礦物材料對(duì)脫硫石膏及其制品力學(xué)性能的影響

尹東杰，董朋朋，譚丹君，李伯洋，簡(jiǎn)銘

（1.北新集團(tuán)建材股份有限公司，北京 102209；2.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

脫硫石膏是燃煤電廠煙氣脫硫的產(chǎn)物，隨著燃煤電廠煙氣脫硫項(xiàng)目的推廣，我國每年的脫硫石膏產(chǎn)量驚人[1]。脫硫石膏廣泛用于建材等行業(yè)，促進(jìn)了國家環(huán)保循環(huán)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，而且還大大降低了天然石膏的開采量，保護(hù)了資源。脫硫石膏制備的建材產(chǎn)品具有新型建材及綠色建材的特點(diǎn)。以脫硫石膏為原料生產(chǎn)紙面石膏板，是高效消納脫硫石膏的有效途徑，不僅解決火電廠大宗固體廢棄物污染環(huán)境的問題，也為石膏板廠提供了廉價(jià)原料。紙面石膏板具有質(zhì)輕、防火、環(huán)保、裝飾效果好、便于加工等特質(zhì)，是建筑裝飾裝修領(lǐng)域節(jié)能利廢、綠色環(huán)保、最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦徒ㄖb飾裝修材料之一[2]。目前我國已經(jīng)具備全脫硫石膏制備紙面石膏板成套技術(shù)。

本文研究了礦物材料對(duì)脫硫石膏熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度及初凝時(shí)間、終凝時(shí)間的影響；對(duì)脫硫石膏熟料制備的石膏試塊力學(xué)性能的影響；更進(jìn)一步的研究了對(duì)脫硫石膏制備的紙面石膏板產(chǎn)品力學(xué)性能及粘結(jié)性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

脫硫石膏：平邑縣富華石膏制品廠；礦物材料：河北承德圍場(chǎng)縣，325目粉末，主要化學(xué)成分見表1。本試驗(yàn)所使用的脫硫石膏熟料相分析結(jié)果見表2，熟料相組成比較穩(wěn)定，與紙面石膏板生產(chǎn)線所用熟料一致。

表1 礦物材料的主要化學(xué)成分 %

表2 脫硫石膏熟料相分析結(jié)果 %

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 制備方法

石膏試塊的制備：將石膏料漿倒入模具，終凝1 h內(nèi)脫模，制成40 mm×40 mm×160mm的試件，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)方式為在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中干燥24 h或干燥至恒重。

紙面石膏板的制備：在生產(chǎn)線上，將攪拌均勻的石膏料漿在離心力作用下甩至護(hù)面紙上，然后經(jīng)成型刀擠壓，在護(hù)面紙折成直角后，在成型板的擠壓下與另一護(hù)面紙搭接，并粘牢形成濕板，隨后濕板被引出，完成成型；成型的濕板凝固，切斷后，進(jìn)入干燥機(jī)烘干水分制成紙面石膏板。

1.2.2 石膏試塊測(cè)試方法

將脫模后的石膏試塊放進(jìn)電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，在45℃的條件下養(yǎng)護(hù)24h，測(cè)試試塊的24h抗折強(qiáng)度；45℃干燥至恒重測(cè)試試件絕干狀態(tài)的抗折、抗壓強(qiáng)度。測(cè)試方法參照GB/T 17669.3—1999《建筑石膏力學(xué)性能的測(cè)定》進(jìn)行。

1.2.3 紙面石膏板力學(xué)性能測(cè)試方法

依據(jù)GB/T 9775—2008《紙面石膏板》測(cè)試紙面石膏板的力學(xué)性能。

1.2.4 紙面石膏板粘結(jié)性能測(cè)試方法

參照北新建材的企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，紙面石膏板粘結(jié)等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 粘結(jié)等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)

（1）測(cè)試紙面石膏板在干燥條件下紙板粘結(jié)性能的方法：在試樣的檢測(cè)面用多用刀劃“×”，將護(hù)面紙沿交叉點(diǎn)向上拉起，觀察拉起部位護(hù)面紙與石膏芯的結(jié)合狀況，按表3的判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定。

