（材料学专业论文）改性石膏耐水性研究及新型石膏空心砖制备.pdf

东南大学学位论文独创性声明 1 1 1 11 1 11 1 1 11t l ll ll li ii 17 616 8 6 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：盈峰日期： f 口y 、7 - 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电 子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：f 巧净殷舟师签名： 日期：口、f ，二 摘要 摘要 石膏的开发研究是国内外材料领域的研究热点之一，石膏建材有诸多优点。但是仍存在 耐水性差、强度低、成本高等问题，其力学性能和热- t 性能的优化还有待进一步研究。 本文在我们课题组研制的p w 一4 系列普通型复合石膏砂浆外加剂基础上，研制出针对工 业副产半水石膏和二水石膏改性外加剂，提高石膏的耐水性和强度。其中免煅烧石膏一矿渣 微粉抗冻性能良好，有望虑用到抗冻要求高的外墙体。 研究了p w 一4 g 系列耐水型复合石膏砂浆外加剂，其中i 型适用于高强石膏，型适用 于建筑石膏。在石膏中掺入外加剂后，测试出的性能指标均符合j c t 5 1 7 2 0 0 4 粉刷石膏 标准要求，掺入耐水型外加剂后，石膏浆体的耐水性有明显改善，改性高强石膏的软化系数 达到0 8 5 ，改性建筑石膏的软化系数达到o 9 2 。 耐水型建筑石膏复合外加剂p w - - 4 f i i 是在p w 一4i i 型外加剂中掺入占脱硫建筑石膏质 量1 0 的粉煤灰和8 的g l 组分，掺量为脱硫建筑石膏质量的1 9 0 4 ( 含其他外加剂) ，试 件吸水率为5 7 6 、软化系数为0 9 4 ，抗折强度3 8 6 m p a 抗压强度1 9 7 m p a 。 研究了免煅烧石膏系列耐水型复合石膏外加剂，其中耐水型免煅烧脱硫石膏基材软化系 数达n o 8 5 ，抗压强度1 5 i m p a ；耐水型免煅烧磷石膏一矿渣微粉材软化系数达n o 9 1 ，抗压 强度2 1 i m p a ，导热系数为0 2 5 9w = k ；免煅烧磷石膏引气石膏材外掺0 0 6 ( 占同体总质 量) 引气剂，导热系数为0 1 7 6w m k ，软化系数为0 8 2 ，抗压强度1 2 5 1 i i p a 。对抗压强度和 耐水好的石膏基胶凝材料进行抗冻融实验，结果表明一些配合比石膏材的抗冻性符合现行外 墙体材料抗冻标准要求。 在免煅烧石膏研究基础上，研究制备免煅烧石膏空心砖产品。耐水型石膏空心砖性能： 表观密度为8 5 6 k g m 3 ，强度等级 i i u 3 5 ，软化系数0 9 3 ，冻融循环强度损失率9 2 ；保温 石膏空心砖性能：表观密度= 7 3 0 k g m a ，强度等级m i j 2 5 ，软化系数0 8 1 。 本文还运用孔结构分析、x r d 、d s c - t g 、溶解度试验等手段对添加不同外加剂石膏水化 产物进行了微观分析，分析了耐水型外加剂改善石膏体耐水性的机理，主要是由于掺入耐水 组分外加剂后孔结构的改善和水硬性物质钙矾石a p t 、单硫型水化硫铝酸钙a f m 和水化硅酸 钙的生成。孔结构具有明显改善，总空隙率有所降低，孔径趋于细小化，改善了石膏的耐水、 耐冻融性能。 关键词：脱硫石膏；磷石膏；外加剂；软化系数：强度；免煅烧：抗冻性 1 a b s t r a c t r e s e a r c ho ng y p s u mm a t e r i a l sf o rc o n s t r u c t i o ni so n eo fr e s e a r c hf o c u s e sa t h o m ea n da b r o a d g y p s u mm a t e r i a l sf o rc o n s t r u c t i o nh a v em a n ya d v a n t a g e s h o w e v e r t h e r ea r es ti11p o o rw a t e rr e sis t a n c e ，lo win t e n sit y ，h ig hc o s t p r o b l e m ， i t