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脱硫石膏砂浆的制备与研究 毕 业 论 文脱硫石膏砂浆的制备与研究专 业材料科学与工程学 生 姓名王?非班 级 材料 092 班学 号 0910201232指 导 教师 张长森 完 成 日期 2013 年 6 月 盐城工学院本科生毕业论文 2013 脱硫石膏砂浆的制备与研究摘 要:脱硫石膏是火力发电厂排放的固体废弃物,2010 年脱硫石膏的年产量超过1300 万吨。如何有效地处理和利用大量脱硫石膏,是燃煤电厂继粉煤灰综合利用之后又一个重要的研究课题。对于国家提出 2013年建筑节能 65%的要求,仅利用现有的外墙外保温技术很难达到预期的建筑节能 65%目标,而通过脱硫石膏砂浆进行内墙保温可满足这一要求。 脱硫石膏砂浆流动性好,不泌水,内部孔隙较高,具有保温节能效果,是一种良好的内墙砂浆材料。测定了脱硫石膏砂浆的稠度、强度和导热系数,探讨了脱硫石膏砂浆的流动度、力学性能和保温性能的影响因素,研究了脱硫石膏砂浆流动性能、力学性能和保温性能,结果表明:JMG型缓凝剂有良好的缓凝效果,萘系、丙酮和聚羧酸三种减水剂对于脱硫石膏减水效果不明显,其中PCA- 聚羧酸高性能减水剂效果相对较好,减小砂率可提高砂浆的高流动性能,综合考虑脱硫石膏砂浆的强度和导热系数,脱硫石膏砂浆的最佳配比是石膏:砂:水:缓凝剂: PCA- 减水剂1:1:0.78:0.010: 0.0004。关键词 :脱硫石膏;砂浆;配合比;性能 I 脱硫石膏砂浆的制备与研究Study on Preparation of Gypsum MortarAbstract:Gypsum is a solid waste of thermal power plant emissions. In 2010, the annual production of gypsum more than 13 million tonsHow to effectively deal with and use a lot of gypsum, is another important research topic of coal-fired power plants following the utilization of fly ash .For our country 65% of building energy efficiency requirements in 2013, using only the existing exterior insulation technology is difficult to achieve the desired goal that building will save over 65% of energy , but through interior gypsum mortar insulation can meet this requirementGypsum mortar fluidity, no bleeding, internal porosity higher, with thermal insulation effect, is a good interior mortar. Measured consistency, strength and thermal conductivity of gypsum mortar, discussed fluidity, mechanical properties and thermal properties of gypsum mortar, studied flow properties, mechanical properties and thermal insulation properties of gypsum mortar, the results showed that: JMG type retarder has good retarding effect, water reducing