脫硫石膏自流平砂漿的試驗研究

PAGE44脫硫石膏自流平砂漿的試驗研究摘要脫硫石膏又稱排煙脫硫石膏、硫石膏或FGD石膏，是對含硫燃料（主要是煤）燃燒后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行脫硫凈化處理而得到的工業(yè)副產(chǎn)石膏。過去它們常常被當(dāng)作是廢棄物隨意的露天堆放或是將其填埋掉，不能及時有效地進(jìn)行二次利用，嚴(yán)重地污染了大氣環(huán)境，浪費了土地資源，使得生態(tài)平衡遭到破壞，同時也損害了人體健康。因此，開發(fā)利用脫硫石膏很有必要。本課題研究了利用脫硫石膏制備自流平砂漿的相關(guān)技術(shù)。在滿足石膏基自流平砂漿國標(biāo)JC/T1023-2007的要求下，確定脫硫石膏、粉煤灰、硫鋁酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥之間的基本配比，通過研究緩凝劑摻量對自流平砂漿性能（初始流動度用水、30min流動度損失、凝結(jié)時間、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、收縮率等）的影響，確定合適的摻率。此外研究了養(yǎng)護(hù)制度對脫硫石膏自流平砂漿性能的影響。試驗結(jié)果表明：緩凝劑和摻合量對石膏基自流平砂漿性能的影響較大，本文采用檸檬酸鉀為緩凝劑，摻量在1.5%～2.0%時為宜；采用粉煤灰為摻合料，研究表明當(dāng)摻量為25%～30%范圍內(nèi)時自流平砂漿的流動性和力學(xué)性能最好。另外對砂漿性能有較大影響的是養(yǎng)護(hù)方法，本文確定的養(yǎng)護(hù)方法如下：24h脫模自然環(huán)境（溫度：20℃2℃，相對濕度60%）24h快速養(yǎng)護(hù)箱（溫度：60℃1℃，相對濕度90%）養(yǎng)護(hù)24h自然環(huán)境（溫度：20℃2℃，相對濕度60%）10d置于45℃烘箱24h。關(guān)鍵字：脫硫石膏；自流平砂漿；緩凝劑；力學(xué)性能；流變性能

ExperimentalstudyofFGDgypsumlevelingmortarAbstractFluegasdesulphurizationgypsumandFGDgypsum,sulfurandgypsumandFGDgypsum,isasulfur-containingfuels(mainlycoal)post-combustionfluegasdesulphurizationandpurificationprocessresultingfromindustrialby-productgypsum.Theminthepasthaveoftenbeenregardedasacasualopen-airwastestackoritwillbefilledout,notforthesecondtimeinatimelyandeffectivemanner,seriouspollutionoftheatmosphericenvironment,wasteoflandresources,destructionofecologicalbalance,butalsodamagehumanhealth.Therefore,itisnecessaryforthedevelopmentandutilizationofdesulphurizationgypsum.Thisresearchstudyondesulphurizationgypsumapplicationinself-levelingmortar,preparationofgypsumbaseduponyourselvestomaterials.MeetundertherequirementsofnationalstandardJC/T1023-2007ofgypsumbasedself-levelingmortar,determiningdesulphurizationgypsumandflyashandsulfuraluminatescement,Portlandcementbetweentheproportionofbasic,throughtheresearchofretarderflyontheproperties(theinitialflowofwater,30minfluidityloss,condensedtime,breakingstrength,compressivestrength,tensilebondstrength,shrinkratio,etc.)ofself-levelingmortareffectof,determinetheappropriaterateofmixed.Inadditionresearchoncuringsystemonthedesulphurizationperformanceofself-levelingmortarplastereffects.Testresultsshowedthat:retardersandmineraladmixturesonthepropertiesofgypsumbasedself-levelingmortarmore,thisarticleusespotassiumcitrateasaretarder,mixedin1.5%to2.0%wouldbeappropriateforyou,useofflyashasadmixture,studieshaveshownthatwhenthecontentis25%~30%rangeofself-levelingmortarfluidityandmechanicalpropertiesofthebest,inadditionthereisaperformanceofthemortarisarelativelylargeimpactconservationmethods,inthisdocumenttodetermineifconservationmethodsareasfollows:24hreleasethenaturalenvironment(temperature:20℃±2℃,relativehumidity60%)24hrapidmaintenanceboxes(temperature:60℃±1℃,relativehumidity90%),conservationofthenaturalenvironmentofthe24h(temperature:20℃±2℃,relativehumidity60%)10dat45℃oven24h.Keywords:FGDgypsum;self-levelingmortar;retarder;mechanicalproperties;rheologicalproperties.

1緒論 11.1研究的背景與意義 11.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 31.2.1脫硫石膏 31.2.2脫硫石膏國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 61.2.3石膏基自流平材料的國內(nèi)外研究 71.2.4脫硫石膏基自流平砂漿的研究現(xiàn)狀 81.2.5存在的問題 91.3論文的研究目標(biāo)和研究內(nèi)容 92試驗研究概況 122.1試驗原材料 122.1.1主要原料 122.1.2摻合料—粉煤灰 122.1.3化學(xué)外加劑—緩凝劑 132.1.4水 132.2實驗儀器及性能測試 132.3試驗方法 142.3.1基本物料配合比擬定 142.3.2自流平砂漿的制備 152.3.3試件的養(yǎng)護(hù) 152.3.4自流平砂漿性能測試 162.3.5砂漿微觀表征 193脫硫石膏自流平砂漿性能研究 203.1化學(xué)外加劑對自流平砂漿性能的影響 203.1.1緩凝劑摻量對自流平砂漿性能的影響 213.2礦物摻合料對自流平砂漿性能的影響 223.2.1普通硅酸鹽水泥水化機(jī)理 223.2.2普通硅酸鹽水泥摻量對自流平砂漿性能的影響 233.2.3硫鋁酸鹽水泥水化機(jī)理 243.2.4硫鋁酸鹽水泥摻量對自流平砂漿性能的影響 253.2.5粉煤灰摻量對自流平砂漿性能的影響 263.2.6脫硫石膏摻量對自流平砂漿性能的影響 283.3攪拌方式對自流平砂漿性能的影響 293.4養(yǎng)護(hù)條件對自流平砂漿凝結(jié)時間的影響 303.5養(yǎng)護(hù)條件對砂漿力學(xué)性能的影響 314試驗結(jié)果與分析 324.1結(jié)果分析 324.2.1XRD分析 325結(jié)論與展望 355.1結(jié)論 355.2展望 36致謝 37參考文獻(xiàn) 381緒論1.1研究的背景與意義截至2008年年底，我國火電廠建成投產(chǎn)的脫硫機(jī)組容量達(dá)3.6億千瓦，年產(chǎn)出脫硫石膏達(dá)4000萬噸。