 速度的(de)基礎上(shàng)，主要(yào / yāo)研究了(le／liǎo)制備工藝和(hé / huò)原材料組成優化對發 泡石膏密度、強度及保溫性能等的(de)影響。1 試驗1．1 原材料脫硫石膏：北京華莊建材公司，其标準稠度用水量爲(wéi / wèi) 0．6，初凝時(shí)間爲(wéi / wèi) 10min，終凝時(shí)間爲(wéi / wèi) 16min，2h幹抗壓強度 爲(wéi / wèi)9．0MPa，化學組成見表 1；高鋁水泥：唐山六九水泥有限公 司生産，其化學組成見表 1；減水劑：天津飛龍混凝土減水劑 廠生産的(de)聚羧酸減水劑，摻量0．8％，減水率爲(wéi / wèi)26％；Ca0：天津三江有限公司，分析純化學藥品；鋁粉：天津天築建材有限 公司；NaOH：天津光複科技發展有限公司，分析純化學藥品；水：自來(lái)水。1．2 試驗方法 1．2．1 制備工藝 加氣脫硫石膏保溫材料制備過程是(shì)首先将幹料按設定比 例稱取，并在(zài)攪拌機中混合均勻，然後在(zài)幹料中加入配好的(de) NaOH水溶液，高速攪拌 10s，澆注入模，靜停發泡，24h後脫 模，自然養護28d，其制備流程見圖1。1．2．2 性能測試制品的(de)密度和(hé / huò)28d抗壓強度參照GB／T5486---2008《無機 硬質絕熱制品試驗方法》進行測試，試樣尺寸爲(wéi / wèi) 100mmxlO0 mmxl00mm。制品的(de)導熱系數參照GB／T10294-2008《絕熱 材料穩态熱阻及有關特性的(de)測定防護熱闆法》進行測試。2 結果與讨論采用鋁粉與NaOH水溶液發生化學反應放出(chū)氫氣，在(zài)石 膏漿體中形成無數個(gè)獨立的(de)氣泡，在(zài)發氣過程中，料漿會發生 膨脹，如果料漿迅速硬化，而(ér)發泡速率過慢，往往會導緻發泡 量太少，氣孔生成的(de)動力較小，形成氣孔較小，試塊的(de)密度和(hé / huò) 強度較大(dà)；如果料漿的(de)硬化速率較慢，而(ér)發泡速率過快或發泡 量過多，氣孔生成的(de)動力增大(dà)，形成氣孔尺寸增大(dà)，氣孔與氣 孔之(zhī)間容易發生連通現象，導緻試塊的(de)密度和(hé / huò)強度降低。因 此，針對石膏本體硬化速率與鋁粉發氣速率的(de)協調問題進行 研究。2．1 高鋁水泥摻量對加氣脫硫石膏保溫材料性能的(de)影響按照表2的(de)試驗配合比，測試高鋁水泥摻量對加氣脫硫石 膏保溫材料的(de)密度、抗壓強度及導熱系數的(de)影響，結果見圖2。由圖2(a)可知，随着高鋁水泥摻量的(de)增多，加氣脫硫石 膏保溫材料的(de)密度和(hé / huò)抗壓強度逐漸升高，在(zài)試驗摻量範圍内， 其最大(dà)密度和(hé / huò)最高抗壓強度分别可達到(dào)377-5kCm 和(hé / huò)0．34 MPa，最低值分别爲(wéi / wèi)309．3kCm和(hé / huò)0．24MPa。其原因是(shì)：在(zài)相同 水膠比、相同養護齡期的(de)條件下，高鋁水泥的(de)強度比脫硫石膏 強度高很多，所以(yǐ)高鋁水泥和(hé / huò)脫硫石膏複合膠凝材料中高鋁水 泥摻量越高，加氣脫硫石膏保溫材料的(de)母體強度就(jiù)越高，使得 制品的(de)強度逐漸提高。