effect of three kinds of superplasticizernaphthalene, acetone, and polycarboxylateis not obvious for gypsum, and PCA- polycarboxylate superplasticizer relatively good, reduce sand ratio can increase flow performance of gypsum mortar, considering the strength and thermal conductivity of gypsum mortar, the best ratio of gypsum gypsum mortar: sand: water: retarder: PCA- superplasticizer 1: 1:0.78:0.010: 0.0004 Key words:gypsum; mortar; mix; performance II 盐城工学院本科生毕业论文2013目 录摘要.I AbstractII 1 绪论.1 1.1 课题提出背景1 1.2 脱硫石膏研究进展.1 1.2.1 脱硫石膏的产生.1 1.2.2 石膏的物化性质.1 1.2.3 脱硫石膏的应用.2 1.3 脱硫石膏砂浆3 1.3.1 意义3 1.3.2 缓凝剂和减水剂.3 2 实验内容和方法4 2.1 实验内容.4 2.2 实验材料.4 2.3 实验流程.4 2.4 主要仪器设备5 2.5 实验环境.5 2.6 实验方法.52.6.1 石膏标准稠度用水量.5 2.6.2 凝结时间测定.62.6.3 缓凝剂用量的确定62.6.4 结晶水含量测定.62.6.5 脱硫石膏砂浆制备62.6.6 稠度测定.7 2.6.7 抗折、抗压强度测定.7 2.7本章小结7 3 实验结果9 3.1 脱硫石膏砂浆流动性93.1.1 胶砂比对脱硫石膏砂浆影响.93.1.2 缓凝剂掺量的确定93.1.3 减水剂对脱硫石膏砂浆影响.9 3.2 脱硫石膏砂浆力学性能103.2.1 胶砂比对砂浆强度影响.10脱硫石膏砂浆的制备与研究3.2.2 减水剂对砂浆强度影响.11 3.3 脱硫石膏砂浆导热系数133.3.1 胶砂比对砂浆导热系数影响133.3.2 减水剂对砂浆导热系数影响14 3.4 水化硬化过程.15 4 结论17 参考文献.18 致谢.19 盐城工学院本科生毕业论文 2013前 言1 绪论1.1 课题提 出的背景随着人们环保意识的提高和“十一五”期间我国烟气脱硫的步伐逐步加快,为了实现减少大气温室气体排放,越来越多的燃煤发电厂将相继安装烟气脱硫装置。 2010年中国环境保护工作报告表示,2009年二氧化硫在重点城市中的年均浓度为0.043毫克/立方米,比2008年下降了10.4%,比2005年下降了24.6%,提前完成了国家“十一五”目标。但产生的脱硫石膏也越来越多,到2010年我国脱硫石膏排放量达到300万吨。如此大量脱硫石膏存贮堆放,占用大量土地;经太阳暴晒后,石膏会蒸发出刺鼻的酸味;酸性物质挥发后又使酸雨更加严重;脱硫石膏经雨水冲刷能够渗入土地、1农田中,甚至污染地下、地表水 。通过对脱硫石膏性能以及应用途径的研究,能够将其资源化地有效利用,不仅可推广石灰石-石膏法脱硫工艺在我国的应用,控制二氧化硫排放,还对减少脱硫石膏的污染浪费有十分重要的意义。 烟气脱硫过程中为了有较高的脱硫效率,要求石灰石粉末含有的CaO在49%以上,细度要求大于400目,这使得脱硫石膏的成分中CaSO 含量较高。当脱硫石膏作42为废料出售时价格较低,当将其作为原料用于生产,经济效益十分显著 。许多学者对脱硫石膏及其应用进行了研究。 1.2 脱 硫 石 膏 的 研 究 进 展 1.2.1 脱 硫 石 膏 的 产 生 石灰石-石膏法脱硫技术是现在应用最为广泛的一种火力电厂湿法脱硫技术。在日本、德国和美国, 90%的燃煤发电厂采用的烟气脱硫设备为湿法脱硫工艺,在我国这种技术较成熟的工艺广泛地应用于各地燃煤发电厂。石灰石?