預(yù)計到“十一五”末，脫硫石膏年產(chǎn)出量將達(dá)6000萬噸左右。目前，我國的石膏儲量和可利用石膏量由表1-1給出，而脫硫石膏利用率僅為30％，大量脫硫石膏被堆放或填海，不僅占用大量土地，而且脫出來的硫又回到地面，造成二次污染形成酸雨，酸雨是當(dāng)今全球十大環(huán)境問題之一，燃煤煙氣排放的、是酸雨的主要成因。我國是世界上第一大排放國，我國的95%的酸雨與燃煤排放有關(guān)。據(jù)《中國環(huán)境狀況公報》，我國從2004年到2007年，排放量依次為2254.9、2549.3、2588.8和2468萬噸，“十五”末的超過國家“十五”控制目標(biāo)(1800萬噸)749.3萬噸，形勢十分嚴(yán)峻。國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要明確提出，到2010年實現(xiàn)全國排放總量比“十五”期末削減10%。這意味著，2010年我國排放總量必須控制在2300萬噸以內(nèi)。資料來源:中國礦業(yè)網(wǎng).石膏礦資源表1-1中國石膏礦石不同品級的儲量及所占百分比礦產(chǎn)地礦石平均品位（％）已探明儲量的礦產(chǎn)地已利用和可供近期利用的礦產(chǎn)地石膏硬石膏石膏硬石膏探明儲量（億t）百分比（％）探明儲量（億t）百分比（％）保有儲量（億t）百分比（％）保有儲量（億t）百分比（％）55～65631956438＞65～8512965309847456——＞75～85472441443338＞85～95126339972675＞953241————49合計19710036910013310036100我國擁有世界上最大規(guī)模的燃煤量，煙氣脫硫規(guī)模日益增大，隨之產(chǎn)生的大量脫硫石膏的處理與處置問題成為煙氣脫硫領(lǐng)域的重大配套問題，這不僅是我國面臨的大量廢棄物資源化利用問題，也是規(guī)模巨大的固廢污染防治問題，迫切需要予以解決。因此，國家將進(jìn)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。鈣法煙氣脫硫產(chǎn)物主要由亞硫酸鈣和硫酸鈣組成，俗稱脫硫渣。脫硫渣經(jīng)過氧化則轉(zhuǎn)化為含水石膏-脫硫石膏。脫硫石膏產(chǎn)生量如此巨大，客觀上需要大規(guī)模的資源化利用途徑，而地面自流平材料(self-LevelingmaterialsofFloor)應(yīng)該是脫硫石膏規(guī)模化利用的最佳選擇之一。地面自流平材料是一種以無機(jī)或有機(jī)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。無機(jī)自流平材料按基料不同，分為水泥基和石膏基兩類。石膏基自流平材料通常以α-半水石膏、?-半水石膏、天然無水石膏等為基料。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(qiáng)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1.1給出。資料來源:中國礦業(yè)網(wǎng).石膏礦資源圖1.1中國已利用和可供近期利用各品位(%)的石膏保有儲量我國一些企業(yè)和單位積極開展脫硫石膏綜合利用研究與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，取得明顯成效。為了進(jìn)一步的擴(kuò)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(jì)效益突出，也成為我們研究的初衷,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。1.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1.2.1脫硫石膏1）脫硫石膏的來源美國測試學(xué)會(ASTM)認(rèn)為，煙氣脫硫石膏(FumeGasDesulfurizationGypsum，F(xiàn)GD石膏)是一種化工副產(chǎn)品，在廢氣脫硫過程中產(chǎn)生的，主要由含兩個結(jié)晶水的硫酸鈣組成在歐洲與美國，經(jīng)過二十多年的深入研究和環(huán)境影響觀察，已不將脫硫石膏視為工業(yè)廢物，而是看作一種資源，認(rèn)為煙氣脫硫石膏是與天然石膏等價的原料和產(chǎn)品，因此脫硫石膏可作為一種資源直接應(yīng)用。我國正在制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其他副產(chǎn)石膏，如磷石膏已經(jīng)制定相關(guān)國標(biāo)，脫硫石膏也分別在杭州鄒平北京等地進(jìn)行了四次以上的標(biāo)準(zhǔn)制定討論會議。FGD石膏來源于鈣基濕法煙氣脫硫工程，根據(jù)煙氣脫硫步驟分析其產(chǎn)生過程如下:(l)石灰石/石灰漿液脫硫石灰石經(jīng)破碎、制粉、配漿進(jìn)入吸收塔，在吸收塔內(nèi)一般得到亞硫酸鈣漿液，化學(xué)過程如下:++→·+(1-1)(2)氧化向亞硫酸鈣漿液內(nèi)強(qiáng)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:·++→·(1-2)在氧化過程中，F(xiàn)GD石膏晶體通過工藝循環(huán)過程產(chǎn)生。(3)分離FGD工藝中產(chǎn)生的FGD石膏的粒度范圍為5～80um，通過水力旋流器實現(xiàn)固液分離并除去雜質(zhì)，得到濃縮的漿液。粗顆粒的二水硫酸鈣晶體從底流中分離出來，細(xì)顆粒則通過溢流循環(huán)至吸收塔內(nèi)繼續(xù)生長。(4)脫水和洗滌從旋流器底流分離出來的濃縮漿液，通過過濾，并用凈水(自來水)沖洗清除氯離子、鈉離子、鎂離子等水溶性雜質(zhì)，得到的含水率約為10(wt)%的產(chǎn)物—FGD石膏。這種濕的細(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。2）脫硫石膏的晶體性質(zhì)自然界中的天然石膏只存在兩種穩(wěn)定形態(tài)，即天然無水石膏(11型)和二水石膏。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(qiáng)石膏)、β-半水石膏(建筑石膏)及可溶性無水石膏(I11型)。它們可從晶體結(jié)構(gòu)及其反應(yīng)性能上進(jìn)行區(qū)分。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1.2和圖1.3。圖1.2石膏層狀結(jié)構(gòu)示意圖圖1.3二水石膏單晶體結(jié)構(gòu)簡圖3）脫硫石膏的顆粒特征與分布規(guī)律天然石膏由于開采及加工過程的原因，石膏顆粒一般不超過200目，所含雜質(zhì)與石膏之間易磨性相差較大，粗顆粒多為雜質(zhì)。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。