【正文】 1） 按 砂漿制備的方法和 砂漿養(yǎng)護的條件稱取（ 300177。 自流平砂漿性能測試 本文自流平砂漿性能的測試參照中華人民共和國行業(yè)標準 JC/T10232020《中華人民共和國建材行業(yè)標準》進行，結(jié)合實際試驗條件做了必要調(diào)整。 本文以用脫硫石膏作為基材適量的再加入粉煤灰，普通硅酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥，檸檬酸鉀和氫氧化鉀為原料來配置自流平砂漿，檸檬酸鉀作為緩凝劑。石膏基自流平材料是指各類以石膏為基料、輔之以骨料和外加劑的地面自找平材料，作為基料的石膏主要有α型、β型半水石膏、無水石膏等，河砂、石英砂、礦渣砂等為骨料，粉煤灰、礦渣粉等為礦物摻合料。無機系自流平材料主要是指石膏基和水泥基自流平材料，也有其他無機礦物基的。自流平材料具有良好的流動性、穩(wěn)定性，凝結(jié)硬化前不發(fā)生離析、分層和泌水等不良現(xiàn)象，具有施工速度快、省時、省力的特點，可廣泛應(yīng)用于地面自流找平，也用于舊地面、起砂地面及施工不合格地面的修補，是大型超市、商場、停車場、車間、倉庫等室內(nèi)地面鋪筑的理想材料 ? ?30,35 。因此，在制備膠凝材料時，煙氣脫硫石膏尤其優(yōu)越性，但是這種優(yōu)越性也會因為含有較多的可溶性鹽和一些污染物而抵消。在不同水膏比情況下，脫硫石膏強度均明顯優(yōu)于天然石膏。 表 22 自流平砂漿原料配比 原料 脫硫石膏 粉煤灰 硫鋁酸鹽水泥 普通硅酸鹽水泥 緩凝劑 15摻量（ g） 600 250 80 70 30 兩 種石膏的標準稠度相差不大，在相同的水膏比情況下，凝結(jié)時間非常接近，但強度相差較大。鑒于此，本文預(yù)采用大量脫硫石膏代替普通硅酸鹽水泥作為制備砂漿的膠凝材料。 試驗方法 基本物料配合比擬定 煙氣脫硫石膏是一種理化性質(zhì)與水泥類似的膠凝材料。 掃描電鏡：日本電子光學(xué)公司的 JSM5600LV 低真空掃描電子顯微鏡。 烘箱：南京實驗儀器廠 HG2021 型電熱恒溫干燥箱，最大加熱溫度 300℃ ，控制器靈敏度 ?1℃，工作室尺寸 35?45?45cm。 (4)養(yǎng)護儀器 快速養(yǎng)護箱：上海東星建材實驗設(shè)備有限公司 84 型水泥砼養(yǎng)護箱。最大負荷5000N，示值精度 1%，量程 ，最小刻度 MPa。 電動抗折試驗機： DK5000 型電動抗折試驗機。 (3 )測試儀器 標準稠度測定儀：主要由試針、試桿和圓模組成?？刂葡到y(tǒng)具有自動和手動兩種功能。攪拌葉在攪拌鍋內(nèi)可作旋轉(zhuǎn)方向相反的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，在豎直方向可以調(diào)節(jié)。 臺秤：最大可稱量 20kg，最小刻度 50g。 實驗儀器及性能測試 (1)稱量儀器 電子天平： 沈陽龍騰電子有限公司 LD 型電子天平，最大量程 510g，精確度，準確等級 III。同時，由于吸附作用，二水石膏成核機率和數(shù)量減少，離子在各晶面的疊合速率降低，晶體生長延緩，晶核有充分的時間和空間發(fā)育生長，因此晶體尺寸明顯粗化。 