免煅烧脱硫石膏在内墙抹灰砂浆中的研究与应用

      脱硫石膏的大量生产和积累，大幅增加企业在获取、运输等方面的成本和负担，并可能通过污染大气和水资源影响人类健康，导致不可再生自然资源的开发和有限的农田被占用。对此，国家采取一系列税收优惠和激励措施，减少需要消化利用工业固体废物的能源。根据“十二五”规划，今后五年脱硫石膏利用率要从56%提高到80%，磷酸盐利用率要从20%提高到40%；同时明确指出，将在5年内开发出免煅烧脱硫石膏技术。

 

1 免煅烧技术与脱硫石膏的综合概述

 

1.1 脱硫石膏概述

 

      脱硫石膏是电厂脱硫的副产品，根据中国电力企业联盟的数据，烟气脱硫装置的产能约为3亿m3。包括石灰石-脱硫石膏工艺90%以上，到第十一个五年计划结束时，中国将拥有3亿人口。据一家300WM的含煤量为1%的硫磺发电厂估计，每年运行5000-6000h，将生产45000-50000t脱硫石膏。届时，我国平均每年生产的脱硫石膏生产量将达5000万-6000万t。如此大量的石膏需要去除和吸收，这并不令人乐观，是需要解决的重要问题。

 

      近几年，脱硫石膏在我国诸多领域的应用空间较为广泛，如用作水泥缓凝剂，按这类产品的附加值并不高，平均每吨利润不超过20元；另一个重要的应用是建筑工程中作为内墙抹灰浆液，或是将其用于制造石膏砖。然而，煅烧过程需要相当大的能耗，有时煅烧石膏的质量（即半水煅烧）并不稳定。

 

1.2 免煅烧技术概述

 

      随着火力发电厂强制脱硫，石膏脱硫得到生产，目前，每年含硫石膏的排放量已达5000万t。目前，仍采用传统的煅烧技术生产半水石膏砖和石膏等建筑材料，很少有人不经过煅烧工艺就将其用作水泥的缓凝剂。这种传统的煅烧工艺存在着前期投资大、能耗高、污染大、成本高、产品质量不稳定、初凝时间难以控制、强度低、耐水性差等缺点。它对扩大使用规模、替代水泥和广泛采用具有重要影响；它还影响石膏的消耗。

 

      约70%的石膏脱硫副产品在堆积之中占据大面积土地，污染土壤、水和大气，人类也在开采自然资源，破坏自然生态，开采低开采、不可再生的自然资源。面对这一困境，这个行业研发以国民回收经济、低碳技术和节能减排政策为核心的新技术。去除传统生产工艺中烧焦环节的脱硫石膏技术，可直接采用脱硫石膏，加入多种添加剂生产建材，减少辅助设备、投资和粉尘污染。这项技术改变人们的传统观念和思维，代表着石膏领域的重大变革和创新，将极大地促进石膏工业的繁荣和发展，为石膏固体废物处理等工业副产品的大量消费做出不可估量的贡献。

 

2 免煅烧脱硫石膏在内墙抹灰砂浆中的应用意义

 

2.1 成本意义

 

      在产品成本方面，应用于灰泥中去除钙化脱硫石膏，包括石灰砂浆，可以大大降低施工成本，考虑到施工效率和每平方米的消耗量，石膏灰泥的总成本小于水泥砂浆。

 

（1）提高效率，缩短施工周期，是传统水泥浆灰泥灰泥技术的1.5-2倍。

 

（2）石膏浆密度为1.1t/m3-1.4t/m3，水泥浆密度为1.8t/m3-1.9t/m3，由于石膏密度小，灰泥厚度小于水泥浆，灰泥比质量大于水泥浆。灰泥石膏：按墙面平整尺寸，灰泥厚度为2mm-20mm，1t灰泥混合物可涂抹72m2-180m2；水泥浆混合物中灰泥厚度为15mm-20mm，1t水泥浆混合物只能用于覆盖45m2-48m2。

 

（3）完成混凝土表面粗加工后，将水泥浆涂抹两次；然而，灰泥石膏不需要混凝土表面粗糙度。一次性灰泥便可有效缩短灰泥期。

 

（4）灰泥石膏具有较大的早期凝固强度。抹灰后可快速过渡至下一工序，有效缩短施工期。

 

（5）灰泥石膏附着力高，去除空滚筒和裂纹，减少复工次数。施工时，地面少灰烬，从而减少材料和劳动力的清洁成本。比水泥浆更适合冬季施工，从而节省冬季施工中的大量保温成本。

 

（6）石膏以轻质灰泥形式轻量化，可有效减轻楼宇负荷，并能适应现时楼宇层数增长的趋势和要求。

 

2.2 性能意义

 

