（材料学专业论文）氟石膏在砌筑和抹面工程中的应用研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期：2 里! 里：壁! 弓 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本 学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使 用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 徽) 跚h r 擀眺叩 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 氟石膏是氟化盐厂利用萤石和浓硫酸制取氢氟酸后的副产品。目前中国每 年排放的氟石膏总量达3 0 0 万吨以上，大部分采取堆场堆积、铺路或填埋的方 法处理，既浪费资源和场地，又污染环境。氟石膏作为一种工业废渣，由于凝 结缓慢、强度低、膨胀严重，不能直接作为建筑材料使用，如果能对氟石膏废 渣进行改性处理，将其转变为石膏建筑材料，变废为宝，势必对中国的建材业 发展起到积极的推动作用。 本文通过加入生石灰、激发剂等化学添加剂对氟石膏进行化学改性固氟脱 酸，研究了氟石膏建材产品中拟掺用的各种水硬性材料对产品性能的影响；重 点研究了氟石膏在砌筑砂浆、粉刷石膏中的研究应用，并成功研制了满足标准 的氟石膏基砌筑砂浆和粉刷石膏，具有良好的社会效益和经济效益。主要内容 和研究成果如下： 1 、研究了氟石膏化学成分、微观结构与矿物组成、比重、比表面积等性能； 添加少量廉价的生石灰，中和氟石膏中残留的酸及水溶性氟使其转化为难溶的 氟化钙等物质；掺加一定量的盐类激发剂可以充分激发氟石膏的活性，缩短凝 结时间，提高强度；研究了水硬性材料对氟石膏胶结材料力学性能的影响。 2 、以氟石膏和矿渣为主要原料，辅以添加少量的盐类激发剂，粘结剂等制 成氟石膏砌筑砂浆，主要用于蒸压加气混凝土上，其标准稠度用水量、凝结时 间、抗压强度、粘结强度、抗收缩性以及抗冻性等主要性能指标均能满足 j c 8 9 0 2 0 0 1 的标准要求。此种砂浆完全可以代替传统的水泥砌筑砂浆，应用于 墙材的砌筑工程中。 3 、研究了氟石膏在粉刷石膏中的应用，结果表明：在粉刷石膏中掺加一定 量的水泥可以提高早期强度；当保水剂掺量较少时( o 1 5 ) ，进行抹灰实验 时出现了开裂的情况；掺加促凝剂可以明显缩短凝结时间；氟石膏基粉刷石膏 的掺砂量对性能影响较大，采用1 ：2 的砂率，砂的模数为2 左右时，制备的粉 刷石膏各项性能指标满足标准j c t 5 1 7 2 0 0 4 粉刷石膏要求，且具有良好的 抗冻性、抗收缩性和抗开裂性，适合内墙抹灰。 关键词：氟石膏，化学改性，砌筑砂浆，粉刷石膏，抗开裂性 武汉理工大学硕士学位论文 _ 一，一 a b s t r a c t f l u o r g y p s u mi st h eb y p r o d u c to fh y d r o f u o r i c a c i dp r o d u c t i o np r o c e s sw h i c hi s m er e a c t i o no ff l u o r i t ea n dc o n c e n t r a t e ds u l f u r i ca c i di nt h ef l u o r i d es a l tf a c t o r y a t p r e s e n t ，t h et o t a la n n u a le m i s s i o n so ff l u o r g y p s u me x c e e d s3 0 0 m i l l i o nt o n si nc h i n a , m o s to ff l u o r g y p s u ma r ed i s p o s e db ys t a c k i n gy a r d ，p a v i n g o rl a n d f i l lt h a ti sn o to n l y aw a s t eo fr e s o u r c e sa n ds p a c eb u ta l s oab i gp o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n t a s a n i n d u s t r i a lw a s t e ，d u et os l o wc o n d e n s a t i o n 、l o ws t r e n g t ha n ds e r i o u se x p a n s i o n , f l u o r g y p