摘要：本文以SA組分對脫硫β石膏進行改性，實驗表明：SA的加入可以提高脫硫β石膏的水化活性，縮短脫硫β石膏的凝結(jié)時間，使試件的耐水性及強度均有較大幅度提高。通過控制SA在脫硫β石膏中的摻量,可以有效提高脫硫β石膏的多項性能，尤其是強度和耐水性。關(guān)鍵詞：脫硫β石膏；強度；軟化系數(shù)；耐水性引　言脫硫石膏是近年來國家強化對火力電廠二氧化硫排放控制，采用濕法脫硫工藝的副產(chǎn)品。截至2015年底,全國火電廠煙氣脫硫裝置投運容量超過8.2億千瓦，其中采用濕法脫硫工藝的就占到92.8%以上。脫硫石膏迅速增長，其利用成為亟待解決的問題。利用工業(yè)副產(chǎn)脫硫石膏制備的石膏基材料。不僅具有一般的隔音、隔熱、自動調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度等性能，而且不含有害組分，達到綠色環(huán)保、無毒、無害、無污染的效果[1]。但是石膏體材料耐水性差，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。為進一步使電廠脫硫石膏得到妥善的處理和有效的綜合利用，促進脫硫環(huán)保工業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)健康、快速發(fā)展，并節(jié)約天然石膏資源，有必要通過提高石膏制品耐水性以擴大石膏產(chǎn)制品應(yīng)用范圍。本文以脫硫β石膏為基材,加入SA組分，通過SA對脫硫石膏進行改性，試驗調(diào)整脫硫石膏中SA摻量，得到脫硫石膏基膠凝材料的最佳配比，并利用SEM分析膠結(jié)料的水化過程和微觀結(jié)構(gòu)。1 原材料及試驗方法1.1原材料脫硫石膏：本文采用的石膏原料是產(chǎn)自江蘇省張家港市，經(jīng)過脫水、干燥、陳化的脫硫β型石膏，其基本性能見表1；自配添加劑，主要有緩凝、保水和減水作用，摻量為脫硫石膏質(zhì)量的1.0％；SA組分，自行配制；1.2 試驗方法1.2.1試驗配合比本次實驗考察不同摻加量的SA對脫硫石膏水化產(chǎn)物耐水性能的影響。在脫硫石膏中分別摻入1%，2%，5%，8%，10%、15%、20% SA進行試驗。分別測定標(biāo)準(zhǔn)稠度后，澆注成型出尺寸為40mm x 40mm x 160mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，每個配合比成型6個試件，在實驗室條件下自然養(yǎng)護3d后分別測試試件的抗壓、抗折強度、吸水率、軟化系數(shù)等基本物理性能。以上實驗均按照GB9776—2008《建筑石膏》進行。對摻有SA和未摻SA的脫硫石膏試樣微觀形貌進行SEM電鏡分析[5]。1.2.2測定方法在參考了目前多種試驗方法的基礎(chǔ)上，參照JC/T517－2004《粉刷石膏》標(biāo)準(zhǔn)中的齡期規(guī)定的基礎(chǔ)上確立。（1）將石膏粉和添加組分混合均勻，按照標(biāo)準(zhǔn)擴散度用水量成型，一次需成型2組試件(每組40mm×40mm×160mm的試件三塊）以便對比。（2）使用水泥膠砂攪拌機，先將稱量好的水置于攪拌鍋中，再將石膏和添加組分的混合粉體倒入，先慢攪2分鐘，再快攪2分鐘，再慢攪1分鐘，裝模后選用水泥膠砂振動臺振動成型。（3）試件成型后放于試驗室條件下，終凝后1小時后編號拆模。（4）第一組在（20±5）℃，濕度（60±5）％的試驗條件下養(yǎng)護48h后稱取每塊試件的重量取平均值，記為mg，然后放入靜止水槽中浸泡24h后再取出將試件表面的水分擦干，稱取其重量取平均值，記為ms。第二組在（20±5）℃，濕度（60±5）％的試驗條件下養(yǎng)護72h，兩組同時測強度，浸水后的抗壓強度記為fs，不浸水的抗壓強度記為fg。