檸檬酸鉀對半水石膏的溶解度影響不大，其影響主要表現(xiàn)在抑制二水石膏晶核的形成與生長方面。 13表 21 原材料化學(xué)成分 (%) 材料名稱 SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 MgO SO3 K2O Na2O Loss 普通硅酸鹽水泥 — — — 脫硫石膏 32 粉煤灰 2062 1040 145 319 — — 硫鋁酸鹽水泥 — — 化學(xué)外加劑 — 緩凝劑 為了調(diào)整石膏基自流平砂漿的硬化時間，以滿足施工要求，必須加入緩凝劑。粉煤灰對流動度的影響主要從兩個方面 : 從物理方面：球狀顆粒的粉煤灰對砂漿的流動可以起到滾珠潤滑作用。 粉煤灰的性能變化很大，而且與許多因素有關(guān)，例如煤的品種和質(zhì)量，煤粉細度，燃點，氧化條件，預(yù)處理及燃燒前的脫硫，粉煤灰的收集和存貯方法等。本文采用鄭州中泰集團生產(chǎn)的硫鋁酸鹽水泥，標號為 ，低堿度硅酸鹽水泥。 2）普通水泥 甘肅祁連山水泥廠普通硅酸鹽水泥 ，表觀密度 ，比表面積為 406 m2/kg，主要化學(xué)成分見表 21，水泥加水后數(shù)小時內(nèi)，物料逐漸失去流動性、可塑性而變硬是為凝結(jié)，而其后經(jīng)過幾年時間強度的進一步發(fā)展是為硬化。 本文研究的主要技術(shù)路線如圖 所示 : 11 圖 本文主要技術(shù)路線流程 122 試驗研究概況 試驗原材料 主要原料 1）脫硫石膏 脫硫石膏是由燃煤電廠進行濕法脫硫而產(chǎn)生的以 Ca2SO4?2H2O 為主要成分的工業(yè)副產(chǎn)品。 研究脫硫石膏基自流平砂漿流變性能，探討高效減水劑、穩(wěn)定劑的作用機理。 (2) 脫硫石膏基自流平砂漿的研究 分別研究三聚氰胺類、聚梭酸醚類兩種高效粉體減水劑對脫硫石膏流動度、泌水率、物理力學(xué)性能的影響，確定減水劑的最佳摻量，并對減水劑的作用機理進行探討 。 研究激發(fā)劑對脫硫石膏水化率、水化進程的影響，對脫硫石膏硬化體組成結(jié)構(gòu)、微觀形貌的影響，探討激發(fā)劑的作用機理。達到脫硫石膏基自流平砂漿用于實際工程的目的。對于使用外加劑，比如緩凝劑檸檬酸鉀加入到石膏拌合物中能夠使初凝時間延遲，但會引起制品強度降低，要嚴格控制其摻入量，若采用兩種以上化學(xué)外加劑則要考慮其內(nèi)部反應(yīng)。 到目前為止自流平砂漿是較復(fù)雜砂漿配方之一，使用材料的品種繁多。關(guān)于脫硫石膏的活性激發(fā)研究，主要問題有下面幾個：①添加化學(xué)激發(fā)劑，現(xiàn)階段采用檸檬酸鉀作為緩凝劑，檸檬酸鉀 的摻入量也要有一定的限制，摻入量過多時不僅提高了成本而且也會降低其 24 小時的抗折和抗壓強度；②在后期養(yǎng)護過程中制品膨脹崩裂，造成其破壞；③制品的耐水性差；④制品還不能達到水泥基同樣的強度。 存在的問題 脫硫石膏粉末材料與水作用后其凝結(jié)硬化初凝時間較快，而終凝時間則較緩慢，水化率低，強度不高，耐水性能較差成為脫硫石膏自流平砂漿研究中存在的主要問題。之后，冶金部建筑材料總院、北京市建筑科研院、北京市建工研究所等單位，對不同基料的石膏基自流平材料進行了研制 ??30 。隨后西德的帕依愛羅公司用Ⅱ型無水石膏生產(chǎn)了強度為 20～ 30MPa，鋪設(shè)厚度為 10mm 的自流平材料 ??29 。 