sm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n d t h e r m a lp r o p e r t i e s o ft h e o p t i m i z a t i o nn e e dt ob ef u r t h e rs t u d i e d b a s e do n o u rr e s e a r c hg r o u pd e v e l o p e db yp w 4s e r i e so fo r d i n a r y t y p e c o m p o s i t eg y p s u ma d d i t i v e s ，d e v e l o p e dh e m i h y r a t eg y p s u ma n do r i g i n a lg y p s u mf o ra n i n d u s t r i a lb y p r o d u c tg y p s u ma n dg y p s u m - m o d i f i e da d d i t i v e st oi m p r o v et h ew a t e r r e s i s t a n c ea n ds t r e n g t ho fg y p s u m o n eu n c a l c i n e dg y p s u m s l a ga n t i f r e e z eg o o d p e r f o r m a n c ei se x p e c t e dt ob ea p p l i e dt ot h eo u t e rw a l la n t i f r e e z ed e m a n d i n g s t u d i e dt h ep w 二4 gs e r i e so fw a t e r - r e s i s t a n tc o m p o s i t eg y p s u n lm o r t a ra d m i x t u r e ， w h i c ha p p l i e st oh i g h s t r e n g t hg y p s u n lt y p ei ，i i t y p ea p p l yt oc o n s t r u c t i o np l a s t e r a f t e rt h ep l a s t e rm i x e dw i t ha d d i t i v e s t e s t e do u tt h ep e r f o r m a n c em e e tt h er e q u e s to f c r i t e r i o n ( j c 厂r 517 2 0 0 4 ) ：m i x e dw i t ha n t i w a t e rb a s e da d d i t i v e ，t h eg y p s u ms l u r r y h a s s i g n i f i c a n t l yi m p r o v e dw a t e rr e s i s t a n c e m o d i f i e dh i g l l - s t r e n g t hg y p s u n l ，t h e s o 舭i l i n gc o e f f i c i e n to f0 8 5 ；m o d i f i e dg y p s h i l ls o f t e n i n gc o e f f i c i e n to f o 9 2 a n t i w r a t e l b a s e db u i l d i n gp l a s t e rc o m p o s i t ea d d i t i v ep w 4 fi i i st h ep w 4 a d d i t i v ei n c o r p o r a t i o na c c o u n t e df o rl0 o ff g dg y p s u n lq u a l i t yo ff l ya s ha n d8 o ft h ea l u m i n ac e m e n t , g y p s u md e s u l f u r i z a t i o nd o s a g ef o rt