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河北工业大学硕士学位论文现浇脱硫石膏墙体材料研究与应用摘要为了拓宽脱硫石膏的应用范围，本文将脱硫石膏用于现浇墙体材料。脱硫石膏用于现浇墙体材料时，存在拌合物凝结时间与流动性、硬化体抗冻性和与水 泥基材料相容性等技术问题，针对上述问题展开试验研究，为脱硫石膏墙体现浇施工提供 技术支持；并通过工程实例将脱硫石膏墙体材料研究成果应用到现浇施工，以掌握脱硫石 膏现浇施工技术，使之得到推广和发展。为解决脱硫石膏凝结硬化快、流动度经时损失大的缺点，采用化学缓凝剂、减水剂和 矿物掺合料技术延长石膏拌合物的凝结时间，减少石膏浆体的流动度损失。通过冻融循环 试验，测试了脱硫石膏的抗冻性。比较了各因素对脱硫石膏力学性能的影响。采用有机高 分子耐腐蚀胶黏剂和聚合物改性砂浆2种方案，确保脱硫石膏与水泥基材料长期共同工作,一方面，在实验室制作特殊试件定量研究界面剂和聚合物砂浆应用时，石膏与水泥基材料 的粘结性能；另一方面，通过大面积长期粘结情况观察试验，考察界面剂和聚合物砂浆应 用时，石膏与水泥基材料的粘结可靠性。在现场进行了脱硫石膏现浇墙体施工，以掌握脱 硫石膏现浇施工技术。研究结果显示：磷酸盐类缓凝剂可以有效延长脱硫石膏拌合物的缓凝时间，满足墙体现浇施工操作对 石膏凝结时间的要求。掺加聚竣酸减水剂时石膏浆体流动度经时损失较小，依次为高、低 浓型蔡系减水剂，掺加少量矿粉对石膏拌合物的流动性保持有一定的效果，而粉煤灰对流 动性影响不大；三种减水剂作用时，石膏流动性均可保持40min以上，能够满足墙体现浇 施工对石膏流动性的要求。经过35次冻融循环作用，脱硫石膏抗折和抗压强度的最大损失率分别为25.2%和 25.4%o脱硫石膏掺加适量缓凝剂(0.28%)和减水剂(0.8%),试块抗压强度最小值为 7.62MPa,大于5MPa,能够用于框架结构填充外墙和内墙。界面剂和聚合物砂浆的应用下，4个月龄期内，脱硫石膏与水泥基材料的粘结强度持 续增长；经过1年时间的长期观察，脱硫石膏与水泥基材料大面积薄层粘结良好。通过现浇施工掌握了脱硫石膏现浇施工技术。关键词：脱硫石膏，胶凝性能，抗冻性，相容性，界面剂，聚合物，现浇施工技术现浇脱硫石膏墙体材料研究与应用RESEARCH AND APPLICATION OF THECAST-IN-SITU CONSTRUCTION OF FLUE GAS DESULFURIZATION GYPSUM AS A WALLMATERIALABSTRACTIn order to broaden the scope of application of flue gas desulfurization gypsum(FGD),this paper will use gypsum as in-situ wall materials.When FGD are used as in-situ wall materials,there are some questions to be solve,such as setting time and mobility of gypsum slurry,frost resistance of hardened gypsum,and compatibility between FGD and cement-based materials.In view of of the above questions,series of tests are deployed to handle the cast-in-place technology of FGD,and to apply the cast-in-place technology of FGD through engineering example in the future.To