轻质抹灰脱硫石膏砂浆的研究

脱硫石膏是含硫燃料燃烧后产生的烟气经细石灰或石灰石粉料浆进行脱硫净化处理得到的工业副产石膏，其化学组成与天然二水石膏相同，以CaSO4·2H2O为主。目前我国发电方式仍以燃煤发电为主，其中煤炭在火力发电过程中排放的SO2占我国年排放量的50% 以上。二氧化硫的大量排放造成严重的环境污染，利用烟气脱硫技术生成脱硫石膏是解决燃煤相关行业技术发展的重要举措。据不完全统计, 我国湿状脱硫石膏的排放量已超过9000万t/a，且脱硫石膏的处理方式以堆放为主，不仅占用土地，还造成巨大的资源浪费。
石膏具有轻质、降噪、防火、保温隔热等功能，可用于水泥生产、建筑石膏生产、装饰工程等领域。目前已有众多学者对粉刷石膏进行了研究，研究表明，石膏抹灰材料具有微膨胀性、良好的和易性及可塑性，可取代传统抹灰材料应用于室内墙面装修。徐建军等研究表明，脱硫石膏可用于制作轻质墙体材料。叶蓓红等研究表明，利用脱硫石膏生产的粉刷石膏可用于外墙内侧、内隔墙及顶棚的抹灰层，同时可解决传统抹灰砂浆起壳、开裂等质量通病。轻质抹灰石膏是一种新型环保抹灰材料，以半水石膏为主要胶凝材料，通过添加轻质骨料、外加剂等制得，相比传统水泥抹灰材料，具有不易开裂、粘结性好、收缩性好、绿色环保等优点。利用脱硫石膏生产半水石膏不仅解决了天然建筑石膏资源匮乏的问题，也能实现脱硫石膏的资源化利用，并达到保护生态环境的目地。因此本文在脱硫石膏研究的基础上，通过测试不同石膏粉掺量、轻骨料掺量、缓凝剂掺量及纤维素醚掺量时轻质抹灰脱硫石膏的凝结时间、抗折强度和抗压强度，研究影响轻质抹灰脱硫石膏砂浆性能的因素，为轻质抹灰脱硫石膏砂浆的发展提供理论依据。
1 实验

1.1 原材料

脱硫石膏粉：经烟气脱硫技术生产、煅烧所得的半水石膏，其基本性能见表1。轻骨料：采用玻化微珠，其基本性能见表2。玻化微珠按轻质抹灰脱硫石膏砂浆质量比例计，掺入比例为4%、8%、12%、16%。

缓凝剂：采用柠檬酸钠，化学分析纯试剂，由国药集团化学试剂有限公司提供。柠檬酸钠按轻质抹灰脱硫石膏砂浆质量比例计，掺入比例为0、0.1%、0.2%、0.3%。纤维素醚：采用羟丙基甲基纤维素（HPMC），粘度为400，由国药集团化学试剂有限公司提供。HPMC 按轻质抹灰脱硫石膏砂浆质量比例计，掺入比例为0、0.1%、0.2%、0.4%。
1.2 试验方法脱硫石膏的标准稠度用水量与凝结时间参照GB/T17669.4-1999《建筑石膏净浆物理性能的测定》进行，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的凝结时间参照GB/T 28627-2012《抹灰石膏》进行。脱硫石膏的抗折、抗压强度参照GB/T9776-2008《建筑石膏》进行，成型尺寸为40mm×40mm×160mm 的试件，分别测定2h 强度和绝干强度。轻质抹灰脱硫石膏砂浆的抗折、抗压强度参照GB/T 28627-2012《抹灰石膏》进行，分别测定自然养护1d、28d 的强度。
2 结果与讨论

2.1 石膏粉掺量对轻质抹灰脱硫石膏力学性能的影响

石膏粉、石灰石粉与轻骨料总用量为100%，固定轻骨料及外加剂用量不变，当石膏粉掺量为60%、70%、80%、90% 时，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的抗折、抗压强度结果见图1。

图 1 石膏粉掺量对轻质抹灰脱硫石膏力学性能的影响

由图1 可知，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的抗折强度及抗压强度均随龄期的增长而增长，说明石膏的水化程度随着龄期增长而更加充分。随着脱硫石膏粉的增加，轻质抹灰石膏的抗折强度及抗压强度整体呈上涨的趋势，但是增加幅度较小，28d 时的抗压强度表现尤为明显。1d 龄期时，掺有90% 石膏粉的抗折强度相比掺有60% 石膏粉的抗折强度增长了10.3%，对应的抗压强度增长了10.1%。28d 龄期时，掺有90% 石膏粉的抗折强度相比掺有60% 石膏粉的抗折强度增长了8.8%，而对应的抗压强度增长了2.6%。综上可得，石膏粉掺量对抗折强度的影响大于抗压强度。

