利用脱硫石膏制备新型石膏砌块的研究

摘要

脱硫石膏作为电厂排放量最大的固体废弃物之一，利用其制备新型石膏砌块对实现脱硫石膏的资源化利用和环境保护具有重要的意义。本文以脱硫石膏作为主要原料，通过适当的热处理制度制备符合要求的脱硫建筑石膏，与粉煤灰和水泥熟料复合制备复合胶凝材料，添加膨胀珍珠岩、玻璃纤维和防水剂制备符合《石膏砌块》(JC/T698－2010)规范要求的脱硫石膏砌块。通过正交试验方法确定脱硫石膏-粉煤灰-硅酸盐水泥的最佳配比，添加柠檬酸和减水剂等改善胶凝材料的物理性能，以生石灰、烧石膏、氯盐作为改性剂提高胶凝材料的力学强度，并研究了脱硫石膏-粉煤灰-硅酸盐水泥胶凝体系和脱硫石膏-矿渣-硅酸盐水泥胶凝体系的水化过程和水化机理。论文着重分析了外加剂、改性剂掺量和养护条件对胶凝材料力学性能的影响，通过试验研究了膨胀珍珠岩、玻璃纤维和防水剂对砌块各项性能的影响，确定砌块的最佳配方，为脱硫石膏砌块的应用和推广提供理论依据。主要结论如下：
　　(1)脱硫建筑石膏的最佳热处理条件为150℃，保温2h，抗折强度和抗压强度分别为3.6MPa和9.2MPa，初凝时间和终凝时间分别为13min和27min，各项性能符合《建筑石膏》(GB9776－2008)规范要求。
　　(2)通过正交试验方法得出脱硫石膏-粉煤灰-硅酸盐水泥的最佳配合比约为55％:20%:25%，研究了缓凝剂、减水剂以及生石灰、烧石膏、氯盐等改性剂的掺量对胶凝材料的物理性能和力学性能的影响，最佳掺量分别为0.02%、0.3%、10%、10%~15%和1.5%。矿渣粉取代粉煤灰后能有效改善胶凝材料的力学性能，脱硫石膏：矿渣：水泥的比例为55%：25%：20%时，胶凝材料的力学性能最佳，7d和28d的抗压强度分别为22.5MPa和32.9MPa。
　　(3)通过不同的养护条件分析了养护方式和养护温度对胶凝材料力学性能的影响规律，自然养护条件下胶凝材料的力学性能最佳，7d和28d抗压强度达到17.4MPa和28.5MPa，最佳养护温度为30℃~40℃。
　　(4)通过微观测试分析了脱硫石膏-粉煤灰-硅酸盐水泥胶凝体系和脱硫石膏-矿渣-硅酸盐水泥胶凝体系的水化过程和水化机理，为脱硫石膏、粉煤灰和矿渣的综合利用提供理论依据。
　　(5)以脱硫石膏-粉煤灰-硅酸盐水泥为胶凝材料，研究了膨胀珍珠岩、玻璃纤维和防水剂对砌块物理力学性能的影响，确定脱硫石膏砌块的最佳配方为胶凝材料1000份，珍珠岩125份，玻璃纤维14份，防水剂掺量为2%。P型砌块的表观密度为953kg/m3，断裂荷载为2730N，抗压强度为10.6MPa，F型防潮砌块的959kg/m3，断裂荷载为2700N，抗压强度为10.5MPa，软化系数为0.82。