solve the shortcomings of gypsum,such as the fast solidifying and large fluidity loss,retarder,water reducer and mineral admixtures are used to extend the setting time of gypsum mixture and reduce the loss of fluidity of gypsum slurry.Frost resistance of FGD is tested under freeze-thaw cycles.Two kinds of programs are used to ensure FGD and cement-based materials work together.As program one,corrosion-resistant organic polymer adhesive is used as a buffer layer to barrier the direct contact between FGD and cement-based materials,and to avoid possible chemical reactions at the interface between the two materials.As program two,polymer-modified cement mortar(PCM)is used to improve acid resistance of cement-based materials.According to the above two programs,on one hand,one special specimen is produced in the laboratory to quantitatively research the interface bonding properties between FGD and cement-based materials as PCM and interfacial agent are applied.On the other hand,through the observation of long-term bond of large-scale experiment,the bond reliability between FGD and cement-based materials is studied as PCM and interfacial agent are applied.In-situ construction of FGD wall is conducted in the field to master the cast-in-situ technology of FGD.The results showed that:Phosphate retarder can effectively extend the setting time of gypsum mixture.High concentration of naphthalene-type superplasticizer have the best effect on increasing paste initial fluidity,the polycarboxylic series of water reducer and low concentration of naphthalene-type superplasticizer take the second place.A small amount of slag is helpful to improve