h eq u a l i t yo f19 0 4 ( i n c l u d i n gt 1 1 eo t h e ra d d i t i v e s ) t h es a m p l e i s5 7 6 w a t e ra b s o r p t i o n ，s o f t e n i n g c o e f f i c i e n to fo 9 4 f l e x u r a ls t r e n g t ho f3 8 6 m p ac o m p r e s s i v es t r e n g t ho f19 7 m p a s t u d i e dt h es e r i e so fa n t i - w a t e ru n - c a l c i n e dg ) ，p s u mp l a s t e rc o m p o s i t ea d d i t i v e s ， i nw h i c ha n i t - w a t e ru n c a l c i n e df d g s l a gm a t e r i a ls o f t e n i n gc o e 伍c i e n to f0 8 5 ， c o m p r e s s i v es t r e n g t h15 1m p a ；a n i t - w a t e ru n e a l c i n e dp h o s p h o g y p s u m s l a gm a t e r i a l s o f f e n i n gc o e 伍c i e n to f0 91 c o m p r e s s i v es t r e n g t h2 1 1m p 钆t h e r m a lc o n d u c t i v i t yo f 0 2 5 9 w m k ；u n - c a l c i n e dp h o s p h o g y p s u mg y p s u m m a t e r i a lo u t s i d e0 0 6 a i r - e n t r a i n i n ga g e n t , at h e r m a lc o n d u c t i v i t yo f0 17 6 w m - k , s o f t e n e dc o e 箭c i e n to f 0 8 2 c o m p r e s s i v es t r e n g t ho f1 2 5 m p a g o o dc o m p r e s s i v es t r e n g t ha n d w a t e r r e s i s t a n c eo fg y p s u m - b a s e de e m e n t i t i o u sm a t e r i a lf o ra n t i - f r e e z e - t h a we x p e r i m e n t r e s u l t ss h o wt h a tt h en u m b e ro fm a xw i t ht h ef r o s tr e s i s t a n c et h a nt h eg y p s u m m a t e r i a lr e q u e s to fc r i t e r i o no fe x t e r n a lw a l lm a t e r i a la n t i f r e e z e ds t a n d a r d s i nt h es t u d yb a s e do nu n - c a l c i n e dg y p s u m , p r e p a r a t i o no fu n - c a l c i n e d6 盯f p s r i n h o l l o wb r i c ki sr e s e a r c h e d w a t e r - b a s e dp l a s t e rh o l l o wb r i c k sp r o p e r t i e s ：b u l kd e n s i t y = 8 5 6 k g m 3 ，s t r e n g t hg r a d em u 3 5 ，s o f t e n i n gc o e f