武麗霞，李 冬，陳玉欣

(河北交通職業(yè)技術學院，河北 石家莊 050091)

減水劑對半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料性能的影響

武麗霞，李 冬，陳玉欣

(河北交通職業(yè)技術學院，河北 石家莊 050091)

為了拓寬脫硫石膏的利用途徑，選取萘系高效減水劑(NF)、聚羧酸系減水劑(HC)、木質(zhì)素磺酸鈉減水劑(SM)對半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料進行改性研究。試驗結果表明:SM對半水脫硫石膏凝結時間影響不大，對提高石膏強度的效果與HC及NF相比不明顯;NF使得半水脫硫石膏流動性較差，不適合作為減水劑;HC對凝結時間影響較明顯，對半水脫硫石膏強度提高較多，但隨其摻量的增加也會產(chǎn)生一些不利的影響。綜合考慮減水劑對墻體材料制備過程的初、終凝時間，減水率和擴展度，抗折、抗壓強度的影響，選擇HC作為半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料的減水劑，最佳摻量約為0.5%。

脫硫石膏 減水劑 凝結時間 強度

SO2的排放量隨著煤炭消耗的不斷增加而增大，給環(huán)境治理帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)［1-2］。采用濕式石灰石—石膏法對煙氣進行脫硫，得到的工業(yè)副產(chǎn)品就是脫硫石膏。脫硫石膏的堆積占用了大量土地，滲濾液對土壤和地下水也可能造成污染。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略進一步推進，脫硫石膏的綜合開發(fā)提上日程［3-4］。

目前，歐、美、日已形成了完善的脫硫石膏研發(fā)和應用體系，其中，日本、美國脫硫石膏的利用率達到80% ～90%。而我國脫硫石膏僅在少數(shù)領域中得到應用，如建筑石膏、水泥輔料、路基填料，尚未形成工業(yè)化規(guī)模。

脫硫石膏和天然石膏的主要成分均為硫酸鈣，其含量＞90%，在一些應用領域脫硫石膏完全可以替代天然石膏。但由于脫硫石膏標準稠度用水量大、泌水等缺點，需要使用減水劑對脫硫石膏進行改性，才能保證脫硫石膏得到更好的利用［5-8］。半水脫硫石膏在水化過程中的理論用水量僅為18.6%，施工中為了保證新拌石膏漿體的和易性，實際用水量可能達到65% ～80%。大量多余的游離水停留在漿體中，造成了脫硫石膏硬化體強度降低，耐久性變差［9］。在新拌脫硫石膏漿體中摻入減水劑，就可以在保持石膏用量不變的情況下降低水膏比，或在水膏比不變的情況下，增大漿體的流動性［10］。為了拓寬半水脫硫石膏的利用途徑，本文研究了不同種類的減水劑對半水脫硫石膏漿體初凝時間、終凝時間、硬化體強度和流動性的影響，以期得到適合半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料的減水劑。

1 試驗

1.1 原材料

脫硫石膏取自唐山市陡河電廠，其初凝時間為5 min，終凝時間為8 min。脫硫石膏的主要化學成分見表1，主要性能指標見表2。選用了3種減水劑:萘系高效減水劑(NF)，聚羧酸系減水劑(HC)，木質(zhì)素磺酸鈉減水劑(SM)。

表1 脫硫石膏的主要化學成分 %

表2 脫硫石膏的主要性能指標

1.2 試驗儀器和試驗方法

試驗儀器包括:凝結時間測定儀;電動抗壓抗折試驗機;液壓式壓力試驗機;水泥凈漿攪拌機;電熱恒溫培養(yǎng)箱;水泥膠砂振實臺。

標準稠度需水量的測定按 GB/T 17669.4—1999進行，初、終凝時間的測定按 GB/T 17669.1—1999進行，抗折、抗壓強度的測定按 GB/T 17669.3—1999進行。

1.3 脫硫石膏預處理

1.3.1 預烘干階段

取等質(zhì)量的半水脫硫石膏于預先設定好溫度的烘箱內(nèi)烘干，每隔30 min取樣，放置于干燥器冷卻至室溫稱重，直至恒重為止，得到半水脫硫石膏最佳預烘干溫度。