the initial ii河北工业大学硕士学位论文flow rate of gypsum mixture.But the fly ash has little effect on fluidity of gypsum mixture.The polycarboxylic series of water reducer has a better inhibitory effect on fluidity loss of gypsum paste,they are in sequence of high and low concentration of naphthalene-type superplasticizer.Under 35 freeze-thaw cycles,the most loss rate of the flexural strength and compressive strength are 25.2%and 25.4%.When PCM and interfacial agent are applied,the bonding strength between FGD and cement-based materials continues to grow during three months period.After one year of long-term observation,the bond of large thin areas are good between FGD and cement-based materials.Cast-in-situ technology of FGD is mastered through In-situ construction.KEY WORDS:FGD,cementing performance,frost resistance,compatibility,interfacial agent,polymer,cast-in-place constructionin现浇脱硫石膏墙体材料研究与应用目录第一章绪论.11-1研究背景与问题的提出.11-2脱硫石膏特性、综合应用现状及存在问题.21-2-1脱硫石膏的产生与特性.21-2-2脱硫石膏综合应用现状.21-2-2-1脱硫石膏综合利用途径.21-2-2-2脱硫石膏应用局限性.31-2-3脱硫石膏墙体材料现浇施工存在问题.4 1-3研究目的和内容.41-3-1研究目的.41-3-2研究内容.4第二章 研究方案、试验方法与材料特性.62-1研究方案.62-2试验方法和仪器设备.72-2-1凝结时间与流动性.72-2-1-1凝结时间.72-2-1-2流动性.72-2-2抗冻性.82-2-3相容性问题方面.82-2-3-1粘结强度.82-2-3-2抗裂性能.92-2-4常规性能测试.10 2-3材料特性.11 2-4 小结.12第三章 脱硫石膏拌合物凝结时间与流动性.13 3-1伏半水石膏水化硬化机理概述.133-2脱硫石膏拌合物凝结时间.143-2-1外加剂对脱硫石膏浆体凝结时间的影响.143-2-1-1 缓凝剂.143-2-1-2 减水剂.14 3-3脱硫石膏拌合物流动性.153-3-1外加剂对脱硫石膏拌合物流动性的影响.153-3-1-1初始流动度.163-3-1-2流动度经时损失.163-3-2矿物掺合料对脱硫石膏拌合物流动性的影响.17 3-4 小结.18IV河北工业大学硕士学位论文第四章脱硫石膏抗冻性与力学性能.19 4-1脱硫石膏抗冻性.194-1-1冻融循环试验方案.194-1-2试验结果.194-1-3石膏冻融破坏机理.204-2脱硫石膏力学性能.204-2-1缓凝剂对脱硫石膏力学性能的影响.204-2-1-1抗折强度.214-2-1-2抗压强度.214-2-1-3 