石膏湿法脱硫是将石灰石粉与水按比例混合配制作为吸收剂,泵入吸收塔和烟气不断接触混合,使二氧化硫和吸收剂中的碳酸钙、从塔下方鼓进来的空气充分氧化生成硫酸钙,在其达到饱和时,形成二水石膏晶体后排出吸收塔,再经过浓缩、脱水,运送到石膏仓存放。产生的烟气中雾滴通过除雾器吸收,由烟囱排入大气。由于循环泵反复循环让吸收剂浆液与烟气接触,吸收剂使用效率很高,脱硫效率可以超过 95%。电厂中脱硫石膏在烟气脱硫的同时产生的。国家发改委要求从 2003 年起新建燃煤电厂经审批,如燃烧煤炭含硫达到 0.7%以上,一定要配置烟气脱硫设备;并规定对于已建成的火力电厂也要逐渐装备烟气脱硫装置。在 2010年我国已有 4.6亿 kW3的火力发电机组安装了烟气脱硫装置 。 1.2.2 石 膏 的 物 化 性 质 脱硫石膏颗粒特征和物理状态与天然石膏也有较大的差别。脱硫石膏含有1 脱硫石膏砂浆的制备与研究 10%15%附着水,呈湿粉状。正常脱硫石膏的外观颜色近乎白色,随杂质含量变化呈黄白色或灰褐色。条状痕迹为白色,透明,具有玻璃光泽,解理面具有珍珠光泽,纤维状集合体具有丝绢光泽。解理非常完全,解理片裂成面夹角是66和114的菱形体。较脆,硬度在1.52,不同方向有略微变化。脱硫石膏与天然石膏化学成分均为二水硫酸钙。脱硫石膏含有的二水硫酸钙高4于90%,比天然石膏还要高 。脱硫石膏含有的游离水一般在10%左右,还含飞灰、有机碳、碳酸钙、亚硫酸钙及由钠、钾、镁的硫酸盐或氯化物组成的可溶性盐等杂质。加热时排出结晶水阶段分为:在105180 时,先排出1个水分子,然后立即排出半个水分子,使得其转变为熟石膏 CaSO ?0.5H O,也称半水石膏。在4 2200220 时 , 排 出 剩 余 的 半 个 水 分 子 , 使 得 其 转 变 为 型 硬 石 膏CaSO ?H O0.060.11。约350 时,使得其转变为 型石膏 CaSO 。1120 4 2 45时能够再转变为 型硬石膏。脱硫石膏的熔融温度为1450 。 1.2.3 脱 硫 石 膏 的 应 用 上海矿冶研究总院研究了一种新型防火涂料,采用脱硫石膏作为填料,掺量为15%左右,将复合化学助剂、防火添加剂、无机胶结材料、高温纤维和无机保温隔热材料,按照一定比例混合配制而成。该涂料环保性能、抗裂性能、黏结性、绝缘性能优良,阻燃性能好,耐火性能高于一般的防火涂料,且用比较细的脱硫石膏的2加入,使涂料具有良好的和易性 。 21995到1997年间,沈阳市科委协同有关研究机构,对沈阳市康法的10万hm 盐碱地进行了脱硫石膏改造试验。实验表明,脱硫石膏能够促进盐碱地农作物生长并有增产作用,脱硫石膏加入量为0.5%-1.0%时,具有显著增加产量的效果。 利用化铁炉渣作为矿物外加剂与有机外加剂混合均匀配制成主要矿物组成为无定型硅酸盐的矿物外加剂,与脱硫石膏和火电厂废弃物混合,制成路基回填料。试2, 6验结果表明,此回填材料的28d强度可达325号水泥的标准 。在膨胀率、溶出率等影响路基材料的应用性质方面也符合有关要求,这充分利用了脱硫石膏,为修筑道路的回填提供了材料。 侯云芬、黄天勇的研究表明石膏的种类和剂量对复合熟料,石灰石粉和粉煤灰的胶结材料性能的影响较大。在石膏掺量相同的情况下,掺SO 含量较高石膏的试样3抗折强度和抗压强度大于所掺石膏中SO 含量较低试样。当采用同一品种石膏时,复3合胶凝材料强度随石膏掺量增加而提高。试验显示在配制混合材料掺量较大的复合7胶凝材料时,适当增加SO 含量可以促进复合胶凝材料强度的发展 。 3新型石膏保温砂浆是以化学石膏为胶结材料,保温效果好、吸水率低、容重小玻化微珠为骨料配制而成。粘结力强,有一定的呼吸功能,可有效调节室内温度,同时,石膏材料具备杀菌防霉变功效,可有效洁净空气、提高生活质量。组成材料主要为化学石膏、玻纤网格布、高分子粘结剂、玻化微珠等。该保温砂浆在内墙尤其是分户墙中的使用,不仅有效减少热能损失,提高能源利用率,而且由于砂浆中8大量采用了工业废弃物化学石膏,环保意义显著 。2 盐城工学院本科生毕业论文 2013 1.3 脱硫石膏砂浆 1.3.1 意义传统保温砂浆以水泥为胶凝材料、膨胀聚苯乙烯颗粒为轻骨料,收缩率大,抗裂性差,防火性能差。