改性烟气脱硫建筑石膏复合墙材的研制及性能研究

发布时间：2020-02-04 05:28

【摘要】：随着国家节能减排政策的日益严格,副产品脱硫石膏产量正在逐年增长,其处置和利用问题成为焦点。将脱硫石膏煅烧成脱硫建筑石膏制成墙体材料是国内消耗这些副产石膏的重要方式之一,但脱硫建筑石膏墙材存在力学性能和耐水性较差的缺点,成为制约其发展的最主要因素。本文将对脱硫建筑石膏进行改性处理,力求得到强度较高,耐水性较好的石膏制品,并测试石膏砌块的放湿性能,实现石膏复合墙材的利用。以脱硫建筑石膏为主要凝胶材料,保证用量不低于75%。首先通过单掺和复掺无机改性材料水泥、粉煤灰、矿渣、普通硅粉研究它们对脱硫建筑石膏性能的影响,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和热分析仪探讨了引起性能变化的机理,确定了无机改性脱硫建筑石膏的最佳配比。为了进一步提高脱硫建筑石膏制品的耐水性,在无机改性脱硫建筑石膏的最佳配比的基础上,添加有机硅类防水剂,研究了防水剂掺量对脱硫石膏复合体系性能的影响,并讨论了原因,通过接触角测试和浸水试验对比了添加有机硅防水剂后的效果。为了进一步提高脱硫建筑石膏制品的抗折强度和表观密度,在无机改性脱硫建筑石膏的最佳配比基础上,添加玻璃纤维和高粱秸秆,研究了增强纤维长径比、掺量和表面处理方式对脱硫建筑石膏复合体系性能的影响,并利用扫描电子显微镜测试结果分析了产生性能变化的原因。最后,将改性的和未改性的脱硫建筑石膏制成砌块,作为填充墙安装在木质框架中做成一个封闭房间,在此房间内测试两种砌块的放湿性能。实验结果表明:单掺无机改性材料能够提高脱硫建筑石膏部分性能,但对抗折强度的提高效果不明显,就耐水性而言,只有水泥的掺加使体系的软化系数达到标准规定的0.6。复掺无机改性材料和复合激发剂的正交试验表明,复掺脱硫建筑石膏、水泥、矿渣、普通硅粉和复合激发剂为82∶5∶6.4∶5∶1.6时,可得到力学性能和耐水性能均较好的试块,其绝干抗折强度为6.70MPa,绝干抗压强度为25.45MPa,抗折软化系数达到0.683,抗压软化系数达到0.635,较纯石膏分别提高70.8%和98.4%。X射线衍射仪测试结果表明,复掺体系生成了C-S-H凝胶相和AFt晶体相,而扫描电子显微镜测试结果显示复掺体系水化产物除以短棒状的二水石膏外,还生成较多絮状的C-S-H凝胶及针状的AFt晶体,这是复合激发剂激发体系中矿渣和普通硅粉活性的结果。热重分析-差热分析法证实了复掺体系中的C-S-H凝胶相和AFt晶体相会在87°~120°之间失去部分结晶水,产生吸热和失重。C-S-H凝胶相和AFt晶体相的存在是复掺体系水化硬化体结构致密、强度和耐水性好的内在原因。有机硅类防水剂掺加到改性脱硫建筑石膏复掺体系中,在0.8%掺量时试块的性能出现拐点,抗折及抗压强度达到最低,而抗折及抗压软化系数达到最高,分别为0.813和0.848,较未掺加前分别提高19.0%和33.5%,吸水率降低到4%以下,耐水性能得到显著改善。此类防水剂的引气作用是造成拐点的原因。加入不同掺量的有机硅防水剂后,试块的接触角从纯脱硫石膏的0°增加到复合体系的36.29°,浸水实验发现试样几乎不被水侵入,说明聚硅氧烷类憎水剂有效的改变了石膏复合体系毛细孔性质,阻塞石膏复合体系内的微裂纹,使表面张力降低,耐水性提高。将长度为20mm的玻璃纤维依次进行煮沸、乳酸和偶联剂处理后,以0.8%的掺量掺加到无机改性脱硫建筑石膏复合体系中,绝干抗折强度达到9.23MPa,较未掺加玻璃纤维的复合体系提高了37.8%,这得益于玻璃纤维表面粗糙度的增加使纤维与基体的结合力增强。将依次经过NaOH溶液、碱性蛋白酶处理的高粱秸秆以3%掺量掺加到无机改性脱硫建筑石膏复合体系中,绝干抗折强度为8.01MPa,较未掺加高粱秸秆纤维的复合体系提高了19.6%;表观密度下降到1100kg/m3。强碱腐蚀秸秆表面增加粗糙度,去除果酸和脂肪酸;碱性蛋白酶去除重蛋白成分使纤维骨架显现。未改性的和改性的脱硫建筑石膏砌块作为密闭房间的填充墙,经过40小时的空气除湿处理后,放湿性能差异为:未改性的纯脱硫建筑石膏砌块内部湿度由除湿前的59.48%下降到43.95%,下降幅度为26.11%,平均放湿速率为每小时0.38%,而无机材料改性脱硫建筑石膏复合砌块的内部湿度由初始的59.48%下降到50.92%,下降幅度为14.4%,平均放湿速率为每小时0.21%。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU599

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