原状工业副产石膏在生态建材中的应用开发研究.docxVIP

201241820中国长沙第七届全国石膏技术交流大会暨展览会论文集原状工业副产石膏在生态建材中的应用开发研究石宗利 (湖南大学材料学院，教授博导；长沙归一建材科技有限公司，董事长)0引言我国工业副产石膏累积堆存量已超过3亿吨，其中脱硫石膏超过5000万吨，磷石膏25亿 吨以e。且每年新增脱硫石膏5000万吨，磷石膏6200万吨以上，氟石膏300万吨，柠檬石膏 200万吨，除此外，还有大量的盐石膏、钛石膏、硼石膏等。“十二五”末预计每年新增脱硫石膏5000万吨左右。磷石膏年排放量将达到6500万吨。 目前脱硫石膏的利用率约为30左右，磷石膏的利用率不到20，绝大部分工业副产石膏仍作堆放和填埋处理。堆放这些工业副产石膏不仅占用大量土地，增加企业负担，而且会污染 环境和地下水资源。工业副产石膏尚未获得大规模应用的根本原因在于：石膏建材虽为绿色 建材，但强度低、耐水性能差的两大技术瓶颈限制了它的应用范围。它只能用作水泥缓凝剂和 装饰材料，如天花板、纸面石膏板、石膏条板和石膏砌块等；成本高，市场竞争性不强，用作内 隔墙，如石膏砌块，石膏空心条板等，与加气粉煤灰砌块相比，成本高，没有竞争优势；技术含 量低，产品创新性不强，没有开发出具有大市场、大用量的高附加值产品。通过多年的理论研究和市场研究，归一建材已研究开发出具有大市场、大用量、高附加值 的石膏基生态建材产品，为工业副产石膏的大规模应用找到了革新性方向。主要产品为：免 煅烧、低成本、高性能的石膏水泥，兼有气硬性和水硬性胶凝材料的优势，低收缩、耐水，软化系 数为075095，成本仅为同级水泥的23，强度(压缩强度)为2056mpa，根据不同用途产品性 能可进行调整；可广泛用作生产界面砂浆、砌筑砂浆、抹面砂浆、保温砂浆、自流平砂浆、高性能 腻子和浆砖胶粘剂；高强耐水、轻质、低成本石膏砌块，压缩强度为2540mpa，软化系数 076095。产品密度5001200kgm，成本仅为5080元m3，可广泛取代各种粘土砖、水泥砖、加气砌块和保温砌块等。研究开发出自动化系列化的石膏水泥干粉砂浆及高强耐水、轻质石膏砌块生产线。 以上技术已获国家多项发明专利或实用新型专利，如： zl2008 100308623一种界面砂浆 zl2008100311556一种胶凝材料石膏一水泥及其生产方法2008100311630一种高强度耐水粉刷石膏及其生产方法 zl2008100308708一种高强耐水挤压成型石膏基复合生态墙板 zl2006101046243一种自动化石膏轻质空心墙板及砌块生产线一1一篁届全国石膏技术交流大会暨展览会论文集201241820中国长沙zl200620135833x一种多功能自动化石膏轻质空心墙板及砌块生产线 zl20082021 1 1973一种石膏基墙材生产自动配供料系统 zl2010206191832一种轻质墙板和砌块窑式养护干燥设备zl201 1200616320一种自保温泡沫石膏或泡沫硅酸盐填芯混凝土砌块1实验方法11原材料 (1)脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、盐石膏 (2)超细砂粉、粉煤灰 (3)炉渣、煤渣、河砂 (4)添加剂(自制)12产品(材料)制备工艺图1高强耐水粉刷石膏、砌筑砂浆、自流平砂浆生产工艺流程图图2石膏砖、石膏砌块、自保温砌块生产工艺流程图13物理力学性能测试 (1)表观密度表观密度。的测量用称重法测试表观密度。 (2)力学性能测试按照gbt1766931999(建筑石膏力学性能的测定标准测定试样的压缩强度6。和弯曲强度6。(3)软化系数测定 按照gbt1766931999标准和参考jgt1692005标准测试其软化系数。 (4)导热系数按jc27580试验方法，测试加气石膏砌块的导热系数。 (5)粘结强度测定按照jc仍472005的规定，测定粘结强度。(6)冻融试验按照gb711 19731997加气混凝土抗冻融试验方法进行冻融实验。 (7)干湿循环试验 按照gbt119751997干湿循环试验方法测定干湿循环性能。 (8)凝结时间测定按照gb33506标准测定初凝和终凝时间。2试验结果21石膏基复合胶凝材料高强耐水机制3基主星垒旦互董煎茎窒煎盔金星星堕盒迨窒塞呈婴!：!=垫主垦：茎鲨图3石膏基复合材料x射线衍射圈图3为石膏基复合胶凝材料x射线衍射图谱。从图3可以看出在石膏基复合胶凝材料的水化产物中主要是二水石膏和水化硅酸钙(csh凝胶)，同时还有钙矾石(aft)和少量的莱粒 硅钙石【c耐si04),(oh)2。