國內(nèi)馬振義 ??33 研究了脫硫石膏基自流平砂漿，以 二水脫硫 α 高強石膏作為基材來制備自流平砂漿以及其生產(chǎn)方法 ，為自流平砂漿的應(yīng)用提供了更多的參考。本發(fā)明的優(yōu)點是 :早期 強度高，與基底粘結(jié)力強；無放射性，二氧化碳排放量低；施工效率高；實現(xiàn)脫硫石膏的資源化利用。近年來，由于石膏基找平砂漿在硬化過程中不產(chǎn)生形變，可以在機械鋪設(shè)作業(yè)時有很好的流動和易性，而且容易進行無縫大面積澆注，具有很好的經(jīng)濟性等優(yōu)良特性被業(yè)內(nèi)所認 知。 到 20 世紀 70 年代，由于日本的勞動力緊張和費用高，水泥基自流平材料最先發(fā)展起來，在 1982 年開始出現(xiàn)水泥基自流平地面材料，并因其用途廣，用量 8 大，質(zhì)量 穩(wěn)定，在市場上得到了迅速發(fā)展和廣泛的認同，其它發(fā)達國家也相繼推出了各種品牌的水泥基自流平地面材料，特別是以歐美為代表的國家和地區(qū)，因其主要追求的是功能性和耐久性，更是以水泥基自流平為主。上世紀 50 年代，由于第三次工業(yè)革命的影響，人工合成技術(shù)、電子工業(yè)、工業(yè)自動化、新材料、新能源和航空航天工業(yè)等領(lǐng)域都得到了創(chuàng)新和發(fā)展，西歐和日本的經(jīng)濟也迅速成長起來。 此外，英國、荷蘭、丹麥以及東歐一些國家也都開發(fā)了多種脫硫石膏的資源化利用技術(shù)。 美國是采用煙氣脫硫裝置最多的國家，脫硫石膏產(chǎn)出量大，但基本上采用拋棄法處理，脫硫石膏僅占需求總量的 %。脫硫石膏產(chǎn)品主要有 :墻板、建筑灰泥、工業(yè)灰泥、粘結(jié)劑、石膏天花板以及路基或平整土地所需砂土等 ??4 。 利用石膏作為基材來制備自流平材料國內(nèi)由：李東旭、韓永圣、權(quán)劉權(quán) ??31 研究 利用脫硫石膏制備石膏基自留平材料；董兵、岳文海、李明、李祥飛 ??32 研究一種石膏基自流平地面找平材料及其制備方法，都取得了一定成績。 國內(nèi)對脫硫石膏的綜合處理和應(yīng)用已開始起步，但發(fā)展卻比較緩慢，形成工業(yè)化、規(guī)?；蛯I(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)不多。 圖片來源 :中國工業(yè)礦物材料網(wǎng) .( .主要非金屬礦山開發(fā)利用概況 圖 7 煙氣脫硫石膏是一種非常好的建材資源，是與天然石膏等效的原材料。煙氣脫硫石膏的性能及其在水泥緩凝劑、刮墻膩子、石膏砌塊、脫硫石膏刨花板、改良強度蘇打鹽漬土、制備α石膏粉等應(yīng)用方面進行了研究。 表 14 建筑石膏性能 石膏品種 水膏比 (%) 初凝 (min) 終凝 (min) 抗壓強度 (MPa) 抗折強度 (MPa) 脫硫建筑石膏 50 天然建筑石膏 50 脫硫石膏國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 我國石膏分布比較廣泛，可如圖 所示，隨著我國脫硫市場的發(fā)展，近年來我國的許多高校和研究單位，如重慶建筑大學(xué)林芳輝、彭家惠、叢剛 ??20 等人率先對脫硫石膏粉煤灰膠結(jié)材的制備展開了較為深入的研究，并在此基礎(chǔ)上研制了建筑砌塊。