（2）測(cè)試紙面石膏板濕粘結(jié)性能的方法：將毛巾充分浸濕，完全覆蓋在試樣上，5 min后用干毛巾吸去試件表面附著水，在試樣的檢測(cè)面用多用刀劃“×”，將護(hù)面紙沿交叉點(diǎn)向上拉起，觀察拉起部位護(hù)面紙與石膏芯的結(jié)合狀況，按表3的判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定。

（3）測(cè)試紙面石膏板在濕熱條件下紙板粘接性能的方法：截取一塊約160 mm×40 mm的小板，放入100℃的恒溫水浴箱內(nèi)，計(jì)時(shí)12 min后取出。在試樣的檢測(cè)面用多用刀劃“×”，將護(hù)面紙沿交叉點(diǎn)向上拉起，觀察拉起部位護(hù)面紙與石膏芯的結(jié)合狀況，按表3的判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定。

2 結(jié)果與討論

2.1 礦物材料對(duì)脫硫石膏熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量及

凝結(jié)時(shí)間的影響（見表4）

表4 礦物材料對(duì)脫硫石膏熟料標(biāo)稠及凝結(jié)時(shí)間的影響

由表4可見，在脫硫石膏中摻加0.5%的礦物材料，對(duì)石膏料漿標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量無影響，料漿的初凝及終凝時(shí)間略有縮短。

2.2 礦物材料對(duì)石膏試塊力學(xué)強(qiáng)度的影響

礦物材料對(duì)石膏試塊24h抗折強(qiáng)度的影響見表5，對(duì)絕干狀態(tài)抗折、抗壓強(qiáng)度的影響見表6。

表5 礦物材料對(duì)石膏試塊24 h抗折強(qiáng)度的影響

由表5可見，對(duì)于摻加0.5%礦物材料的石膏試塊，養(yǎng)護(hù)24 h抗折強(qiáng)度較空白樣提高37.1%。

表6 礦物材料對(duì)石膏試塊絕干抗壓和抗折強(qiáng)度的影響

由表6可見，摻加0.5%礦物材料會(huì)降低石膏試塊的絕干抗折、抗壓強(qiáng)度，與空白樣相比，絕干抗壓強(qiáng)度下降12.8%，絕干抗折強(qiáng)度下降3.2%。

2.3 礦物材料對(duì)紙面石膏板力學(xué)性能的影響

分別摻加0、0.5%礦物材料制備厚度為12 mm的普通紙面石膏板，力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見表7。

表7 礦物材料對(duì)紙面石膏板力學(xué)性能的影響

由表7可見，與空白板相比，礦物材料摻量為0.5%時(shí)，面密度影響不大，橫向斷裂荷載下降11.7%、縱向斷裂荷載下降3.5%、端頭硬度提高11%、棱邊硬度下降3.5%、剪切力提高10%。紙面石膏板的橫、縱向斷裂荷載以及棱邊硬度相比空白板略有降低，但都遠(yuǎn)優(yōu)于GB/T 9775—2008要求。在紙面石膏板中摻加礦物材料對(duì)石膏板的粘結(jié)性能無不良影響。

3 結(jié)論

（1）在脫硫石膏熟料中摻加礦物材料對(duì)石膏料漿的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量及初終凝時(shí)間影響不大。

（2）在石膏料漿中摻入礦物材料，石膏試塊養(yǎng)護(hù)24 h后的抗折強(qiáng)度比空白樣提高37.1%；但摻加礦物材料會(huì)降低試塊絕干狀態(tài)的抗折、抗壓強(qiáng)度，當(dāng)?shù)V物材料摻量為0.5%時(shí)，絕干抗壓、抗折強(qiáng)度較空白樣分別下降了12.8%、3.2%。

（3）礦物材料摻量為0.5%時(shí)，與空白板相比，紙面石膏板的剪切力提高10%，面密度變化不大，橫、縱向斷裂荷載，棱邊硬度略有降低，但都遠(yuǎn)優(yōu)于GB/T9775—2008要求。

（4）在紙面石膏板中摻加0.5%的礦物材料對(duì)石膏板的粘結(jié)性能無不良影響。