      干燥后，抹灰砂浆表面光滑，无收缩缺陷。不易出现表面收缩、裂纹、空辊、脱落等问题。石膏糊的孔隙率高。如果空气中的湿度过高，它会吸收空气中的水分。当外部环境逐渐干燥时，储存的水分可逐渐蒸发到室内空气中，以降低湿度并调节室内空气湿度。石膏建筑材料的热导率建筑建材150非常小，范围为0.20至0.28w/m K，接近木材的平均热导率，热导率很慢，而低导热系数提供较高的保温效果，是水泥浆保温性能的5倍，具有良好的保温性能。它们是温暖的建筑材料，给人一种舒适的感觉。因此，石膏基溶液具有优良的耐火性能，石膏灰泥具有湿度密度低、凝固时间短和强度发展快的特点，石膏灰泥更有利于大规模机械喷涂，提高施工效率。

 

3 免煅烧脱硫石膏在内墙抹灰砂浆中的应用试验

 

3.1 试验材料

 

      试验使用的脱硫石膏来自上海宝天新型建材有限公司，其主要成分为：1.73%的氧化铝；29.4%的氧化钙；39.3%的三氧化硫；4.37%的二氧化硅；0.85%的氧化铁；0.64%的氧化镁；0.12%的氧化钾。生石灰来自昆山市西南石灰厂，粉状，有效氧化钙含量约为85%。柠檬酸来自国药集团化学试剂有限公司，工业级。

 

3.2 试验方法

 

（1）制备材料时，将含水量为3.5%的石膏及相应的生石灰混合均匀，密封6H。反应后所得物料经0.9mm的方孔粉碎。

 

（2）材料陈旧后，将制备的石膏脱硫材料堆放在4cm材料层中，放入实验室。在温度（20±5）℃、相对湿度（65±10）%下，每天旋转一次。

 

（3）成型、保存和试验参考GB/T 9776-2008“无慢化剂成型用建筑石膏”参考JC/T 517-2004“慢化剂成型用石膏”；参考“灰泥石膏”的实验室服务（JC/T517-2004）；除根据JGJ/T 70-2009建筑砂浆主要性能测试标准进行保水性能测试外，其余性能测试均按JC/T 517-2004“灰泥石膏”进行。

 

3.3 影响分析

 

3.3.1 陈化影响

 

      初步研究发现，在标准稠度和水耗条件下，复合材料的凝固时间并不总是很容易确定的，未对其进行处理时，脱硫石膏的缓凝剂效果并不会特别明显。为了准确测定老化对复合材料固化时间的影响，将水结合率修改为0.5%，并添加0.3%的柠檬酸。随着时间的延长，材料的固化时间逐渐增加，但增长速度先增加，然后降低。对于脱硫石膏材料，有两个化学过程影响老化期间的固化时间：盘状无水石膏转化为半水石膏。前者增加了材料的初始凝固时间，而后者缩短了凝固时间。这两个过程的相互作用影响石膏材料开始固化的时间。

 

      石膏中的结晶水可以被圆盘状无水石膏捕获。一方面，盘状无水石膏具有较高的吸附能力，可以捕获结晶水；另一方面，结晶水和残余石膏的再生比原始石膏更稳定。由于二次石膏的形成和二次石膏干燥（包括残留物和再生），次生石膏的含量不断变化。特别是石膏再生对水化和物理性能的影响非常大，这也会影响复合材料的凝固时间。此外，陈化1天后，复合材料的弯曲压缩强度明显下降，其中弯曲强度下降20%以上，抗压强度下降47%；随着时间的延长，强度基本下降缓慢。

 

      除了上面描述的石膏陈化过程中的两个化学过程外，整个系统中的石灰也会发生变化：

 

（1）其中存在一定分量的残留物，当其与空气相互接触时，内部水分会逐渐消失，待水分完全小时候偶，便会形成石灰。

 

（2）熟石灰吸收空气中的水和二氧化碳进行燃烧。脱硫石膏老化过程中的这些过程不同程度地改变了石膏的力学性能。在本试验中，建议使用脱硫石膏材料制备内墙抹灰砂浆。考虑到材料性能、时间效率等因素，决定采用3D时效处理。

 

3.3.2 用量影响

 

      0.9水胶比时，材料的弯曲强度和抗压强度随生石灰含量的增加而增加；0.5水胶比时，材料强度先增大后减小。水泥配比为0.5时，弯曲强度和抗压强度分别达到最大值4.24MPa和12.34MPa。生石灰消耗量越高，释放的热量越多，石膏干燥的水越多，石膏具有凝胶特性。然而，高反应温度进一步将半水石膏脱水成无水石膏，使其具有收敛性。随着漂灰含量的增加，成品石灰的比例增加。然而，石灰的强度非常低，这不利于系统的强度。结果表明，随着水胶煅烧比的降低，未燃石膏材料的强度明显提高。当材料消耗减少时，凝胶系统具有更紧凑的结构。考虑到综合性能和成本，当生石灰消耗率为脱硫石膏的50%时，便是内墙抹灰砂浆最佳的制备比例。