另一部分則存在于石膏顆粒中，這是由于碳酸鈣與 2SO 不完全反應(yīng)所致，石膏顆粒的中心部位為碳酸鈣，而可溶性鹽則從石膏顆粒內(nèi)部至 表面均有分布。 4）化學(xué)成分對石膏性能的影響 6 FGD 石膏和天然石膏中雜質(zhì)類型及賦存狀態(tài)有差異。 表 12 天然石膏和脫硫石膏的化學(xué)成分及細度 項目 CaO 2SiO 32OAl 3SO 32OFe MgO Loss 篩余 天然石膏 ％ 脫硫石膏 ％ 脫硫石膏 表 13 石膏顆粒粒徑分布 粒度 (um) 80 60 50 40 30 20 10 5 資料來源 天然石膏篩余 (%) 文獻 ??3 脫硫石膏篩余 (%) 本課題 脫硫石膏和天然石膏基本成份都是硫酸鈣，化學(xué)組成幾乎相同 。 FGD 石膏平均粒徑為 50um，含有少量碳酸鈣顆粒，游離水分一般為 10%。由于 FGD 工藝對石灰石的特殊要求及其加工工藝，保證了 FGD 石膏顆粒小且質(zhì)量高。脫硫石膏是二水石膏，是最常見的石膏相，其層狀結(jié)構(gòu)示意圖和單晶體結(jié)構(gòu)簡圖見圖 和圖 。介于這兩種穩(wěn)定形態(tài)之間存在幾種可變的水化物形態(tài)，即 α 半水石膏 (高強石膏 )、 β 半水石膏 (建筑石膏 )及可溶性無水石膏 (I11 型 )。這種濕的細顆粒石膏具有高純度的結(jié)晶硫酸鈣二水化合物，即為 FGD 石膏。粗顆粒的二水硫酸鈣晶體從底流中分離出來，細顆粒則通過溢流循環(huán)至吸收塔內(nèi)繼續(xù)生長。 OH22 (12) 在氧化過程中， FGD 石膏晶體通過工藝循環(huán)過程產(chǎn)生。 21 OH2 + 2CO (11) (2)氧化 向亞硫酸鈣漿液內(nèi)強制鼓氣，將亞硫酸鈣氧化，生成硫酸鈣二水化合物，化學(xué)反應(yīng)過程如下 : 32CaSO 我國正在制定相關(guān)標準，其他副產(chǎn)石膏，如磷石膏已經(jīng)制定 相關(guān)國標，脫硫石膏也分別在杭州鄒平北京等地進行了四次以上的標準制定討論會議。為了進一步的擴大脫硫石膏的應(yīng)用范圍，研究以脫硫石膏作基材生產(chǎn)自流平砂漿，不僅可以變廢為寶解決環(huán)境問題，而且由于其經(jīng)濟效益突出，也成為 3 我們研究的初衷 ,更能順應(yīng)現(xiàn)階段的低碳環(huán)保政策 ,為地球的環(huán)境和空氣帶來 更多好的影響。石膏基自流平材 料具有高流動性、初凝時間長、終凝時間適當(dāng)、早期及后期強度較高、與基底粘結(jié)力高等特點，可廣泛應(yīng)用于室內(nèi)地面建筑，我國石膏儲量由圖 給出。石膏基自流平材料通常以α 半水石膏、 223。 地面自流平材料是一種以無機或有機膠凝材料為基礎(chǔ)、加入各種改性助劑、用于地面自找平的新型地面材料。脫硫渣經(jīng)過氧化則轉(zhuǎn)化為含水石膏 脫硫石膏。因此，國家將進一步大力推動脫硫工程的建設(shè)，在煙氣脫硫 (FGD)工藝中，我國的煙氣脫硫裝置約有 90%采用鈣法煙氣脫硫。這意味著， 2020 年