脱硫石膏砂浆属无机保温材料,具有低容重、低收缩、体积稳定性好等特点。同时具有突出的防火性能,非常适用于外墙内保温系统。该新型保温砂浆在内墙、分户墙和楼梯间隔墙中的使用既可以有效解决同一建筑体内单体温度差异而导致的内流热损失,还因大量使用了工业废弃脱硫石膏,在推动环保工9作的同时带动了绿色建材的发展 。 1.3.2 脱 硫 石 膏 砂 浆 掺 缓凝剂和减 水剂 缓凝剂种类繁多,主要有木质素类、糖类、磷酸盐、酒石酸盐、葡萄糖酸盐、柠檬酸及其盐类、纤维素及其衍生物等,掺缓凝剂的目的主要有两方面: 1调节延缓水泥砂浆初、终凝时间,使用低价电解质减少水泥颗粒的凝聚作用,稀释分散作用加强,相应增加游离水含量,从而改善流动性能和增加流动成型的时间,减少扩展度的经时损失; 2延长初凝时间和终凝时间,增加膨胀过程时间,补偿收缩。 要严格控制缓凝剂掺入量,在合理的掺入量范围之内,不会影响早期强度,由10于胶凝材料水化的更加充分使得砂浆后期强度有所提高 。 减水剂实质上是一种表面活性剂,在不减少单位用水量情况下,改善心拌砂浆的和易性;在保持相同流动度下,减少用水量,提高砂浆强度;在保持一定砂浆强度情况下,减少单位胶凝材料用量,节约胶凝材料。一般可将减水剂分为普通减水剂和高效减水剂两大类。 普通减水剂?要求减水率不小于8%,主要有木质素磺酸盐减水剂、羟基羧酸盐减水剂、糖钙减水剂、腐植酸减水剂等。 高效减水剂?要求减水率不小于14%,主要有萘系减水剂、蒽系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系减水剂等。 商品减水剂除了普通与高效之分外,通常与缓凝剂、引气剂或早强剂复配,称为缓凝减水剂、引气减水剂和早强减水剂。减水剂掺量对石膏砂浆的性能有很大影10响,一般要根据产品说明严格掌握掺加量或者通过试验来确定掺加量 。 3 脱硫石膏砂浆的制备与研究 2 实验内容和方 法 2.1 研究内容 测定脱硫石膏的标准稠度用水量、初凝时间和终凝时间、抗折强度和抗压强度、结晶水含量,确定缓凝剂用量。 研究胶砂比、减水剂掺量等工艺条件对脱硫石膏砂浆的物理参数的影响,这些参数包括稠度、泌水性、凝结时间、力学强度、保温系数。 在工艺条件研究基础上,在满足稠度、凝结时间和泌水性以及强度指标下确定脱硫石膏砂浆的材料配方。 2.2 实验 材料 3由脱硫石膏烧制的建筑石膏,取自盐城富邦建材有限公司,容重900 kg/m 。 3河沙:细度模数2.3,容积密度2620kg/m 。 缓凝剂:唐山市嘉美石膏研究所JMG型缓凝剂。 减水剂:江苏博特新材料有限公司SBTJM-A萘系高效减水剂、磺化丙酮甲醛聚缩物减水剂、PCA-聚羧酸高性能减水剂。2.3 实验流程脱硫石膏 河砂 缓凝剂 减水剂 水过筛烘干过筛计量拌合混料制浆表观物理性能 微观研究 性能测试微 矿 强 导泌 稠 观 物 热水度 度 结 组 系性构 成 数 图2 实验流 程图 将脱硫石膏烧制的建筑石膏,过0.22mm筛,与砂及添加剂(缓凝剂、减水剂)混合,经加水均匀搅拌后,制成石膏砂浆。观察其表面性状和流动度,主要为泌水4 盐城工学院本科生毕业论文 2013 性、气孔、流动度和凝结时间,并测定硬化体的力学性能和保温性能。实验流程如图2。 2.4 主要仪器设备 实验主要仪器设备见表2-1。 表2-1 实 验主要仪 器设备 仪器设备 具体说明 行星式水泥胶砂搅拌机 无锡建仪仪器机械有限公司 JJ-5型水泥胶砂搅拌机 砂浆稠度测定仪 河北省虹宇仪器设备有限公司 SZ145型砂浆稠度仪 水泥胶砂振实台 无锡建筑材料仪器机械厂 ZS-15型水泥胶砂振实台 DKZ-6000型电动数显抗折试验机 YE-30型压力试验机抗折、抗压试模由三个水平的磨槽组成,可同时成型三条截面为抗折抗压仪 40mmx40mm,长160mm的棱形试体。抗折、抗压试验机抗压最大试验力200kN,加载速度0.6-9.0kN/S。抗折最大试验力10kN,加载速度0.025?0.075kN/s。示值精度士l%。 10 抗压强度试验机用夹具受压面积为40mm×40mm 。 