s u mc a n n o tb ed i r e c t l yu s e da sab u i l d i n gm a t e r i a l i fi tc a l lb em o d i f i e da n d t r a n s f o r m e di n t og y p s u mb u i l d i n gm a t e r i a l s ，t u r n i n gw a s t ei n t ow e a l t h ，i ti sb o u n dt o p l a ya na c t i v er o l ei np r o m o t i n go nc h i n e s eb u i l d i n g m a t e r i a l si n d u s t r y i nt h i sa r t i c l e , b a s e do na d d i n gc h e m i s t r ya d d i t i v e sl i k ec a o 、s t i m u l a t ea g e n t sa n d s oo nt o m a k ef l u o r g y p s u mf l u o r i d er e t e n t i o na n dd e a c i d i f i c a t i o n ，t h ee x p e r i m e n t f o c u s e so nt h ei n f l u e n c e so nt h ep r o d u c tp e r f o r m a n c e so fa l lk i n d so fh y d r a u l i c m a t 甜a l sw h i c hw e r en o td e t e r m i n e dt o u s ei nb u i l d i n gm a t e r i a l sc o n t a i n i n g f l u o r g y p s u m a n dt h e nf o c u s e so nt h eu t i l i z a t i o n so ff l u o r g y p s u mi nm a s o n r ym o r t a r a n dg y p s u mp l a s t e rw h i c hn o to n l yh a v eb e e ns u c c e s s f u l l yd e v e l o p e d b u ta l s oh a v e g o o ds o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t s t h em a i nc o n t e n t sa n dr e s u l t so f r e s e a r c ha r ea s f o i l o w s ： f i r s t ，i ti si n v e s t i g a t e dt h a t t h ep e r f o r m a n c e so fc h e m i c a lc o m p o s i t i o na n d m i c r o s t m c t u r e ，m i n e r a lc o m p o s i t i o n ，p r o p o r t i o na n ds p e c i f i cs u r f a c ea r e a ；a d d i n g a l i t t l ec h e a pc a ot on e u t r a l i z er e s i d u a la c i da n ds o l u b l ef l u o r i n ei nf l u o r g y p s u ma n d m a k ei tt r a n s f o r mt oc a f 2w h i c hi si n s o l u b l e ；a d d i n gc e r t a i nu s a g eo fs a l ts t i m u l a t e a g e n tt of u l l ys t i m u l a t et h ea c t i v i t yo ff l u o r g y p s u mt h a tc a l ls h o r t e nt h es e t t i n gt i m e a n dr a i s et h es t r e n g t h ；a n db ym e a n so fr e s e a r c h i n g t h ei m p a c to fh y d r a u l i