減水劑對(duì)半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料性能的影響

武麗霞，李 冬，陳玉欣

(河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050091)

減水劑對(duì)半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料性能的影響

武麗霞，李 冬，陳玉欣

(河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050091)

為了拓寬脫硫石膏的利用途徑，選取萘系高效減水劑(NF)、聚羧酸系減水劑(HC)、木質(zhì)素磺酸鈉減水劑(SM)對(duì)半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料進(jìn)行改性研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:SM對(duì)半水脫硫石膏凝結(jié)時(shí)間影響不大，對(duì)提高石膏強(qiáng)度的效果與HC及NF相比不明顯;NF使得半水脫硫石膏流動(dòng)性較差，不適合作為減水劑;HC對(duì)凝結(jié)時(shí)間影響較明顯，對(duì)半水脫硫石膏強(qiáng)度提高較多，但隨其摻量的增加也會(huì)產(chǎn)生一些不利的影響。綜合考慮減水劑對(duì)墻體材料制備過(guò)程的初、終凝時(shí)間，減水率和擴(kuò)展度，抗折、抗壓強(qiáng)度的影響，選擇HC作為半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料的減水劑，最佳摻量約為0.5%。

脫硫石膏 減水劑 凝結(jié)時(shí)間 強(qiáng)度

SO2的排放量隨著煤炭消耗的不斷增加而增大，給環(huán)境治理帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)［1-2］。采用濕式石灰石—石膏法對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫，得到的工業(yè)副產(chǎn)品就是脫硫石膏。脫硫石膏的堆積占用了大量土地，滲濾液對(duì)土壤和地下水也可能造成污染。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)一步推進(jìn)，脫硫石膏的綜合開(kāi)發(fā)提上日程［3-4］。

目前，歐、美、日已形成了完善的脫硫石膏研發(fā)和應(yīng)用體系，其中，日本、美國(guó)脫硫石膏的利用率達(dá)到80% ～90%。而我國(guó)脫硫石膏僅在少數(shù)領(lǐng)域中得到應(yīng)用，如建筑石膏、水泥輔料、路基填料，尚未形成工業(yè)化規(guī)模。

脫硫石膏和天然石膏的主要成分均為硫酸鈣，其含量＞90%，在一些應(yīng)用領(lǐng)域脫硫石膏完全可以替代天然石膏。但由于脫硫石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大、泌水等缺點(diǎn)，需要使用減水劑對(duì)脫硫石膏進(jìn)行改性，才能保證脫硫石膏得到更好的利用［5-8］。半水脫硫石膏在水化過(guò)程中的理論用水量?jī)H為18.6%，施工中為了保證新拌石膏漿體的和易性，實(shí)際用水量可能達(dá)到65% ～80%。大量多余的游離水停留在漿體中，造成了脫硫石膏硬化體強(qiáng)度降低，耐久性變差［9］。在新拌脫硫石膏漿體中摻入減水劑，就可以在保持石膏用量不變的情況下降低水膏比，或在水膏比不變的情況下，增大漿體的流動(dòng)性［10］。為了拓寬半水脫硫石膏的利用途徑，本文研究了不同種類的減水劑對(duì)半水脫硫石膏漿體初凝時(shí)間、終凝時(shí)間、硬化體強(qiáng)度和流動(dòng)性的影響，以期得到適合半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料的減水劑。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

脫硫石膏取自唐山市陡河電廠，其初凝時(shí)間為5 min，終凝時(shí)間為8 min。脫硫石膏的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2。選用了3種減水劑:萘系高效減水劑(NF)，聚羧酸系減水劑(HC)，木質(zhì)素磺酸鈉減水劑(SM)。

表1 脫硫石膏的主要化學(xué)成分 %

表2 脫硫石膏的主要性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)方法

試驗(yàn)儀器包括:凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀;電動(dòng)抗壓抗折試驗(yàn)機(jī);液壓式壓力試驗(yàn)機(jī);水泥凈漿攪拌機(jī);電熱恒溫培養(yǎng)箱;水泥膠砂振實(shí)臺(tái)。

標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量的測(cè)定按 GB/T 17669.4—1999進(jìn)行，初、終凝時(shí)間的測(cè)定按 GB/T 17669.1—1999進(jìn)行，抗折、抗壓強(qiáng)度的測(cè)定按 GB/T 17669.3—1999進(jìn)行。