f i c i e n to 9 3 ，f r e e z e - t h a wc y c l e s t r e n g t hl o s sr a t e - - 9 2 ：t h e r m a li n s u l a t i o np l a s t e rh o l l o wb r i c k sp r o p e r t i e s ：b u l k d e n s i t y = 7 3 0 k g m 3 ，s t r e n g t hg r a d em u 2 5 ，s o f t e n i n gc o e 伍c i e n t = o 81 m i p x r d ，d s c t ga n ds o l u b i l i t yt e s th a v eb e e nu s e df o re x p l a i n i n gt h er e a s o n o fw a t e rr e s i s t a n c ei m p r o v e d m e na n i t - w a t e rc o m p o s i t ea d d i t i v e si sm i x e di n g y p s u mm o r t a r , t h ep o r es t r u c t u r ei si m p r o v e da n dh y d r a u l i ca f t ，c s ha n da f m a r ec r e a t e d t 1 1 ep o r es t r u c t u r ei so b v i o u s l yi m p r o v e d ，t h et o t a lp o r o s i t yi sd e c r e a s e d a n dp o r es i z eb e c o m e sf i n e s ot h ep r o p e r t i e so ff r e e z e - t h a wa n dw a t e r - r e s i s t a n c ea r e i i 摘要 i m p r o v e d k e yw o r d sd e f u l f u r i z a t i o ng y p s u m ；p h o s p h o g y p s u m ；a d d i t i v e ；s o f t e n i n gc o e f f i c i e n t ； s t r e n g t h ；u n c a l c i n e dg y p s u m ；r e s i s t a n c et of r o s t i i i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i e jj 录i 第一章绪论l 1 1 研究背景与意义l 1 1 1 建筑石膏的特点。l 1 1 2t 业副产石膏2 1 1 3 选题意义。4 1 2 国内外研究现状4 1 2 1 石膏耐水性问题国内外研究4 1 2 2 提高石膏胶凝材耐水性方法6 1 2 3 石膏外加剂国内外研究现状8 1 3 石膏耐水性试验方法。1 2 1 4 本文的研究目的和研究内容1 4 1 4 1 研究目的1 4 1 4 2 研究内容1 4 1 5 本章小结。1 4 第二章原材料及试验方法。1 5 2 1 试验原材料1 5 2 1 1 工业石膏1 5 2 1 2 高强石膏。1 6 2 1 3 粉煤灰16 2 1 4 矿渣微粉。16 2 1 5 无机矿物组分g l 、a 和b 17 2 1 6 减水剂l7 2 1 7 缓凝剂和早强剂18 2 1 8 保水剂l8 2 1 - 9 引气剂18 2 1 1 0 黄砂、细石料和水1 8 2 2 试验方法19 2 2 1 石膏原材料基本性能的测定方法1 9 2 2 2 石膏砂浆吸水率及软化系数的测定方法1 9 2 2 3 石膏保水性的测定方法2 0 2 2 4 石膏溶解度的测定方法2 l 2 2 5 部分测量仪器2 1 2 3 本章小结2 2 第三章耐水型半水石膏改性和探索性试验2 3 弓i 言2 3 3 1 有机组分的选取依据和探索性试验。2 3 3 1 1 缓凝剂探索性试验2 3 3 1 2 保水剂探索性试验2 4 3 1 3 减水剂探索性试验2 4 3 1 4 普通型石膏外加剂各组分配比的确定2 5 东南大学硕士学位 3 2 无机组分的改性和选取依据2 8 3 2 1 矿渣微粉。