淺析緩凝劑對(duì)建筑石膏基本性能影響

王麗 李伯洋 冉秀云 白風(fēng)華 賈嚴(yán)嚴(yán)

（北新集團(tuán)建材股份有限公司，北京 100000）

煙氣脫硫石膏作為燃煤電廠煙氣脫硫后的工業(yè)副產(chǎn)廢棄物經(jīng)干燥、煅燒、研磨等工藝，可制備成性能良好的建筑石膏。石膏具有輕質(zhì)、保溫、隔熱等優(yōu)點(diǎn)。隨著人們對(duì)環(huán)保的重視及對(duì)資源循環(huán)利用的關(guān)注，煙氣脫硫建筑石膏被廣泛應(yīng)用于裝飾行業(yè)[1]。和天然石膏相比，煙氣脫硫建筑石膏具有顆粒均勻、比表面積小、品位高等特點(diǎn)[2]。但是，由于建筑石膏料漿凝結(jié)硬化速率較快，限制了建筑石膏在建筑行業(yè)的應(yīng)用[3-5]。為克服這一缺點(diǎn)，可向建筑石膏膠凝材料中加入適量緩凝劑，通過外加劑改善石膏基材的可操作時(shí)間和施工性能。但大多數(shù)緩凝劑的作用是多方面的[6]，對(duì)石膏起緩凝作用的同時(shí)嚴(yán)重影響石膏硬化體的力學(xué)強(qiáng)度[7]。本文主要研究不同的脫硫石膏緩凝劑對(duì)脫硫建筑石膏基本性能的影響，為石膏緩凝劑的改性、研發(fā)和應(yīng)用提供理論和數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

石膏：脫硫建筑石膏；緩凝劑A：檸檬酸類，分析純；緩凝劑B：磷酸鹽類，分析純；緩凝劑C：意大利西捷SICIT石膏緩凝劑PLASTRETARDPE；緩凝劑D：巴斯夫（BASF）（中國(guó)）股份有限公司HyConR7200F。

從表1可以發(fā)現(xiàn)，不同地方的建筑石膏因脫硫石膏脫硫工藝、煅燒制備工藝、雜質(zhì)含量、后期處理方式的不同，其基本性能中的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間及力學(xué)強(qiáng)度等基本性能差別較大[8]。石膏1的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較小，為0.56；而石膏5的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為0.82。石膏1、3和4的凝結(jié)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，石膏5的凝結(jié)速率較快，初凝小于3min。在力學(xué)強(qiáng)度方面，石膏5的力學(xué)強(qiáng)度值較低，抗折強(qiáng)度為3.7MPa，抗壓強(qiáng)度為8.38MPa；石膏2和石膏3的力學(xué)強(qiáng)度值較大，抗折強(qiáng)度分別為8.3MPa、8.1MPa，抗壓強(qiáng)度分別為22.58MPa、21.67MPa。從表1可以看出，建筑石膏2h力學(xué)強(qiáng)度跟絕干力學(xué)強(qiáng)度有相關(guān)性，因?yàn)榻ㄖ?h內(nèi)凝結(jié)過程已完成，通過2h力學(xué)強(qiáng)度可預(yù)判其制品的絕干力學(xué)強(qiáng)度高低。

表1 脫硫建筑石膏主要性能參數(shù)

1.2 試驗(yàn)方法

脫硫建筑石膏基本性能測(cè)試參照GB/T17669.4-1999《建筑石膏凈漿物理性能》和GB/T17669.3-1999《建筑石膏力學(xué)性能》進(jìn)行。脫硫建筑石膏凝結(jié)時(shí)間采用維卡儀進(jìn)行測(cè)試，硬化體力學(xué)強(qiáng)度采用萬能試驗(yàn)機(jī)，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 緩凝劑對(duì)石膏基材凝結(jié)性能的影響

