【正文】 細(xì)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。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)。脫硫石膏是二水石膏，是最常見的石膏相。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。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%。表12天然石膏和脫硫石膏的化學(xué)成分及細(xì)度項目 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(%) 脫硫石膏篩余(%) 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。4）化學(xué)成分對石膏性能的影響FGD石膏和天然石膏中雜質(zhì)類型及賦存狀態(tài)有差異。另一部分則存在于石膏顆粒中，這是由于碳酸鈣與不完全反應(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。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，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。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(jìn)行了研究。圖片來源:中國工業(yè)礦物材料網(wǎng).().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。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。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)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。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。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，%。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)。上世紀(jì)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。到20世紀(jì)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，用量大，質(zhì)量穩(wěn)定，在市場上得到了迅速發(fā)展和廣泛的認(rèn)同，其它發(fā)達(dá)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。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(jìn)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(rèn)知。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。國內(nèi)馬振義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。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。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(jìn)行了研制。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。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(hù)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(dá)到水泥基同樣的強度。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。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(yán)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)。達(dá)到脫硫石膏基自流平砂漿用于實際工程的目的。研究激發(fā)劑對脫硫石膏水化率、水化進(jìn)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。(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(jìn)行探討。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。: 本文主要技術(shù)路線流程2 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(jìn)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。2）普通水泥甘肅祁連山水泥廠普通硅酸鹽水泥，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(jìn)一步發(fā)展是為硬化。本文采用鄭州中泰集團(tuán)生產(chǎn)的硫鋁酸鹽水泥，低堿度硅酸鹽水泥。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(xì)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。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。表21 原材料化學(xué)成分(%)材料名稱SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOSO3K2ONa2OLoss普通硅酸鹽水泥———脫硫石膏32粉煤灰20621040145319——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。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。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。 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，準(zhǔn)確等級III。 臺秤：最大可稱量20kg，最小刻度50g。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)?？刂葡到y(tǒng)具有自動和手動兩種功能。40mm180。(3 )測試儀器 標(biāo)準(zhǔn)稠度測定儀：主要由試針、試桿和圓模組成。