2.2 轻骨料掺量对轻质抹灰脱硫石膏力学性能的影响石膏粉、石灰石粉与轻骨料总用量为100%，固定石膏粉及外加剂用量不变，当玻化微珠掺量为4%、8%、12%、16% 时，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的抗折、抗压强度结果见图2。

图2 玻化微珠掺量对轻质抹灰脱硫石膏力学性能的影响

由图2 可知，同一龄期下，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的抗折强度及抗压强度均随玻化微珠掺量的增加而降低。这是因为玻化微珠内部多为空心结构, 自身强度低, 从而使得轻质抹灰石膏砂浆的抗折及抗压强度降低。1d 龄期时，掺有16% 石膏粉的抗折强度相比掺有4% 石膏粉的抗折强度减少了35.3%，对应的抗压强度减少了16.3%。28d 龄期时，掺有16% 石膏粉的抗折强度相比掺有4% 石膏粉的抗折强度减少了24.6%，而对应的抗压强度只减少了6.0%。综上可得，玻化微珠掺量对抗折强度的作用大于对抗压强度的作用。
2.3 缓凝剂掺量对轻质抹灰脱硫石膏凝结时间的影响石膏粉、石灰石粉与轻骨料总用量为100%，且固定石膏粉、石灰石粉、轻骨料及纤维素醚用量不变，当柠檬酸钠掺量为0、0.1%、0.2%、0.3% 时，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的凝结时间结果见图3。

图 3 缓凝剂掺量对轻质抹灰脱硫石膏凝结时间的影响

由图3 可知，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的初凝时间及终凝时间均随柠檬酸钠掺量的增加而增加，但凝结时间的增长量较小，檬酸钠掺量为0.3% 时，初凝时间延长了28min，终凝时间延长了33min。凝结时间延长可能的原因是：脱硫石膏的表面积较大，可吸附石膏颗粒周围的缓凝剂，从而降低石膏的溶解速率，并抑制石膏的结晶，导致石膏浆体无法形成牢固的结构体系，进而延长石膏凝结时间。
2.4 纤维素醚掺量对轻质抹灰脱硫石膏力学性能的影响石膏粉、石灰石粉与轻骨料总用量为100%，且固定石膏粉、石灰石粉、轻骨料及缓凝剂用量不变，当羟丙基甲基纤维素掺量为0、0.1%、0.2%、0.4% 时，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的抗折、抗压强度结果见图4。

图 4 纤维素醚掺量对轻质抹灰脱硫石膏力学性能的影响

由图4 可知，1d 龄期时，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的抗折强度随羟丙基甲基纤维素掺量的增加呈先增后减的趋势；28d 龄期时，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的抗折强度随羟丙基甲基纤维素掺量的增加呈先减后增再减的趋势。当羟丙基甲基纤维素掺量为0.2% 时，抗折强度达到最大，且超过纤维素掺量为0 时对应的强度。不论1d 或28d 龄期时，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的抗压强度均随羟丙基甲基纤维素掺量的增加呈而减少，且28d对应的下降趋势更明显。这是因为纤维素醚具有保水、增稠的功效，标准稠度需水量会随着纤维素醚掺量的提高而增加，导致浆体结构的水灰比增大，从而降低石膏试件的强度。

3 结论（1）脱硫石膏的水化程度随着龄期增长而更加充分。随着脱硫石膏粉掺量的增加，轻质抹灰石膏的抗折及抗压强度整体呈上涨趋势，但上涨幅度较小。（2）随着玻化微珠掺量的增加，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的抗折强度及抗压强度均随之减小，但玻化微珠掺量对抗折强度的影响大于抗压强度。（3）随着柠檬酸钠掺量的增加，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的初凝时间及终凝时间均随之延长，但柠檬酸钠掺量较小时，对凝结时间的影响不是很明显。（4）随着羟丙基甲基纤维素掺量的增加，轻质抹灰脱硫石膏砂浆的抗压强度随之减小，但抗折强度在1d 时呈先增后减的趋势，在28d 时呈先减后增再减的趋势。

作者：金 天，江西省建筑材料工业科学研究设计院

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