通過比較表1中各種建筑石膏的基本性能，選用石膏2作為試驗(yàn)樣品，對(duì)其摻入不同比例的緩凝劑，測(cè)試緩凝劑對(duì)其凝結(jié)時(shí)間和力學(xué)強(qiáng)度的影響。對(duì)表2結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，隨著緩凝劑A和緩凝劑B摻量增加，石膏漿體的凝結(jié)時(shí)間明顯延長(zhǎng)。對(duì)于緩凝劑A，摻量0.05%-0.1%范圍內(nèi)其凝結(jié)時(shí)間變化幅度加大；對(duì)于緩凝劑B，摻量0.1%之后其凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)幅度增大。在相同摻量下，緩凝劑A的緩凝效果優(yōu)于緩凝劑B。當(dāng)緩凝劑A摻量為0.1%時(shí)，建筑石膏的初凝、終凝時(shí)間分別為71min和117min；當(dāng)緩凝劑B摻量為0.3%時(shí)，建筑石膏的初凝、終凝時(shí)間分別為46min和80min。

表2 緩凝劑對(duì)石膏基材凝結(jié)時(shí)間影響

分別選用石膏2和石膏3為試驗(yàn)樣品。由圖1和圖2可知，對(duì)于石膏2和石膏3，隨著緩凝劑摻量的增加，其凝結(jié)時(shí)間呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，當(dāng)摻量到達(dá)一定劑量時(shí)，其凝結(jié)時(shí)間延緩程度顯著增大，之后隨著摻量的進(jìn)一步增加，初凝和終凝時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)。

圖1 石膏2摻入緩凝劑后料漿凝結(jié)時(shí)間趨勢(shì)圖

圖2 緩凝劑對(duì)石膏3凝結(jié)時(shí)間影響圖

對(duì)于石膏2，緩凝劑可不同程度延緩脫硫建筑石膏凝結(jié)時(shí)間，在相同摻量條件下，緩凝劑D對(duì)石膏2凝結(jié)時(shí)間的影響遠(yuǎn)大于緩凝劑C，且隨著摻量的增加，差別越發(fā)明顯。對(duì)于石膏2，當(dāng)緩凝劑摻量為0.01%時(shí)，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時(shí)間增至16.5min，終凝時(shí)間增至20min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時(shí)間增至7min，終凝時(shí)間增至20.3min；當(dāng)緩凝劑摻量為0.02%時(shí)，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時(shí)間增至31.8min，終凝時(shí)間增至45min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時(shí)間增至7.5min，終凝時(shí)間增至20min；當(dāng)緩凝劑摻量為0.03%時(shí)，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝增至40.5min，終凝時(shí)間增至56min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時(shí)間增至20min，終凝時(shí)間增至32min；當(dāng)緩凝劑摻量為0.04%時(shí)，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時(shí)間增至48min，終凝時(shí)間增至75min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時(shí)間增至24min，終凝時(shí)間增至35.8min；當(dāng)緩凝劑摻量為0.05%時(shí)，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時(shí)間增至55.7min，終凝時(shí)間增至86min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時(shí)間增至37.7min，終凝時(shí)間增至59.1min。對(duì)比表2和圖1可見，對(duì)同種建筑石膏，使用較低摻量的緩凝劑C和緩凝劑D就能達(dá)到緩凝時(shí)間較大幅度延長(zhǎng)的要求。

對(duì)于石膏3，當(dāng)緩凝劑摻量為0.02%時(shí)，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時(shí)間增至56min，終凝時(shí)間增至70min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時(shí)間增至21.3min，終凝時(shí)間增至34min；當(dāng)緩凝劑摻量為0.04%時(shí)，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時(shí)間增至100min，終凝時(shí)間增至147min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時(shí)間增至60min，終凝時(shí)間增至85min；當(dāng)緩凝劑摻量為0.06%時(shí)，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時(shí)間增至117min，終凝時(shí)間增至185min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時(shí)間增至89min，終凝時(shí)間增至120min；當(dāng)緩凝劑摻量為0.08%時(shí)，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時(shí)間增至150min，終凝時(shí)間增至210min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時(shí)間增至97min，終凝時(shí)間增至126min。從圖1和圖2發(fā)現(xiàn)，相同緩凝劑對(duì)不同石膏的適應(yīng)性差別較大，不管是緩凝劑C還是緩凝劑D，在相同摻量條件下，對(duì)于石膏3的緩凝效果優(yōu)于石膏2。

