中国建筑第八工程局有限公司西南分公司 重庆 610041
摘要：近些年，大量化工废石膏的堆存造成了环境污染，有效的再利用石膏成为国内外研究热点。化工废石膏渣的杂质成分比较复杂，并且杂质含量较大，不具有胶凝作用。当化工废石膏的掺量加大，也就是具有胶凝作用的半水硫酸钙有效的成分降低，对工业建筑石膏的应用会产生不利影响。所以可将煅烧后的化工废石膏渣适量地掺入工业建筑石膏中，探索工业废石膏对建筑石膏力学性能的影响。获得制备建筑石膏时，化工废石膏渣的最佳掺量，以实现化工废石膏渣在建筑石膏领域的应用。
关键词：磷石膏；建筑石膏；减水剂；改性
引言
磷石膏是湿法生产磷酸时排放的工业废渣，其主要成分是二水硫酸钙。不同产地、不同工艺、不同批次的磷石膏品质不一，其成分与物理性能极不稳定，导致磷石膏难以被规模资源化利用。建筑石膏是石膏建材使用最为广泛的制品之一，因此开发磷石膏基建筑石膏材料对提升磷石膏资源化利用率具有重要意义。
1试验及试验方法
1.1试验原材料
水泥：PII52.5硅酸盐水泥；矿粉：S105矿粉，需水量比为96%（质量分数），其28d活性指数为107%；硅灰：平均粒径0.15-0.20μm，比表面积为15000-20000m2/kg，需水量比为116%，其28d活性指数为106%；减水剂：聚羧酸系减水剂；缓凝剂：工业级柠檬酸，含量为99%；石膏：市售建筑脱硫石膏，SO3含量为42.2%；乳胶粉（FX）：自制，由醋酸乙烯酯/乙烯共聚可再分散乳胶粉；保塑剂（HM）：自制，主要成分为纤维素醚；塑化剂（KH）：自制，主要成分为淀粉醚；砂：石英砂，粒径为0.15-0.25mm，含泥量小于0.2%；拌和水：洁净自来水。
1.2试验方法
实验方法将磷石膏置于烘箱中，在150℃下恒温脱水5h，然后取出在空气中陈化3d，得磷石膏基建筑石膏，然后添加一定量的减水剂，在45～50℃烘干。实验选取了四种不同类型的减水剂，即木质素磺酸钙（MG）、萘系减水剂（FDN）、三聚氰胺减水剂（SMF）、聚羧酸减水剂（PS），分析和比较不同减水剂的掺量对建筑石膏标准稠度用水量、减水率、凝结时间及力学性能的影响。
1.3表征方法
取出在（40±2）℃下绝干后的石膏试件，先对其进行破碎处理，取试件厚度为3mm左右的较平整薄碎片，然后利用导电胶将其粘于铜质样品底座，进行真空镀金处理，最后置于FEI公司生产的Quanta200型扫描电子显微镜（SEM）中，观察样品微观形貌和颗粒大小。
2结果与讨论
2.1 MG对磷石膏基建筑石膏性能的影响
分别称取木质素磺酸钙（MG）：0wt%、0.05wt%、0.10wt%、0.15wt%、0.20wt%、0.25wt%，置于适量的自来水中搅拌均匀，实验室测试温度为25℃。称取300g磷石膏基建筑石膏进行标准稠度用水量的测定，以此为基准，分别进行凝结时间与建筑石膏试件强度的测试试验，结果与空白组对比。
得到不同掺量下的MG对磷石膏基建筑石膏性能的影响，磷石膏基建筑石膏的标准稠度用水量逐渐降低，当掺量为0.10wt%时，标准稠度用水量降至78%，减水率为6.10%；之后随着MG掺量的增加，建筑石膏的标准稠度用水量不再发生变化，表明当MG掺量为0.10wt%时已达到其饱和减水掺量；随着MG掺量的增加，磷石膏基建筑石膏的凝结时间一直在增加，当MG掺量为0.25wt%时，改性磷石膏基建筑石膏凝结时间延长至初凝40'00″、终凝45'00″，表明MG对磷石膏基建筑石膏的缓凝效果明显；随着MG掺量的增加，磷石膏基建筑石膏不同龄期的强度均在一直下降，说明其不适合作石膏减水剂。
2.2硫酸钙晶须对石膏基复合材料力学性能的影
响为了充分利用固体废弃物，同时根据样品颜色和力学性能的使用要求，确定石膏基复合材料中煅烧化工废石膏的最佳掺量为12%。根据最优的聚羧酸减水剂掺量为1.0%，柠檬酸缓凝剂掺量为0.08%，原料的配合比为m（脱硫建筑石膏）∶m（水泥）∶m（矿渣）∶m（煅烧化工废石膏）=85∶10∶5∶12，水胶比为0.5。因硫酸钙晶须是一种人工合成的具有一定长径比的纤维状单晶体，能够有效的增强增韧石膏基材。硫酸钙晶须掺量梯度设计为1%、3%、5%和7%。掺有硫酸钙晶须的石膏基复合材料的抗折和抗压强度。7d和28d的力学性能整体都呈先增加后减少趋势。这表明硫酸钙晶须的适量掺入能有效提高掺有化工废石膏的石膏基复合材料的力学性能。当晶须的掺量增加到3%时，石膏基复合材料的28d抗折强度为8.2MPa，28d抗压强度为31.5MPa，其值和未掺化工废石膏和硫酸钙晶须试样的力学性能相当。
2.3 SMF对建筑石膏性能的影响
分别称取三聚氰胺减水剂（SMF）：0wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%，置于适量的自来水中搅拌均匀，实验室测试温度为25℃。称取300g磷石膏基建筑石膏进行标准稠度用水量的测定，以此为基准，分别进行凝结时间与建筑石膏试件强度的测试试验，结果与空白组对比。得到不同掺量下的SMF对磷石膏基建筑石膏性能的影响。随着SMF掺量的增加，建筑石膏的标准稠度用水量显著降低，当SMF掺量为0.3wt%时，标准稠度用水量降低至61%，减水率为25.61%，当掺量超过0.3wt%以后标准稠度用水量下降趋势明显减缓，当SMF掺量为0.4wt%时，减水率为28.05%，当SMF掺量为0.5wt%时，减水率为29.27%。数据表明当SMF减水剂掺量为0.3wt%时其减水效果已经接近饱和，继续增加掺量减水效果增加的并不明显；随着SMF掺量的增加，建筑石膏的凝结时间开始无变化，当掺量超过0.3wt%后，凝结时间开始缓慢下降，当SMF掺量达到0.5wt%时，建筑石膏的初凝、终凝时间相比于空白组减少了1'00″，表明SMF在适当掺量下对建筑石膏凝结时间影响较小。
结束语
（1）在掺量为1.0%的聚羧酸减水剂和掺量为0.08%的柠檬酸缓凝剂条件下，石膏基复合材料的抗折强度和抗压强度达到最大值，分别为4.0MPa和13.7MPa。（2）掺入少量的化工废石膏对石膏基复合材料的样品表面颜色影响不大，大量化工废石膏的掺入会影响石膏产品的白度，使样品表面逐渐变成红色，因此限制其工业化的应用。另外，含化工废石膏的石膏基复合材料的强度降低明显。综合评价化工废石膏在石膏基体中的最佳掺量为8%。（3）适量的硫酸钙晶须掺入能有效提高石膏基复合材料的力学性能。当硫酸钙晶须的掺量增加到3%时，复合材料力学性能达到最高，28d抗折强度和压强度分别为8.2MPa和31.5MPa。
参考文献
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