cm a t e r i a l s o nt h em e c h a n i c a lp r o p e r t yo ff l u o r g y p s u mb i n d e r s e c o n d ，u s i n gf l u o r g y p s u ma n ds l a ga st h em a i nm a t e r i a l s ，w i t ha s m a l la m o u n to f o t h e ra c t i v a t i n ga g e n ta n db i n d e rs oo n ，f l u o r g y p s u mm o r t a ri sp r e p a r e d ，m a i n l yf o r t h ea u t o c l a v e da e r a t e dc o n c r e t e ，a n di t sw a t e ro fn o r m a lc o n s i s t e n c y 、t h es e t t i n g 武汉理工大学硕士学位论文 t i m e 、c o m p r e s s i v es t r e n g t h 、b o n ds t r e n g t h 、r e s i s t a n c et os h r i n k a g ea n df r o s ta n do t h e r m a i ni n d i c a t o r sc a nm e e tt h es t a n d a r d so fj c 8 9 0 2 0 0 1 s u c hm o r t a lc a nr e p l a c e t r a d i t i o n a lc e m e n tm o r t a r ，a p p l i e dt ot h em a s o n r yw a l lp r o j e c t t h i r d ，i n v e s t i g a t i n gt h ea p p l i c a t i o no ff l u o r g y p s u mi ng y p s u mp l a s t e r i n g t h e r e s u l t ss h o wt h e ：t h ee a r l ys t r e n g t ho fg y p s u mp l a s t e r i n gc a t lb ei m p r o v e dw i t ha c e r t a i na m o u n to fc e m e n t ；g y p s u mp l a s t e r i n gm a yb ec r a c k e dw h e nt h es t a b i l i z e r c o n t e n t sa l ef e w e r ( 郢15 ) ；a d d i n gc o a g u l a n tc a ns i g n i f i c a n t l ys h o r t e nt h es e t t i n g t i m e ；t h es a n dc o n t e n th a sg r e a t e ri m p a c to nt h ep e r f o r m a n c eo ff l u o r g y p s u m p l a s t e r i n g w h e ns a n dr a t i oi s 1 ：2a n ds a n dm o d u l u si sa b o u t2 ，a l lt h ep e r f o r m a n c e i n d i c a t o r so fg y p s u mp l a s t e r i n gc a nm e e tt h es t a n d a r d so fj c t 517 2 0 0 4 ”g y p s u m p l a s t e r i n g , a n di th a sg o o df r o s tr e s i s t a n c e 、r e s i s t a n c et os h r i n k a g ea n dc r a c k i n g ，a n d s u i t sf o ri n t e r i o rw a l lp l a s t e r i n g k e yw o r d s ：f l u o r g y p s u m ，c h e m i c a lm o d i f i e d ，m o r t a r ，g y p s u mp l a s t e r i n g ，c r a c k i n g r e