對(duì)緩凝劑C的研究表明其屬于蛋白質(zhì)和無機(jī)鈣鹽復(fù)合形成的高效緩凝劑[2]。因此，當(dāng)緩凝劑C摻入石膏基材料中，其與二水石膏表面的鈣離子結(jié)合生成覆蓋在二水石膏晶核表面的螯合物，從而降低了二水石膏晶核表面能，抑制了新的二水石膏晶核的生長(zhǎng)，延緩了建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間[9]。同時(shí)，由于蛋白質(zhì)膠體的吸附和保護(hù)作用，其具有高效緩凝效果的同時(shí)對(duì)石膏硬化體強(qiáng)度的影響較小。

2.2 緩凝劑對(duì)石膏基材力學(xué)性能的影響

在石膏硬化體力學(xué)性能方面（圖3），石膏硬化體抗折和抗壓強(qiáng)度隨緩凝劑摻量增加而下降。緩凝劑B對(duì)脫硫建筑石膏力學(xué)強(qiáng)度的影響比相同摻量的緩凝劑A更顯著。向脫硫建筑石膏中分別摻入0.1%的緩凝劑A和緩凝劑B，其硬化體抗壓強(qiáng)度分別損失37%、55%，抗折強(qiáng)度分別損失40%、66%。這說明緩凝劑A和緩凝劑B的摻量適宜控制在0.1%以內(nèi)，當(dāng)摻量超過0.1%，石膏硬化體的強(qiáng)度損失顯著增加，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度損失均超過50%?；谏鲜鼋Y(jié)果可知，緩凝劑對(duì)石膏起緩凝作用的同時(shí)嚴(yán)重影響石膏基材及制品的力學(xué)強(qiáng)度。因此，為了減少緩凝劑對(duì)石膏基材強(qiáng)度的影響，應(yīng)謹(jǐn)慎挑選緩凝劑，并選用適宜的摻量。

圖3 緩凝劑A和緩凝劑B對(duì)石膏基材力學(xué)強(qiáng)度影響

2.3 緩凝劑對(duì)石膏基材流動(dòng)性能的影響

采用石膏3研究緩凝劑對(duì)石膏基材流動(dòng)性能的影響。由圖4可以發(fā)現(xiàn)，適量的緩凝劑對(duì)石膏3的流動(dòng)度有改善作用。選擇合適的緩凝劑不僅能延緩脫硫建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間，某種程度上也有減水效果，改善石膏基材的流動(dòng)性能。對(duì)于緩凝劑C其摻量在0.04%以內(nèi)，對(duì)于緩凝劑D其摻量在0.06%以內(nèi)，對(duì)石膏3的流動(dòng)度有明顯改善作用。

圖4 緩凝劑對(duì)脫硫建筑石膏流動(dòng)性能影響趨勢(shì)圖

3 小結(jié)

本文研究了不同類型緩凝劑對(duì)石膏基建筑材料凝結(jié)時(shí)間、力學(xué)性能和流動(dòng)度的影響。通過測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，適量緩凝劑可以有效延緩建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間。在摻量相同的條件下，緩凝劑A的緩凝效果優(yōu)于緩凝劑B，緩凝劑C和緩凝劑D的緩凝效果好于緩凝劑A和緩凝劑B。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，同一種緩凝劑的緩凝效果與基材有很大關(guān)系，對(duì)不同石膏的適應(yīng)性差別較大。適量的緩凝劑C和緩凝劑D對(duì)建筑石膏的流動(dòng)性能有改善作用，在起緩凝作用的同時(shí)有一定的減水效果。對(duì)于大多數(shù)的石膏緩凝劑，其適宜摻量應(yīng)控制在0.1%以內(nèi)，具體摻量根據(jù)產(chǎn)品需要和實(shí)際情況調(diào)整。