压折比.214-2-2减水剂对脱硫石膏力学性能的影响.224-2-2-1抗折强度.224-2-2-2抗压强度.234-2-2-3 压折比.234-2-3矿物掺合料对脱硫石膏力学性能的影响.244-2-3-1矿物掺合料对脱硫石膏抗折强度的影响.244-2-3-2水膏比不同时矿粉对建筑石膏抗折强度的影响.254-3 小结.26第五章 脱硫石膏与水泥基材料相容性问题.275-1脱硫石膏-砂浆大面积粘结可靠性.275-1-1试验方案.275-1-2试验结果与分析.28 5-2脱硫石膏-砂浆试件粘结性能.295-2-1聚合物应用时脱硫石膏-砂浆粘结性能.305-2-1-1粘结强度.305-2-1-2长期粘结性能.315-2-1-3机理分析.325-2-2界面剂应用时脱硫石膏-砂浆粘结性能.33 5-3聚合物改性砂浆抗裂性与力学性能.335-3-1聚合物改性机理概述.335-3-2抗裂性试验.345-3-2-1正交方案设计.345-3-2-2试验结果与分析.355-3-3力学性能试验.365-3-3-1试验方案.365-3-3-2抗折强度.375-3-3-3抗压强度.385-3-3-4 刚度.395-4 小结.40第六章脱硫石膏现浇施工技术应用.426-1应用方案.42 6-2现场施工过程.43v现浇脱硫石膏墙体材料研究与应用6-2-1现场准备过程.436-2-2现场拌合浇注过程.446-3 小结.46第七章结论与展望.477-1 结论.47 7-2 展望.48参考文献.49致谢.52攻读学位期间所取得的相关科研成果.53VI河北工业大学硕士学位论文第一章绪论 1-1研究背景与问题的提出21世纪以来，全球气温变暖，环境问题日益突出，人类的长远生存受到威胁。因此，世界各国制 定了更为严格的节能减排政策，倡导“可持续发展”、“低碳经济”。如今，我国的S02排放量己居世界首位，其中燃煤S02排放量占S02排放总量的90%以上。我国 政府对SO2排放造成的污染问题十分重视，已相继出台了一系列的SO2污染物排放法规、标准。2000 年9月1日，我国开始实施新修订的中华人民共和国大气污染防治法，该法对不同装置的二氧化硫 的排放提出了原则要求。2002年1月，国家经济贸易委员会、科学技术部联合发布了“燃煤二氧化硫 排放污染防治技术政策”，n月，国务院批复了国家环保总局等编制的两控区酸雨和二氧化硫污染防 治“十五”计划。随着经济的发展，我国对SO2污染物排放的标准越来越严格。2011年初，国家环境保护部发布了 火电厂大气污染物排放标准（二次征求意见稿），新标准将于2011年内颁布，2012年1月1日起开 始执行。该标准与2009年发布的一次征求意见稿相比，其中的脱硫规定，从完成时间要求和减排力度 上都明显的提高了。届时，新标准引发的烟气脱硫石膏废渣处理问题将更加严峻，由此引起一些新的问题企待解决，如 烟气脱硫石膏产量日益增加，而消耗量远小于生产数量，如得不到及时解决，长时间大面积堆集土地，不仅造成每年巨额的维护费用，还可能引起土壤污染和水源污染，有将气体污染转为地面固体废渣污染 的潜在危险。因此，加快拓展脱硫石膏应用途径，使之资源化利用是一项当务之急。我国天然石膏分布极不均匀，在丰富分布地区，天然石膏广泛应用于生产各种石膏制品，取得了良 好的经济效益，而电厂等经过脱硫工艺制得的石膏废渣长时间得不到利用，大量堆积，造成土地和环境 污染。在天然石膏分布贫乏区，天然石膏一般由分布富集区运输过来，路途遥远，从而增加了石膏的成 本，由于脱硫石膏生产技术不成熟，应用时经常出现问题，也造成了脱硫石膏的堆放污染问题。脱硫石 膏本身具有保温性能，是很好的绿色轻质保温材料，相对于其他工业废渣来说有良好的保温性能和较好 的价格优势，因此，开发脱硫石膏有着显著的社会和经济效益。一段时期以来，脱硫石膏在土木工程中应用主要以石膏板、石膏砌块、水泥缓凝剂等方面为主。