1.3.2 煅燒階段

將經(jīng)過預烘干的半水脫硫石膏粉分別在不同煅燒溫度和煅燒時間下煅燒，監(jiān)測煅燒產(chǎn)物的各項性能(2 h抗折、抗壓強度，初、終凝時間，標準稠度用水量)。

2 結果與討論

2.1 預烘干溫度和時間的確定

表3為半水脫硫石膏在不同預烘干溫度下的質(zhì)量變化，可以看出，半水脫硫石膏的質(zhì)量隨預烘干溫度的提高及時間的延長在逐漸降低，減少的質(zhì)量即為半水脫硫石膏所含的自由水。在55℃和60℃烘干3 h后，半水脫硫石膏質(zhì)量已趨于穩(wěn)定，說明此時半水脫硫石膏內(nèi)部所含自由水已基本烘干?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)效率，試驗選用的預烘干工藝參數(shù)為:烘干溫度55℃，烘干時間3 h。

表3 半水脫硫石膏在不同預烘干溫度下的質(zhì)量變化 g

2.2 煅燒溫度和時間的確定

為確定最佳的工藝參數(shù)，將經(jīng)過預烘干的半水脫硫石膏粉分別在不同煅燒溫度和煅燒時間下煅燒，監(jiān)測煅燒產(chǎn)物的各項性能，結果如表4所示。煅燒階段半水脫硫石膏脫去的是其結晶水，煅燒階段的主要工藝參數(shù)包括煅燒溫度和煅燒時間等。當煅燒溫度為160℃，煅燒時間為3～4 h時，其各項性能已基本穩(wěn)定?？紤]到實際生產(chǎn)中的節(jié)能及生產(chǎn)效率問題，最終確定的煅燒溫度為160℃，煅燒時間為3 h。

表4 不同煅燒溫度和煅燒時間下半水脫硫石膏的性能

2.3 減水劑對初凝時間的影響

將電廠的脫硫石膏在 55℃下預烘干 3 h，再在160℃下煅燒3 h，制備成半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料，并進行減水劑對其性能影響的研究。

圖1為不同減水劑對墻體材料初凝時間的影響?？梢钥闯?，HC和NF兩種減水劑都不同程度地延長了半水脫硫石膏的初凝時間。當摻量＜0.5%時，NF作用效果最明顯;當摻量為0.5%～0.7%時，HC對初凝時間的影響稍高于NF;但當摻量高于0.7%時，NF對初凝時間影響又占優(yōu)勢。SM對初凝時間影響不明顯。對半水脫硫石膏墻體材料來說，HC和NF對初凝時間有較好的延長作用，利于現(xiàn)澆施工的進行。

圖1 不同減水劑對墻體材料初凝時間的影響

2.4 減水劑對終凝時間的影響

圖2為不同減水劑對墻體材料終凝時間的影響。可以看出，SM對半水脫硫石膏漿體終凝時間基本沒有影響;而HC和NF對終凝時間的影響和初凝時間相反:當摻量＜0.5%時，HC作用效果最明顯，但當摻量為0.5%～1.5%時，NF對終凝時間的影響又占優(yōu)勢;摻加HC和NF時，半水脫硫石膏終凝時間變化均較快，直到呈現(xiàn)出穩(wěn)定變化趨勢。

圖2 不同減水劑對墻體材料終凝時間的影響

2.5 減水劑對減水率的影響

減水率是衡量減水劑對半水脫硫石膏標準稠度用水量的指標，減水率越高，標準稠度用水量就越少，拌合用水量也就相對越低。圖3為不同減水劑對墻體材料減水率的影響?？梢钥闯?，隨著減水劑摻量的不斷增加，半水脫硫石膏漿體的減水率不斷提高;當摻量＜0.5%時，HC的減水率增長最快，當摻量 ＞0.5%時，HC的減水效果最明顯;在摻量范圍內(nèi)，NF和SM的減水率變化較穩(wěn)定。

圖3 不同減水劑對墻體材料減水率的影響

2.6 減水劑對半水脫硫石膏抗折強度的影響

圖4是減水劑對半水脫硫石膏抗折強度的影響?？梢钥闯?，當摻量＜1.0%時，三種減水劑都不同程度地提高了半水脫硫石膏的抗折強度，添加HC的半水脫硫石膏絕干抗折強度最高，NF次之，SM最低;當摻量＞1.0%時，摻加三種減水劑的半水脫硫石膏絕干抗折強度基本持平。

