粉磨時(shí)間對(duì)脫硫建筑石膏的影響研究

劉鵬強(qiáng)

(山西省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030013)

煅燒完的脫硫建筑石膏其顆粒級(jí)配較差，尺寸分布較為集中，脫硫建筑石膏的這種顆粒特征使其作為膠凝材料使用后流動(dòng)性變差。因此，從膠凝材料工作性和水化硬化角度來(lái)看，脫硫建筑石膏的粉磨工藝能夠有效改善其顆粒形貌與級(jí)配，從而改善其工作性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

采用榆次雙旺新型建材有限公司生產(chǎn)的脫硫建筑石膏，具體性能見(jiàn)表1。

表1 脫硫建筑石膏的性能

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

脫硫建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度測(cè)試參照GB/T9776-2008《建筑石膏》，強(qiáng)度測(cè)試參照T/CBCA004-2020《輕質(zhì)抹灰用β型半水石膏》，采用TYE-300E型抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)測(cè)試石膏試塊抗折、抗壓強(qiáng)度，三聯(lián)試模尺寸為：40mm×40mm×160mm；石膏粉的比表面積測(cè)試參照GB/T8074-2007《水泥比表面測(cè)定方法(勃氏法)》，采用SBT-127型數(shù)顯勃氏透氣比表面測(cè)定儀，粉磨不同時(shí)間的脫硫建筑石膏的粒徑分布測(cè)試采用英國(guó)馬爾文MS3000型激光粒度分析儀。

脫硫建筑石膏絕干強(qiáng)度的養(yǎng)護(hù)條件為：試件成型后在室溫下2h后脫模，再放入48±2℃的恒溫鼓風(fēng)干燥箱中72h烘至恒重。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備與方法

粉磨設(shè)備采用的是3M2-30型振動(dòng)磨，粉磨介質(zhì)為剛玉球(φ8mm～φ15mm)。

2 結(jié)果與討論

2.1 粉磨對(duì)脫硫建筑石膏粒徑分布的影響

從圖1、圖2、圖3中可以看出，脫硫建筑石膏粉磨前粒徑分布范圍較窄，平均粒徑為42.894μm，且粒徑小于10μm的顆粒較少；當(dāng)粉磨6min后，平均粒徑變?yōu)?5.078μm，且粒徑小于10μm的顆粒小幅增加，粒徑分布范圍變大；進(jìn)一步粉磨至20min后，平均粒徑變?yōu)?0.914μm，且粒徑小于10μm的顆粒大幅增加，石膏顆粒的粒徑尺寸分布較為均勻。因此，脫硫建筑石膏的粉磨工藝使其粒徑分布由窄變寬，有效改善了粉體的流動(dòng)性。

粉磨6min時(shí)，圖2中右邊出現(xiàn)了一個(gè)小凸峰。分析可能是由于顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象所造成的。究其原因，可能是由于分子間力、靜電作用所引起的粘連與團(tuán)聚[1]。粉磨不但增加了石膏的比表面積，而且增加了顆粒的活性。

圖1 原狀脫硫建筑石膏粒徑分布圖

圖2 粉磨6min時(shí)的脫硫建筑石膏粒徑分布圖

圖3 粉磨20min時(shí)的脫硫建筑石膏粒徑分布圖

2.2 粉磨對(duì)脫硫建筑石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間以及比表面積的影響

從表2中發(fā)現(xiàn)，隨著粉磨時(shí)間的延長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量開始緩慢增長(zhǎng)，最后急劇增加，總體來(lái)看標(biāo)準(zhǔn)稠度不斷增加。比表面積在一定程度上反映脫硫建筑石膏顆粒參與水化時(shí)的石膏顆粒數(shù)量的變化，即隨著粉磨時(shí)間延長(zhǎng)，石膏顆粒逐漸變細(xì)，比表面積越來(lái)越大，參與水化反應(yīng)的石膏顆粒數(shù)量越來(lái)越多，因此需要更多的水參與水化反應(yīng)，以達(dá)到其流動(dòng)性。

表2 粉磨時(shí)間對(duì)脫硫建筑石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間以及比表面積的影響

