茹晓红;林海燕;王玉江
【摘 要】研究了不同碱度的氢氧化钙(CH)溶液和氢氧化钠(NH)溶液对脱硫建筑石膏凝结时间、2 h强度的影响,并通过水化温升、XRD和SEM技术探索了其影响机理.结果表明:在拌合水pH值为7.6～12.0内,随着碱度的提高,脱硫建筑石膏的初凝、终凝时间都明显缩短;在pH值为9.0左右时,2种水化环境中脱硫建筑石膏的抗折、抗压强度性能都最佳;碱性环境还改变了二水石膏的结晶相变热、结晶化程度、结晶形态和密实程度.%Effects of Ca(OH)2(CH) and NaOH(NH) solutions with different alkalinities on the performances of setting time, 2 h strength of the flue gas desulfurization calcined gypsum(FGD) were studied,then the mechanisms were investigated by hydration temperature rises,XRD,and SEM tests. The results show that:the FGD initial setting times and final setting times are all obviously shortened by the increasing alkalinities of the mixing water,which pH values change from 7.6 to 12.0,the optimization alkalinity is around pH=9.0 for FGD strength properties in the two solution environments,last the analysis results indicate that the phase transformation h eats,crystallization degrees,crystal morphologies and densifications of FGD hydration products are all changed by the increased alkalinities.
【期刊名称】《新型建筑材料》
【年(卷),期】2017(044)008
【总页数】4页(P14-17)
【关键词】碱度;脱硫建筑石膏;凝结时间;强度
【作 者】茹晓红;林海燕;王玉江上海有哪些好玩的地方和景点
【作者单位】洛阳理工学院 材料科学与工程学院,河南 洛阳 471023;洛阳理工学院 材料科学与工程学院,河南 洛阳 471023;洛阳理工学院 材料科学与工程学院,河南 洛阳 471023
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ177.3
脱硫石膏是燃煤热电厂烟气脱硫的副产物，主要成分为二水硫酸钙，同时还含有少量的杂质成分。据统计，2015年我国脱硫石膏的产量达7000多万，主要用于制备水泥缓凝剂、建筑石膏、砌块、纸面石膏板等，其中用脱硫石膏制备建筑石膏及其制品是我国脱硫石膏综合利用的一个重要方向之一。在抹灰石膏、纸面石膏、发泡石膏等建筑石膏制品的生产过程中，为了改善产品的工作性能和使用性能，通常都要加入硅酸盐水泥、石灰、缓凝剂、减水剂、防水剂等碱性组分[1-2]，为了探求碱性环境下脱硫建筑石膏的胶凝性能及其作用机理，本文着重研究不同碱性的氢氧化钙（CH）和氢氧化钠（NH）溶液环境下脱硫建筑石膏的水化硬化性能，并结合XRD、SEM等微观测试技术分析其作用机理。
1.1 原材料
脱硫建筑石膏来自洛阳孟津拜尔石膏板有限公司，通过XRD分析确定其主要物相为半水硫酸钙（77.9%），同时还含有少量杂质白云石[CaMg（CO3）2]，标准稠度需水量为74%；氧化钙、氢氧化钠，均为市售分析纯。
1.2 试验方法
将一定量的分析纯氧化钙和氢氧化钠分别溶解于去离子水中，用pHS-25酸度计及pH试纸测试溶液的pH值，并分别配制出pH值为7.6～12.0的溶液作为脱硫建筑石膏的拌合水。按照GB/T 9776—2008《建筑石膏》进行凝结时间、2 h强度测试，其中水膏比都按照脱硫建筑石膏的标准稠度用水量74%确定。水化温升的测试方法是将在不同碱度环境中配制的石膏浆体倒入配瓶塞的广口保温瓶中，瓶塞打孔并插入水银温度计，温度计底端直接插入石膏浆体，连续记录不同碱度环境中脱硫建筑石膏浆体的温度随水化时间的变化。
微观测试方法：取抗压强度实验破坏后的试块中间部分，置于足量无水乙醇中终止水化，放入55℃烘箱中干燥后，部分用扫描电镜SEM（Zeiss Sigma HD型热场发射扫描电子显微镜，德国蔡司公司）观察形貌；部分用玛瑙研钵研细进行XRD（D8 FOCUS型X-ray衍射仪）物相组分鉴定。
2.1 pH值对凝结时间的影响
今天最新新闻表1为不同碱度的CH和NH溶液对脱硫建筑石膏凝结时间的影响。
北京郊区自驾游由表1可以看出：随着拌合水的pH值由7.6上升到12.0，脱硫建筑石膏在CH和NH环境中的