s i s t a n c e i i 武汉理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t 第1 章绪论 1 1 1 氟石膏概述1 1 2 氟石膏资源的应用现状2 1 2 1 在水泥工业方面的应用2 1 2 2 在建筑材料工业中的应用3 1 2 3 生产高强石膏粉5 1 2 4 利用氟石膏制硫酸钾和硫酸铝6 1 3 砌筑砂浆的定义、分类以及存在的问题7 1 3 1 定义及分类7 1 3 2 存在的问题7 1 4 粉刷石膏的概述及性能特点9 1 4 1 定义及分类9 1 4 2 粉刷石膏的性能特点9 1 5 粉刷石膏在工程应用中的效果及经济效益1 1 1 5 1 在工程应用中的效果1 l 1 ：5 2 经济效益1 2 1 6 论文研究的目的和意义1 2 1 7 拟采取的研究方法、技术路线l3 第2 章实验原材料、设备及实验主要研究方法1 4 2 1 原材料1 4 2 1 1 氟石膏1 4 2 1 2 矿渣15 2 1 3 粉煤灰15 2 1 4 其它主要添加剂15 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 实验仪器设备1 6 2 3 主要实验方法1 6 2 3 1 氟石膏的预处理1 6 2 3 2 粉磨制度16 2 3 3 氟石膏中水溶性氟及p h 值的测定。1 7 2 3 4 试块制备。17 2 3 5 养护制度1 7 2 3 6 水化率的测定17 2 3 7 扫描电镜图像观察1 8 2 3 8x - r a y 定性分析水化产物18 第3 章氟石膏基砌筑砂浆的研究应用1 9 3 1 氟石膏的化学改性1 9 3 1 1 氟石膏活性激发与改性机理1 9 3 1 2 氟石膏固氟脱酸2 0 3 1 3 激发剂对氟石膏的活性激发2 1 3 1 4 改性剂的加入方式对氟石膏胶凝材料性能的影响2 7 3 2 水硬性材料对氟石膏基砌筑砂浆性能的影响2 8 3 3 矿渣掺量对改性氟石膏胶结材料的影响2 9 3 3 1 矿渣掺量对强度和耐水性的影响2 9 3 3 2 硬化体结构及耐水机理分析31 3 4 粘结剂对改性氟石膏胶结材料的影响。3 2 3 5 氟石膏基砌筑砂浆性能的研究3 4 3 5 1 标准稠度需水量和凝结时间的测定3 4 3 5 2 抗折强度与抗压强度的测定3 4 3 5 3 粘结强度的测定3 4 3 5 4 抗冻性的测定3 5 3 5 5 保水率的测定3 6 3 5 6 收缩性能的测定3 6 3 6 结论3 7 第4 章氟石膏基粉刷石膏的研究应用3 9 武汉理工大学硕士学位论文 4 1 粉刷石膏掺和料以及外加剂掺量的确定3 9 4 1 1 水泥掺量的确定3 9 4 1 2 保水剂掺量的确定4 1 4 1 3 促凝剂掺量的确定4 3 4 2 粉刷石膏的配方及影响因素4 4 4 2 1 粉刷石膏的配方4 4 4 2 2 粉刷石膏的影响因素4 5 4 3 氟石膏基粉刷石膏性能的研究4 8 4 3 1 粉刷石膏性能检测4 8 4 3 2 粉刷石膏的耐水性、抗冻性以及体积稳定性研究4 9 4 4 粉刷石膏抗开裂性研究5 3 4 4 1 保水剂对开裂性的影响5 3 4 4 2 洒水次数对开裂性的影响5 4 4 4 3 洒水量对开裂的影响：5 5 4 5 小结5 5 第5 章结论。5 6 致谢5 8 参考文献5 9 附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文6 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 氟石膏概述 第1 章绪论 氟石膏是氢氟酸在生产过程，由硫酸和萤石反应产出的以含硫酸钙为主的 废渣，主要来自氟化物生产厂家，包括无机氟化物和有机氟化物生产厂以及其 他氢氟酸生产厂。我国目前无水氢氟酸产量约7 0 万吨，每年排放的氟石膏近 3 0 0 万吨，每生产1t 氢氟酸约产氟石膏量3 6t 左右【1 1 。 氟石膏从反应炉中排出时，物料温度很高，一般为1 8 0 , - - - 2 3 0 。c ，燃气温度 则高达8 0 0 以上，因此排出的氟石膏主要为无水硫酸钙，属于i i 型c a s 0 4 。 刚出窑时氟石膏中残留少量的萤石、氢氟酸与硫酸，在堆放过程中会对环境造 成很大污染，目前我国一般采取两种处理办法：第一种是石灰中和法，加水将 刚出炉的氟石膏制成浆，然后掺加一定量的石灰中和至中性排放。加入的石灰 一方面可以中和氟石膏中残留的硫酸，进一步生成硫酸钙；另一方面在加石灰 时，只带入少量的m g o ，采用这种处理方法，氟石膏的纯度较高，可达8 0 以 上。 第二种方法是铝土矿中和法，即加入铝土矿中和剩余的硫酸和氢氟酸反应 生成硫酸铝和氟化铝，使其略呈酸性，再加石灰中和至p h = 7 ，然后排出堆放。 