SEM 美国FEI电子公司 QUNTA-2000 VANTAGE 环境扫描电子显微镜 导热系数测试仪 湘科DRPL-A型导热系数仪 2.5 实验环境 11 试验制备环境条件为:环境温度25±2,相对湿度65±5% 。养护条件为:气温20±2,相对湿度90±5%。 2.6 实验方法 2.6.1 石膏 标准稠度用 水量 先用抹布擦净稠度测试仪筒体和玻璃板,并湿润其表面,将筒体垂直放置在玻璃板上。再将估计的标准稠度用水倒入搅拌碗。称量300g石膏5s内倒入水中,用搅拌棒拌合30s,使石膏浆均匀。然后边搅拌边迅速把石膏浆倒入筒体内,并用刮刀刮去溢浆,使石膏浆与筒体上边平齐。试样与水混合50s时,提升筒体使筒体和浆体分离。待筒体提去后,测定料浆扩展成的试饼两垂直方向上的直径,计算其算术平均值。记录料浆扩展直径等于180mm±15mm时的加水量。脱硫石膏标准稠度用水量为1213所加水的质量和试样质量的比,以百分数表示 。 结果取二次测定数值的平均值,精确至1%。 5 脱硫石膏砂浆的制备与研究 2.6.2 凝结 时间测定 量取标准稠度用水,并将水倒入搅拌碗中。称量300g石膏5s内倒入水中,用搅拌棒拌合30s,使石膏浆均匀,倒入放在玻璃底板上的环模中。然后把环模和玻璃底板略微抬起,上下震动几次,使料浆均匀。用刮刀刮去溢浆,使料浆与环模上端齐平。将装满料浆的环模连同玻璃底板平整地放在仪器的底座上,移动钢针的位置,使钢针尖和料浆的表面相接触,固定好钢针。迅速放松杆上的固定螺丝,使钢针自由下落,插入料浆。每隔30s重复一次,并且每次都应改变插点,并将针擦净、校直。记录石膏与水接触到钢针第一次接触不到底板所用时间,为石膏初凝时间。 记录石膏与水接触到钢针第一次插入料浆的深度不大于1mm所用时间,为石膏终凝时间。 取二次测定结果的平均值,作为该试样的初凝时间和终凝时间,精确至 12141min 。 2.6.3 缓凝 剂用量的确 定 根据凝结时间测试方法调节石膏中的缓凝剂含量,根据建筑材料行业标准将石15膏初凝时间和终凝时间分别调节至大于1小时和小于8小时 范围内。 2.6.4 结晶 水含量测定 试验室样品中称取100g石膏,试样必须充分混匀,细度须全部通过孔径为0.2mm的方孔筛,然后放在一个封闭的容器中,铺成最大厚度10mm的均匀层,静置18-24h,容器中的温度为20 ±2 ,相对湿度为65%±5%。 试样在40 ±4 的烘箱内加热1h,取出,放入干燥器中冷至室温,称量。如此反复加热、冷却、称量,直至恒重.每次称重之前在干燥器中冷却至室温。冷却后立即测定结晶水的含量。把剩余的试样保存在密封的瓶子中。 称量试样2g,将其放在已经干燥至恒重的称量瓶中,在230 ±5 的烘箱内加热45min过程中保持称量瓶盖敞开,加热后将称量瓶取出,再盖上磨口塞不要盖得太紧,放入干燥器中干燥,并在室温下冷却15min,然后将磨口塞塞紧,称量。最后将称量瓶盖敞开并放入烘箱内,230 ±5 加热30min,取出后放入干燥器,室温冷却15 min。像上面反复加热、冷却、称量,一直到恒重为止。 再重复测定一次。两次测定结果之差不应大0.15%。 结晶水的百分含量按式计算: Wm-m /m ×100(2-1)1式中:W? 结晶水,%; m? 加热前试样质量,g; 1617m ?加热后试样质量,g 。 12.6.5 脱硫 石膏砂浆成 型 先量取试验设计用水量倒入搅拌器,按实验设计比例称取脱硫石膏和外加剂在30s内匀速放入搅拌器内若添加剂的加入方式有特殊要求,则根据要求添加;然后6 盐城工学院本科生毕业论文 2013 低速拌合,30s内将实验设计所需的砂子匀速倒入搅拌器;再高速搅拌1min,停止搅拌后30s内用刮刀将搅拌叶和料锅壁上的不均匀拌和物刮下;最后高速搅拌2min。根据要求进行空气养护,养护到龄期的试样进行力学测试。 2.6.6 稠度 测定 将试锥、容器表面用湿布擦净,将润滑油涂抹在滑杆上,保证滑杆能够无阻力落下;再把拌合好的砂浆一次性倒入容器中,倒入量约至低于容器边口10mm 处,用捣棒在脱硫石膏砂浆中插捣几次,轻击容器使砂浆表面平整,立即将容器放置在稠度测定仪的底座上;将试锥调至尖端与砂浆表面接触,拧紧制动螺丝,使齿条侧杆下端刚接触滑杆上端,并将指针对准零点上。 