（河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊050091）

當(dāng)前，我國電廠多采用濕式石灰石—石膏法脫硫，隨著脫硫裝置的不斷增加，大量的脫硫石膏也隨之產(chǎn)生。若得不到有效的利用，不僅會占用大量土地，還會對地下水造成污染，從而損害接觸者的身體健康。脫硫石膏中含有的重金屬、有機(jī)污染物等有害物質(zhì)，也可能隨著雨水的沖刷進(jìn)入地層，污染土地。隨著環(huán)保力度的加大和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的進(jìn)一步推進(jìn)，脫硫石膏的綜合開發(fā)越來越受到人們的重視[1-4]。

目前，歐、美、日等國家都很重視脫硫石膏的綜合利用，日本、美國等國家脫硫石膏的利用率達(dá)到80%～90%。而我國脫硫石膏僅在少數(shù)領(lǐng)域中得到應(yīng)用，如建筑石膏、水泥輔助料、路基填埋料，尚未形成工業(yè)化規(guī)模。

關(guān)于脫硫石膏的利用研究成果較多[5-10]，課題組前期在不同種類的緩凝劑、減水劑配比調(diào)整下，通過對脫硫建筑石膏漿體的性能測試，表明谷氨酸鈉緩凝劑、聚羧酸類減水劑的效果較顯著，而對于緩凝劑、減水劑在復(fù)配狀態(tài)下的適應(yīng)性如何，外加劑復(fù)配后脫硫石膏硬化體的力學(xué)性能能否滿足要求，還需要作進(jìn)一步的探討。

本研究重點討論谷氨酸鈉和聚羧酸兩種外加劑復(fù)配下對脫硫石膏制備現(xiàn)澆墻體材料施工性能、力學(xué)性能的影響。

1 實驗

1.1 試劑和儀器

凝結(jié)時間測定儀；截圓錐模；電動抗壓抗折試驗機(jī)；液壓式壓力試驗機(jī)；試模；水泥凈漿攪拌機(jī)；電熱恒溫培養(yǎng)箱；水泥膠砂振實臺；S-4800電子掃描顯微鏡。

脫硫石膏取自河北省唐山市陡河電廠。初凝時間為5 min，終凝時間為8 min。脫硫石膏的主要化學(xué)成分見表1，主要性能指標(biāo)見表2。

表1 脫硫石膏的主要化學(xué)成分 %

表2 脫硫石膏的主要性能

1.2 脫硫石膏預(yù)處理

1.2.1 預(yù)烘干

取等質(zhì)量的脫硫石膏5份放于預(yù)先設(shè)定好的50℃的烘箱內(nèi)烘干，每隔30 min取出放于干燥器中冷卻至室溫稱重，直至恒重為止。采用同樣的方法測量在烘箱溫度為55℃、60℃烘干溫度下脫硫石膏隨時間的質(zhì)量變化。

1.2.2 烘干

為確定最佳的工藝參數(shù)，將經(jīng)過預(yù)烘干的脫硫石膏粉料分別在不同溫度（130℃、140℃、150℃、160℃）和時間（1 h、2 h、3 h）下烘干，檢測烘干產(chǎn)物的各項性能（2 h抗折抗壓強(qiáng)度，初、終凝時間，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量）。

1.3 試驗方法

標(biāo)稠需水量的測定按GB/T 17669.4-1999進(jìn)行，初終凝時間的測定按GB/T 17669.1-1999進(jìn)行，抗折、抗壓強(qiáng)度的測定按GB/T 17669.3-1999進(jìn)行。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 復(fù)配條件的篩選

緩凝劑試驗中，谷氨酸鈉的緩凝效果最好。綜合絕干強(qiáng)度的性能測試，發(fā)現(xiàn)在其摻加量為0.3%時的效果最佳。而減水劑試驗中，聚羧酸的性能最好，考慮到谷氨酸鈉顯弱堿性，取加入不同濃度的谷氨酸鈉制備試塊時的上清液對其pH值進(jìn)行了測定。結(jié)果如表3：

表3 谷氨酸鈉不同摻加量時上清液pH值

由表3可以看出，各種濃度下的pH值均不太高，堿性不強(qiáng)，故可以和聚羧酸進(jìn)行復(fù)配。

減水劑試驗中還發(fā)現(xiàn)，隨著減水劑在石膏中摻量的不斷增加，半水脫硫石膏硬化體的強(qiáng)度并不是一直呈現(xiàn)增長的趨勢，當(dāng)摻量達(dá)到一定后，強(qiáng)度會隨之降低，表明減水劑對石膏強(qiáng)度的影響有一個界限摻量。因此，選擇谷氨酸鈉為緩凝劑，摻加量為0.3%，選擇聚羧酸為減水劑，摻加量分別為0.5%、0.7%、0.9%、1.1%，進(jìn)行復(fù)配試驗。