根據(jù)燃煤和煙氣除塵效果不同，F(xiàn)GD石膏外觀呈現(xiàn)出灰白色和灰黃色，灰色主要是由于煙塵中未燃盡的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的緣故。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1-2列出了天然石膏和脫硫石膏的化學(xué)成分及細(xì)度，天然石膏樣品和脫硫石膏樣品的固體顆粒粒徑分布情況見表1-3【】。表1-2天然石膏和脫硫石膏的化學(xué)成分及細(xì)度項目篩余0.045mm天然石膏31.64.31.7341.11.151.3017.28.8％脫硫石膏31.62.70.742.40.51.019.21.0％脫硫石膏31.762.000.2543.870.140.0319.88表1-3石膏顆粒粒徑分布粒度(um)806050403020105資料來源天然石膏篩余(%)10.94.79.54.914.415.520.012.7文獻(xiàn)脫硫石膏篩余(%)5.015.58.321.931.015.71.70.4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;與天然石膏相比，脫硫石膏具有如下特點:①純度高，二水石膏的品位一般在90-95%之間，高于天然石膏；②成份穩(wěn)定，含堿低，含較多水溶性鹽；③脫硫石膏粒度小，平均粒徑為30-70um；④含有少量碳酸鈣顆粒，游離水分一般為10%。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。FGD石膏的雜質(zhì)主要是碳酸鈣和可溶性鹽，一部分碳酸鈣單獨存在，這是由于部分顆粒未參加反應(yīng);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。用脫硫石膏和天然二水石膏加工成的建筑石膏在性能上存在較大差異，見表1-4。表1-4建筑石膏性能石膏品種水膏比(%)初凝(min)終凝(min)抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(MPa)脫硫建筑石膏506.511.09.84.9天然建筑石膏507.011.58.5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1.4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。桂苗苗等，以脫硫石膏為原料用蒸壓法制備半水石膏的研究，胥桂萍、吳曉琴等人，采用常壓鹽溶液法制備半水石膏。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(qiáng)度蘇打鹽漬土、制備α石膏粉等應(yīng)用方面進(jìn)行了研究。試驗結(jié)果表明:煙氣脫硫石膏的性能達(dá)到或超過天然石膏，可廣泛用于水泥緩凝劑、石膏建筑材料等的生產(chǎn)。圖片來源:中國工業(yè)礦物材料網(wǎng).().石膏.主要非金屬礦山開發(fā)利用概況圖1.4中國石膏資源分布示意圖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。在國外特別是歐洲，絕大部分的脫硫石膏被廣泛應(yīng)用于建材行業(yè)生產(chǎn)建筑石膏粉、α-半水石膏粉、水泥緩凝劑、石膏制品、石膏砂漿等石膏建材產(chǎn)品。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)模化和專業(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)不多。但可以預(yù)見，脫硫石膏的生產(chǎn)與應(yīng)用蘊(yùn)藏著巨大的市場機(jī)遇，在不久的將來一定會有人研究脫硫石膏代替天然石膏生產(chǎn)建材制品，特別是對于那些天然石膏廣泛而具有脫硫石膏資源的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)例如浙江省、上海市等省市更加如此。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。日本有很長的應(yīng)用脫硫石膏的歷史，目前脫硫石膏占日本國內(nèi)石膏總消耗量的約25%。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。德國在脫硫石膏資源化利用方面具有豐富的經(jīng)驗，目前每年的脫硫石膏用量約為250萬噸，約占德國石膏需求總量的50%，主要產(chǎn)品有凝膠性墻板、水泥、地板襯里和礦物性灰泥。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2.5-3.5%。美國脫硫石膏主要在水泥的墻板工業(yè)中應(yīng)用，另有少量脫硫石膏在農(nóng)業(yè)上用于改良土壤。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)。1.2.3石膏基自流平材料的國內(nèi)外研究目前，自流平砂漿應(yīng)用的主要領(lǐng)域是地面工程。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(jì)也迅速成長起來。在這種情況下，一些主要的材料生產(chǎn)商如西卡(SIKA)、麥斯特MBT(現(xiàn)歸于DEGUSSA旗下)、日本的ABC株式會社、富斯樂(FOSROC)等均有混凝土地面用水泥基耐磨材料類型產(chǎn)品問世，并且該產(chǎn)品在工業(yè)廠房建設(shè)中廣泛應(yīng)用。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。1972年日本住宅公團(tuán)首先對石膏基材料進(jìn)行研究，并于1976年對采用α-半水石膏為基材的石膏基自流平地面材料進(jìn)行了施工試驗，1977年，石膏基自流平產(chǎn)品開始少量用于商業(yè)。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(jī)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(jì)性等優(yōu)良特性被業(yè)內(nèi)所認(rèn)知。1.2.4脫硫石膏基自流平砂漿的研究現(xiàn)狀國內(nèi)研究脫硫石膏自流平砂漿并申請專利的有上海市建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司的樊均﹑彭明強(qiáng)（專利CN102173707A）研究了脫硫α-半水石膏基自流平砂漿，由下列重量比物質(zhì)混合攪拌均勻制成:脫硫石膏40～60份，水泥4～6份，40～80目石英砂20～30份，80～120目石英砂20～30份，緩凝劑0.06～0.10份，減水劑0.06～0.08份，保水劑0.08～0.10份，消泡劑0.05～0.08份，可再分散膠粉2～3份，水22～24份。本發(fā)明的優(yōu)點是:早期強(qiáng)度高，與基底粘結(jié)力強(qiáng)；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。由于脫硫α-半水石膏自流平砂漿的早期強(qiáng)度尤其是拉伸粘結(jié)強(qiáng)度明顯高于水泥基自流平砂漿，且其生產(chǎn)過程中的排放比水泥基自流平砂漿低，在施工過程中被大量利用，也成為更加節(jié)能環(huán)保的建筑用材。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(qiáng)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。