 

4 免煅烧脱硫石膏在内墙抹灰砂浆中的应用要点

 

4.1 工程概况

 

      K11项目是该国南部和中部地区第一个采用石膏灰泥技术的项目。所选择的石膏是用上述试验生产的灰泥溶液制成的。施工大队有一定的经验和技术保障。根据第三者的估计，内壁灰泥平均覆盖率超过93%，粉末和裂纹为0%。在第一批4/350V、7/350V和10/350V的建筑中，到目前为止还没有发现墙体空滚筒，在维修问题上，空转滚筒的指标和墙体裂纹为0，小业主充分肯定本次采用的技术，高度评价“解决民困”项目，并为石膏在中南部地区的大规模应用奠定基础。

 

4.2 基层处理

 

      彻底清理基层不平整表面，清除墙体泥浆、粉尘，清除墙柱表面油污或防腐。墙面均匀浇灌2-3次，保证砌体吸收深度大于15-20mm，但在抹灰前不得有露水。抹灰前应清洁墙壁或沿地面铺设橡胶板。在施工过程中，地板灰分可及时回收，避免浪费。但凝固或等待凝固的悬浮液不能再使用。

 

4.3 弹线冲筋

 

      根据底座表面的平整度和垂直度，测量后确定灰泥厚度，先确定距离。灰泥应沿墙插入，标准钢筋应放入胶水中，如果垂直控制间距为1-1.2m或楼层高度小于3m，应设置两级标准杆，如果楼层高度大于3m，则应添加标准杆。

 

4.4 涂抹底层

 

      脱硫石膏浆液用于底漆和平整，灰泥石膏与砂子的重量比应严格控制在1：1.3-1：1.5，应使用尺寸为0.2-2.6mm的河沙。溶液含量低于27%。本设施主要材料有KM1空心砖、钢筋混凝土切割墙和汽水混凝土块三种，墙的设计厚度为200mm。如果下层厚度超过8mm，则应进行层压工程。下一层的施工应在一楼溶液初步凝结后进行。在施工过程中，应使用面板填充砂浆，也应使用向导将砂浆从左到右、从下到下清洗在墙上。然后，应使用刮刀按从左到右的顺序向下剃掉多余的砂浆并熨平平板表面，还应填充缺失的部分。在泥浆凝固之前，这个过程可以重复几次，直到墙壁平整，熨斗板被移除并平整。

 

4.5 涂抹面层

 

      石膏层的施工应在基浆凝结后完成。建筑表面厚度一般为1-3mm。金属灰泥或刮刀应在垂直和水平的不同方向上使用两次以上。大约40min后，直到泥浆最终凝固（按手指，可见干燥和刚度的感觉，仍然可以按指纹），之后可以使用工匠和选择不同的灰泥，根据不同的要求进行矫正，如钢灰泥和塑料灰泥。在轧制过程中，当悬浮液固化并出现石膏刺时，刷子浸入水中，刷时压下，或泡沫浸入水中，摩擦时压下。在轧制过程中，应尽可能避免在一个环节重复操作，以避免强度下降和粉末落入表面。

 

4.6 质量管理

 

      内墙灰泥工程的质量标准应符合GB 50210-2001关于建筑和装饰工程施工和验收的规定。用石膏涂抹的灰泥应紧扣基层，不得有滚筒粉末、粉尘、裂纹等缺陷。材料进入现场时，必须有产品合格证书、技术规程和相关试验性能，外观合格。一旦满足相关要求，将对读数进行取样和重复。投产后。加强物资库存管理.铺设物料时应敷设垫片，最好用薄膜覆盖，以免因雨水和湿度而形成团块和变质，以免降低物料的使用效率。墙体表面应平整、光滑、干净，允许偏离施工表面应满足以下要求：表面应平整：标尺和楔形探头平均标高2m允许偏离4mm，顶部标高允许偏离2mm；阴阳垂直角度：在2m线面板和标尺中，允许偏离中间层4mm，高度2mm；垂直标高：2m直线标高和标尺中间标高允许偏差5mm，顶部标高允许偏差2mm；阴阳角垂直度：以2m部分为支承，允许偏离平均4mm，高度2mm；施工过程中，施工面非常平整光滑，施工质量明显低于本标准允许偏差。

 

5 结束语

 

      总而言之，此外，免煅烧石膏脱硫技术已应用于其他工业副产品，石膏、低强度耐水、脱硫，以及其他行业的石膏和天然建筑石膏。钙化技术是石膏家族的新成员，煅烧技术与煅烧技术的共存、互补必将带来石膏行业的繁荣；它将通过对固体废物消费、资源保护、耕地养护、环境保护、低碳经济和循环经济作出宝贵贡献，促进石膏板生产的副产品的发展。

 

来源：中国建筑第五工程局有限公司

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