由于铝土矿中含有4 0 左右的s i 0 2 及其它杂质，使得最后排出的氟石膏品位下 降至7 0 左右，这种石膏称为铝土一氟石膏【2 】。 由于氟石膏自身存在一些缺陷，比如难溶于水、水化进行缓慢、凝结硬化 能力差、早期强度很低等，一直以来得不到很好的重视和应用【3 训。目前，除部 分氟石膏被用作水泥的调凝剂，大部分氟石膏在进行稍加中和处理后就作为一 种固体废弃物堆存，不仅占用了大量土地面积，还直接污染土壤和地下水环境， 给人类的生活带来了极大的危害。为此对氟石膏开展综合利用势在必行，早在 上世纪五六十年代，我国有关单位就开展了对氟石膏开发利用的工作，并取得 了一定的成就。在研究过程中发现，氟石膏经过适当处理，在适宜的外加剂激 发作用下，就能提高其溶解度，加快其水化速度，缩短凝结时间，充分激发其 活性，从而改善其性能【5 卅。对氟石膏废渣进行改性处理，将其转变为建筑材料 等加以综合利用，不仅可以实现变废为宝，保护环境，而且还能节约能源和资 武汉理工大学硕士学位论文 源，符合国家可持续发展战略的政策。 1 2 氟石膏资源的应用现状 氟石膏作为资源在工业生产中的综合利用问题，在西方发达国家已经应用 了很长时间，废石膏几乎被全部应用，作为天然石膏的替代品，这样做既节省 资源又保护环境。而我国在氟石膏的综合利用方面也正在逐渐深入。目前，我 国对氟石膏的应用主要在以下几个方面： 1 2 1 在水泥工业方面的应用 1 2 1 1 作水泥的缓凝剂 在现代水泥工业生产中，一般用天然二水石膏作为水泥的缓凝剂。氟石膏 主相为i i 型无水石膏，虽然有水化能力，但溶解水化速度非常缓慢，应用尚未 普及。为了加快无水石膏向二水石膏的转化，从而满足作水泥缓凝剂的需要， 对新排出的氟石膏进行改性处理是非常必要的。 杨新亚( 7 】通过选取采用添加廉价的碱性钙质材料和无机盐类激发剂的办 法，获得了性能优良的改性氟石膏产品。添加碱性钙质材料的作用是中和氟石 膏中的酸及水溶性氟并使其转化为难溶的氟化钙物质。添加无机盐类激发剂可 充分激发氟石膏活性，加速无水石膏向二水石膏的转化，改变了氟石膏中的物 相组成，解决了无水石膏溶解慢对水泥的影响。 改性后的氟石膏能否代替天然石膏用作水泥缓凝剂，应将改性氟石膏按照 定的比例掺加到水泥中，按国家相关标准检测其各项性能指标，如能符合国 家标准即可替代天然石膏应用于水泥中。杨新亚通过实验得到，改性氟石膏完 全可以代替天然二水石膏用作水泥缓凝剂。不但使得水泥强度有所增长，而且 氟石膏掺量低于天然二水石膏，大大节约了水泥生产成本。 朱晓莉i8 】等也研究了氟石膏代替天然石膏作水泥缓凝剂的试验，实验将放 置一段时间后的氟石膏与天然硬石膏、天然二水石膏分别用作水泥缓凝剂使用。 结果发现：当氟石膏掺量与天然硬石膏掺量相同时，终凝时间远远长于天然石 膏，虽其强度优于天然石膏，但不利于施工，故氟石膏掺量应小于天然石膏掺 量，从而缩短凝结时间。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 1 2 作水泥的矿化剂 矿化剂是一种能加速结晶化合物的形成、使水泥生料易烧的外加物。其主 要作用是：促进固相反应，加速熟料形成，降低液相粘度和液相生成温度，降 低游离氧化钙含量，所以一般也有助熔作用【9 。m 】。常见的矿化剂有氟型( f 型) 、 硫型( s 型) ，以及氟型( f 型) 、硫型( s 型) 复合矿化剂。 在水泥生产中为了降低烧成温度，减少熟料中碱的挥发，避免造成生产故 障和对环境的污染，我国普遍推广应用复合矿化剂技术。张长森【1 1 】等利用氟石 膏中残留的3 8 未反应的萤石，用作水泥熟料烧成的矿化剂，取得了很好 的效果。水泥中含碱量为：0 5 o 6 n a 2 0 和o 5 2 k 2 0 ，在煅烧前掺加 氟石膏0 5 - - 1 。烧成过程中可以使碱保持在烧结块中，从而不影响水泥的 性能。同其他石膏相比，氟石膏有着其显著的优势。 康怀云【1 2 】等用含氟石膏和不含氟石膏的两种生料在2 8m x l 0m 的立窑中 进行烧成试验。由于氟石膏中残留少量的萤石，它有氟硫复合矿化剂的化学组 成，在水泥熟料烧成过程中可以起到复合矿化剂的作用。实验结果表明：含氟 石膏的生料降低煤耗明显，同时还可以提高了熟料的强度。但是使用氟石膏作 复合矿化剂，氟石膏中挥发出的氟化氢和二氧化硫等气体不仅会腐蚀熟料，还 会加快窑衬的损毁，因此，利用氟石膏做矿化剂生产性试验不适合在带预热发 电的干法回转窑中进行，仅适合在立窑中进行。 1 2 2 在建筑材料工业中的应用 1 2 2 1 生产建筑用砌块和地板砖 1 9 5 9 年，辽宁抚顺铝厂就用氟石膏制作中型建筑砌块【1 3 】，建造厂房，经过 数十年使用仍然完好。