1.3 脫硫石膏預(yù)處理

1.3.1 預(yù)烘干階段

取等質(zhì)量的半水脫硫石膏于預(yù)先設(shè)定好溫度的烘箱內(nèi)烘干，每隔30 min取樣，放置于干燥器冷卻至室溫稱重，直至恒重為止，得到半水脫硫石膏最佳預(yù)烘干溫度。

1.3.2 煅燒階段

將經(jīng)過(guò)預(yù)烘干的半水脫硫石膏粉分別在不同煅燒溫度和煅燒時(shí)間下煅燒，監(jiān)測(cè)煅燒產(chǎn)物的各項(xiàng)性能(2 h抗折、抗壓強(qiáng)度，初、終凝時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量)。

2 結(jié)果與討論

2.1 預(yù)烘干溫度和時(shí)間的確定

表3為半水脫硫石膏在不同預(yù)烘干溫度下的質(zhì)量變化，可以看出，半水脫硫石膏的質(zhì)量隨預(yù)烘干溫度的提高及時(shí)間的延長(zhǎng)在逐漸降低，減少的質(zhì)量即為半水脫硫石膏所含的自由水。在55℃和60℃烘干3 h后，半水脫硫石膏質(zhì)量已趨于穩(wěn)定，說(shuō)明此時(shí)半水脫硫石膏內(nèi)部所含自由水已基本烘干?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)效率，試驗(yàn)選用的預(yù)烘干工藝參數(shù)為:烘干溫度55℃，烘干時(shí)間3 h。

表3 半水脫硫石膏在不同預(yù)烘干溫度下的質(zhì)量變化 g

2.2 煅燒溫度和時(shí)間的確定

為確定最佳的工藝參數(shù)，將經(jīng)過(guò)預(yù)烘干的半水脫硫石膏粉分別在不同煅燒溫度和煅燒時(shí)間下煅燒，監(jiān)測(cè)煅燒產(chǎn)物的各項(xiàng)性能，結(jié)果如表4所示。煅燒階段半水脫硫石膏脫去的是其結(jié)晶水，煅燒階段的主要工藝參數(shù)包括煅燒溫度和煅燒時(shí)間等。當(dāng)煅燒溫度為160℃，煅燒時(shí)間為3～4 h時(shí)，其各項(xiàng)性能已基本穩(wěn)定?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)中的節(jié)能及生產(chǎn)效率問(wèn)題，最終確定的煅燒溫度為160℃，煅燒時(shí)間為3 h。

表4 不同煅燒溫度和煅燒時(shí)間下半水脫硫石膏的性能

2.3 減水劑對(duì)初凝時(shí)間的影響

將電廠的脫硫石膏在 55℃下預(yù)烘干 3 h，再在160℃下煅燒3 h，制備成半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料，并進(jìn)行減水劑對(duì)其性能影響的研究。

圖1為不同減水劑對(duì)墻體材料初凝時(shí)間的影響?？梢钥闯觯琀C和NF兩種減水劑都不同程度地延長(zhǎng)了半水脫硫石膏的初凝時(shí)間。當(dāng)摻量＜0.5%時(shí)，NF作用效果最明顯;當(dāng)摻量為0.5%～0.7%時(shí)，HC對(duì)初凝時(shí)間的影響稍高于NF;但當(dāng)摻量高于0.7%時(shí)，NF對(duì)初凝時(shí)間影響又占優(yōu)勢(shì)。SM對(duì)初凝時(shí)間影響不明顯。對(duì)半水脫硫石膏墻體材料來(lái)說(shuō)，HC和NF對(duì)初凝時(shí)間有較好的延長(zhǎng)作用，利于現(xiàn)澆施工的進(jìn)行。