拧开制动螺丝,使试锥自由落下,将齿条侧杆下端接触滑杆上端,记录从刻度盘读出的砂浆稠度值(精确至1mm);倒入砂浆稠度测定仪中的砂浆,只能够测定一次稠度,重复测定时,必须重新取样。最后砂浆稠度应以两次测定的算术平均值为最终结果,计算精确至1mm。两次测试值之差如大于10mm,应另取搅拌后重新18测定 。 2.6.7 抗折 、 抗压强度 测定一次调和制备的建筑石膏量,应能填满制作三个试件的试模,并将损耗计算在内,所需料浆的质量1600g,采用标准稠度用水量,计算出建筑石膏、砂子用量与应该加入的水量。在试模内侧和底边薄薄地用刷子涂上一层矿物油,以便脱模,并可以封闭空隙,防止砂浆露出。先把应该加入量的水倒至搅拌容器中,再把已称量的建筑石膏倒入其中,静置1min,然后用拌和棒在30s内搅拌30圈。接着,以3r/min的速度搅拌,使料浆保持悬浮状态,然后用勺子搅拌至料浆开始稠化即当料浆从勺子上慢慢落到浆体表面刚能形成一个圆锥为止。一边慢慢搅挣、一边把料浆舀入试模中。将试模的前端抬起约10mm,再使之落下,如此重复五次以排除气泡。当从溢出的料浆判断已经初凝时,用刮平刀刮去溢浆,但不必反复刮抹表面。终凝后,在试件表面作上标记,并拆模。遇水后2h就将作力学性能试验的试件,脱模后存放在试验室环境中。抗折强度R按式(2-2)计算。R 6M/b30.00234P (2-2) 折式中:R ? 抗折强度,MPa; 折P? 断 裂 荷 载,N; M? 弯矩,N?mm; b? 试件方形截面边长,b40mm,计算三个试件抗折强度平均值,精确至0.05MPa。如果所测得的三个R值与其平均值之差不大于平均值的15%,则用该平值作为抗折强度值;如果其中一个数值与平7 脱硫石膏砂浆的制备与研究 均数值相差大于平均数值的15%,应将此数值忽略,以其余数值计算平均值;如果有一个以上的值与平均值之差大于平均值的15%,则另用新试件重做试验。对已完成抗折试验的不同试件上的三块半截试件进行试验。将试件的成型面侧过来放置,立于抗压夹具内,并把抗压夹具放在夹板的中心处,保证试件在受压过程中保持各部分受力均匀,并与显示示数对应。开动抗压试验机,使试件在开始加荷约25s时破坏。抗压强度R按式(2-3)计算。 R P/SP/1600(2-3) 压式中:R ? 抗压强度,MPa ; 压P? 破坏荷载,N; 2S? 试件受压面积,1600mm 试验用试件三条。将试件置于抗折试验机的二根支撑辊上,试件的成型面应侧立。试件各棱边与各辊保持垂直,并使加荷辊与二根支撑辊保持等距。开动抗折试验机后逐渐增加荷载,最终使试件断裂。记录试件的断裂荷载值或抗折强度值。 计算三块试件抗压强度平均值,精确至0.05MPa。如果所测得的三个R值与其平均值之差不大于平均值的15%,则用该平均值作为试样抗压强度值;如果有一个值与平均值之差大于平均值的15%,应将此值舍去,以其余二值计算平均值;如果有一个19以上的值与平均值之差大于平均值的15%,则用三块新试件重做试验 。 8 盐城工学院本科生毕业论文 2013 3 实验结果3.1 脱硫石膏砂浆流动性 脱硫石膏砂浆的物理性能是砂浆材料性能的基础,是石膏体系是否适合制备砂浆材料的出发点。本章考察脱硫石膏砂浆物理性能,主要研究胶砂比,添加剂对脱硫石膏砂浆的稠度、泌水性等物理性能的影响,初步掌握石膏砂浆的基本性能。 3.1.1 胶砂 比对脱硫石膏 砂浆影响 在没有外加剂掺入时,石膏砂浆的物理性能取决于其材料本身的性能,例如矿物组成及其化学性能、堆密度的大小、粒径分布以及颗粒的大小等。 如表3-1所示,在没有外加剂掺入时,脱硫石膏在胶砂比为0.43时流动性能较好,胶砂比在0.54时可以达到标准稠度。主要原因可能是半水石膏存在水化过程,具有包裹拌合水的能力,这也使得其不易泌水。 表3-1 胶 砂比对脱 硫石膏砂 浆 影响胶砂比 0.430.54 0.670.82 1 稠度 62 73 81 91 97 泌水性 不泌水 不泌水 不泌水 不泌水 不泌水实验说明,具有较好流动性的脱硫石膏砂浆标准稠度70-90mm几乎都没有泌水现象,适用于作抹面砂浆。 