2g；圓模上部內(nèi)徑60mm，下部70mm，高30mm。抗折夾具與支撐圓柱用硬質(zhì)鋼材制造，兩支撐圓柱直徑均為10177。最大負(fù)荷5000N，示值精度1%， MPa。(4)養(yǎng)護(hù)儀器 快速養(yǎng)護(hù)箱：上海東星建材實驗設(shè)備有限公司84型水泥砼養(yǎng)護(hù)箱。 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177。45180。(5)微觀表征儀器 X射線衍射儀：日本島津公司的XRD7000L型全自動X衍射儀。；。目前脫硫石膏的產(chǎn)出量日益增加，我國產(chǎn)出的脫硫石膏總量高達(dá)850萬噸，而且脫硫石膏是一種安全無毒害的綠色建材，但國內(nèi)脫硫石膏的利用率相當(dāng)?shù)汀L試以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來配置自流平砂漿，其中檸檬酸鉀作為緩凝作用，能保證其初凝時間＞1小時，而終凝時間＜6小時，由于石膏呈堿性水化過程會產(chǎn)生氣泡，對試樣的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能產(chǎn)生影響，加入適量氫氧化鉀能有效的控制氣泡的產(chǎn)生。在標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量時，F(xiàn)GD石膏的抗壓強度比天然石膏高10%～80%，抗折強度高25%～60%。產(chǎn)生這種性能差異的部分原因可以認(rèn)為是兩種石膏在化學(xué)成分方面的差異，在雜質(zhì)含量相同的情況下，由脫硫石膏制備的建筑石膏能參加水化反應(yīng)的顆粒數(shù)量增多，有效組分高于天然石膏。 自流平砂漿的制備 自流平材料是以無機膠凝劑或有機材料為基料，與骨料及多種外加劑混合而成的建筑地面找平材料，使用時按規(guī)定的水灰比加水拌和均勻，機械泵送或人工施工后，無需人工抹平，在自重或輕微外力的作用下能自動流平，形成平整表面，并與基層粘結(jié)牢固。 自流平材料按主要基材不同可分為無機系和有機系兩大類。有機系自流平材料主要指環(huán)氧自流平材料。常用外加劑有減水劑(聚磺酸鹽系、木質(zhì)素磺酸鹽系、蔡系、氨基磺酸鹽系等)、緩凝劑(糖類、磷酸鹽、纖維素等)、增稠劑(纖維素、聚丙烯酸鹽、天然橡硬化劑膠等)、pH值調(diào)節(jié)劑(水泥、熟石灰等)、消泡劑(有機硅油、非離子表面活性劑等)、表面(尿醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂等)，必要時還可以摻加憎水劑、顏料等。 試件的養(yǎng)護(hù)裝模完畢后，經(jīng)24h即脫模，并按下列規(guī)定進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：脫模后置于自然環(huán)境24h（溫度：20177。60%快速養(yǎng)護(hù)箱（溫度：60℃177。90%）養(yǎng)護(hù)24h自然環(huán)境（溫度：20℃177。60%）3d45℃烘箱烘干。1）初始流動度用水測量所用儀器為：(1)電子天平：量稱510g，；(2)烘箱；(3)大燒杯：容積3000ml。）g試樣，量取估計加水量倒入攪拌鍋中，將試樣在30s內(nèi)均勻地撒入水中，濕潤后用料勺攪拌1min，然后用攪拌機慢速攪拌2min，得到均勻地料漿。把制備好的料漿灌滿流動度試模后，開始計時。待流動停止4min后，用直尺測量兩個垂直向上的直徑，取兩個直徑的平均值，精確至1mm，如流動度在（145177。若流動度不在（145177。5）mm內(nèi)為止。初始流動度用水量（）按下式計算： = (/) 100 （21）式中 : ——用水量，單位為克（g）； ——試樣質(zhì)量，單位為克（g）； ——初始流動度用水量，單位為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）。2）30min流動度損失將符合初始流動度的料漿在攪拌器內(nèi)靜置（30177。計算結(jié)果精確至1mm。測試步驟如下：（1）將制備好的砂漿拌合物一次裝滿圓模，振動數(shù)次刮平，放在自然（溫度：23℃177。5%）通風(fēng)的條件下養(yǎng)護(hù)24h；記錄開始加水的時間作為凝結(jié)時間的起始時間,每隔5min測試一次。試模養(yǎng)護(hù)至加水后時間間隔50min時進(jìn)行第一次測定。觀察試針停止下沉?xí)r指針的讀數(shù)。臨近初凝時，每個5min測定一次，當(dāng)試針沉至距板底4177。 （3）終凝時間的測定 將初凝后的試件繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，當(dāng)時間間隔為330min后進(jìn)行第一次檢測，臨近終凝時間時每隔15min測定一次。4）抗折強度的測定本文用電動抗折試驗機測定試件的抗折強度， MPa.。當(dāng)3個測值中有一個超出平均值177。10%時，則該組試件的試驗結(jié)果無效。測定步驟如下：（1） 本文所用試件為抗折試驗中折斷的部分，在置于試驗機前仔細(xì)檢查，確?？拐墼囼炦^程未損害該部分的力學(xué)性能；由于試件的尺寸大于試驗機的上壓板，所以本文試件的承壓面積以上壓板的面積A進(jìn)行計算；（2） 將試件安放在試驗機的下壓板（或下墊板）上，試件的承壓面應(yīng)與成型時的頂面（工作面）垂直，試件中心應(yīng)與試驗機下壓板（或下墊板）中心對準(zhǔn)。承壓試驗應(yīng)連續(xù)而均勻地加荷，（砂漿強度等于 6MPa時取下限，砂漿強度大于5MPa時取上限），當(dāng)試件接近破壞而開始迅速變形時，停止調(diào)整試驗機油閥，直至試件破壞，然后記錄破壞荷載（最大值）。 砂漿立方體試件抗壓強度精確至 。當(dāng)3個計算值中有一個超出平均值15%時，剔除該值，取剩余2個測值的平均值作為抗壓強度試驗結(jié)果；當(dāng)3個測值中有兩個超出平均值15%時，則該組試件的試驗結(jié)果無效。）g試樣，按初始流動度用水量加水，制備料漿。）h后出模，10個試件為一組。2）℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干48h。拉伸粘結(jié)強度計算如下式計算： （24）式中：——拉伸粘結(jié)強度，單位為兆帕（MPa）；——最大破壞荷載，單位為牛頓（N）；——等于2500，粘結(jié)面積，單位為平方毫米（mm2）。7）收縮率在收縮模具內(nèi)表面涂一薄層脫模劑（食用植物油），將收縮頭固定在模兩端面的孔洞中，使手縮頭露出試件端面（8177。稱取（500177。將料漿倒入收縮試模內(nèi)，無需振動，用金屬刮刀清除多余料漿，使料漿完全充滿模具并使表面平整，三個試件為一組。）h拆模、編號，表明測試方向。試件測完初始長度后，放入（40177。試件收縮率應(yīng)表述為試件干燥后相對于試件剛脫模時基準(zhǔn)長度的變化，用百分?jǐn)?shù)表示，收縮率（）按下式計算： =100 （25）式中：——收