图4无激发剂石膏基复合胶凝材料sem形貌图图4为未加激发剂的石膏基复合胶凝材料sem形貌图。可以看出，水化产物几乎全是二 水石膏晶体，仅有少量针状的钙矾石和少量颗粒状的csh凝胶。二水石膏晶体呈长柱状或 长棒状排列，针状钙矾石晶体随机分布在二水石膏晶体之间。这时石膏基复合材料的强度和耐水性能主要反映的是二水石膏的强度和耐水性能，所以强度低，软化系数0“0 5，略高于二水石膏的软化系数。4一!幽!：!：!曼=垫主垦：量鲨蔓土星垒垦互壹垫查童煎盔叁墅垦堕塞堡塞塞图5石膏基复合胶凝材料sem形貌图如图5所示石膏基复合胶凝材料中的水化产物主要有二水石膏晶体、针状钙矾石晶体和 csh凝胶以及少量未完全水化但表面已溶蚀的矿渣颗粒及玻璃微珠等。由这些水化产物形 成石膏基复台胶凝材料其中csh凝胶包覆在二水石膏晶体表面及晶体接触点上、钙矾石 晶体表面、未水化矿渣颗粒与玻璃微珠表面和复合胶凝材料的孔隙中。csh凝胶和aft的 强度和耐水性能比石膏的高得多，而石膏基复合胶凝材料的强度主要由csh凝胶、钙矾石 晶体和二水石膏晶体贡献。在保持二水石膏为主体和材质长期稳定的条件下，csh凝腔和 aft的体积分数越大，石膏基复合胶凝材料的强度越高，耐水性能越好。这就是石膏基复合胶 凝材料的高强耐水机制。利用该机制用原状非煅烧工业副产石膏开发了石膏水泥、石膏干粉砂浆和高强耐水轻质 石膏砌块等系列产品。22粉刷石膏性能表1粉刷石膏的物理性能与jc厂r517-2004殛jc890-2001标准比较3天强度28*强度牯结强度 韧凝时同镕值 试#软化系数 导热系数抗弯抗压抗弯抗(mm)mmm优等目jcfl51目7-2004一等目糟刷忧等目i膏目一等目ic890一砌筑砂浆抹面砂辈第七届全国石膏技术交流大会暨展览会论文集2012418-20中国长沙 表l高强耐水粉刷石膏的物理力学性能测试结果与粉刷石膏标准jct5172004进行比 较，研究结果表明，高强耐水粉刷石膏不仅具有良好的物理力学性能、施工性能，而且具有优良 的耐水性能(软化系数08)。抗冻融循环性能(20次冻融循环强度损失35，质量损失o2)，各项指标完全达到标准要求，町用作内墙、外墙的抹面材料。2-3加气混凝土砌块专用高强耐水石膏抹面砂浆与砌筑砂浆的物理力学性能 表2列出了高强耐水石膏抹面砂浆的物理力学性能检测结果并与蒸压加气混凝土用砌筑砂浆与抹面砂浆标准(jc890-2001)进行比较，表2说明加气混凝土砌块专用高强耐水石膏抹 面砂浆，具有优异综合的物理力学性能和施工性能，各项性能标准超过标准要求。如高性能抹 面砂浆，不仅可用作内墙而且可作外墙的抹面材料。仅内外墙抹面材料砂浆项目在全国推广成 功后，每年可消耗工业副产石膏4000万吨左右。表2高强耐水石膏抹面砂浆物理力学性能与jc8902001标准比较项目砌筑砂浆抹面砂浆检验结果单项结论水泥砂浆1800干密度19m318001455合格 石膏砂浆1500分层度1nnl20水泥砂浆20合格 贯人阻力达石膏砂浆初凝1h24凝结时间合格05mpa35h终凝8h48导热系数wmk11石膏砂浆10091合格抗折强度mpa5o石膏砂浆2039合格25石膏砂浆40抗压强度mpa78合格50水泥砂浆2550石膏砂浆103粘结强度mpa02o44合格 水泥砂浆i015质量损失5质量损失5002抗冻性25次合格强度损失20强度损失2035水泥砂浆11收缩性能收缩值i1mmmo03合格 石膏砂浆006软化系数08合格24石膏外墙腻子砂浆的物理力学性能 表3为高强耐水石膏的外墙腻子的物理力学性能检测结果，并与(jgt157-2009)标准进行比较，表3说明石膏外墙腻子的各项物理力学性能指标远超过标准规定的指标值，并具有良 好的施工性能。因此石膏外墙腻子属于高性能的内外墙腻子。预计全国内外墙腻子产值1000 万吨左右。6一201241820中国长沙第七届全国石膏技术交流大会暨展览会论文集表3石膏外墙腻子的物理力学性能与jg厂r157-2009)标准比较检验项目单位(jgt157-2009)标准检验结果单项结论干燥时间h534合格打磨性手工可打磨符合要求合格容器巾状态 无结块、均匀符合要求合格 施工性刮涂无障碍符合要求 合格 初期十燥抗裂性无裂纹符合要求合格 吸水量glomin2o078合格标准状态mpa092合格粘结强度冻融循环5次mpa078 合格 耐碱忤(48h) 无异常 无异常 合格 软化系数075合格25瓷砖胶粘剂专用石膏砂浆的物理力学性能 表4为瓷砖胶粘剂专用石膏砂浆的物理力学性能检验结果，并与(jct5472005标准进行比较。