圖1 不同減水劑對(duì)墻體材料初凝時(shí)間的影響

2.4 減水劑對(duì)終凝時(shí)間的影響

圖2為不同減水劑對(duì)墻體材料終凝時(shí)間的影響?？梢钥闯?，SM對(duì)半水脫硫石膏漿體終凝時(shí)間基本沒(méi)有影響;而HC和NF對(duì)終凝時(shí)間的影響和初凝時(shí)間相反:當(dāng)摻量＜0.5%時(shí)，HC作用效果最明顯，但當(dāng)摻量為0.5%～1.5%時(shí)，NF對(duì)終凝時(shí)間的影響又占優(yōu)勢(shì);摻加HC和NF時(shí)，半水脫硫石膏終凝時(shí)間變化均較快，直到呈現(xiàn)出穩(wěn)定變化趨勢(shì)。

圖2 不同減水劑對(duì)墻體材料終凝時(shí)間的影響

2.5 減水劑對(duì)減水率的影響

減水率是衡量減水劑對(duì)半水脫硫石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的指標(biāo)，減水率越高，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量就越少，拌合用水量也就相對(duì)越低。圖3為不同減水劑對(duì)墻體材料減水率的影響?？梢钥闯觯S著減水劑摻量的不斷增加，半水脫硫石膏漿體的減水率不斷提高;當(dāng)摻量＜0.5%時(shí)，HC的減水率增長(zhǎng)最快，當(dāng)摻量 ＞0.5%時(shí)，HC的減水效果最明顯;在摻量范圍內(nèi)，NF和SM的減水率變化較穩(wěn)定。

圖3 不同減水劑對(duì)墻體材料減水率的影響

2.6 減水劑對(duì)半水脫硫石膏抗折強(qiáng)度的影響

圖4是減水劑對(duì)半水脫硫石膏抗折強(qiáng)度的影響?？梢钥闯觯?dāng)摻量＜1.0%時(shí)，三種減水劑都不同程度地提高了半水脫硫石膏的抗折強(qiáng)度，添加HC的半水脫硫石膏絕干抗折強(qiáng)度最高，NF次之，SM最低;當(dāng)摻量＞1.0%時(shí)，摻加三種減水劑的半水脫硫石膏絕干抗折強(qiáng)度基本持平。

圖4 不同減水劑對(duì)墻體材料抗折強(qiáng)度的影響

2.7 減水劑對(duì)半水脫硫石膏抗壓強(qiáng)度的影響

圖5為不同減水劑對(duì)墻體材料抗壓強(qiáng)度的影響。可以看出，在較低摻量時(shí)，添加NF減水劑的半水脫硫石膏的抗壓強(qiáng)度快速提高，當(dāng)摻量＞0.7%時(shí)抗壓強(qiáng)度開(kāi)始下降;SM減水劑在初期對(duì)半水脫硫石膏的抗壓強(qiáng)度有提高作用，當(dāng)摻量＞1.0%時(shí)抗壓強(qiáng)度開(kāi)始下降; HC在整個(gè)摻量范圍內(nèi)，表現(xiàn)出增加抗壓強(qiáng)度的效果且增長(zhǎng)趨勢(shì)穩(wěn)定。

圖5 不同減水劑對(duì)墻體材料抗壓強(qiáng)度的影響

2.8 減水劑對(duì)半水脫硫石膏流動(dòng)性的影響

在用水量(空白樣標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量)不變的條件下，測(cè)定在3種減水劑不同摻量下半水脫硫石膏漿體的擴(kuò)展度。從表5可以看出，隨著SM和NF減水劑摻量的增加，其擴(kuò)展度變化不太明顯。SM減水劑在摻量為0.9%時(shí)擴(kuò)展度為 255 mm，NF減水劑在摻量為0.5%時(shí)擴(kuò)展度僅達(dá)到220 mm。而HC減水劑對(duì)半水脫硫石膏的流動(dòng)性具有顯著的影響，隨其摻量的增加擴(kuò)展度明顯增大，在摻量為1.1%時(shí)擴(kuò)展度達(dá)到315 mm。因此，試驗(yàn)選擇HC高性能減水劑作為半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料用減水劑。

表5 減水劑對(duì)墻體材料流動(dòng)性的影響 mm

HC在某種情況下能夠顯著增強(qiáng)半水脫硫石膏硬化體的強(qiáng)度，但是隨著HC摻量的不斷增大，脫硫石膏硬化體的強(qiáng)度并不是一直增加，這表明減水劑對(duì)石膏強(qiáng)度的影響有一個(gè)最大摻量。結(jié)合漿體初、終凝時(shí)間，確定HC最佳摻量約為0.5%。