密度逐漸增大(dà)是(shì)因爲(wéi / wèi)随着高鋁水泥摻量 的(de)增多，加氣脫硫石膏保溫材料的(de)塑性強度增加比較大(dà)，發氣 時(shí)膨脹受到(dào)的(de)約束增大(dà)，相同鋁粉摻量條件下，氣體的(de)膨脹量 減少，從而(ér)使密度增大(dà)。由圖2 )可知，随着高鋁水泥摻量的(de)增 加，加氣脫硫石膏保溫材料内部孔隙率降低，密度增大(dà)，其導熱 系數逐漸增大(dà)，高鋁水泥摻量爲(wéi / wèi)5％時(shí)導熱系數最低，爲(wéi / wèi)0．073 W7(rI1·I<)，摻量爲(wéi / wèi)20％時(shí)導熱系最高，爲(wéi / wèi)0．089W／(m·K)。2．2 鋁粉摻量對加氣脫硫石膏保溫材料性能的(de)影響 按照表3的(de)試驗配合比，測試鋁粉摻量對加氣脫硫石膏保溫材料的(de)密度、抗壓強度及導熱系數的(de)影響，結果見圖3由表3可知，當鋁粉摻量<1．2％時(shí)，加氣脫硫石膏保溫材 料發氣正常，當鋁粉摻量增加到(dào)1．2％時(shí)，出(chū)現了(le／liǎo)塌模的(de)現象。由圖3(a)可知，當鋁粉摻量爲(wéi / wèi)0．7％ 1．0％時(shí)，随着鋁粉摻量 的(de)增多，加氣脫硫石膏保溫材料的(de)密度和(hé / huò)抗壓強度逐漸降低， 其最大(dà)密度和(hé / huò)最高抗壓強度分别可達到(dào) 326．5kg／m。和(hé / huò) 0．25 MPa，最低值分别爲(wéi / wèi)306。5kg／m和(hé / huò)0-20MPa。這(zhè)是(shì)因爲(wéi / wèi)鋁粉與 NaOH水溶液發生化學反應放出(chū)氫氣，随着鋁粉的(de)摻量增加， 引入的(de)氣體量增大(dà)，石膏漿體的(de)膨脹率增大(dà)，内部形成的(de)孔隙 增多，從而(ér)導緻保溫材料的(de)密度和(hé / huò)抗壓強度呈現逐漸降低的(de) 趨勢。由圖3(b)可知，随着鋁粉摻量的(de)增加，加氣脫硫石膏保 溫材料的(de)導熱系數先升高後降低，最高爲(wéi / wèi)0．075w／(m·K)，最 低爲(wéi / wèi)0．071W／(m·K)。2．3 NaOH摻量對加氣脫硫石膏保溫材料性能的(de)影響按照表4的(de)試驗配合比，測試NaOH摻量對加氣脫硫石 膏保溫材料的(de)密度、抗壓強度及導熱系數的(de)影響，結果見圖 4。由圖4可知，随着NaOH摻量的(de)增多，加氣脫硫石膏保溫 材料的(de)密度、抗壓強度逐漸降低，其最大(dà)密度、最高抗壓強度 分别爲(wéi / wèi)418-3kg／m3,0．41MPa，最低值分别爲(wéi / wèi) 326．5kg／m3,0．25 MPa。這(zhè)是(shì)因爲(wéi / wèi)鋁粉的(de)發氣過程其實是(shì)NaOH溶液與鋁粉發 生化學反應的(de)過程，根據化學反應平衡理論，随着反應物 NaOH摻量的(de)增加，溶液的(de)堿度增大(dà)，反應速度加快，引入的(de) 氣體量增加，材料的(de)孔隙率增大(dà)，從而(ér)使得其密度降低，抗壓 強度下降，導熱系數降低，導熱系數最低爲(wéi / wèi)0．074W／(m·K)。同時(shí)，實驗過程中還發現鋁粉的(de)發氣過程可分爲(wéi / wèi)3個(gè)階段，0— 2min發氣速度較慢，發氣量少；412min發氣速度迅速增大(dà)， 發氣量迅速增加；12min以(yǐ)後漿體開始初凝，發氣速度趨于(yú)平 緩，發氣量幾乎不(bù)再增加。