3.1.2 缓凝 剂掺量的确定 缓凝剂是石膏制品的重要组成,通过稀释、分散作用减缓石膏砂浆的凝结时间,提高施工操作性能。缓凝剂掺量对凝结时间影响见表3-2。 表3-2 缓 凝 剂掺量 对凝结时 间影响 缓凝剂掺量(%) 0.51 1.5 2 2.5 3 初凝时间(min) 43 81 90 102 111 115 终凝时间(min) 99 187 212 261 346 352由此说明,缓凝剂用量在1%时,达到国家标准要求,有较好操作性。 3.1.3 减水 剂对脱硫石 膏砂浆影响 减水剂往往是砂浆的重要组分,通过分散、减水作用能大幅降低砂浆的需水量,并提高流动度。不同类型减水剂的减水机理有所不同,应用于不同砂浆材料时会产生不同的减水效果。常用的减水剂有:SBTJM-A萘系高效减水剂、磺化丙酮甲醛聚缩物减水剂、PCA- 聚羧酸高性能减水剂。 a.在胶砂比0.54条件下,SBTJM-A萘系高效减水剂对脱硫石膏砂浆的影响见表9 脱硫石膏砂浆的制备与研究 3-3。 表3-3 SBTJM-A 萘系 高 效减水 剂 对脱硫 石膏砂浆 的影 响 减水剂掺量g/kg 0 1.0 1.2 1.41.6 1.8 稠度 83 81 838284 82水g 545 535530 525 520 515 泌水性不泌水 不泌水 不泌水 不泌水 不泌水 不泌水SBTJM-A萘系高效减水剂掺量从0.10%增加到0.18%,脱硫石膏砂浆的减水率5.5%。b.在胶砂比0.54条件下,磺化丙酮甲醛聚缩物减水剂对脱硫石膏砂浆的影响见表3-4。 表3-4 磺 化丙酮甲 醛聚缩物 减水剂 对 脱硫石膏 砂浆的 影响减水剂掺量g/kg 0 1.2 1.4 1.6 1.82.0 2.2 稠度 83 8283 81 82 84 82 水g 545 535 530 525 520 515 510 泌水性 不泌水 不泌水 不泌水 不泌水 不泌水 不泌水 不泌水 磺化丙酮甲醛聚缩物减水剂掺量从0.12%增加到0.22%,脱硫石膏砂浆的减水率6.4%。 c.在胶砂比0.54条件下, PCA- 聚羧酸高性能减水剂对脱硫石膏砂浆的影响见表3-5。 表3-5 PCA- 聚羧酸 高性能减 水剂 对脱 硫石膏砂 浆的 影响 减水剂掺量g/kg 0 0.3 0.4 0.5 0.60.7 稠度 83 83 81 8483 80 水g545 530 520 515 513 510 泌水性 不泌水 不泌水 不泌水 不泌水 不泌水 不泌水PCA- 聚羧酸高性能减水剂掺量从0.03%增加到0.07%,脱硫石膏砂浆的减水率6.4%。由表3-5可知,石膏砂浆不容易泌水,三种减水剂对脱硫石膏砂浆有一定的减水效果。 3.2 脱硫石膏砂浆力学性能 3.2.1 胶砂 比对砂浆强 度影响 固定用水量,设水灰比为0.78,调整胶砂比,测定砂浆的7d强度,配合比和1d强度如表3-6所示。 10 盐城工学院本科生毕业论文 2013 表3-6 胶 砂比对砂 浆强度影 响 配比 7d强度/MPa 水灰比 胶砂比 抗折 抗压0.78 0.43 0.85 0.320.78 0.54 0.95 0.88 0.78 1.02 0.920.67 0.78 1.281.200.82 0.78 1.59 3.401 随着砂掺量的减小,抗折、抗压强度逐渐升高,且都小于未掺砂时石膏砂浆的强度。胶凝材料含量的增加直接导致了材料抗压强度的升高。当砂掺量达到50%时,抗折强度低于2MPa,抗压强度降低于国标4MPa要求。因此,用脱硫石膏制备砂浆时胶砂比应大于1。脱硫石膏砂浆胶砂比与强度的关系如图3-2。图3-2 脱 硫石膏砂 浆胶砂比 与强度的 关系 图3-2可看出抗折强度随着胶砂比上升而提高,在胶砂比0.67时变化明显,抗折强度超过1MPa,抗压强度也随着胶砂比上升而提高,在胶砂比0.82时强度提升较为明显,由1.2MPa提高到3.4MPa,但抗折抗压强度都没有达到国家标准要求的2MP和4MP。 3.2.2 减水 剂掺量对砂 浆强度影响 (1)在胶砂比1条件下,SBTJM-A萘系高效减水剂对脱硫石膏砂浆的影响见表3-7。