1.2.3計算公式W＝(ms－mg)×100％/mgR＝fs/fgw—試件的吸水率（％）；R—試件的軟化系數(shù)；ms—試件養(yǎng)護48h再浸水24h吸水后的重量（g）；mg—試件養(yǎng)護72h時的重量（g）；fs—試件養(yǎng)護48h再浸水24h后的抗壓強度（MPa）；fg—試件養(yǎng)護72h后干燥狀態(tài)的抗壓強度（MPa）；1.2.4所用設(shè)備電子天平：量程2Kg，感量為0.01g；水槽，置于恒溫恒濕室中，保證溫度在20℃左右；軟化系數(shù)測試中浸水前和浸水后的抗壓強度的測試方法按GB/T17669.3《建筑石膏力學(xué)性能的測定》進行，設(shè)備要求詳見標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，但抗壓夾具的承壓面積應(yīng)為40mm×40mm。2.試驗結(jié)果與分析2.1 基本物理性能測試結(jié)果與分析在脫硫石膏中摻入2%、5%、8%、10%、15%、20%試樣，其基本性能測試結(jié)果見表1。從表1中數(shù)據(jù)可以看出，摻入2%、5%、8%、10%、15%、20%SA的試樣，其抗折、抗彎強度比沒有添加SA的試樣都得到了顯著的提高，吸水率下降明顯。由表1分別繪制SA對脫硫β石膏吸水率及軟化系數(shù)、抗折強度、抗壓強度影響的折線圖，如圖1、圖2、圖3所示。2.1.1抗折、抗壓強度結(jié)果分析由圖1可以看出，脫硫β石膏試樣3d的抗折、抗壓強度隨SA摻量變化的規(guī)律相似。隨著SA摻量的增加其強度增加，摻量超過10%后抗折、抗壓強度都有下降趨勢，SA摻量在10%左右時其抗折、抗壓強度達到最大值。所以，加入一定量的含SA組分的外加劑，對于彌補緩凝組分引起的脫硫石膏強度的降低是非常有效果的[2]。比較圖1的抗折、抗壓強度隨SA摻量增加而變化的折線的斜率，可見，對應(yīng)的抗壓折線斜率大于對應(yīng)的抗折折線斜率，表明SA摻量的增加對抗壓強度的增加效果更加顯著。2.1.2 SA組分變化對脫硫β石膏耐水性影響石膏材料最突出的弱點是其制品耐水性差。主要原因是[4]：(1)在石膏料漿的攪拌過程中，摻入了遠高于理論上半水石膏轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗨枰乃浚谑酀{體硬化后，多余的水分將從石膏硬化體中逸出，從而產(chǎn)生了大量的空隙和毛細孔，這些孔隙相互貫通，只要石膏硬化體表面接觸到水分，水分就會很快滲透到其內(nèi)部，并且水分可在石膏硬化體中反復(fù)改變方向進行遷移，導(dǎo)致石膏硬化體吸水率變大；(2)由于二水石膏(CaSO4·2H2O)在水中的溶解度與水泥石相比要大得多，從而使石膏硬化體的耐水性較差。上述原因使得石膏制品在某些場合中的應(yīng)用受到了較大的限制。國內(nèi)大多數(shù)研究成果的軟化系數(shù)在0.8左右。本文中SA 組分的加入對于提高脫硫石膏的耐水性有非常顯著的作用。試樣3d軟化系數(shù)及吸水率與SA摻量的關(guān)系如圖2、3所示。從圖2、3可看出，在SA摻量小于10%時，軟化系數(shù)隨SA摻量增加而增大，吸水率隨SA摻量增加而減小；當(dāng)摻量超過10%時，軟化系數(shù)有所下降，吸水率有所增大。實驗表明，SA摻量為10%時，脫硫β石膏制品的耐水性能最好。實驗表明，摻加SA后使脫硫石膏試樣的耐水性及強度均有提高，但并不是成正比增加。隨SA增加，強度性能和耐水性指標(biāo)上升到一定程度后，又出現(xiàn)了下降的趨勢。由以上實驗結(jié)果得出，SA的摻量控制在8%～12%范圍內(nèi)比較適宜，在此摻量范圍內(nèi)，脫硫石膏試樣的性能能達到耐水高性能建筑材料的要求。