初凝时间从7.1 min分别缩短至4.3 min和3.7 min，且在pH值为9.0～11.0的CH环境中，初凝时间基本稳定在5 min左右，在pH值为7.6～12.0的NH环境中，脱硫建筑石膏的初凝时间基本呈线性缩短趋势；随着拌合水的pH值由7.6上升到12.0，脱硫建筑石膏在CH和NH环境中的终凝时间从11.1 min分别缩短至7.0 min和8.5 min，且在pH值为8.2～10.0的CH环境中，终凝时间基本稳定在9.0～10.0 min，而在pH值为7.0～12.0的NH环境中，脱硫建筑石膏的终凝时间持续缩短，但在同等碱度下NH对脱硫建筑石膏终凝的加速作用都较CH弱。总体而言，拌合水pH值的提高对脱硫建筑石膏的初凝、终凝都有明显的促进作用。
香格里拉景区2.2 pH值对强度的影响（见表2）
表2为不同碱度的CH和NH溶液对脱硫建筑石膏2 h强度性能的影响。
由表2可以看出：随着拌合水的pH值由7.6增至12.0，脱硫建筑石膏在CH和NH环境中的抗折强度都呈先增大再减小的趋势，且都在pH值为9.0时达到最大，分别比初始提高了29.2%和79.1%，但在同等碱度下NH对脱硫建筑石膏抗折强度的提高作用都较CH强；随着拌合水的pH值由7.6上升到12.0，脱硫建筑石膏在CH环境中的抗压强度呈现先增大后减小的趋势，且在pH值为9.0～11.0时，强度基本稳定；而在pH值大于9.0的NH环境中，脱硫建筑
石膏的抗压强度呈缓慢减小的趋势。因此，CH对脱硫建筑石膏的抗折和抗压强度都起提高作用；NH对脱硫建筑石膏抗折强度具有增强作用，且随碱度提高对抗压强度起微弱降低作用；在拌合水pH值为9.0左右时，2种水化环境中脱硫建筑石膏的抗折、抗压强度都最佳。
2.3 pH值对浆体水化温升的影响
半水石膏水化硬化过程伴随着水化放热和体系温度升高现象的发生，因而通过测试不同碱度CH和NH环境中浆体温度变化可以反映出碱的种类和浓度对二水石膏形成的影响。碱性环境下脱硫建筑石膏浆体的水化温升测试结果见图1。
由图1可见，脱硫建筑石膏与水接触后，温升曲线上出现了2个明显的放热阶段，分别对应石膏浆体中二水石膏凝聚结构和网状结构的形成[3]：在第1个阶段，pH值=9.0的CH溶液环境中对应的浆体温度明显较其它体系高；在第2阶段，碱性环境下脱硫建筑石膏的水化温升峰值（临界温度）均比其在pH值为7.6的中性环境明显升高，且在pH值=9.0的CH溶液中，脱硫建筑石膏的峰值温度最高为45.5℃，比pH值= 7.6中性环境下峰值温度39.0℃升高了16.7%，而在pH值= 9.0、12.0的NH溶液以及pH值=12.0的CH溶液中脱硫建筑石膏的水化峰值温度相差不大，都约为43.0℃。可见2种碱度环境均增大了二水石膏的结晶相变热，且
pH值=9.0的CH溶液环境对二水石膏的凝聚结构形成和网状结构发展影响最为显著。
2.4 XRD和SEM分析
脱硫建筑石膏在不同碱度的CH和NH环境中2 h水化产物的XRD图谱见图2。
砀怎么读由图2可知，脱硫石膏在CH和NH环境中水化产物的主要晶相都为二水硫酸钙，但在不同的水化环境下，各衍射峰相对强度不同、晶面间距d值也有偏差，说明其结晶化程度和晶体形态存在差异[4]；与脱硫建筑石膏在空白样pH值=7.6去离子水中的水化产物相比，在pH值=9.0的CH环境中水化产物各晶面衍射峰强度稍有增强，而pH值=12的CH环境中水化产物和pH值=12.0的NH环境中水化产物各晶面衍射强度都明显增强，且后者的变化更明显。这说明碱性环境增强了二水石膏的结晶化程度，且NH的影响较CH的影响更为显著。
脱硫建筑石膏在不同碱度CH和NH环境中2 h水化产物的SEM分析见图3。
由图3可知，各产物的形态基本都呈棒柱状或块粒状；空白样的水化产物中各晶体发育均齐，堆积比较密实；pH值= 9.0的CH环境中水化产物中明显出现了长度变长的长柱状晶体和长度变短的短棒状晶体；当CH环境中增大碱度至pH值=12.0时，水化产物则出现了更多
相互堆积的板状或片状晶体及较长的柱状晶体；而在pH值=12.0的NH环境中，脱硫石膏的水化产物则呈现出层片状、颗粒状及短棒状相互堆积。由此可以推断，碱度环境改变了脱硫建筑石膏水化产物的晶体形貌，碱度越大二水石膏晶体中颗粒状小晶体越多，钙离子使二水石膏晶体向增长增宽的方向发展，而钠离子则有使二水石膏晶体向短的层片状发展的趋势。
脱硫建筑石膏水化后形成二水石膏且二水石膏结晶体互相交叉连生而形成网络结构是石膏浆体硬化并具有强度的基础，且硬化浆体的强度由二水石膏结晶体的数量、大小、单个接触点的强度及单位体积内接触点的多少决[4]。一般认为，针状二水石膏晶体和相关的能产生有效交叉搭接的晶体对高强石膏，尤其是高抗折强度的石膏非常重要，而紧密搭接的短柱状晶体则对高抗压强度有利，晶体越细小，晶体之间的搭接密实，单位体积的结晶接触点越多，强度就会越高[5]；另一方面，掺入杂质离子后会引起二水石膏晶格变形，削弱接触点的强度[6]。因此，石膏硬化体强度是其结晶化程度、晶体形态和结合面状态综合作用的结果，适度的结晶体数量和大小可以使浆体中既不致产生破坏结构的内应力，又有足够数量的结晶体使结构密实，接触面积增大[7]。由此可以认为，碱度环境中脱硫建筑的抗折强度普遍提高，且NH的影响大于CH的影响主要是由于二水石膏的结晶化程度提高引起；
而CH提高石膏硬化体的抗压强度则是由于硬化体产生了较多能有效交叉搭接的晶体形态，且晶体的结晶化程度提高，从而提高了结合面的密实程度。在pH值=9.0左右时，强度性能最佳则是由于水化初期形成的二水石膏晶芽与反应过程中生成新的二水石膏晶芽形成了颗粒级配效应，使晶粒之间的排列更加有序[8]。但是当CH溶液的pH值大于11.0及掺入NH后，石膏硬化体抗压强度下降则可能是由于杂质离子浓度提高，引起晶格变形并产生了破坏结构的内应力从而削弱了接触点的强度。
