【砂漿功夫】陳化對建筑石膏及石膏砂漿性能的影響研究

引言煙氣脫硫石膏作為燃煤電廠的副產(chǎn)物，將其在常壓下低溫煅燒后可制備具有膠凝活性的建筑石膏。與普通硅酸鹽水泥相比，建筑石膏煅燒過程中碳排放明顯較低。采用建筑石膏替代水泥用作膠凝材料既能變廢為寶，又能為“碳達(dá)峰”作出貢獻(xiàn)。建筑石膏在常溫常壓下一般有4種存在形態(tài)，即半水石膏、二水石膏、可溶性Ⅲ型無水石膏和Ⅱ型無水石膏。由于煅燒裝備及煅燒工藝的特點(diǎn)，目前實(shí)際煅燒出來的建筑石膏中往往存在一定的過燒產(chǎn)物，即可溶性Ⅲ型無水石膏。國內(nèi)學(xué)者研究認(rèn)為，Ⅲ型無水石膏會影響熟石膏粉質(zhì)量[1-4]，應(yīng)當(dāng)限制其在建筑石膏中所占比例。建筑石膏陳化是指將新炒制或煅燒的熟石膏進(jìn)行一段時(shí)間的存儲或濕熱處理，使其物理性能得到不同程度的改善[5]。近年來，石膏砂漿的快速推廣應(yīng)用，導(dǎo)致建筑石膏供不應(yīng)求。受制于建筑石膏供需關(guān)系，絕大數(shù)建筑石膏粉煅燒后未經(jīng)陳化直接出廠至砂漿企業(yè)。砂漿企業(yè)采用未經(jīng)陳化處理的建筑石膏粉生產(chǎn)石膏砂漿時(shí)，容易出現(xiàn)一系列質(zhì)量問題。為了緩解建筑石膏供應(yīng)緊張的局面，部分企業(yè)采取袋裝形式大量存儲建筑石膏，以備不時(shí)之需。建筑石膏在編織袋中儲存時(shí)間過長時(shí)，容易導(dǎo)致過度陳化，采用過度陳化的建筑石膏生產(chǎn)石膏砂漿時(shí)，石膏砂漿容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。本研究采用模擬生產(chǎn)實(shí)際的方法，通過研究陳化對建筑石膏及石膏砂漿性能影響，旨在提高石膏砂漿質(zhì)量穩(wěn)定性。

1、材料與方法

1.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)用建筑石膏粉為山東某企業(yè)生產(chǎn)脫硫建筑石膏，采用散裝罐車形式運(yùn)輸至本企業(yè)。石膏粉進(jìn)廠時(shí)，溫度為48℃。1.2試驗(yàn)方法建筑石膏物相組成測定參照GB/T36141—2018《建筑石膏相組成分析方法》進(jìn)行，采用快速水分儀測定。建筑石膏物理性能測試參照GB/T17669.3—1999《建筑石膏力學(xué)性能的測定》、GB/T17669.4—1999《建筑石膏凈漿物理性能的測定》進(jìn)行，抹灰石膏砂漿性能測試參照GB/T28627—2012《抹灰石膏》進(jìn)行，石膏基自流平砂漿性能測試參照J(rèn)C/T1023—2021《石膏基自流平砂漿》進(jìn)行。1.3試驗(yàn)方案綜合考慮生產(chǎn)、應(yīng)用實(shí)際，確定采用圖1、圖2兩種方式對進(jìn)廠建筑石膏粉進(jìn)行存儲，研究陳化時(shí)間、陳化方式對建筑石膏粉性能的影響。所用石膏粉由散裝運(yùn)輸車直接打入編織袋，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后立即分裝、保存。陳化周期內(nèi)，編織袋未拆口，木桶上面加蓋木板。按照規(guī)定的方法測試不同齡期石膏粉物相組成及物理性能。

圖1

木桶中陳化圖2編織袋中陳化分別采用圖1、圖2中陳化的石膏粉配制底層抹灰石膏砂漿，測試陳化時(shí)間對所制備底層抹灰石膏凝結(jié)時(shí)間的影響。從生產(chǎn)線抽取新生產(chǎn)的輕質(zhì)抹灰石膏砂漿，將其置于實(shí)驗(yàn)室存放，測試陳化時(shí)間對其性能的影響。采用陳化失效石膏粉配制石膏基自流平砂漿性能，測試其對石膏自流平砂漿施工性影響。2、結(jié)果與分析