本 项研究尝试将脱硫石膏用作现浇填充墙材料，拓展脱硫石膏的利用途径，实现废物利用的同时，充分发 挥石膏保温性能好、自重轻等优点，真正实现工业废渣资源化利用，使脱硫石膏成为继粉煤灰之后又一“变废为宝”材料”。然而，脱硫石膏应用于现浇墙体材料时，存在施工性能和长期性能问题，对其资源化利用起了不利 影响。例如，脱硫石膏浆体凝结硬化快，初凝时间vlOmin,很难实现工程现浇施工；脱硫石膏硬化体 吸湿性大，软化系数小（0.20.3之间），石膏墙体遇水后强度变化大，经常处于不稳定状态；而且石膏 用作墙体材料时无可避免与水泥混凝土结构接触，因石膏呈弱酸性，水泥混凝土为碱性，二者长期接触 可能发生反应，引起粘结性能下降，或者可能导致混凝土耐久性问题。对此迄今尚未见研究报导。本课题针对上述问题，结合河北省自然科学基金资助项目（E2010000083）,采用外加剂技术和有 机高分子材料分别解决脱硫石膏凝结时间过快与流动度经时损失大的问题、耐久性及与水泥基材料的相 容性问题，为脱硫石膏用作现浇墙体材料奠定基础，真正实现工业废渣资源化利用。现浇墙体材料最可 能应用在框架结构中，作为填充墙，而框架结构形成的网格尺寸太大，在实验室不利于实现对其施工，可以利用混凝土网格式框架代替框架结构，同时在网格中填充现浇脱硫石膏墙体材料，以掌握脱硫石膏1现浇脱硫石膏墙体材料研究与应用现浇施工技术。并将试验研究成果应用到唐山建华科研大楼工程项目中，实现对脱硫石膏墙体材料现浇 施工技术的推广与发展。唐山建华科研大楼采用钢筋混凝土内筒、密柱多横梁组成的网格式框架外筒,并通过脱硫石膏为永久模壳的井字空心大板楼盖两两相连，形成抗侧刚度大、延性好的“筒中筒”结构 体系。塔楼地上22层（H=79.5m）,周边平面25.2X33.4m。1-2脱硫石膏特性、综合应用现状及存在问题近几年来，我国火力发电厂层出不穷，分布广泛，1个火力发电厂脱硫石膏废渣年产量可达30万 立方米，仅唐山地区的火力发电厂就达到23家之多，由此可见，全国地区脱硫石膏废渣年产量数量惊 人。而脱硫石膏废渣的综合利用率低，长期大量堆积土壤，造成环境、经济等诸多问题，形式十分严峻,迫切需要扩大其资源化利用途径。1-2-1脱硫石膏的产生与特性烟气脱硫石膏是利用火力冶炼厂、发电厂及各种化工厂等排放的大量SO2废气，经石灰石（石灰）-石膏湿法脱硫工艺所得到的工业副产物。在吸收塔内，烟气中SO2和喷入的石灰石浆液CaCO3经过脱 硫、氧化、分离和脱水4个步骤生成脱硫石膏2刀。化学方应式为：SO2+H2OH+HSO3(1.1)CaCO3+2H+Ca2+H2O+CO2 t(1.2)hso3+i/2o2-h+so42-(1.3)Ca2+SO42+2H2OCaSO4-2H2O(1.4)总化学方程式为：CaCO3+SO2+l/2 O2+2H2O-CaSOQHzO+COz t(1.5)烟气脱硫石膏呈较细颗粒状，平均粒径约30-60Mm,颗粒呈短柱状，径长比在1.525之间。主要 成分为占90%以上的二水硫酸钙（CaSO4-2H2O）,游离水一般在10%15%之间，脱硫石膏中还包含有 机碳、亚硫酸钙、碳酸钙、飞灰及由钠、钾、镁的硫酸盐或氯化物组成的可溶性盐等杂质山。脱硫石膏外观通常呈灰白色或灰黄色，化学成分与天然石膏相差不大，品质也相当，二者经过燧烧 后得到的熟石膏粉和石膏制品在物理性能和凝结特性上无显著的差别。与天然石膏相比，脱硫石膏具有 杂质含量少、纯度高、粒度小、成分稳定、含有Mg2+、Cl Na F等水溶性离子成分等特点。表1.1 为二者的化学分析。表1.1脱硫石膏与天然二水石膏的化学分析Table 1.1 Chemical analysis of gypsum and natural gypsum名称化学成分/%SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOSO3烧失量结晶水脱硫石膏4.452.860.631.460.8837.421.8716.02天然二水石膏3.491.040.311.4315.537.323.715.5脱硫石膏中天然放射性核素符合GB 6566-2001建筑材料放射性核素限量标准的要求，不含对 人体有害的环芳香烷和二恶英物质，可安全生产各种建筑制品山。