自流平地面材料在日本開發(fā)的較早，在1972～1973年首先由日本住宅公團(tuán)對石膏基、水泥基自流平材料作了基礎(chǔ)研究，1976年對采用α-半水石膏為基料的石膏自流平材料進(jìn)行了施工試驗，1977年已有石膏基自流平材料商品出售。隨后西德的帕依愛羅公司用Ⅱ型無水石膏生產(chǎn)了強(qiáng)度為20～30MPa，鋪設(shè)厚度為10mm的自流平材料。在國內(nèi)，冶金部一冶技術(shù)開發(fā)公司首先研制出以氟石膏為基料的石膏基自流平材料并于1986年12月在武漢通過了部級技術(shù)鑒定。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。由國內(nèi)外自流平砂漿發(fā)展現(xiàn)狀，可以看到脫硫石膏自流平砂漿的應(yīng)用前景和巨大潛力和我國自流平砂漿所面臨的問題，這就為本文脫硫石膏自流平砂漿的研究指明了方向。1.2.5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(qiáng)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。因而尋找能夠充分激發(fā)脫硫石膏凝結(jié)硬化的方法是解決問題的關(guān)鍵。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(qiáng)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(qiáng)度。如何在保證其前期所要求的緩凝時間以及其強(qiáng)度，水化率，采取有效措施解決以上幾個主要問題，成為脫硫石膏研究的難點。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。公開發(fā)表的關(guān)于脫硫石膏基自流平材料配比的文章較少，只是在一些特殊的研究單位才有其配比，現(xiàn)階段國內(nèi)所申請的專利也僅幾篇而已，所以對與一項新材料的研究來說，無法找到相同的研究參考資料，只有從現(xiàn)階段實驗觀察所出現(xiàn)的問題進(jìn)行著手解決，另外實驗室使用的α-半水石膏由不同的廠家生產(chǎn)，實驗結(jié)果顯示不同廠家的石膏則有不同的強(qiáng)度。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(qiáng)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)。1.3論文的研究目標(biāo)和研究內(nèi)容本文針對脫硫石膏本身特性及脫硫石膏基自流平砂漿存在的問題進(jìn)行了大量試驗，旨在尋找有效脫硫石膏活性改善的方法，解決脫硫石膏用于自流平砂漿的工程應(yīng)用難題，探討脫硫石膏活性改善的機(jī)理與模型，研究脫硫石膏基自流平砂漿耐久性與流變性能。達(dá)到脫硫石膏基自流平砂漿用于實際工程的目的。主要內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)脫硫石膏活性激發(fā)的研究-研究脫硫石膏不同細(xì)度對脫硫石膏凝結(jié)時間、早期強(qiáng)度的影響；-通過化學(xué)改性，即硫酸鹽激發(fā)(如:硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鋁鉀、鍛燒明礬、硫酸鋅等)；還有其他無機(jī)鹽類的激發(fā)等，研究不同激發(fā)劑對脫硫石膏的激發(fā)效果；-優(yōu)選出激發(fā)效果好的單一激發(fā)劑，結(jié)合其它激發(fā)劑，討論兩種或幾種激發(fā)劑復(fù)摻后對脫硫石膏水化硬化的影響，并確定出最優(yōu)的激發(fā)劑及其最佳摻量。-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(jī)理。-通過不同養(yǎng)護(hù)制度、體積穩(wěn)定性，研究脫硫石膏耐久性。(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(jī)理進(jìn)行探討;-在添加減水劑的體系中添加穩(wěn)定劑，以解決減水劑帶來的漿體離析泌水問題，研究穩(wěn)定劑對脫硫石膏流動度、泌水率、物理力學(xué)性能的影響，最終確定穩(wěn)定劑與減水劑相容性最佳的摻量并闡明穩(wěn)定劑的作用機(jī)理;-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(jī)理。-通過不同養(yǎng)護(hù)制度、體積穩(wěn)定性，研究脫硫石膏基自流平砂漿耐久性。本文研究的主要技術(shù)路線如圖1.5所示:圖1.5本文主要技術(shù)路線流程

2試驗研究概況2.1試驗原材料2.1.1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。本文脫硫石膏來自西固熱電廠，主要化學(xué)成分見表2-1。2）普通水泥甘肅祁連山水泥廠普通硅酸鹽水泥，表觀密度3.22g/cm3，比表面積為406m2/kg，主要化學(xué)成分見表2-1，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(qiáng)度的進(jìn)一步發(fā)展是為硬化。3）硫鋁酸鹽水泥硫鋁酸鹽水泥是以適當(dāng)成分的生料，經(jīng)煅燒所得以無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物成分的水泥熟料摻加不同量的石灰石、適當(dāng)石膏共同磨細(xì)制成，具有水硬性膠凝材料。本文采用鄭州中泰集團(tuán)生產(chǎn)的硫鋁酸鹽水泥，標(biāo)號為42.5C，低堿度硅酸鹽水泥。2.1.2摻合料—粉煤灰粉煤灰(Flyash)，是由燃煤熱電站煙囪收集的灰塵，一般地說，粉煤灰比水泥還細(xì)，且含有大量的球狀玻璃珠。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。本文粉煤灰來自西固火電廠，主要化學(xué)成分見表2-1。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。從化學(xué)方面：由于粉煤灰與水泥相比初期水化反應(yīng)速度較低，因此，其對高效減水劑的吸附較少，這使得高效減水劑能夠充分用于提高砂漿的流動度。表2-1原材料化學(xué)成分(%)材料名稱SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOSO3K2ONa2OLoss普通硅酸鹽水泥22.165.4465.223.471.33———0.65脫硫石膏2.480.84320.340.9239.270.0650.121.4粉煤灰20-6210-401-453-190.2-50.02-4——0.6-51硫鋁酸鹽水泥10.9628.9345.253.711.458.88——0.092.1.3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。盡管緩凝劑的作用機(jī)理說法不一，但有一點已被證實，緩凝劑可以改變二水石膏晶體形貌，使晶體普遍粗化，從而顯著降低石膏硬化體的強(qiáng)度，進(jìn)而影響到石膏基自流平砂漿的強(qiáng)度，本研究采用檸檬酸鉀做緩凝劑。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。檸檬酸鉀通過絡(luò)合作用吸附在新生成的二水石膏晶胚上，降低晶胚的表面能，增加成核勢能壘，晶胚達(dá)到臨界成核尺寸時間延長，石膏的誘導(dǎo)期相應(yīng)地延遲。同時，由于吸附作用，二水石膏成核機(jī)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。2.1.4水自來水。2.2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0.01g，準(zhǔn)確等級=3\*ROMANIII。