脫硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)空心砌塊的研究

徐　博　張　璐　馮　峰　高　遠(yuǎn)　王今華　李國旺

1河南省建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站（450000） 2河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002）

脫硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)空心砌塊的研究

徐博1張璐2馮峰2高遠(yuǎn)2王今華2李國旺2

1河南省建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站（450000） 2河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002）

采用沸騰爐熱煙氣混合烘干系統(tǒng)將脫硫石膏煅燒成脫硫建筑石膏，用脫硫建筑石膏生產(chǎn)石膏空心砌塊，并對其各項性能進(jìn)行了測試。研究表明，利用脫硫石膏代替天然石膏，可以煅燒出各項性能均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求的建筑石膏，用脫硫建筑石膏生產(chǎn)的石膏空心砌塊斷裂荷載可以達(dá)到3.32kN，軟化系數(shù)可以達(dá)到0.68。

脫硫石膏；天然石膏；空心砌塊

0　前言

近幾年，隨著我國建筑節(jié)能和墻體材料革新工作的深入開展，新型墻體材料的開發(fā)和研究工作得到蓬勃的發(fā)展，產(chǎn)生了包括混凝土多孔磚、非黏土燒結(jié)磚、蒸壓加氣混凝土砌塊和混凝土空心砌塊等品種。石膏建材制品具有較小的密度和良好的保溫隔熱性能，在墻材行業(yè)也有一定的應(yīng)用。天然石膏作為一種資源，不可再生，因此尋找其替代品是循環(huán)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)發(fā)展的必經(jīng)之路。

脫硫石膏是指燃煤電廠煙氣脫硫的副產(chǎn)物，是利用生石灰或石灰石與煤灰燃燒后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行反應(yīng)，脫去煙氣中的二氧化硫而得到的。我國自20世紀(jì)90年代開始強(qiáng)制在火電廠對煙氣進(jìn)行脫硫，因此產(chǎn)生了大量的脫硫石膏。近年來，國內(nèi)的脫硫石膏產(chǎn)量逐年增加，其脫硫石膏利用也在穩(wěn)步推進(jìn)，但是總體來說脫硫石膏綜合利用還處在低附加值的初級階段。

1　試驗用原材料

脫硫石膏：鄭州新力熱電廠排放的脫硫石膏，其主要化學(xué)成分見表1。

粉煤灰：鄭州新力熱電廠干排Ⅱ級粉煤灰，其主要化學(xué)成分見表2。

氫氧化鈣：河南焦作興隆鈣粉廠生產(chǎn)的灰鈣。

減水劑：鄭州建科混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的JKH-1型高效減水劑，減水率不低于18%。水：普通自來水。

2　脫硫石膏煅燒成脫硫建筑石膏

火電廠脫硫石膏基本上為二水石膏，為了利用脫硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)石膏砌塊，需要先將脫硫石膏生產(chǎn)出脫硫建筑石膏。

2.1脫硫石膏煅燒脫硫建筑石膏工藝

綜合考慮成本及脫硫建筑石膏品質(zhì)等方面的因素，采用沸騰爐熱煙氣混合烘干煅燒系統(tǒng)生產(chǎn)脫硫建筑石膏，煅燒窯最高溫度控制在190℃。具體生產(chǎn)工藝如下：將脫硫石膏在堆場進(jìn)行預(yù)均化，靠自然風(fēng)干部分附著水。脫離石膏進(jìn)入煅燒工序時，含水率控制在9%以下，以減少煅燒能耗。生產(chǎn)時脫硫石膏通過裝載機(jī)送到喂料倉，再經(jīng)過喂料倉下的計量設(shè)備送到輸送皮帶上，輸送皮帶將脫硫石膏帶入煅燒窯。脫硫石膏進(jìn)窯后在煅燒窯高溫帶進(jìn)行換熱，同時與凈化后的熱煙氣進(jìn)行熱交換，使脫硫石膏中的附著水快速汽化。在脫硫石膏不斷前進(jìn)的過程中，通過窯體內(nèi)倒流板的翻騰使脫硫石膏與窯體內(nèi)的熱煙氣進(jìn)行充分的熱交換，完成脫水過程，脫硫石膏轉(zhuǎn)化為半水石膏。然后將半水石膏送入陳化儲料倉進(jìn)行陳化，陳化時間一般為1 d。陳化過程中，經(jīng)過均衡轉(zhuǎn)化，半水石膏的比例可達(dá)95%，即為脫硫建筑石膏。

表1　脫硫石膏的主要化學(xué)成分（%）

表2　粉煤灰的主要化學(xué)成分（%）

表3　脫硫建筑石膏的物理力學(xué)性能

2.2脫硫建筑石膏的性能

利用2.1工藝，鄭州復(fù)晟資源開發(fā)有限公司生產(chǎn)的脫硫建筑石膏按照GB/T 9976-2008進(jìn)行物理力學(xué)性能測試，測試結(jié)果見表3。

由表3可以看出，脫硫石膏生產(chǎn)出的建筑石膏性能完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，利用脫硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)石膏砌塊是完全可行的。