其砌块的配比为：氟石膏7 0 ，炉渣3 0 。 1 9 9 2 年湖南湘铝厂的氟石膏被湘潭矿业学院利用进行了生产加气砌块的应 用研刭1 4 】。实验结果表明，该产品生产工艺简单，产品性能优良，成本低廉， 具有较好的经济效益。该砌块的生产配方为：a 半水石膏1 0 ，b 半水石膏6 0 ， 粉煤灰1 0 ，生石灰1 5 ，增强纤维、复合缓凝剂以及其他原料共计5 。其 中0 【半水石膏是由氟石膏在1 2 5 、0 1 3 1 7m p a 的表压下脱水制成，6 半水石 膏是由氟石膏在1 3 5 常压下脱水制成。 杨新亚【l5 】进行了以氟石膏为原料生产石膏砌块的研究。氟石膏是武汉长江 3 武汉理工大学硕士学位论文 化工厂的外排废渣，实验从c a o 、硫酸盐类、明矾石、矿渣、水泥、氯盐等物 质中筛选出两种复合激发剂j f l 和j f 2 来激发氟石膏活性。石膏砌块的生产工艺 为：将氟石膏、粉煤灰过4 0 目筛，掺加生石灰、1 3 型半水石膏、j l - d i l 剂等干混 均匀，然后用建筑石膏标稠测定方法测定标准稠度需水量，浇注成型，脱模后 自然养护至各龄期测其强度。其中具体物料配比为：氟石膏4 5 5 0 ，粉煤灰 0 - 2 0 ，生石灰3 5 ，1 3 型半水石膏2 5 - 4 0 ，j f l0 2 加5 ，j f 2 0 2 加5 。采用这种方法生产的石膏砌块2 8d 抗压强度高达1 3 8m p a ，远远 高于标准i s o d p 7 5 4 9 中规定密度为8 0 0 1 2 0 0k g m 3 的砌块抗压强度大于5m p a 的标准。 张文恒1 1 6 1 等在氟石膏中掺加一定比例的石灰和一定量的锅炉煤渣，在无机 盐类激发剂氯化钠的激发作用下，制成了氟石膏砖和氟石膏彩砖，通过实 验测得其各项性能指标完全能满足相关国家建材标准。在实验过程中还发现， 无机盐类激发剂对氟石膏激发作用明显，二水石膏转化率提高2 0 以上。随着 氟石膏水化不断的进行，砖体密实度得到加强，抗压强度等性能指标大大改善， 实验测得抗压强度较以前提高了1 0m p a 左右，效果明显。 1 2 2 2 生产石膏灰泥 石膏灰泥作为一种建筑材料，广泛应用于墙体及顶棚抹灰、自流地坪和砌 筑灰浆等方面，还可以进一步深加工为轻型保温材料和墙体材料。为了探索氟 石膏的加工工艺和优良的性能，李靖波【l 。7 】等人参照国内j t n 用氟石膏制取石膏 灰泥的成功经验，进行了试验研究。通过不断地试验和综合分析，从而确定了 石膏灰泥的生产加工工艺流程如图1 - 1 ： 图1 1 石膏灰泥的工艺流程 f i g 1 - 1t e c h n o l o g yp r o c e s so fg y p s u mp i a s t e r 李靖波等通过试验得出结论，利用氟石膏废渣制取石膏灰泥实现大规模生 产的方法是可行的。生产规模的大小可根据氟石膏的处理量确定，原料氟石膏 必须通过排渣工艺获得，用生石灰中和残余硫酸以及氢氟酸，氟石膏的烘干温 4 武汉理工大学硕士学位论文 度不能过低，同时保证出口料温高于1 6 0 。 1 2 2 3 生产建筑抹面材料 抹面用粉刷石膏应用非常普遍，如美国、日本、法国、英国、西班牙、德 国等都使用粉刷石膏作内墙抹面材料。粉刷石膏作为一种新型建筑抹灰材料， 具有粘结力强、施工方便、生产能耗小等优点，比较适合于墙体改革后的加气 混凝土砌块内墙抹灰。 近年来，我国也非常重视对粉刷石膏的开发利用，1 9 8 0 年长沙市城建科研 所和长沙市建委科技情报站联合研究成功用氟石膏作建筑物室内抹面材料【1 4 1 。 其生产工艺简单，主要为：先将二水型氟石膏在1 6 0 温度下脱水变成半水石 膏，然后于4 0 0 5 0 0 煅烧。初凝时间为1 5h ，终凝时间达到了8h 。1 9 9 0 年山东省建筑科学研究院【l8 】对利用氟石膏作为内墙粉刷材料进行了研究，成功 研制了f 型粉刷石膏，并在1 9 9 5 年通过部级鉴定。该院先以无机盐作催化改性 剂，将活性低、凝结硬化慢、强度低的氟石膏转变为活性高、凝结硬化时间和 强度均能满足施工要求的胶凝材料，然后将经过激活改性预处理的氟石膏与适 量保水剂、塑化剂等外加剂混合磨细，制得f 型粉刷石膏，实验测得其各项性 能指标均能满足标准要求。 同时，山东省建筑科学研究院还研究了在氟石膏中掺加质量分数4 0 - - 5 0 生石灰，研制的粉刷石膏仍可满足行业标准对粉刷石膏优等品的强度要求，成 本却大大降低，经济效益显著。在粉刷石膏底层抹灰中，也可采用生石灰作混 合材料配制氟石膏抹灰砂浆。对于抹灰强度要求不高的基层抹灰，使用掺塑化 剂的砂浆，可取得更好的效益。实验还表明，掺加1 0 也o 的膨胀珍珠岩作骨 料时，粉刷石膏的抗折强度、抗压强度和表观密度均较好。 