量筒：最大量程500ml，最小刻度5ml。臺秤：最大可稱量20kg，最小刻度50g。(2)成型儀器凈漿攪拌機(jī)：無錫市建鼎建工儀器廠NJ-60型水泥凈漿攪拌機(jī)，主要由攪拌葉、攪拌鍋和控制系統(tǒng)組成。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)。攪拌鍋口內(nèi)徑130mm，深度95mm，可以升降并能通過卡槽靈活地從主機(jī)的底座上裝卸?？刂葡到y(tǒng)具有自動和手動兩種功能。三聯(lián)模：試模內(nèi)腔尺寸為40mm40mm160mm，可同時成型三個長方體試件。(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。試桿與試針的總質(zhì)量為3002g；圓模上部內(nèi)徑60mm，下部70mm，高30mm。電動抗折試驗機(jī)：DK-5000型電動抗折試驗機(jī)?？拐蹔A具與支撐圓柱用硬質(zhì)鋼材制造，兩支撐圓柱直徑均為100.1mm，其中心距為1000.2mm。最大負(fù)荷5000N，示值精度1%，量程11.7MPa，最小刻度0.05MPa。壓力試驗機(jī)：上海華龍測試儀器有限公司YA-100型電液式壓力試驗機(jī)。(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。功率1000W，控溫范圍37℃-100℃。烘箱：南京實驗儀器廠HG202-1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354545cm。(5)微觀表征儀器X射線衍射儀：日本島津公司的XRD-7000L型全自動X衍射儀。掃描電鏡：日本電子光學(xué)公司的JSM-5600LV低真空掃描電子顯微鏡。SEM分辨率為3.5nm；EDS分辨率為131.7eV。2.3試驗方法2.3.1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。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)?。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。嘗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。表2-2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摻量（g）600250807030兩種石膏的標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度相差較大。在標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量時，F(xiàn)GD石膏的抗壓強(qiáng)度比天然石膏高10%～80%，抗折強(qiáng)度高25%～60%。在不同水膏比情況下，脫硫石膏強(qiáng)度均明顯優(yōu)于天然石膏。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。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。2.3.2自流平砂漿的制備自流平材料是以無機(jī)膠凝劑或有機(jī)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(jī)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(bǔ)，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。自流平材料按主要基材不同可分為無機(jī)系和有機(jī)系兩大類。無機(jī)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(jī)礦物基的。有機(jī)系自流平材料主要指環(huán)氧自流平材料。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。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(jī)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。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。2.3.3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：202℃，相對濕度60%快速養(yǎng)護(hù)箱（溫度：60℃1℃，相對濕度90%）養(yǎng)護(hù)24h自然環(huán)境（溫度：20℃2℃，相對濕度60%）3d45℃烘箱烘干。2.3.4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(biāo)準(zhǔn)JC/T1023-2007《中華人民共和國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，結(jié)合實際試驗條件做了必要調(diào)整。1）初始流動度用水測量所用儀器為：(1)電子天平：量稱510g，精確度0.001g；(2)烘箱；(3)大燒杯：容積3000ml。測試步驟如下：（1）按2.4.2砂漿制備的方法和2.4.3砂漿養(yǎng)護(hù)的條件稱?。?00±0.1）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(jī)慢速攪拌2min，得到均勻地料漿。（2）將流動度試模水平放置在測試板中央，測試板表面平整光潔﹑無水滴。把制備好的料漿灌滿流動度試模后，開始計時。在2s內(nèi)將其垂直向上提升（50~100）mm，保持（10~15）s，使料漿自由流動。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（145±5）mm內(nèi)，則此流動度為該試樣的初始流動度（）。若流動度不在（145±5）mm內(nèi)，則應(yīng)該調(diào)整加水量按上述步驟重新試驗，直至流動度在（145±5）mm內(nèi)為止。該水量（）與試樣量（）的比即為初始流動度用水量。初始流動度用水量（）按下式計算：=(/)×100（2-1）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)（％）。取3塊試件的平均值，計算結(jié)果精確至0.1％。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（30±0.5）min，然后慢速攪拌1min，按4重新測試流動度（），30min流動度損失按下式計算：（2-2）式中：——流動度損失，單位為毫米（mm）；——初始流動度，單位為毫米（mm）；——30min流動度，單位為毫米（mm）。計算結(jié)果精確至1mm。3）凝結(jié)時間的測定本文用標(biāo)準(zhǔn)稠度測定儀確定砂漿拌合物的凝結(jié)時間。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℃2℃，相對濕度：50%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。（2）初凝時間的測定調(diào)整測定儀，使試針接觸玻璃板試指針的讀數(shù)為零。試模養(yǎng)護(hù)至加水后時間間隔50min時進(jìn)行第一次測定。將試模放在試針下，調(diào)整試針距砂漿表面10mm，擰緊螺栓，然后突然放松，試針垂直自由地沉入砂漿。觀察試針停止下沉?xí)r指針的讀數(shù)。在整個過程中，試針的貫入位置至少要距圓模內(nèi)壁10mm。臨近初凝時，每個5min測定一次，當(dāng)試針沉至距板底41mm時為砂漿大致初凝狀態(tài)。