3　脫硫建筑石膏空心砌塊的生產(chǎn)及力學(xué)性能

3.1試驗配比的確定

根據(jù)試驗經(jīng)驗，為了保證脫硫石膏空心砌塊各項性能指標(biāo)，尋求降低生產(chǎn)成本的最佳配方，我們在脫硫建筑石膏中摻加粉煤灰、氫氧化鈣和高效減水劑，按粉煤灰對脫硫建筑石膏的不同取代量選取四個不同配比（見表4）進(jìn)行試生產(chǎn)。不同配方的試制砌塊在河南信成新興建材有限公司的石膏砌塊生產(chǎn)線上進(jìn)行，砌塊規(guī)格為600 mm×500 mm×240 mm。

表4　砌塊試制試驗配合比

不同配比脫硫建筑石膏空心砌塊按照J(rèn)C/T 698—2010《石膏砌塊》進(jìn)行表觀密度、斷裂荷載和軟化系數(shù)的測定，測試結(jié)果見表5。

由表5可以看出，四個不同配比生產(chǎn)出的石膏砌塊在尺寸外觀方面均有些偏差。尺寸偏差主要是和產(chǎn)品模具有關(guān)，在此不作為確定生產(chǎn)配比的依據(jù)。對于表觀密度來說，四個配比的砌塊測試結(jié)果基本接近。從力學(xué)性能方面來講，在用水量保持不變的情況下，隨著粉煤灰取代脫硫建筑石膏量的增大，砌塊的斷裂荷載逐漸下降，軟化系數(shù)也有下降的趨勢。考慮到實際生產(chǎn)時候的波動性，為了保證砌塊產(chǎn)品的質(zhì)量，盡可能增加粉煤灰的用量，我們確定選取C組的比例作為脫硫建筑石膏空心砌塊的生產(chǎn)配比。

3.2養(yǎng)護(hù)制度對脫硫建筑石膏空心砌塊強(qiáng)度的影響

按上述選定的配比作為脫硫建筑石膏空心砌塊的生產(chǎn)配合比，并在河南信成新興建材有限公司石膏砌塊生產(chǎn)線上進(jìn)行批量生產(chǎn)。生產(chǎn)的脫硫建筑石膏空心砌塊按照不同的養(yǎng)護(hù)制度進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗。試驗結(jié)果見表6。

表6　不同養(yǎng)護(hù)制度下石膏空心砌塊力學(xué)性能

由表6可以看出，熱養(yǎng)護(hù)能明顯加快脫硫建筑石膏空心砌塊強(qiáng)度的發(fā)展。采用自然養(yǎng)護(hù)方式時，溫度過低，不利于砌塊中石膏的水化及水分的蒸發(fā)，要達(dá)到一定強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)時間明顯增加。采用90℃的熱養(yǎng)護(hù)時，溫度過高，會造成石膏空心砌塊脫水，使制品產(chǎn)生脫粉現(xiàn)象，強(qiáng)度降低。采用70℃的熱養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)14 h強(qiáng)度即可達(dá)到自然養(yǎng)護(hù)28 d的強(qiáng)度?？梢哉J(rèn)為，70℃的熱養(yǎng)護(hù)時，在養(yǎng)護(hù)初期有利于膠結(jié)材料中水分的蒸發(fā)，形成濕熱環(huán)境，既有利于石膏材料的干燥，又有利于脫硫建筑石膏和粉煤灰水化反應(yīng)的進(jìn)行，形成水化產(chǎn)物，還避免了溫度過高造成二水石膏脫水產(chǎn)生的脫粉現(xiàn)象。

表5　不同配比脫硫建筑石膏空心砌塊的物理力學(xué)性能

4　結(jié)語

1）采用沸騰爐熱煙氣混合烘干煅燒系統(tǒng)能夠在煅燒溫度（190℃左右）條件下快速低能耗地生產(chǎn)出脫硫建筑石膏。生產(chǎn)的脫硫建筑石膏初凝時間17 min，終凝時間 24 min，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為52.5%，2 h抗折強(qiáng)度達(dá)到4.3 MPa，抗壓強(qiáng)度達(dá)到12.5 MPa，各項性能完全滿足GB/T 9976—2008《建筑石膏》的要求。

2）采用脫硫建筑石膏按照一定的比例可以生產(chǎn)出密度700 kg/m3以下、斷裂荷載3.0 kN以上的石膏空心砌塊，且具有較好的抗壓強(qiáng)度和耐水性。

3）生產(chǎn)的脫硫建筑石膏空心砌塊采用70℃熱養(yǎng)護(hù)，是比較適宜的養(yǎng)護(hù)制度。因為70℃的熱養(yǎng)護(hù)時，養(yǎng)護(hù)初期有利于膠結(jié)材中水分的蒸發(fā)，形成濕熱環(huán)境，既有利于石膏材料的干燥，又有利于脫硫建筑石膏和粉煤灰水化反應(yīng)的進(jìn)行，形成水化產(chǎn)物，避免了溫度過高造成二水石膏脫水產(chǎn)生的脫粉現(xiàn)象。

綜上所述，利用脫硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)石膏空心砌塊是完全可行的，且在生產(chǎn)時脫硫建筑石膏的摻量在80%左右，為脫硫石膏的大規(guī)模資源化利用開拓了新的途徑，具有良好的社會、環(huán)境效益。