2 9 3 2 2 粉煤灰。2 9 3 2 3g l 组分。3 0 3 3 无机矿物组分的探索性试验一3 0 3 3 1 掺矿渣微粉的探索性试验3 0 3 3 2 掺粉煤灰、g l 组分的探索性试验一3 3 3 4 本章小结3 5 第四章免煅烧工业副产石膏的改性研究3 7 引言3 7 4 1 免煅烧工业废石膏基复合胶凝材的试验研究一3 7 4 1 1 免煅烧脱硫石膏胶凝材探索性试验3 7 4 1 2 免煅烧磷石膏探索性试验3 9 4 1 3 早强剂( 刁) 激发免煅烧石膏基材探索性试验4 0 4 2 免煅烧引气石膏材研究4 1 4 2 1 探索性试验配合比。41 4 2 2 引气石膏材试验结果及分析。4 2 4 3 免煅烧石膏改性剂组分配比优化研究4 2 4 3 1 试验所用因素和水平表及试验配合比4 2 4 3 2 试验结果4 3 4 3 2 试验结果分析4 3 4 4 改性石膏基胶凝材冻融实验4 4 4 5 本章小结。4 5 第五章石膏基材耐水性微观分析一4 6 弓i 言4 6 5 1 孔结构分析。4 6 5 2x r d 分析4 8 5 2 1 普通半水石膏的x r d 图4 8 5 2 2 免煅烧石膏基材的x r d 图4 9 5 3d s c - t g 分析。j 5 0 5 4 石膏溶解度试验5l 5 5 本章小结。5 2 第六章免煅烧石膏空心砖制备。5 3 引言5 3 6 1 石膏空心砖的原料配合比确定5 3 6 2 生产工艺5 4 6 3 成型石膏空心砖的关键设备的简介。5 4 6 4 免煅烧石膏空心砖制品的质量控制与产品性能。5 5 6 4 1 石膏空心砖试生产5 5 6 4 2 外加剂的影响5 5 6 4 3 轻骨料的作用5 5 6 4 4 研制的石膏空心砖达到性能指标5 5 6 4 本章小结5 6 第七章经济成本分析5 7 目录 7 1 半水石膏基材经济成本分析5 7 7 1 1 高强石膏外加剂的经济成本分析5 7 7 1 2 建筑石膏外加剂的经济成本分析5 7 7 1 3 石膏材的实际原料成本分析5 8 7 2 免煅烧石膏材经济成本分析。5 9 7 3 新型石膏空心砖成本分析6 0 7 4 本章小结6 0 第八章结论和展望6 1 8 1 结论6l 8 1 1 半水石膏复合石膏外加剂的研究结论6 1 8 1 2 二水石膏耐水型复合石膏外加剂研究结论6 1 8 1 3 石膏空心砖研制6 2 8 1 4 耐水型石膏材的耐水机理。6 2 8 2 展望6 2 参考文献6 4 附件6 6 j l 【 谢6 7 攻读硕士学位期间的学术成果清单6 8 i i i 第一章绪论 1 1 研究背景与意义 1 1 1 建筑石膏的特点 1 石膏概述 第一章绪论 石膏通常有两种：天然石膏和工业副产石膏。 二水石膏属单斜晶系，c a 2 + 联结 s 0 4 2 。四面体构成双层的结构层，水分子则分布于双层 之间。由于h 2 0 分子与层状结构之间的结合力较弱，因此当加热二水石膏时，层间水首先 脱出，而使其结晶结构发生变化。c a 2 + 的配位数为8 ，除了与属于相邻的四个 s o d 2 。中的6 个0 2 - 相联结外，还与2 个水分子相联结。结构层平行于 o l o ，石膏通常具有平行于 0 1 0 的板状形态和解理完全，所以在显微镜下常看到菱形薄板状、柱板状或针状晶体。但其晶形 也常因微量杂质、溶液的性质、p h 值、温度等的影响而变化【1 】。不论何种品形的二水石膏， 其折射率是一定的，n 产1 5 2 9 ；n p - - 1 5 2 0 。 在c a s 0 4 - h 2 0 系统的五个相中，二水石膏、半水石膏和无水石膏i i 、i 四个相能够在 常温条件下存在。在建筑材料工业中用量最人的是半水石膏。要获得稳定的单一相组成的半 水石膏必须要严格的参数控制和较长的煅烧时间。在实际的工业生产过程中，人们总是希望 用最低的能耗和尽可能短的时间来完成脱水过程，所以石膏t 业的实际脱水温度远比理论转 化温度高得多：我们所获得的产品通常是c a s 0 4 h 2 0 系统的各项多变体混合物，它们通常 被称为熟石膏或烧石膏，以高强、建筑石膏为主要组成相。由于脱水的条件不一样，高强、 建筑石膏在结构和性能上有显著差异1 2 j 。 