2.2 摻入SA組分微觀機理分析用SEM電鏡觀察SA摻量為10%脫硫石膏3d水化試樣，可發(fā)現(xiàn)，摻入SA脫硫β石膏的水化產(chǎn)物中都夾雜著一些團聚狀組織，看不出明顯的晶體分布情況，說明晶體之間的搭接更加緊密，試樣整體的孔洞減少；二水石膏結(jié)晶中存在大量的C-S-H凝膠，即水化硅酸鈣。在以石膏為主的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)中，起到了填充的作用[3-5]。脫硫β石膏基膠凝材料水化時，由于各組分的水化反應(yīng)速度不同，首先形成二水石膏結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，其次是SA各組分的水化，由于處在過飽和的石膏漿體中，SA的水化產(chǎn)物除水化硅酸鈣凝膠、鋁膠、鐵膠外，大部分是高硫型的水化硫鋁酸鈣——鈣礬石，而水化硅酸鈣的溶解度僅為8x10-4mol/L，鈣礬石的溶解度還要小（二水石膏溶解度約為2.08g/L，是AFt的30倍以上），即鈣礬石幾乎不溶于水。這些溶解性小的水化產(chǎn)物，包覆在石膏結(jié)晶體的表面，降低其溶解性，且均勻的分布于膠結(jié)料中，所以降低了制品的吸水率，使石膏的耐水性得到了顯著提高[6]。摻加SA后形成了鈣礬石，其針狀結(jié)構(gòu)與其它物質(zhì)的交叉、共生。水化產(chǎn)物晶體堆積緊密，形貌良好，晶體呈非常規(guī)則的幾何形狀，且晶體之間空隙較少，堆積緊密；對制品起到增強作用，從而使石膏基膠凝材料的強度產(chǎn)生較大幅度的提高。在SA摻量少時，形成少量的鈣礬石與水化硅酸鈣，由于分布在石膏結(jié)晶體內(nèi)，水化硅酸鈣以凝膠出現(xiàn)，鈣礬石以針狀晶體出現(xiàn)，在以石膏為主的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)中，起到了填充、交叉共存的作用，隨著SA摻加量的增加，這種填充、交叉共存的作用更趨明顯，宏觀上表現(xiàn)為對抗壓、抗折強度的增長的作用；隨著摻量的進一步增大，水化硅酸鈣的數(shù)量增多，形成的鈣礬石的數(shù)量也增多，由于鈣礬石的體積增大，具有膨脹性，此時將導(dǎo)致石膏結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)的破壞，內(nèi)部微裂紋增多，宏觀上表現(xiàn)為抗折、抗壓強度的下降。同時SA摻量過大時，水分容易進入由鈣礬石膨脹破壞石膏結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)而形成的微裂紋中，導(dǎo)致石膏制品的體積膨脹，飽水抗壓強度減小，軟化系數(shù)降低。3結(jié)論（1）SA加入脫硫β石膏后，在飽和的脫硫β石膏漿體中水化生成微溶性的水化硅酸鈣與鈣礬石，降低了石膏基膠凝材料硬化后的溶解度，提高脫硫β石膏膠凝材料的耐水性。（2）SA作為高效激發(fā)脫硫β石膏制作膠凝料組分，摻量控制在8%——10%范圍內(nèi)比較適宜。最佳配比時，石膏基膠凝材料的抗折、抗壓和軟化系數(shù)分別達到4.19Mpa、19.5Mpa和0.91。（3）SA摻量適中時，形成的針狀鈣礬石晶體與水化硅酸鈣凝膠，在以石膏為主的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)中，起到了填充、交叉共存的作用，使脫硫β石膏制品的耐水性及強度有較大幅度的提高；SA摻量過多時，鈣礬石的數(shù)量增多，由于鈣礬石的體積膨脹，導(dǎo)致了石膏結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)的破壞，內(nèi)部微裂紋增多，水分容易進入微裂紋中，導(dǎo)致石膏制品的體積膨脹，耐水性及強度減小。