1-2-2脱硫石膏综合应用现状1-2-2-1脱硫石膏综合利用途径一段时期以来，脱硫石膏工业应用途径主要有以下几个方面2力：1、在建筑行业方面2河北工业大学硕士学位论文脱硫石膏经不同加热条件，脱去3/240,可制得两种半水石膏：a-半水石膏和供半水石膏（图1-1）14O以隹半水石膏为原料可生产石膏砌块、装饰石膏天花板、石膏纸质纤维板、石膏木质纤维板、粉 刷石膏、石膏砂浆、纸面石膏板、嵌缝石膏、填充石膏等。石膏砌块具有良好的保温隔热和防火性能,又具有质量轻的优点，可取代粘土砖，少毁耕地，国内应用广泛，但由于自身多孔结构，导致石膏砌块 强度低、防水性能差等缺陷，极大的阻碍了石膏砌块的发展；石膏板因其优良的隔音、隔热和防火性能,被大量用于天花板及墙壁等方面，尤其是纸面石膏板，火灾发生时，石膏内部的结晶水能很好的抑制对 高温燃烧；粉刷石膏可以和基底牢固粘结，不出现起壳、开裂问题。以a-半水石膏可制得高强石膏，比一般建筑石膏强度高57倍，广泛用于陶瓷模型、石膏地板、铸造、精密铸造、建筑艺术和医用石膏等。图1.1二水石膏转变过程示意图4 Fig.1.1 Schematic diagram of transformation of gypsum*2、在水泥工业方面在水泥工业中，脱硫石膏用作水泥缓凝剂时，可以正常调节水泥的凝结时间，使水泥性能正常发挥,水泥的凝结时间、安定性和强度等指标均符合国家有关标准。脱硫石膏应用在水泥行业有以下优点：（1）纯度（CaSCU-240）高、品质高、杂质少，二水硫酸钙 的含量可调节；（2）脱硫石膏的微观结构使其需水少、孔洞少，对其在力学性能有优势，且脱硫石膏中 含氯离子等腐蚀性杂质少，从而对钢筋混凝土的强度和耐久性的提高有宜。对于矿粉水泥、粉煤灰水泥和复合水泥，脱硫石膏既是缓凝剂，又是混合材水化时的硫酸盐激发剂。相关研究表明口”掺加脱硫石膏的胶凝材料，在28 d龄期时的抗折与抗压强度比不掺的分别提高36.4%和19.0%。同时，脱硫石膏的激发作用随龄期的增长逐渐增强，可较大地提高粉煤灰胶凝材料的技术性 能，降低产品的生产成本。3、在农业方面利用脱硫石膏生产硫酸饺肥料，作为土壤改良剂。脱硫石膏呈酸性，能明显降低土壤的pH值，石 膏中的Ca2+能置换土壤中的Na+,从而实现改良碱土的作用。烟气脱硫石膏中含有丰富的Ca、S、Si 等植物必需或有益的矿物质营养素，其中的钙化合物有利于植物的生长，Ca2+能加速盐碱土中Na+的释 放，并对土壤起中和调节作用。4、其他方面脱硫石膏还可以作为路基、矿井等的回填材料。将脱硫石膏、火电厂废弃物和尾砂按一定比例混合 后，替代水泥，可得到胶结材料，降低水泥的水化热和填充体的绝热温升，推迟水化热峰值出现的时间,从而防止温度裂缝的产生，提高胶结料的强度。1-2-2-2脱硫石膏应用局限性从目前烟气脱硫石膏的综合利用情况来看，脱硫石膏的资源化利用率还比较低，利用的途径也十分 有限，存在许多局限性因素限制了脱硫石膏的应用和发展口,。1、缺乏脱硫石膏的相关标准。目前，我国没有统一的烟气脱硫石膏的标准体系，脱硫石膏排放企 业根据各自企业的工艺特点和生产需要，制定自己的控制标准,从而造成了脱硫石膏制品质量参差不齐。2、缺乏脱硫石膏利用的关键技术。近年来，随着环保要求的不断提高，我国脱硫石膏资源化利用 有了较大的发展。但目前的脱硫石膏生产技术落后，缺乏资源化利用的关键技术，许多都沿用了天然石 3现浇脱硫石膏墙体材料研究与应用膏的技术设备和生产工艺，缺乏对脱硫石膏及其制品应用技术的系统研究，造成脱硫石膏制品质量不稳 定，在脱硫石膏应用后经常出现质量问题。所以，脱硫石膏及其制品只能部分取代天然石膏。3、环境保护和资源化利用意识淡薄。