1 1 脱硫石膏砂浆的制备与研究 表3-7 SBTJM-A 萘系高 效减水 剂 对脱硫 石膏砂浆 的影 响配比 7d强度/MPa 砂含量(g) 石膏含量 (g) 减水剂掺量g/kg 抗折强度 抗压强度 1000 1000 1.0 1.703.51 1000 1000 1.2 1.87 3.841000 1000 1.4 2.08 4.20 1000 1000 1.6 2.35 4.83 1000 1000 1.8 2.46 5.12(2)在胶砂比1条件下,磺化丙酮甲醛聚缩物减水剂对脱硫石膏砂浆的影响见表3-8。 表3-8 磺 化丙酮甲 醛聚缩物 减水剂 对 脱硫石膏 砂浆的 影响 配比 7d强度/MPa砂含量(g) 石膏含量 (g) 减水剂掺量g/kg 抗折强度 抗压强度1000 10001.21.793.711000 1000 1.4 1.92 3.971000 10001.6 2.174.45 1000 10001.8 2.22 4.62 1000 10002.0 2.30 4.751000 1000 2.2 2.41 5.03(3)在胶砂比1条件下, PCA- 聚羧酸高性能减水剂对脱硫石膏砂浆的影响见表3-9。表3-9 PCA- 聚羧酸 高性能减 水剂 对脱 硫石膏砂 浆的 影响 配比 7d强度/MPa 减水剂掺量g/kg 砂含量(g) 石膏含量 (g) 抗折强度 抗压强度1000 1000 0.31.83 3.77 10001000 0.4 2.02 4.14 1000 1000 0.52.20 4.641000 1000 0.62.28 4.73 1000 1000 0.7 2.40 5.02 PCA- 聚羧酸高性能减水剂掺量与脱硫石膏砂浆强度的关系如图3-4。12 盐城工学院本科生毕业论文 2013图3-4 PCA- 聚羧酸 高性能减 水剂 掺量 与 脱硫石 膏砂 浆强度的关 系 图3-4可看出抗折强度随着PCA- 聚羧酸高性能减水剂掺量增加而提高,在掺量大于0.4g/kg时,抗折强度超过2MPa,抗压强度也随着PCA- 聚羧酸高性能减水剂掺量增加而提高,在掺量大于0.4g/kg时,抗压强度超过4MPa,抗折抗压强度在减水剂掺到0.4g/kg时均达到限定要求。由表3-73-9可知,三种减水剂对砂浆强度提升效果较明显。这些常用于水泥砂浆中的减水剂对脱硫石膏砂浆对砂浆强度的提高有作用,也说明希望以减水剂来改善脱硫石膏砂浆性能很可能是有效的。其原因主要是减水剂促进了石膏发生水化作用,有化学团聚或吸附作用。 3.3 脱硫石膏砂浆导热系数对于有隔热保温效果的石膏砂浆,较低的导热系数是其优势之一。通过对脱硫石膏砂浆保温性能进行研究,来确定砂浆较好组成配方。 3.3.1 胶砂 比对砂浆导 热系数影响 胶砂比对砂浆导热系数影响见表3-10。 表3-10 胶 砂比对砂 浆导热 系数影响胶砂比 0.430.54 0.670.82 1导热系数W/m?K 0.4435 0.4643 0.5143 0.7252 0.8063 2热阻K?m /W0.03833 0.03661 0.03305 0.02758 0.02108 导热系数随着胶砂比的增大而增大,虽然石膏导热系数远远小于砂石,但单位体积质量增大,孔减少造成的。当胶砂比大于1时,砂浆导热率会超过国标1W/m?K要求。 脱硫石膏砂浆胶砂比与导热系数的关系如图3-3。 13 脱硫石膏砂浆的制备与研究图3-3 脱 硫石膏砂 浆胶砂比 与导热系 数的关系 图3-3可看出导热系数随着胶砂比上升而提高,并且在胶砂比0.67时变化明显。胶砂比1时,脱硫石膏砂浆导热系数达到0.8W/m?K,由于可知脱硫石膏砂浆的导热系数在胶砂比大于1时,均大于国标要求1W/m?K。 3.3.2 减水 剂掺量对砂 浆导热系数 影响 (1)在胶砂比1条件下,SBTJM-A萘系高效减水剂对脱硫石膏砂浆的影响表3-11。 表3-11 SBTJM-A 萘系高效 减水剂 对脱硫石 膏砂浆的 影 响 减水剂掺量k/kg 1.0 1.21.4 1.8 导热系数W/m?K 0.84060.869