2 建筑石膏的使用性能 1 ) 凝结硬化快 凝结硬化快是半水石膏最显著的特性之一。在通常情况下，建筑石膏在加水后1 5 - 3 0 m i n 内已经基本水化，形成具有一定强度的硬化体。半水石膏的快速水化为石膏制品的工业化大 规模生产提供了有利的条件因素：生产节奏快，设备的周转率高。 2 ) 保温、隔热性好 石膏材料是很好的节能材料，石膏砖( 砌) 块水化硬化后的大量游离水将被蒸发，在制 品中留下大量孔隙，多孔的石膏硬化体具有较低的导热系数。从表1 1 的比较中我们可以看 出，如采用石膏材料作为墙体材料将大大提高建筑物的保温、隔热性能。石膏是节能材料的 优选目标。与木材的平均导热系数相近，用来砌墙，手感温暖。和钢筋混凝土等建材比，石 膏被称为暖材。这也是许多国家大量在室内选用石膏建材的原因。 表1 1 几种常见材料的导热系数比较 3 ) 防火性能优良 石膏是不燃材料和热的不良导体，具有优良的防火性能。在二水石膏中含有2 0 左右 的结晶水和少量的游离水。这些水在遇高温时以水蒸气的形式释放出来，因消耗大量的热能 东南大学硕士学位论文 而降低周围环境的温度；同时释放出来的水蒸气又在材料的表面形成一层水汽膜，隔离与高 温火焰的直接接触，进一步降低热传导。因此，石膏制品完全可以满足现代高层建筑的防火 要求，是材料防火性能检测的免检产品。 4 ) 质轻、隔音效果好 石膏砌块的表观密度仅为7 0 0 - 8 0 0 k g m 3 ，质量轻，l o o m m 厚的墙体质量仅相当于粘土 砖的l 3 1 4 。选用轻质材料能够减轻建筑物的自重，提高建筑物的抗震能力和安全性。石 膏材料在建筑中一般用做填充材料，特别是框架结构中的墙体材料。 石膏制品具有良好的隔音、吸声性能。石膏浆体硬化后，多余水分排除形成人量的内外 连通的微孔，是性能优良的多孔吸声材料，能满足现代居室对墙体材料的要求。 5 ) “呼吸”功能 石膏制品具有“呼吸”功能。在使用石膏制品的建筑物里，当室内空气的湿度较大时， 石膏会从空气中吸收一定的水分：当室内空气的湿度较小时，石膏会释放出一些水分来调节 室内的空气湿度，形成舒适的适宜人类居住的环境。 6 ) 加_ t 性好 石膏具有优良加工性能。熟石膏拌水后得剑的浆体可以具有很好的流动性和可塑性，能 够根据模型制成任何形状的产品；浆体在水化变成水石膏的过程中，体积略有膨胀，能够确 保尺寸精确；石膏硬化体也可以钉、刨、锯，便于进行二次加工。 7 ) 石膏的环保效应 石膏是绿色环保建筑材料，它具有明显的节能效果，主要表现在生产能耗低和使用能耗 省两个方面1 3 j 。建筑石膏主要是以半水石膏为主，其炒制的温度低( 通常低于2 2 0 c ) ，生产 能耗低，约为石灰的1 2 ，水泥的1 3 ：石膏制品的保温绝热性好，热损失小，耗能少。在使 用过程中，由于石膏材料旱中性，无有害物质排放，且与其它材料的相容性较好，一般情况 下不对其它材料产生侵蚀作用。石膏制品在拆除后可以回收利用，如用做水泥的缓凝剂或炒 制后重新使用。 1 1 2 工业副产石膏 工业副产石膏是指以硫酸钙为主要成分的工业副产物，其化学组成和物理性能等与天然 石膏相似。工业副产石膏的种类多，主要有：磷石膏、脱硫石膏、氟石膏、黄石膏等。其中， 磷石膏的年排放量最多，近5 0 0 0 万吨1 4 i ；脱硫石膏的增长最快，现年排放量约2 0 0 万吨并 将迅速上升到1 0 0 0 万吨左右。 1 1 2 1 磷石膏 磷石膏是湿法磷酸生产过程中的工业副产物，主要成分是二水硫酸钙。磷酸是生产高浓 度磷复肥的主要原料之一，随着我国高浓度磷复肥产业的不断发展，磷石膏的产排量也随之 增大。据统计，目前全国磷肥企业年排放磷石膏量已达到近5 0 0 0 万吨。 多年来，由于人们对磷石膏的性能及用途认识不足，加之综合利用的意识滞后，因此， 磷石膏一直被认为是“工业废弃物”。在化学组分含量上，除了对 p 2 0 s 有控制指标外，其余 部分几乎是不加控制而随之自然；至于磷石膏的品质如何以及质量的是否稳定，既没有深入 研究也不加以控制。总之，就是没有将磷石膏作为产品”来对待。这种思维认识，势必会影 响磷石膏的资源化利用。 近年来，国家一系列产业政策逐渐倾向于环境保护和资源循环利用；与此同时，日益增 大的磷石膏排放量不仅需占用人量的土地，而且每年支付高额的运行维护费用，也迫使企业 增强磷石膏综合利用的愿望。可以说，当前磷石膏的资源化利用是磷肥行业当前节能减排的 2 第一章绪论 重要任务，事关磷肥行业的健康、可持续发展。 