从表4可以看出瓷砖胶粘剂专用石膏砂浆不仅具有良好的粘结强度、拉伸强度、抗冻 融循环性能，而且具有优异的耐水性能，软化系数085，各项性能指标超过标准的要求。项目在 全国推广成功后每年可消耗t业副产石膏1500万吨左右。表4瓷砖胶粘剂专用石膏砂浆的物理力学性能检验结果与标准(jct5472005)比较检验项目单位(jc,q5472005)标准检验结果单项性能 拉伸胶粘原强度 mpao511合格浸水后的拉伸胶粘强度 mpa 05 09 合格 热老化后的拉伸胶粘强度mpa0508合格 冻融循环后的拉伸胶粘强度 mpa o5 08 合格凉置20min拉伸胶粘强度mpao5 10合格 软化系数o85合格26石膏基自流平砂浆性能 表5给出了石膏基自流平砂浆的物理力学性能实验结果并与jct10232007(石膏基自流平砂浆和jct9852005(水泥自流平砂浆标准进行比较。第七届全国石膏技术交流大会暨展览会论文集201241 820中国长沙表5石膏基自流平砂浆物理性能与jc厂r1 0232007和jct9852005标准比较项目石膏基标准jcfrl0232007水泥基标准jct9852005本项目石膏基 流动度mm130130 08230rain流动度损失mm320rain流动度13020min流动度181凝结时间初凝时间6060 112mln终凝时间360360 19624h抗折强度252025624h抗压强度6o6089强度mpa28d抗折强度754lo70428d抗压强度2064037。65拉伸粘结强度1o101。44尺寸变化率：一o15+o15一尺寸收缩率：0050018软化系数：083表5为石膏基自流平砂浆的物理力学性能实验结果与jcri10232007和jc厂r9852005标 准进行比较，可以看出石膏基自流平砂浆具有优异的综合性能。各项性能指标达到或超过石膏 自流平和水泥自流平砂浆性能要求 27石膏砖高强耐水轻质石膏混凝土小型空心砌块和石膏自保温砌块性能(1)石膏砖性能 表6给出了石膏砖的物理力学性能实验结果，并与jc42291非烧结普通粘土砖标准进行了比较。表6石膏砖的物理力学性能与jc42291标准比较抗压强度抗折强度项目q必7l屯软化平均值不小于单块值不小于平均值不小于单块值不小于级别1515o12o3-326级别101008o252o石膏砖19o16o403608o86从表6看出，石膏砖具有优异的综合性能，各项性能指标达到或超过非烧结粘土砖的标准项目，已于2010年8月投产，产品供不应求。 (2)高强耐水轻质石膏混凝土小型空心砌块一8一2012418-20中国长沙第七届全国石膏技术交流大会暨展览会论文集 表7为石膏混凝土小型空心砌块的物理力学性能检验结果并与混凝土小型空心砌块标 准gbr11152292002进行比较。从表7看出，高强耐水轻质石膏混凝土小型空心砌块不仅质 轻(640kgm3左右)、高强、耐水(软化系数08)，而且干缩值低，抗冻融循环性能优良，各种性能 指标超过标准要求。项目推广成功后仅石膏混凝土空心砌块每年可消耗工业副产石膏5000万吨以上。表7高强耐水轻质石膏混凝土小型空心砌块的物理力学眭能检验结果 与混凝土小型空心砌块标准(gbffl5229-20021；11,较项目单位gb,ri15229-20027)标准检验结果单项结论干缩值003o02合格碳化系数080o8合格软化系数07508合格质量损失()518合格非采暖区强度损失()2060合格抗冻性d25质量损失f1525合格采暖区强度损失()20125合格60015合格8002563926合格强度(mpa)12003585035合格密度范围kgm35o100055合格140075合格3结论(1)采用免烧的工业副产石膏为主要原料生产石膏水泥及高强耐水粉刷石膏、石膏砌筑砂 浆、石膏基自流平砂浆和石膏砖、高强耐水轻质石膏小型空心砌块、石膏基自保温砌块，属于建 筑节能和资源再生综合利用项目，符合国家新兴战略产业发展方向，具有广阔的发展空间，为 工业副产石膏应用开拓了革命性方向(2)石膏水泥砂浆(粉刷石膏、加气混凝土砌块专用砂浆、石膏内外墙腻子砂浆、瓷砖胶粘 剂、自流平砂浆、保温砂浆等)，不仅具有优越的物理力学性能、施工性能，而且成本低，属性具 有大市场、高附加值产品，项目推广成功后，每年可消耗工业副产石膏7000万吨左右。(3)以工业副产石膏为主要原料、采用免烧免蒸工艺