目前市售的粉刷石膏主要由建筑石膏生产制得，普遍存在成本高、强度低、 性能不稳定、容易出现开裂、空鼓等缺点。利用氟石膏废渣制备的粉刷石膏成 本低于天然石膏和建筑石膏，性能优良，不仅有利于提高经济效益，而且促进 了固体废弃物利用，保护了环境，符合国家提倡的再生资源和循环利用的政策 要求，具有广阔的市场前景【1 9 】。 1 2 3 生产高强石膏粉 氟石膏废渣一般凝结缓慢，没有活性或者很低，早期强度较低，没有大的 5 武汉理工大学硕士学位论文 使用价值。李正梨2 0 】等人通过不断的实验研制出了一种较理想的添加剂配方， 使之与氟石膏按照一定的比例混合，经过烘干、球磨，制得高强石膏粉。产品 的各项性能指标：含水率 2 ；经0 0 8m i l l 方孔筛，累计筛余翌o ；初凝时间大 于1h ，终凝时间小于8h ；抗折强度高于2 5m p a ，抗压强度高于1 2m p a ，产 品性能优良。 实验过程中所用的添加剂由多种有机物和无机物组成。作用可以归纳为以 下四点：( 1 ) 调节凝结时间，使之能适合施工操作；( 2 ) 调节氟石膏的p h 值， 使其液相值为1 0 1 2 ；( 3 ) 激发活性，增加溶解度，使水化硬化加速，充分发 挥其强度；( 4 ) 在整个水化过程中，生成部分水硬性胶凝材料，如水化硫铝酸 钙、水化硅酸钙等物质，不仅增加了产品的强度，同时还提高了耐水性。 1 2 4 利用氟石膏制硫酸钾和硫酸铝 目前，利用石膏法生产硫酸钾、硫酸铝工艺一直是国内外研究的重点，随 着环境污染程度的增加，人们环保的意识越来越强，开始考虑资源化利用问题。 近些年利用氟石膏生产硫酸钾的工艺研究，取得了很大的进展1 2 。在适当的操 作条件下，利用氟石膏可制得硫酸钾和副产含钾的氯化铵肥料，其具体工艺流 程见图1 - 2 。 。 此外，传统的氢氟酸生产工艺排放的氟石膏废渣中含有的硫酸高达1 6 左 右，利用氟石膏废渣中游离酸与粘土矿( 主要成分是高岭土) 制成浆体，可成 功生产出符合国家行业标准的硫酸铝1 2 2 。 氟 碳 氯化钾 图1 2 氟石膏制取硫酸钾工艺流程 f i g 1 2t e c h n o l o g yp r o c e s so fm a k i n gk 2 9 0 4f r o mf l u o r g y p s u m 6 口 口口 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 砌筑砂浆的定义、分类以及存在的问题 1 3 1 定义及分类 砌筑砂浆是由胶凝材料、细骨料与水按照适当比例配制而成，用于砌筑砖、 石以及各种砌体的砂浆。其中胶凝材料主要是水泥或者石灰，水泥强度等级的 选择与混凝土相同。石灰膏和熟石灰不仅是作为胶凝材料使用，更重要的是提 高砂浆的保水性。细骨料主要是天然砂，所配制的砂浆称为普通砂浆。 现代工程中常用的砌筑砂浆主要有三类：水泥砂浆、石灰砂浆、水泥石灰 混合砂浆。水泥砂浆比较适用于潮湿环境以及水中的砌体工程；石灰砂浆应用 范围不广，仅限用于强度要求低、干燥环境中的砌体工程；水泥石灰混合砂浆 不仅和易性和粘接性好，而且还可配制成各种强度等级的砌筑砂浆，除对耐水 性有较高要求的砌体外，可广泛用于各种砌体工程中。 1 3 2 存在的问题 砌筑砂浆主要作用是砌筑墙体、基础、烟囱以及地下构筑物等建筑，在砌 体结构中粘结块体材料和传递荷载。随着各种砌体结构的飞速发展，砌筑砂浆 在组成材料和施工工艺等方面进步明显，但与此同时也带来了一些问题，比如 部分工程技术人员掌握砌筑砂浆的知识不够、施工现场管理不严等等，这些问 题的存在严重影响了砌体结构的正常使用和砌体工程质量，目前砌筑砂浆主要 存在以下问题： ( 1 ) 砌筑砂浆和易性较差，容易沉底结块 施工建设单位或者现场工程人员，没有根据砌筑砂浆的强度等级，盲目选 择水泥的标号和等级，导致强度等级低的砂浆砂子用量多，水泥用量少，由于 砂子间的存在较大摩擦力，砂浆和易性变差，砌筑时非常不容易挤浆，同时砂 浆容易产生表面泌水和沉淀现象【2 3 1 。当水泥标号过高，没有按照施工配比计量 物料，搅拌时间过短，不均匀，砂浆存放时间过长这些都会导致砂浆沉底结块。 ( 2 ) 施工过程中水泥砂浆和混合砂浆互相替代 在砌体结构施工过程中，经常会出现用强度等级相同的水泥砂浆代替混合 砂浆的现象。人们错误地认为水泥砂浆试件的强度高于混合砂浆试件的强度， 用水泥砂浆砌筑的砌体强度也会高于用混合砂浆砌筑的砌体强度。比如用m 5 0 7 武汉理工大学硕士学位论文 水泥砂浆代替m 5 0 混合砂浆，虽然并不影响砂浆强度等级，但却降低了整个 砌体强度。因为对于相同等级的砂浆，水泥砂浆砌体抗压强度和抗剪切强度设 计值均小于混合砂浆。如果随意进行砂浆品种替换，很可能导致砌体抗压强度 和抗剪切强度不能满足设计的要求。