2．4 拌合水溫度對加氣脫硫石膏保溫材料性能的(de)影響按照表 5的(de)試驗配合比，選取拌合水溫度分别爲(wéi / wèi) 35、40、 45和(hé / huò) 50℃，測試拌合水溫度對加氣脫硫石膏保溫材料密度、 抗壓強度及導熱系數的(de)影響，結果見圖5。3 不(bù)同條件對加氣脫硫石膏保溫材料孔結構的(de)影響3.1鋁粉摻量對加氣脫硫石膏保溫材料孔結構的(de)影響（見圖6）由圖6可見，加氣脫硫石膏保溫材料氣孔大(dà)小随符鋁粉 用量的(de)增加而(ér)增大(dà)；當鋁粉用量爲(wéi / wèi)O．7％H~j，氣孔最小，(4L商 徑在(zài) lmm以(yǐ)下，氣孔商 較均勻，發氣效果較好，此時(shí)保潞 材料的(de)抗 強度最高，導熱系數也(yě)較低；随着技 t一(yī / yì ／yí),7i~的(de)增加， 大(dà)氣孔數量、氣孔連通率逐漸增加，氣4L4L 差異逐漸增人(rén)， 氣孑L分布大(dà)小小均勻，形狀不(bù)規則：當銷粉用跫爲(wéi / wèi) 1．0％時(shí)，l1J’ 以(yǐ)發現大(dà)量的(de)氣孔連通， 孔壁變溥，從 導緻抗爪強度 蔔 降。3．2 NaOH摻量對加氣脫硫石膏保溫材料孔結構的(de) 影 響 (見圖 7) 由圖 7可 見，加氣脫硫石音保溫材料氣孔人(rén)小随着 NaOH摻量的(de)增加而(ér)增火。NaOH摻最較少時(shí)【見 7(a)1， 泡的(de)牛成速率較慢，漿體的(de)強度發展較快， 泡的(de)生成述卒 漿體的(de)強度發展不(bù)匹配， 此，造成氣泡孔 較小，衷現爲(wéi / wèi) 度大(dà)、抗壓強度高、導熱系數較大(dà)；随着 NaOH摻星的(de)增JJ【J，漿 體堿度增大(dà)，氣泡生成速率較快， NaOH摻芾爲(wéi / wèi) 0．5％時(shí)f見 圖7(d)1，氣泡的(de)生成速率與漿體的(de)強度發腱達到(dào) 一(yī / yì ／yí)種、r衡 狀态，氣泡孔徑均勻、較大(dà)，表現爲(wéi / wèi)密度小、抗壓強度較高、熱系數較小。3 結論(1)随着高鋁水泥摻最的(de)增多，加氣脫硫石膏保溫材料的(de) 密度和(hé / huò)抗壓強度逐漸升高，導熱系數逐漸增大(dà)：随着銷粉摻景 的(de)增多，加氣脫硫石膏保溫材料的(de)密度和(hé / huò)抗壓強度逐漸降低， 導熱系數先升高後降低；随着NaOH摻量的(de)增多，加氣脫硫石 膏 溫材料的(de)密度和(hé / huò)抗壓強度逐漸降低，導熱系數逐漸降低；随着拌合水溫度的(de)提高，加氣脫硫石膏保濉材料的(de)密度和(hé / huò)抗 強度逐漸降低，導熱系數先降低後升高。(2) 水料比爲(wéi / wèi)0．6，商銷水泥摻量爲(wéi / wèi)5％，錨粉摻 爲(wéi / wèi) 0．7％，NaOH摻帶爲(wéi / wèi)0．5％，拌合水溫度爲(wéi / wèi)40℃時(shí)，DI1氣脫硫石 膏保溫材料的(de)密度爲(wéi / wèi)309-3kg／m，抗壓強度爲(wéi / wèi)0．24MPa，導熱 系數爲(wéi / wèi)0．073W／(m·K)，此時(shí)的(de)加氣脫硫 膏保溫材料的(de)性 能較好。