开展科技创新，大力宣传脱硫石膏的绿色环保性能，制定鼓 励烟气脱硫石膏应用的政策，是推动脱硫石膏有效合理利用的必要措施，将对脱硫石膏的资源化利用有 着重大的意义。4、我国天然石膏资源丰富，一定程度上阻碍了脱硫石膏的综合利用。1-2-3脱硫石膏墙体材料现浇施工存在问题上述局限性对脱硫石膏废渣的利用和发展起到了不利的影响，脱硫废渣依然大量堆集土地，造成诸 多环境、经济和技术等问题，亟待解决，需要因地制宜地对其开发研究并资源化利用。本试验尝试将脱硫石膏墙体材料用于工程现浇施工，代替当前以石膏砌块砌筑墙体的方式，拓展石 膏资源化利用的途径，改变脱硫石膏工业化发展方式。然而，脱硫石膏现浇于墙体时，存在一些技术问 题需要进行研究解决。1、脱硫石膏拌合物凝结时间过快脱硫石膏浆体初凝时间10min,浆体初凝后，随之终凝。如此短的凝结时间很难进行施工操作，更不可能用于现浇施工了。2、耐久性北方地区气温寒冷，石膏长期在严寒气候作用下，可能受到冻融循环作用，石膏材料耐久性是一大 技术难题。3、与水泥基材料的相容性问题石膏呈弱酸性，水泥基材料呈碱性，二者界面处由于酸碱性相反，长期接触可能发生化学反应，导 致水泥基材料中性化和受侵蚀，粉刷层出现开裂、空鼓甚至脱落现象，引起粘结不牢固等问题。3研究目的和内容1-3-1研究目的本试验针对现浇脱硫石膏墙体材料进行研究，解决脱硫石膏凝结硬化快、抗冻性和与水泥混凝土相 容性等问题，使脱硫石膏与水泥基材料共同工作，为脱硫石膏用作现浇墙体材料奠定基础。另外，在施工现场制作混凝土网格式框架，采用不同浇注方式在框架网格中浇注脱硫石膏浆体，以 掌握脱硫石膏现浇施工技术，为脱硫石膏产业化用于钢结构、框架、框剪、筒中筒等结构的现浇非承重 墙体和保温填充材料做一些技术性的研究工作，充分实现本课题的意义和价值。1-3-2研究内容烟气脱硫石膏经高温脱水后制得建筑石膏，主要成分为B-半水石膏，用于建筑行业中，是良好的 绿色保温材料，可以实现脱硫废渣循环再利用。为了将脱硫石膏用于现浇填充墙材料，同时解决存在的技术问题，以实现研究目的，通过系列试验,拟在以下几个方面进行研究。1、脱硫石膏拌合物缓凝技术为解决脱硫石膏拌合物凝结硬化快和流动度经时损失大的缺点，通过外加剂和矿物掺合料改善浆体 的胶凝性能。试验研究了外加剂和矿物掺合料分别与脱硫石膏浆体胶凝性能（包括浆体的凝结时间、流 动度及其经时损失）的影响关系。2、脱硫石膏材料抗冻性在北方寒冷气温下，由于昼夜温差大，脱硫石膏墙体材料时常受到冻融循环作用，脱硫石膏墙体强 度会遭受不同程度的损失，影响耐久性。因此研究脱硫石膏抗冻性是必要的，也是研究脱硫石膏墙体材 料耐久性的一大方面。课题制作40mmx40mmxl60mm脱硫石膏试件，通过冻融循环试验研究脱硫石膏 的强度损失规律。4河北工业大学硕士学位论文3、脱硫石膏与水泥基材料界面处理技术水泥基材料呈碱性，脱硫石膏呈弱酸性，二者长期接触界面处可能会发生化学反应，导致水泥基材 料受侵蚀和中性化，引起诸多问题。本项目针对二者的材料特性，试图采用有机高分子材料解决相容性 问题。一方面，采用耐腐蚀性能较普通水泥基材料更强的聚合物改性水泥砂浆作为过渡，与脱硫石膏墙体 共同工作，通过系列试验研究聚合物砂浆与脱硫石膏的粘结性能。试验包括：（1）在实验室内制作脱硫 石膏-聚合物砂浆试件，定量分析二者的长期粘结性能；（2）通过脱硫石膏-聚合物砂浆大面积粘结情况 长期观察墙面试验验证二者的粘结可靠性。另一方面，在普通水泥基材料与脱硫石膏之间涂刷一层石膏胶粘剂作为界面剂应用，避免砂浆与石 膏的直接接触，从而解决二者相容性问题。4、现浇施工技术脱硫石膏用作填充保温材料时，可通过现浇工艺浇注石膏浆体，以简化施工操作，加快施工进度,降低工程造价，从而推动脱硫石膏的应用和发展。课题为掌握脱硫石膏现浇施工技术，在施工现场进行现浇脱硫石膏填充的混凝土网格式框架试验。