如果在施工过程中必须要用一种砂浆代替 另一种，须要对替代后的砌体结构强度进行重新核算，以满足砌体承载力要求， 并做必要的说明，避免留下工程事故隐剧2 4 1 。 ( 3 ) 砂浆强度稳定性较差 一般情况下，施工现场以体积法估算使用砂浆，没有根据施工配合比进行 计量，忽略了砂子体积随含水率的变化而变化，导致砌筑砂浆所用砂子用量高 于( 或低于) 配合比规定的要求。此外，砌筑砂浆中外掺料或微沫剂的掺量以 及施工方法都会影响砂浆强度。查阅有关文献资料，如果塑化材料掺量超过规 定用量的1 倍时，砂浆强度约下降4 0 左右。更应该强调是微沫剂的掺量，一 般来说为水泥用量的0 0 0 5 - , 0 0 1 ，掺量很少，施工现场的计量条件很难满足 要求，掺量不是多，就是少，导致砂浆强度有变化。另外，施工现场砂浆搅拌 不均匀，人工拌和翻拌次数不够，机械搅拌加料顺序颠倒，使塑化材料未散开， 都会造成砂浆强度不稳定。 ( 4 ) 砂浆强度在评定过程中存在的问题 砌体灰缝中砂浆的强度一般用砂浆立方体抗压强度来标定，但由于很多原 因导致砌体灰缝中砂浆强度与立方体试件的抗压强度值存在着一定的差异【2 3 1 。 比如普通粘土烧结砖吸水面不同，试件一般是单面，而灰缝是双面；试件和灰 缝在厚度上差异很大；底模材料和含水率都会不一样，对于试件材料只有一种， 而灰缝可以因砌块不同而有多种。试件底模含水率要求小于2 ，而砌块的含水 率可以高达1 0 以上。砂浆灰缝强度检测方法有很多，包括贯入法、筒压法和 回弹法等。每种方法都有自己的优点和缺陷，一般来说，筒压法相比其他两种 直观，但是当砂浆强度很低时，筒压法很难鉴别。贯入法与回弹法条件很苛刻， 不仅要建立适合本地区使用的测强曲线，而且还与砂浆的表面硬度相关，由于 立方体试件和灰缝存在较多差异，当灰缝中砂浆硬度与立方体试件硬度相同时， 还得进一步研究探讨砌体灰缝中砂浆的强度能否满足设计要求。 8 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 粉刷石膏的概述及性能特点 1 4 1 定义及分类 粉刷石膏是一种新型建筑材料，建筑中常用的混合相粉刷石膏是指在粉刷 石膏配料中主要以p 型半水石膏和无水石膏两相并存。它主要用于内墙各种墙 面的抹灰粉刷，按功能分为保温层( w ) 、底层( d ) 、面层( m ) 三种。 在国外粉刷石膏的研究应用相当普遍，不管是在经济发达的欧洲还是相对 落后的非洲都有着广泛的应用。德国7 0 以上的抹灰材料都使用粉刷石膏；英 国粉刷石膏占到石膏总产量的5 5 以上；俄罗斯早在上世纪五六十年代就开始 使用粉刷石膏作为内墙抹灰材料；香港、东南亚一带的建筑物的内墙抹灰也较 多采用粉刷石膏；埃及、巴基斯坦都有年产1 0 3 0 万吨的建筑石膏灰粉厂，生 产大量的粉刷石膏。中国在经过“六五”、“七五 科技攻关研究后，成功引进 了粉刷石膏生产线，全国各地很多省市区也相继进行开发研制。宁夏、江苏、 湖北、四川、山西等地均已建厂生产粉刷石膏，并在北京、湖北、广东、内蒙、 宁夏、河北等省市的多项工程中应用。粉刷石膏材料性能和施工方面的诸多优 点已逐步为人们所认知1 2 弱。 1 4 2 粉刷石膏的性能特点 粉刷石膏是以石膏为主要原料，辅以能优化抹灰性能的掺和材料以及一些 化学外加剂等配制而成的。在加水搅拌后，粉刷石膏水化生成二水石膏晶体。 随着水化的进行，二水石膏晶体逐渐增多，并交错排列形成网络结构，水化继 续进行，水化产物不断增加，晶体也逐渐长大变粗，网络结构得到密实，强度 得到增长。但是掺加的水要多于石膏水化所需的水，这部分水不能参加水化反 应而残留于网络结构之中，主要通过表面蒸发和墙体吸收等两种方式排除。网 络结构中多余的自由水迁移后，在粉刷石膏中留下的空间，必然会形成丰富而 细微的孔隙，从而使粉刷石膏硬化体成为一种特殊的多孔质结构。这种独特化 学成份及多孔质结构便赋予了粉刷石膏的诸多优良的特性【2 引。 ( 1 ) 粘结力强 实验证明粉刷石膏几乎能与各种墙体基材有较好的粘结作用，并不受厚度 限制( 抹灰层不会出现空鼓、开裂现象) ，抹灰时不需要喷刷任何界面剂，在加 9 武汉理工大学硕士学位论文 气混凝土墙体上应用效果更佳。由于粉刷石膏具有微膨胀性能，能有效地抑制 抹灰中的收缩开裂现象。 ( 2 ) 生产能耗低 粉刷石膏与传统的抹灰材料生产能耗对比见表1 - 1 ： 表1 - 1 常用墙体抹灰胶凝材料生产能耗对比 t a b l el 1c o m p a r eo fe n e r g yc o n s u m p t i o no fp r o d u c t i o no fw a l l p l a s t e rc e m e n t i n gm a t e r i a l ( 3 ) 具有装饰作用 用粉刷石膏抹灰的墙面致密光滑，强度较高而不收缩、不起