（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。當(dāng)試針沉入砂漿只有0.5mm時，砂漿達(dá)到終凝狀態(tài)。4）抗折強(qiáng)度的測定本文用電動抗折試驗機(jī)測定試件的抗折強(qiáng)度，試驗機(jī)量程11.7MPa，最小刻度0.05MPa.。測定步驟如下：（1）試件從養(yǎng)護(hù)地點取出后，將其表面擦試干凈，測量尺寸，并檢查其外觀，若公稱尺寸之差不超過1mm，則立即進(jìn)行測試；（2）校準(zhǔn)壓力機(jī)，將試件置于試驗機(jī)夾具上，使其非工作面承受壓力，開動電源，待測試完畢后讀數(shù)即可；（3）以3個試件測值的算術(shù)平均值作為該組試件抗折強(qiáng)度值。當(dāng)3個測值中有一個超出平均值10%時，剔除該值后，取剩余2個測值的平均值作為抗折強(qiáng)度試驗結(jié)果；當(dāng)3個測值中有兩個超出平均值10%時，則該組試件的試驗結(jié)果無效。5）抗壓強(qiáng)度的測定YA-100型電液式壓力試驗機(jī)，精度為0.001，試件破壞荷載應(yīng)不小于壓力機(jī)量程的20%，且不大于全量程的80%。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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)下壓板（或下墊板）中心對準(zhǔn)。開動試驗機(jī)，當(dāng)上壓板與試件（或上墊板）接近時，調(diào)整送油閥，使接觸面均衡受壓。承壓試驗應(yīng)連續(xù)而均勻地加荷，加荷速度應(yīng)為每秒鐘0.25kN-1.5kN（砂漿強(qiáng)度等于6MPa時取下限，砂漿強(qiáng)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(jī)油閥，直至試件破壞，然后記錄破壞荷載（最大值）。砂漿試件抗壓強(qiáng)度應(yīng)按下式計算：（2-3）式中——砂漿立方體試件的抗壓強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；——試件破壞荷載，單位為牛頓（N）；——等于1600，承壓面積，單位為平方毫米（mm2）。砂漿立方體試件抗壓強(qiáng)度精確至0.1MPa。（3）以3個試件計算值的算術(shù)平均值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值。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(qiáng)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。6）拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的測定稱?。?00±0.1）g試樣，按初始流動度用水量加水，制備料漿。將制成型框放在混凝土成型面上，把制備好的料漿倒人成型框中，抹平，放置（24±0.5）h后出模，10個試件為一組。試件脫模后在（40±2）℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干48h。烘干后的試件用260號砂紙打磨掉表面的浮漿，然后用適宜的高強(qiáng)粘結(jié)劑將拉拔接頭粘結(jié)在試件成型面上，在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下繼續(xù)放置24h，用拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗機(jī)進(jìn)行測定。拉伸粘結(jié)強(qiáng)度計算如下式計算：（2-4）式中：——拉伸粘結(jié)強(qiáng)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）。試驗結(jié)果計算精確至0.01MPa。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（8±1）mm。稱取（500±0.1）g試樣，按初始流動度用水量加水，按比例制備料漿。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。試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下放至（24±0.5）h拆模、編號，表明測試方向。脫模后30min內(nèi)按表明的方向測定試件長度，即為試件的初始長度（）測定前，用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整收縮儀的百分表原點。試件測完初始長度后，放入（40±2）℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥至恒量（24h質(zhì)量變化小于0.2g視為恒量），將恒量后的試件在實驗室條件下冷卻至室溫，按標(biāo)明的方向測定試件長度，即為干燥后長度（）。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（2-5）式中：——收縮率，單位為百分?jǐn)?shù)（%）；——試件成型后24h的長度，單位為毫米（mm）；——試件干燥后的長度，單位為毫米（mm）；——試件長度160，單位為毫米（mm）；——兩個收縮頭埋入料漿中的長度之和，即（20±2）mm，單位為（mm）。收縮率按三個試件的算術(shù)平均值來確定。若有個別數(shù)值與平均值偏差大于20%，應(yīng)剔除，但一組至少有兩個數(shù)據(jù)計算平均值。否則，試驗需重新進(jìn)行。試驗結(jié)果精確至0.01%。2.3.5砂漿微觀表征X射線衍射分析（XRD）本文采用日本島津公司的XRD-7000L型全自動X衍射儀定性分析砂漿的物相組成，XRD測試采用銅靶，電壓40kV，電流30mA，掃描范圍15-70，掃描速度10/min，步長0.02。3脫硫石膏自流平砂漿性能研究3.1化學(xué)外加劑對自流平砂漿性能的影響石膏基自流平材料的膠凝材料是石膏，石膏的強(qiáng)度主要來源于二水石膏晶體之間的相互交叉連生，按結(jié)晶理論，二水石膏晶體的形成包括半水石膏的溶解、二水石膏晶核的形成以及二水石膏晶體的生長。通過改變過程任一參數(shù)，可獲得不同的微觀結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致石膏硬化體強(qiáng)度的變化。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。盡管緩凝劑的作用機(jī)理說法不一，但有一點已被證實，緩凝劑可以改變二水石膏晶體形貌，使晶體普遍粗化，從而顯著降低石膏硬化體的強(qiáng)度，進(jìn)而影響到石膏基自流平砂漿的強(qiáng)度。3.1.1不同的緩凝劑種類對自流平砂漿的流動性與力學(xué)性能的影響常見的緩凝劑，試驗中粉筆摻入，，，，，檸檬酸鉀、酒石酸和檸檬酸以及摻量對石膏基自流平砂漿性能的影響試驗結(jié)果見表3-1。表3-1緩凝劑種類對自流平砂漿的流動性與力學(xué)性能的影響緩凝劑初始流動30min流動度抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa摻量（%）度/mm度/mm1d28d1d28d檸檬酸鉀1131041.522.787.210.2酒石酸1231181.464.686.114.6檸檬酸1231151.523.196.710.6隨著檸檬酸鉀的隨著酒石酸哪個符合了國標(biāo)哪個沒符合在石膏基自流平砂漿中加入不同的緩凝劑對其性能有很大的影響。從圖3.1中可以看出：在石膏基自流平砂漿中加入3%的檸檬酸鉀對其流動性與力學(xué)性能都是最優(yōu)的。