2.2 復(fù)配對初凝時間的影響

將電廠的脫硫石膏經(jīng)過55℃預(yù)烘干2 h，160℃烘干3 h，按照GB/T 17669.4-1999確定標(biāo)稠需水量為0.68。取200 g半水石膏，添加6 g谷氨酸鈉，按照0.5%、0.7%、0.9%、1.1%分別添加聚羧酸1 g、1.4 g、1.8 g和2.2 g，在水泥凈漿攪拌機(jī)中攪拌，測定現(xiàn)澆墻體材料的初凝時間和終凝時間。試驗結(jié)果見表4。

表4 不同復(fù)配條件下材料初、終凝時間

由表4可以發(fā)現(xiàn)，復(fù)配條件和只加入谷氨酸鈉緩凝劑相比，緩凝劑和減水劑的復(fù)配，對現(xiàn)澆墻體材料初凝時間基本無影響，由原來的初凝58 min變?yōu)榱?4 min左右；而對終凝時間影響較大，由最初的66 min延長至96 min?，F(xiàn)場施工時，60 min基本可以完成取料、攪拌、添加外加劑和泵入，所以復(fù)配后，初終凝時間滿足施工要求，只是材料被泵入夾板后，需要多等待30 min才能拆去夾板。

2.3 復(fù)配對材料強(qiáng)度的影響

取經(jīng)過預(yù)處理的半水石膏200 g，添加6 g谷氨酸鈉，按照0.5%、0.7%、0.9%、1.1%分別添加聚羧酸1 g、1.4 g、1.8 g和2.2 g，在水泥凈漿攪拌機(jī)中攪拌，制作40 mm×40 mm×160 mm試塊模型1～4，同時制備一組空白試塊，測定試塊的絕干抗折和抗壓強(qiáng)度。試驗結(jié)果見表5、表6：

圖1 脫硫石膏SEM圖

表5 不同復(fù)配條件下材料抗折強(qiáng)度

圖2 空白條件下的水化電鏡掃描圖

表6 不同復(fù)配條件下材料抗壓強(qiáng)度

由表5、表6可知，相對于空白條件下的抗折抗壓強(qiáng)度，添加了谷氨酸鈉和聚羧酸的試塊，其抗折抗壓強(qiáng)度均有所降低，且隨著聚羧酸摻加量的增加抗折抗壓強(qiáng)度一直在降低。聚羧酸摻量由0.5%增加到1.1%時抗折強(qiáng)度由3.31 MPa降低到2.83 MPa，抗壓強(qiáng)度由12.27 MPa降低到10.10 MPa，因此可以選擇出最佳的復(fù)配條件是谷氨酸鈉0.3%，聚羧酸0.5%。

2.4 復(fù)配中材料微結(jié)構(gòu)變化

圖1為陡河電廠脫硫石膏的SEM圖，圖2為空白條件下SEM圖。分別對4組試驗得到的試塊進(jìn)行SEM電鏡掃描，掃描電鏡如圖3～圖6：

圖3 1號條件下的水化電鏡圖

由圖3～圖6可以看出，外加劑的加入改變了半水石膏結(jié)晶習(xí)性和晶體形貌，晶體明顯粗化，晶形也由針狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎讨鶢?，大大削弱了晶體間的搭接，硬化體孔徑增大，大孔比例明顯增加，孔結(jié)構(gòu)劣化，并最終導(dǎo)致建筑石膏強(qiáng)度的大幅度降低。強(qiáng)度損失與其外加劑摻量基本成正比，摻量越高，強(qiáng)度損失越大。對照各組掃描的電鏡圖也可以發(fā)現(xiàn)，在空白條件下，硬化體中有很規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)，而隨著聚羧酸減水劑的加入，晶體結(jié)構(gòu)開始不明顯，且隨著摻加量的增加，晶體結(jié)構(gòu)逐漸消失，宏觀表現(xiàn)為強(qiáng)度降低，進(jìn)一步證明聚羧酸在0.5%的摻加比為最佳條件。由此得出結(jié)論，外加劑最佳復(fù)配條件為緩凝劑谷氨酸鈉0.3%，減水劑聚羧酸0.5%。

圖5 3號條件下的水化電鏡圖

圖6 4號條件下的水化電鏡圖

3 結(jié)論

電廠的脫硫石膏經(jīng)過55℃預(yù)烘干2 h，160℃下烘干3 h，按照GB/T 17669.4-1999確定標(biāo)稠需水量為0.68。添加3%谷氨酸鈉作為緩凝劑，0.5%聚羧酸作為減水劑時，減水率為22.6%，現(xiàn)澆墻體材料的初凝時間約為54 min，終凝時間延長至96 min，復(fù)配后初終凝時間滿足施工要求；絕干抗折強(qiáng)度為3.31 MPa，絕干抗壓強(qiáng)度為12.27 MPa。對現(xiàn)澆墻體材料砌塊進(jìn)行電鏡掃描，也證明聚羧酸作為減水劑添加量超過0.5%時，晶體明顯粗化，大大削弱了晶體間的搭接，硬化體孔徑增大，大孔比例明顯增加，材料結(jié)構(gòu)劣化。因此脫硫石膏經(jīng)預(yù)處理，制備墻體材料時選取谷氨酸鈉作為緩凝劑，聚羧酸作為減水劑，添加量分別為3%和0.5%。

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