從表2中看出：凝結(jié)時(shí)間隨著粉磨時(shí)間的延長(zhǎng)不斷縮短，但達(dá)到一定細(xì)度時(shí)變化緩慢，影響不大。沒(méi)經(jīng)過(guò)粉磨時(shí)的建筑石膏比表面積為182.95m2/kg，初終凝時(shí)間分別為：4′20″和9′50″。經(jīng)過(guò)15min的粉磨，建筑石膏的比表面積達(dá)到1388.05m2/kg，其凝結(jié)時(shí)間最短，達(dá)到2′25″和6′40″，而后小幅變化。因此，判斷粉磨脫硫建筑石膏不是越細(xì)越好。

圖4 脫硫建筑石膏在不同粉磨時(shí)間下其比表面積分布

從圖4中可以看出：脫硫建筑石膏的比表面積隨著粉磨時(shí)間的增加而增加；說(shuō)明隨著粉磨時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，建筑石膏的顆粒越來(lái)越細(xì)。經(jīng)過(guò)圖形擬合，表明：隨著粉磨時(shí)間的延長(zhǎng)，其比表面積正向趨于一個(gè)穩(wěn)定值，直至變化不大，石膏細(xì)度不再變細(xì)。在粉體制備過(guò)程中，有粉碎—團(tuán)聚的可逆過(guò)程即所謂的逆粉磨現(xiàn)象。此時(shí)，進(jìn)一步延長(zhǎng)粉磨時(shí)間會(huì)產(chǎn)生促使小顆粒重聚的現(xiàn)象[2]。

2.3 粉磨對(duì)脫硫建筑石膏強(qiáng)度的影響

從圖5中可以看出：未經(jīng)粉磨之前，脫硫建筑石膏的2h抗折、抗壓強(qiáng)度分別為：3.05MPa和6.8MPa；當(dāng)粉磨時(shí)間增加至6min時(shí)，脫硫建筑石膏的2h抗折、抗壓強(qiáng)度分別為：3.35MPa和7.2MPa，強(qiáng)度緩慢上升。對(duì)脫硫建筑石膏繼續(xù)粉磨，強(qiáng)度隨之大幅下降，粉磨時(shí)間為15min時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到最低，分別達(dá)到：4.6MPa和2.75MPa。隨著粉磨時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，脫硫建筑石膏強(qiáng)度小幅變化，但變化不大。

圖5 粉磨時(shí)間對(duì)建筑石膏2h強(qiáng)度的影響

圖6 粉磨時(shí)間對(duì)建筑石膏絕干強(qiáng)度的影響

圖6中脫硫建筑石膏的絕干強(qiáng)度變化規(guī)律與2h強(qiáng)度變化規(guī)律大致相同，在粉磨6min時(shí)，抗折、抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，分別為：4.35MPa和17.25MPa。而后強(qiáng)度逐步下降。

因此，我們總結(jié)出脫硫建筑石膏的粉磨工藝對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量有著重要影響。在一定細(xì)度范圍內(nèi)，石膏制品的強(qiáng)度隨細(xì)度的提高而提高；超過(guò)一定值后，強(qiáng)度反而會(huì)降低[3]。這是因?yàn)槊摿蚪ㄖ囝w粒大小對(duì)其水化有較大影響。脫硫建筑石膏經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的粉磨后細(xì)度變小，脫硫建筑石膏顆粒參與水化反應(yīng)的數(shù)量較多，有利于石膏晶體成核，有效提高硬化體的強(qiáng)度。但脫硫建筑石膏粉磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，細(xì)度過(guò)小，石膏顆粒在拌合液體中團(tuán)聚現(xiàn)象加劇，稠度用水量也會(huì)顯著增大，在石膏硬化體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較多的結(jié)晶應(yīng)力和缺陷，引起脫硫建筑石膏結(jié)構(gòu)體強(qiáng)度的下降。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中，脫硫建筑石膏的粉磨時(shí)間應(yīng)控制好。過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的粉磨均會(huì)造成石膏體強(qiáng)度的下降，從而影響脫硫建筑石膏粉的使用。

3 結(jié) 論

a.粉磨使得脫硫建筑石膏的粒徑分布范圍變寬，改善了顆粒級(jí)配；

b.隨著粉磨時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，比表面積不斷增大；脫硫建筑石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量逐漸增大；凝結(jié)時(shí)間逐漸縮短；

c.當(dāng)脫硫建筑石膏粉磨6min時(shí)，即比表面積為766.95m2/kg，其2h強(qiáng)度、絕干強(qiáng)度均較大，效果較為理想。