磷石膏就是湿法磷酸上艺过程中的废渣。其反应式如下嘲： c a ( p 0 4 ) 3 f + 5 1 1 2 s 0 4 + 1 0 1 1 2 0 5 c a s 0 4 2 h 2 0 + 3 1 1 3 p o | + i f 反应后的料浆经过滤、洗涤制得磷酸并副产磷石膏。每生产1 t 磷酸大约产生4 5 t 5 5 t 磷石膏，实物量约7 t 。因此，磷石膏的产量十分巨大，目前全世界每年排放的磷石膏高达 1 5 亿吨以上，我国的磷石膏产量每年在1 0 0 0 万吨左右，位居世界第3 位。我国磷酸生产 以湿法生产为主，通过硫酸分解磷矿石生成萃取料浆，然后过滤洗涤制得磷酸，过滤洗涤过 程中同时产生磷石膏。 磷石膏一般为浅黄、浅灰或黑灰色的细粉状固体，含水率2 0 3 0 ，容重0 7 3 3 9 c 3 0 8 8 0 9 c m 3 ，粘性较大，流动性差，呈酸性，略有异味。磷石膏的主要成分为c a s o 。2 1 1 。0 ， 还含有末分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁铝化合物、酸不溶物、有机质等多种 杂质，由于磷石膏中含有的少量杂质会对其应用造成严重影响睁，因此在应用之前需要进行 经济、有效的预处理。综合利用磷石膏，处理废渣又生产高附加值产品，变废为宝，经济和 社会效益显著。既有利于减少环境污染，又能节约能源和资源，是一项利在当代，功在千秋 的事业。 1 1 2 2 脱硫石膏 目前，我国电力仍是以煤电为主，燃煤电厂发电量约占总发电量的8 0 。火电厂一般 采取技术成熟、应用广泛的湿式b 石一石膏法烟气脱硫工艺哺1 。这种工艺是将b 石经破碎、 制粉、配制浆液进入吸收塔，在吸收塔内烟气中的二氧化硫首先被浆液中的水吸收，再与浆 液中的c a c o s 反应生成c a s o s ，c a s ( h 氧化后经旋流分离、洗涤和真空脱水，最终生成石膏晶 体c a s 0 4 2 h z 0 ，即脱硫石膏。硫石膏主要成分与天然石膏相同，为c a s o , 2 1 h o ，呈白色粉 末状。当b 石纯度较高时，脱硫石膏纯度一般为9 0 9 5 ，含水率一般为1 0 1 5 ，其含 水率高、粘性强。预计到2 0 1 5 年，我国脱硫石膏排放量将达到3 0 0 万t 以上，不仅要占用 大量土地，存储管理不善还可能造成二次污染。脱硫石膏依据其性能，不但可被有效利用， 而且用途较广。以脱硫石膏作水泥缓凝剂、粉刷石膏、建筑石膏、高强石膏、石膏空心砌块、 石膏粉煤灰空心砌块等产品的技术经济指标均可达到或超过天然石膏产品。 我国脱硫石膏的排放量逐年递增，已经是国家鼓励使用的一种工业废料。 工业副产石膏在处理方面完全不同于天然石膏，它们必须进行及时处理( 如建材资源化、 用于_ 十壤改良和用做工业原材料等综合利用) ，或者建设堆场进行堆放。后者不仅需要占用 大晕的土地和资金，而且还可能造成二次污染。目前我国的工业副产石膏仍然是以堆放为主， 面临着严重的环保问题1 9 1 。这主要是因为不同的工业副产石膏中所含杂质不同，其性能、用 途和加工处理方式等也不同，对各种工业副产石膏的材性研究不够，综合利用水平低。在所 有工业副产石膏中，脱硫石膏的性能较好，完全可以替代天然石膏。另外由于石膏完全属于 地方性材料，从成本考虑，除非加工成高附加值产品，否则最好就地解决。因此，工业副产 石膏的处理方式具有非常明显的地域特色。这为如何有效解决这些工业副产石膏提供各种可 能，也加大了进行全面处理的难度。 实现建材资源化是各种工业副产石膏的最佳处理办法，一能产生较高的附加值，如加工 成石膏条板、纸面石膏板以及石膏砌块、模型石膏、粉刷石膏等。二是消耗量大( 如用做路 基辅助材料、水泥缓凝剂等) 。 3 东南大学硕士学位论文 1 1 3 选题意义 由于石膏在空气湿度较大时，其抗压强度下降很多，因此，提高石膏耐水的性能是很必 要的，目的在于提高石膏制品在生产、运输和施工安装过程中的完好率，扩大它在建筑中的 使用范围( 如厨、厕等) 和适用地区。否则施t 安装时因强度低，导致破损率较大：厨房、 厕所、外墙不宜使用，则能使用的部位就很有限了。以上种种原因使得设计人员不乐于采用 石膏墙材，限制石膏的推广使用。 建筑节能是关系到人类可持续发展与生存环境的大问题，不仅仅是节约我们有限的资 源，同时也改善了在能源消耗中所污染的人类赖以生存的环境。