2.1木桶中陳化的建筑石膏粉物理性能變化規(guī)律由表1可知，置于木桶中陳化的石膏粉陳化48h后AⅢ含量由最初的1.51%減少至0.64%，經(jīng)過7d陳化，石膏粉含有附著水。整個(gè)陳化過程中，物相變化呈現(xiàn)如下規(guī)律：陳化初期（0~48h），AⅢ含量逐漸降低，HH和DH相、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度存在一定的波動。陳化中期（48h~15d），隨著陳化時(shí)間的延長，石膏粉附著水含量逐漸增加，此階段內(nèi)，石膏粉物理性能整體變化不大，趨于穩(wěn)定。陳化后期（15d以后），隨著陳化齡期的延長，石膏粉附著水含量增幅明顯，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大幅降低、凝結(jié)時(shí)間大幅延長，2h強(qiáng)度出現(xiàn)較大幅度的降低。表1陳化齡期對木桶中石膏粉性能的影響

由表2可知，隨著陳化齡期的延長，采用木桶中陳化的石膏粉配制的底層抹灰石膏砂漿凝結(jié)時(shí)間出現(xiàn)較大幅度的增長。對比表1數(shù)據(jù)認(rèn)為，底層抹灰石膏砂漿凝結(jié)時(shí)間增加與石膏粉陳化后凝結(jié)時(shí)間變長有關(guān)。表2木桶中不同陳化齡期石膏粉配制抹灰石膏性能變化2.2編織袋中陳化的建筑石膏粉物理性能變化規(guī)律由表3可知，采用編織袋陳化石膏粉時(shí)，經(jīng)過24h陳化，AⅢ含量減少為0，陳化速率明顯高于置于木桶中陳化的石膏粉。整個(gè)陳化過程中，物相組成及物理性能變化與表1差別不大。對比表1與表2發(fā)現(xiàn)，當(dāng)建筑石膏粉附著水含量達(dá)到0.75%左右時(shí)，兩種陳化方式所需時(shí)間差別較大，即陳化效果差異較大，這主要跟本研究所采用編織袋透氣性好有關(guān)。表3陳化齡期對編織袋中石膏粉性能的影響

由表4可知，隨著陳化齡期的延長，置于編織袋中陳化的石膏粉配制的抹灰石膏砂漿凝結(jié)時(shí)間出現(xiàn)大幅延長。編織袋中陳化15d與木桶中陳化28d的石膏粉所配制的抹灰石膏凝結(jié)時(shí)間相當(dāng)。表4編織袋中不同陳化齡期石膏粉配制抹灰石膏性能變化2.3陳化對輕質(zhì)抹灰石膏砂漿性能影響由表5可知，隨著陳化時(shí)間的延長，輕質(zhì)抹灰石膏凝結(jié)時(shí)間出現(xiàn)大幅增加。此外，陳化15d的輕質(zhì)抹灰石膏，加水量、濕砂漿粘聚性明顯降低。圖3為陳化失效輕質(zhì)抹灰石膏加水?dāng)嚢韬蟪跏紶顟B(tài)，圖4為陳化失效輕質(zhì)抹灰石膏加水?dāng)嚢韬竽Y(jié)硬化狀態(tài)。由圖3可知，粘聚性降低導(dǎo)致輕質(zhì)抹灰石膏砂漿穩(wěn)泡效果降低，出現(xiàn)明顯“發(fā)糟”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響施工性。表5陳化對輕質(zhì)抹灰石膏砂漿凝結(jié)時(shí)間的影響圖3

陳化失效的輕質(zhì)抹灰石膏攪拌后圖4

陳化失效的輕質(zhì)抹灰石膏硬化后2.4陳化對石膏自流平砂漿性能影響采用過度陳化的建筑石膏粉配制石膏基自流平砂漿，加水?dāng)嚢韬?，發(fā)現(xiàn)自流平砂漿出現(xiàn)增稠、流動性變差、泌水現(xiàn)象，如圖5、圖6所示。因此，采用建筑石膏粉制備石膏基自流平砂漿時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制石膏粉和石膏自流平砂漿陳化時(shí)間。圖5

石膏自流平砂漿初始狀態(tài)圖6

石膏自流平砂漿硬化后狀態(tài)結(jié)論

（1）陳化方式對建筑石膏陳化速率影響顯著，陳化時(shí)間過長時(shí)，隨著陳化齡期的延長，石膏粉附著水含量增幅明顯，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大幅降低、凝結(jié)時(shí)間大幅延長，2h強(qiáng)度出現(xiàn)較大幅度的降低，建筑石膏性能明顯降低。（2）適當(dāng)延長建筑石膏的陳化時(shí)間，可增加建筑石膏自身的