在其他因素不變的情況下，隨著檸檬酸鉀的增加，流動性先后可能是因為檸檬酸鉀的加入抑制了溶液中石膏晶體長軸方向的生長，改變了晶體各個晶面的相對生長速率來達(dá)到其緩凝的效果。緩凝劑的作用是延緩石膏凝結(jié)硬化時間，保證石膏基自流平砂漿具有足夠的施工時間。3.1.1檸檬酸鉀摻量對自流平砂漿性能的影響本次試驗采用檸檬酸鉀為緩凝劑，研究檸檬酸鉀在自流平砂漿中摻量的不同對其流動性能與力學(xué)性能的影響。檸檬酸鉀在自流平砂漿中的摻量分別為0%、0.05%、0.1%和0.2%，試驗結(jié)果見表2。表3-2檸檬酸鉀摻量對自流平砂漿流動性與力學(xué)性能的影響檸檬酸鉀初始流動30min流動度抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa摻量（%）度/mm度/mm1d28d1d28d0115852.214.167.310.00.051101252.013.976.310.50.11231151.523.196.710.60.275851.273.673.97.9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。檸檬酸鉀通過絡(luò)合作用吸附在新生成的二水石膏晶胚上，降低晶胚的表面能，增加成核勢能壘，晶胚達(dá)到臨界成核尺寸時間延長，石膏的誘導(dǎo)期相應(yīng)地延遲。同時，由于吸附作用，二水石膏成核機(jī)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。二水石膏（111）面主要由鈣離子組成。檸檬酸鉀通過絡(luò)合作用，對該晶面選擇性吸附，抑制該晶面在c軸方向的生長，改變了長短軸的相對生長速率，長軸的生長受到抑制，晶體由針狀變?yōu)槎讨鶢睢?.2中可以看出：在不摻入緩凝劑的情況下，自流平砂漿的30min流動度降低很大，并且當(dāng)緩凝劑的摻量達(dá)到0.2%時，30min流動度與初始流動度相比，流動度值有一定的增加，但是與標(biāo)準(zhǔn)JC/T1023-2007(中華人民共和國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)石膏基自流平砂漿)的要求相比，還有很大的差距，緩凝劑的摻量過高或是過低都不利于自流平砂漿流動性能的提高。隨著檸檬酸鉀摻量的增加，自流平砂漿的力學(xué)性能顯下降趨勢。當(dāng)檸檬酸鉀的摻量為0.05%時，自流平砂漿同時具有較好的流動性能與力學(xué)性能。后續(xù)試驗中主要采用檸檬酸鉀作為緩凝劑，，，3.2礦物摻合料對自流平砂漿性能的影響3.2.2普通硅酸鹽水泥摻量對自流平砂漿性能的影響研究水泥在自流平砂漿中摻量的不同對其流動性能與力學(xué)性能的影響水泥在自流平砂漿中的摻量分別為3%、8%、13%和18%，試驗結(jié)果分別見表3-4。從表3-4中可以看出：當(dāng)水泥的摻量為8%時，配制出的自流平砂漿的流動度性能與力學(xué)性能都達(dá)到了最優(yōu)，并且能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)JC/T1023-2007(中華人民共和國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)石膏基自流平砂漿)的要求。當(dāng)水泥含量在8%時，自流平砂漿的流動性非常好，并且在測其流動性時發(fā)現(xiàn)其具有較好的保水性而沒有發(fā)生泌水現(xiàn)象。自流平砂漿的尺寸變化率影響著它與地面的粘結(jié)力、表面變形、中層空洞和裂縫等，所以對自流平砂漿的尺寸變化率的研究是非常重要和有意義的。從表3-4中可以看出：摻入不同量的水泥的自流平砂漿的收縮變化率都能夠滿足國標(biāo)JC/T1023-2007(中華人民共和國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)石膏基自流平砂漿)的要求，并且隨著水泥摻量的增加，自流平砂漿表現(xiàn)出逐漸收縮的性能。隨水泥用量的增加,其在硬化過程中，水分蒸發(fā)產(chǎn)生的干燥收縮和化學(xué)收縮引起的自生收縮，造成構(gòu)件宏觀體積的收縮。表3-4水泥摻量對自流平砂漿的尺寸變化率的影響水泥摻量/%3d7d14d21d28d30.09-0.020.020.020.0680.120.060.030.02-0.01130.120.07-0.04-0.03-0.0418-0.08-0.07-0.09-0.11-0.14圖3.4水泥摻量對自流平砂漿的尺寸變化率的影響從圖3.4可以看出：當(dāng)水泥摻量為3%與8%時，自流平砂漿的膠凝主體是短柱狀的二水石膏，隨著水泥摻量的增加，自流平砂漿的微觀結(jié)構(gòu)由原來短柱結(jié)構(gòu)變?yōu)橐孕鯛疃嗯c水化硅酸鈣的混合體，內(nèi)部固相間逐漸變得密實。因此在自流平砂漿摻入一定量的水泥有利于提高其力學(xué)性能，一方面水泥中的鋁酸三鈣與石膏發(fā)生反應(yīng)生成具有膠凝性的三硫型水化硫鋁酸鈣；水泥的本身含有硅酸三鈣與硅酸二鈣發(fā)生水化反應(yīng)生成具有凝膠性能的C-S-H（水化硅酸鈣凝膠）；另一方面水泥水化生成氫氧化鈣，氫氧化鈣可以改變無水石膏溶解度與溶解速度，硬石膏水化硬化能力增加。因而摻有水泥熟料的脫硫石膏是具有氣硬性與水硬性雙重性質(zhì)的膠凝材料，使其強(qiáng)度有較大的提高。并且摻入到石膏中的可再分散膠粉使石膏晶體相連接，也可以提高硬化體的強(qiáng)度。3.2.3硫鋁酸鹽水泥水化機(jī)理硫鋁酸鹽水泥是以鋁質(zhì)原料、石灰質(zhì)原料和石膏經(jīng)適當(dāng)配合后，煅燒制成含有適量無水硫鋁酸鈣的熟料，再摻入適量石膏共同磨細(xì)所得的水硬性膠凝材料。硫鋁酸鹽水泥比硅酸鹽水泥具有早強(qiáng)、耐腐、抗凍等性能。圖3.53CaO·3Al2O3·Ca2SO4晶體結(jié)構(gòu)示意圖王燕謀等的研究表明，水泥顆粒在初期水化時，顆粒與水接觸后，表面活化點很快水解，顆粒表面發(fā)生水化反應(yīng)，生成水化產(chǎn)物，同時離子進(jìn)入溶液，發(fā)生析晶沉淀。顆粒表面還由于形成雙電層結(jié)構(gòu)，會發(fā)生凝聚，形成沉淀，水泥漿體發(fā)生凝結(jié)。同時液相的各離子濃度對改變水化進(jìn)程有非常重要的影響。硫鋁酸鹽水泥熟料中的無水硫鋁酸鈣是以節(jié)點相連的鋁氧四面體構(gòu)成的多孔骨架，在這個骨架中4個Al-O四面體構(gòu)成四方環(huán)狀，在平行C軸方向形成豎井孔，在其1/4C0和3/4C0處分別連有孤島式S-O四面體，在四方環(huán)狀豎井之間的方角處有1對A1-O四面體相連，從而構(gòu)成4個Al-O四面體連成的矩形。Ca存在于C軸方向的豎井孔內(nèi)，以離子鍵形式分別與Al-O四面體和S-O四面體相連，見圖3.5。這種結(jié)構(gòu)是多孔結(jié)構(gòu)。熟料中的無水硫鋁酸鈣遇水后，表面上有晶格缺的部位即活化點很快水解，離子進(jìn)入溶液，無水硫鋁酸鈣發(fā)生水化反應(yīng)，生成AFt和AFm，水泥漿體很快出現(xiàn)沉淀，發(fā)生快速凝結(jié)。3.2.4硫鋁酸鹽水泥摻量對自流平砂漿性能的影響在保證硫鋁酸鹽水泥質(zhì)量合格的前提下，本文單因素考察硫鋁酸鹽水泥摻量對砂漿凝結(jié)時間及其強(qiáng)度的影響。設(shè)計5組試驗，硫鋁酸鹽水泥質(zhì)量摻率分別為：0%、6%、8%、10%和12%，如表3-5。其它原料配比，加入方法、攪拌方法及養(yǎng)護(hù)條件均按前文規(guī)定執(zhí)行。表3-5SAC摻量對砂漿性能的影響組別SAC摻量(g)質(zhì)量摻率(%)初凝時間(min)終凝時間(min)14d抗折(MPa)14d抗壓(MPa)100>36027063205201.35.2310082404802.7710.74130101803604.4012.3516012<1202102.268.6圖3.6凝結(jié)時間隨SAC摻量的變化圖3.7砂漿強(qiáng)度隨SAC摻量的變化由圖3.6可知，砂漿的初、終凝時間均隨硫鋁酸鹽水泥摻量的增加而縮短，但當(dāng)其質(zhì)量摻率大于10%時，初凝過快，可操作時間太短無法在工程實際中應(yīng)用。