圖4 不同減水劑對墻體材料抗折強度的影響

2.7 減水劑對半水脫硫石膏抗壓強度的影響

圖5為不同減水劑對墻體材料抗壓強度的影響?？梢钥闯?，在較低摻量時，添加NF減水劑的半水脫硫石膏的抗壓強度快速提高，當摻量＞0.7%時抗壓強度開始下降;SM減水劑在初期對半水脫硫石膏的抗壓強度有提高作用，當摻量＞1.0%時抗壓強度開始下降; HC在整個摻量范圍內(nèi)，表現(xiàn)出增加抗壓強度的效果且增長趨勢穩(wěn)定。

圖5 不同減水劑對墻體材料抗壓強度的影響

2.8 減水劑對半水脫硫石膏流動性的影響

在用水量(空白樣標準稠度用水量)不變的條件下，測定在3種減水劑不同摻量下半水脫硫石膏漿體的擴展度。從表5可以看出，隨著SM和NF減水劑摻量的增加，其擴展度變化不太明顯。SM減水劑在摻量為0.9%時擴展度為 255 mm，NF減水劑在摻量為0.5%時擴展度僅達到220 mm。而HC減水劑對半水脫硫石膏的流動性具有顯著的影響，隨其摻量的增加擴展度明顯增大，在摻量為1.1%時擴展度達到315 mm。因此，試驗選擇HC高性能減水劑作為半水脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料用減水劑。

表5 減水劑對墻體材料流動性的影響 mm

HC在某種情況下能夠顯著增強半水脫硫石膏硬化體的強度，但是隨著HC摻量的不斷增大，脫硫石膏硬化體的強度并不是一直增加，這表明減水劑對石膏強度的影響有一個最大摻量。結合漿體初、終凝時間，確定HC最佳摻量約為0.5%。

通過觀察試驗試塊也可以看出，隨著HC減水劑摻量的不斷增加，大孔開始明顯增多，并且在石膏攪拌時會引入大量的氣泡，這些氣泡比較穩(wěn)定，一般不易排出，會一直存在石膏硬化體中。由于這些大孔的存在，導致孔隙率增大，石膏硬化后強度會降低。

3 結論

1)SM對半水脫硫石膏凝結時間影響不大，摻加SM減水劑后半水脫硫石膏強度雖然有所增加，但與HC及NF兩種減水劑相比，其影響不明顯。

2)NF對半水脫硫石膏凝結時間及強度的影響和HC相似，但流動性差，不適合做現(xiàn)澆墻體材料的減水劑。

3)結合對墻體材料初、終凝時間，減水率和抗折、抗壓強度及流動性的影響，選擇HC作為脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料的減水劑，最佳摻量約為0.5%。

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Influence of water reducer on performance of cast-in-place wall material with hemihydrate desulphation gupsum

WU Lixia，LI Dong，CHEN Yuxin
(Hebei Jiaotong Vocational＆Technical College，Shijiazhuang Hebei 050091，China)

T he paper，with the purpose of further commercializing desulfurized plaster，selects Naphthalene agent (NF)，Polycarboxylic Acid agent(HC) and Sodium Lignosulphonate agent(SM) to study the material modification of cast-in-place wall with semi-hydraulic desulphation gupsum．T he results indicate that SM fails to play an important role in gupsum setting，while neither HC nor NF largely influences gupsum strength．It has also been noticed that NF is yet well suited to serve as a water reducer，as it undermines the fluidity of the plaster;at the same time HC，though visibly alters the setting time and improves the gupsum strength，exerts negative impact as its proportion adds up．Considering the agents'in fluence on initial and final setting time，water reducing ratio，spreading performance，bending resistance and compressive strength，HC with the suggested proportion of 0.5%was chose as the preferable water reducer．

Desulphation gupsum;W ater reducer;Setting time;Strength

U214．1+6

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．35

(責任審編 周彥彥)

2014-12-23;

:2015-01-14

唐山市科技支撐項目(12130204A-3)

武麗霞(1979— )，女，河北石家莊人，講師。

1003-1995(2015)08-0123-04