石膏建材的推广使用能推动 建筑节能发展，有利于我国经济、社会与环境的可持续、健康、快速发展；有利于改善建筑 热环境，提高人们生活的舒适度。 如上所述，石膏胶凝材正在我国推广使用中，在发达国家工业副产石膏8 0 以上得到 使用，因而石膏胶凝材在我国还有很大的推j “空间，但是其强度比较低和耐水性差，限制了 其使用范围。本课题主要针对石膏胶凝材的强度和耐水性进行改善。免煅烧工业副产石膏研 究更加+ 肖能环保，目前国内外免煅烧石膏研究方兴未艾，免煅烧石膏的改性研究和应用，提 高石膏材的强度和耐水性如能成功，无疑会带来巨大的经济效益和社会效益，且具有创新性； 另一方面，量大面广的- 丁业副产脱硫石膏、磷石膏亟待开发，如能加以很好利用生产石膏制 品，实现工业副脱硫石膏和磷石膏资源化，必将产生巨大的社会经济效益。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 石膏耐水性问题国内外研究 石膏材目前最主要的问题是耐水性差，不能用于易潮湿部位，关于石膏的耐水性问题， 国内很多专家学者进行了长期的研究。姜洪义，袁润章u0 l 通过在j 牛水石膏中掺加水淬高炉矿 渣和复合碱性激发剂，使制各的晶胶共生体强度和软化系数均比原状石膏硬化体约提高1 倍。关瑞芳，隋肃，李建权，葛曷，李国忠等1 采用特殊工艺制备了复合型石膏防水剂。采 用表面活性剂乳化硬脂酸作为石膏的憎水剂；以水泥与三乙醇胺反应的生成物堵塞体系内部 孔隙并切断毛细管通路；利用高分子聚合物液形成阻水膜，并利片j 柠檬酸盐来降低高分子聚 合物在水中的溶涨性。复合型石膏防水剂可使石膏制品2 h 吸水率小于5 ，软化系数大于 o 7 ：彭家惠，林芳辉u 副研制的以石膏、矿粉( 7 0 3 0 ) 和1 0 外掺水泥，1 石灰及复合外 加剂的s v f 石膏基外墙粉刷材料，吸水率远低于建筑石膏，软化系数超过o 8 。廖琳副在石 膏浆体中掺加一定量的无机矿物质，与外加剂复合等措施，达到降低吸水率( 7 2 h 小于3 ) ， 提高软化系数( 0 8 5 ) ，进一步改善防水性能的目的。 卞敬玲，陈柏昆引以石膏粉为主要原料，通过添加不同掺量的德国技术生产的博康特憎 水型防水剂b e c a n n t f s - w g 研制耐水石膏的过程，并对石膏的力学性能进行了测试和分析。 其抗压强度达2 4 m p a ，抗折强度达6 m p a ，软化系数达到了0 9 2 ，较好地解决了石膏耐水性 差这个难题。f s - w g 防水剂与石膏粉的最佳配合比为1 ：1 0 0 。田广科，石宗利副通过工艺试 验及理化分析，讨论了构成石膏粉煤灰基墙体复合材料中粉煤灰的配比向大掺量方向变化， 以及石膏水泥在不同配比下，材料的性能变化和影响机理，得出了较佳的工艺配比。石膏： 水泥以6 ：1 ，粉煤灰掺鼍从4 0 8 0 变化，材料的软化系数在粉煤灰配比为6 5 时达到最 大。批量生产的石膏粉煤灰基建筑砌块、建筑板材均符合j g 3 0 6 3 1 9 9 9 和g b 6 5 6 6 2 0 0 1 各项 技术指标，尤其是抗压强度国家标准为3 7 4 o m p a ，实测均 i o m p a 。其软化系数达到0 8 5 4 第一章绪论 1 7 、刘晓莉，丁宏，张莉引以建筑石膏粉为主要成分与部分含硅铝活性材料废弃物配合，掺入 少量外加剂、减水剂等研制成防水石膏空心砌块。其密度为1 4 5 7 k g m 3 ，软化系数为0 8 2 ，抗 压强度为1 7 7 2 m p a ，抗折强度为4 1 4 m p a 。他们的研究表明：在保持石膏制品气硬性前提下， 增加石膏制品的水硬性，试制防水石膏制品是可行的。同时是提高石膏防水性能的一条途径。 卞敬玲n 介绍了以建筑半水石膏为主要成分，通过添加部分工业固体废弃物和几种化学材料 研制耐水复合石膏的过程，并对产品性能进行了数据测试和分析。与普通建筑石膏相比，软化 系数有了一定提高，达到0 8 0 。 张杰，石宗利，吴刊选剐通过添加自制增水剂乳液提高石膏珍珠岩复合墙体材料的软化 系数，从而大大增强其防水性能，软化系数达到了0 6 7 ，并以对比试验充分证明了该自制 增水剂对石膏憎水珍珠岩复合墙体材料防水性能的增强作用。单卫良，曹黎颖，杨波，叶蓓 红钔将、卜水石膏与矿渣微粉复合，再通过适当的石膏调凝技术和矿渣激发技术对其反应过程 进行控制，制各出一种新