通過(guò)觀察試驗(yàn)試塊也可以看出，隨著HC減水劑摻量的不斷增加，大孔開(kāi)始明顯增多，并且在石膏攪拌時(shí)會(huì)引入大量的氣泡，這些氣泡比較穩(wěn)定，一般不易排出，會(huì)一直存在石膏硬化體中。由于這些大孔的存在，導(dǎo)致孔隙率增大，石膏硬化后強(qiáng)度會(huì)降低。

3 結(jié)論

1)SM對(duì)半水脫硫石膏凝結(jié)時(shí)間影響不大，摻加SM減水劑后半水脫硫石膏強(qiáng)度雖然有所增加，但與HC及NF兩種減水劑相比，其影響不明顯。

2)NF對(duì)半水脫硫石膏凝結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度的影響和HC相似，但流動(dòng)性差，不適合做現(xiàn)澆墻體材料的減水劑。

3)結(jié)合對(duì)墻體材料初、終凝時(shí)間，減水率和抗折、抗壓強(qiáng)度及流動(dòng)性的影響，選擇HC作為脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料的減水劑，最佳摻量約為0.5%。

［1］毛樹(shù)標(biāo)．煙氣脫硫石膏綜合利用分析［D］．浙江:浙江大學(xué)，2005．

［2］胡術(shù)剛，牛海麗，呂憲?。摿蚴嗑C合利用研究［J］．混凝土，2009(5):95-97．

［3］沈辰興．煙氣脫硫石膏(FGD)在石膏板生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］．粉煤灰綜合利用，2003(3):44-46．

［4］劉紅巖，施慧生．我國(guó)脫硫石膏的資源化利用現(xiàn)狀與問(wèn)題分析［J］．礦業(yè)工程，2006(26):233-235．

［5］盧章．混凝土外加劑理論［M］．北京:清華大學(xué)出版社，1985．

［6］邱學(xué)青，蔣新元．氨基磺酸系高效減水劑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向［J］．化工進(jìn)展，2003，22(4):336-340．

［7］孫振平，蔣正武，王吉平，等．混凝土外加劑與水泥適應(yīng)性［J］．建筑材料學(xué)報(bào)，2002，5(1):28-31．

［8］黃知清，王曉峰，覃勇．混凝土減水劑的研究進(jìn)展及其發(fā)展趨勢(shì)［J］．廣西化纖通訊，2001，19(2):32-37．

［9］彭家惠，王祖潤(rùn)，劉進(jìn)超，等．復(fù)合型緩凝劑對(duì)脫硫建筑石膏水化進(jìn)程的影響及緩凝機(jī)理［J］．重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34(11):72-76．

［10］彭家惠．建筑石膏減水劑與緩凝劑作用機(jī)理研究［D］．重慶:重慶大學(xué)，2004．

Influence of water reducer on performance of cast-in-place wall material with hemihydrate desulphation gupsum

WU Lixia，LI Dong，CHEN Yuxin
(Hebei Jiaotong Vocational＆Technical College，Shijiazhuang Hebei 050091，China)

T he paper，with the purpose of further commercializing desulfurized plaster，selects Naphthalene agent (NF)，Polycarboxylic Acid agent(HC) and Sodium Lignosulphonate agent(SM) to study the material modification of cast-in-place wall with semi-hydraulic desulphation gupsum．T he results indicate that SM fails to play an important role in gupsum setting，while neither HC nor NF largely influences gupsum strength．It has also been noticed that NF is yet well suited to serve as a water reducer，as it undermines the fluidity of the plaster;at the same time HC，though visibly alters the setting time and improves the gupsum strength，exerts negative impact as its proportion adds up．Considering the agents'in fluence on initial and final setting time，water reducing ratio，spreading performance，bending resistance and compressive strength，HC with the suggested proportion of 0.5%was chose as the preferable water reducer．

Desulphation gupsum;W ater reducer;Setting time;Strength

U214．1+6

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．35

(責(zé)任審編 周彥彥)

2014-12-23;

:2015-01-14

唐山市科技支撐項(xiàng)目(12130204A-3)

武麗霞(1979— )，女，河北石家莊人，講師。

1003-1995(2015)08-0123-04