而且，根據(jù)硫鋁酸鹽水泥的水化理論，砂漿中的AFt的數(shù)量隨硫鋁酸鹽水泥摻量的增加而增多，這將加劇砂漿早期裂縫的產(chǎn)生。由圖3.7可知，當(dāng)硫鋁酸鹽水泥的質(zhì)量摻率介于6%-10%之間時，砂漿的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均隨硫鋁酸鹽水泥摻量的增加而增大，但其變化趨勢略有差異；當(dāng)質(zhì)量摻率大于10%時，抗折、抗壓強(qiáng)度都隨摻率的增大而減小，抗折強(qiáng)度減小更快。這可能是漿體中因硫鋁酸鹽水泥水化而產(chǎn)生的AFt數(shù)量過多所導(dǎo)致。綜上，硫鋁酸鹽水泥的質(zhì)量摻率介于8%-10%之間為宜。3.2.5粉煤灰摻量對自流平砂漿性能的影響粉煤灰是具有火山灰反應(yīng)特性的球狀顆粒的混合材料，因此，粉煤灰有可能從物理和化學(xué)兩方面對水泥砂漿的流動性產(chǎn)生影響，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。從化學(xué)方面：由于粉煤灰與水泥相比初期水化反應(yīng)速度較低，因此，提高砂漿的流動度。表3-6所示即為粉煤灰不同摻量對砂漿流動度的影響。粉煤灰對水泥砂漿流動度的影響如圖3.8所示，從圖中可以看出，粉煤灰確實能夠提高水泥砂漿的流動性，盡管水泥的種類和砂漿的配合比不同，砂漿的流動度都隨著粉煤灰摻量的增加而提高。但是，粉煤灰這種對于砂漿流動度的提高效果似乎存在著一定的限度，根據(jù)本實驗結(jié)果當(dāng)粉煤灰摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過10%時，隨著粉煤灰摻量的增加，砂漿流動度也隨之快速增加。表3-6粉煤灰摻量砂漿流動性能的影響粉煤灰摻量（%）3051015202530砂漿流動度（mm）130135138140142148150圖3.8粉煤灰的摻量對砂漿流動度的影響粉煤灰對水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的影響與粉煤灰摻量有關(guān)，在普通硅酸鹽水泥砂漿中，當(dāng)粉煤灰摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)<10%，可以明顯提高早期強(qiáng)度，粉煤摻量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%-30%，早期強(qiáng)度增長率逐漸變慢，在硅酸鹽水泥砂漿中，粉煤灰在摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)<10%時，對早期強(qiáng)度幾乎沒有影響，粉煤灰摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)10%-30%時，砂漿旱期強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而逐漸降低，對砂漿的后期強(qiáng)度，普通硅酸鹽水泥，當(dāng)粉煤灰摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)<10%，后期強(qiáng)度增長率隨粉煤灰摻量的增加而逐漸提高，粉煤灰摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%-30%，后期強(qiáng)度明長率，隨粉煤灰摻量增加而逐漸變小。由于粉煤灰有好的微集料效應(yīng)和火山灰活性。當(dāng)粉煤灰摻量較少時，在水泥水化旱期，磨細(xì)粉煤灰填充在水泥大顆粒及水泥與砂子之間，優(yōu)化了顆粒級配，從而提高了水泥石的密實度，使強(qiáng)度提高，同時粉煤灰具有較好的火山灰話性，當(dāng)粉煤灰摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)<30%時，在水化后期能較快地與熟料礦物水化產(chǎn)生的反應(yīng)生成水化硅酸鈣凝膠和水化鋁酸鈣，使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密，從而使后期強(qiáng)度有所增大。3.2.6脫硫石膏摻量對自流平砂漿性能的影響脫硫石膏作為自流平砂漿的基體，與水發(fā)生水化，產(chǎn)生粘結(jié)力，起到整個流體支撐骨架的作用，是脫硫石膏基自流平砂漿的主要膠凝材料，研究脫硫石膏摻量對其性能的影響有著非常重要的意義。研究石膏在自流平砂漿中摻量的不同對其流動性能與力學(xué)性能的影響。脫硫石膏在自流平砂漿中的摻量分別為44%、54%、64%和74%，試驗結(jié)果見表3-6。表3-6脫硫石膏摻量對自流平砂漿的流動性與力學(xué)性能的影響脫硫石膏摻量初始流動30min流動抗折強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度(%)度/mm度/mm1d28d1d28d441401352.585.468.717.6541451442.636.9410.222.5641351442.846.0810.724.572117742.645.6010.222.1在此處可以看出，當(dāng)脫硫石膏的比例達(dá)到64%的時候，脫硫石膏不管是從流動度還是從力學(xué)性能方面都有著很好的參數(shù)，也都超過了標(biāo)準(zhǔn)JC/T1023-2007對一天強(qiáng)度的要求(抗壓6.0MPa和抗折2.5MPa)。同樣地，α-半水石膏作為在石膏基自流平砂漿中最重要的水化膠凝成分，其對自流平砂漿的各種性能起著最重要的作用，所以它在模型的尺寸變化上也起著最重要的作用，故有必要對幾種不同的石膏摻量的配合進(jìn)行尺寸變化率的研究，試驗結(jié)果如表3-7。表3-7石膏摻量對自流平砂漿尺寸變化率的影響（%）石膏摻量（%）3d7d14d21d28d440.01-0.03-0.03-0.02-0.02540.120.060.030.02-0.01640.09-0.020.010.010.01720.080.040.030.040.02根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JC/T1023-2007的要求，自流平材料的28d尺寸變化率必須在0.05%的范圍內(nèi)，從圖3.9中可以看出:在不同的石膏摻量的情況下，石膏基自流平材料的28天尺寸變化率都能符合這個標(biāo)準(zhǔn)，并且在整個的水化過程中，樣品的收縮變化沒有太大的波動，尺寸結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。圖3.9石膏摻量對自流平砂漿尺寸變化率的影響3.3攪拌方式對自流平砂漿性能的影響在試驗現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，攪拌方式對砂漿性能的影響主要是通過影響拌合物的均勻分散程度和改變水混合物比這兩條途徑實現(xiàn)的。下面交代水混合物比如何影響砂漿的性能。DuffAbrams的混凝土強(qiáng)度水灰比定則指出：“對于一定的材料配合比，強(qiáng)度取決于一個因素，即水灰比。”水泥的水化反應(yīng)會引起體積的“化學(xué)減縮”，即反應(yīng)產(chǎn)物的總體積小于反應(yīng)物的總體積，這些減縮的體積部分表現(xiàn)為漿體體積的減小，部分則成為硬化漿體中的孔隙。水灰比越高，水泥水化反應(yīng)越完全，相應(yīng)產(chǎn)生的孔隙體積就越大，孔隙率就越高，硬化水泥漿（包括水泥漿－骨料界面過渡區(qū)）的結(jié)