以高宽比、网格尺寸、密柱间距和窗口是否开洞等因素确定了3种不同形式的混凝土网格式框架，并以 这些框架形式在施工现场制作了 4片混凝土网格式框架，用于浇注脱硫石膏拌合物。通过试件竖向浇注 和平浇方式、是否用界面剂处理和石膏是否引气等因素制定研究方案，并浇注脱硫石膏浆体，以掌握石 膏现浇施工技术，并根据情况将研究成果推广到工程实例。5现浇脱硫石膏墙体材料研究与应用第二章 研究方案、试验方法与材料特性 2-1研究方案脱硫废渣产量远远高于其消耗量，形成了脱膏废渣的堆积，造成了潜在环境污染威胁。为了拓展脱 硫石膏的利用途径，将脱硫石膏用于现浇墙体材料，由此出现了许多石膏现浇技术问题，如石膏拌合物 凝结时间控制、硬化体耐久性和脱硫石膏与水泥基材料的界面处理技术等问题。针对这些问题，开展相应的试验，分别解决石膏拌合性能和硬化性能、耐久性以及与水泥基材料的 界面问题，并将研究成果实现工程应用、推广和发展。从而制定了如下研究方案，如流程图2.1所示。图2.1研究方案流程图Fig.2.1 Flowchart of program6河北工业大学硕士学位论文由方案流程图2.1可知，试验主要解决3方面的技术问题，即通过研究外加剂和矿物掺合料对石膏 拌合性能的影响关系，解决石膏凝结时间和流动性保持技术；对脱硫石膏试件在冻融循环下的强度损失 规律进行试验，以研究石膏的抗冻性；另外，采用了有机高分子材料-石膏胶黏剂和聚合物，提高水泥 基材料的耐酸性或耐侵蚀性，并进行相应的试验，解决石膏与水泥基材料的界面问题。解决了上述问题 后，利用试验研究成果，通过工程实例，实现对脱硫石膏现浇技术的应用、推广和发展。由研究方案可知，试验围绕凝结时间和流动性、抗冻性和相容性3个方面展开。因此，试验方法也 包括这3个方面。另外，一些常规性能测试方法也是试验必不可少的，例如实验材料的力学性能测试方 法等。试验方法依照研究内容而展开，试验仪器设备又根据试验方法确定，综上可知，试验仪器设备和 实验材料均涉及到这些方面。2-2试验方法和仪器设备2-2-1凝结时间与流动性2-2-1-1凝结时间脱硫石膏浆体凝结时间按照GB/T 9776-88建筑石膏和GB/T 17996.4-1999建筑石膏-净浆物理 性能的测定标准进行测定。首先，按照配合比称量好各材料所需的重量，将水倒入搅拌锅内，分别与缓凝剂和减水剂融化均匀，再将脱硫石膏与水溶液拌合，放在水泥净浆搅拌机上搅拌，搅拌操作按照如下方式进行：先慢转90s 后，停顿15s,再快转60s结束。然后，把内壁光滑的金属环模（上口直径290mH1,下口直径330mm,高度160mm）用湿布擦干净，水平放置于光滑的玻璃板上，将搅拌均匀的浆体倒入环模中，并将玻璃 板上下震动5次，以排除气泡。再将装满料浆的环模连同玻璃底板放在仪器（图2.2）的钢针下，使针 尖与料浆的表面相接触，且离开环模边缘大约10mH1,迅速放松杆上的固定螺丝，以后每隔5min测试 一次，每次测试时都应改变插点，并将针擦净、较直。记录从脱硫石膏与水接触开始到钢针第一次碰不 到玻璃底板所经历的时间，即为浆体的初凝时间；记录从脱硫石膏与水接触开始，至钢针第一次插入料 浆的深度不大于1mm所经历的时间，即为浆体的终凝时间。图2.2凝结时间测定仪Fig.2.2 Setting time determinator2-2-1-2流动性脱硫石膏浆体流动度测试按照GB/T 9776-88建筑石膏和GB/T 17996.4-1999建筑石膏-净浆物 理性能的测定标准进行。首先，制备脱硫石膏浆体，浆体制备方法与坍落度测试中浆体制备方法相同。然后，将浆体倒入环 模内，将玻璃底板抬高约10mm,上下震动5次，用刮刀刮去溢浆，并用抹布把环抹周围料浆擦试干净。刮平后，将环模垂直向上迅速提起，30s后，量取浆体脱落面两垂直方向的直径，取平均值作为浆体流 动度值，连续测量2次，取最后的平均值为初始新拌脱硫石膏浆体流动度值。7现浇脱硫石膏墙体材料研究与应用2-2-2抗冻性脱硫石膏抗冻性通过冻融循环方法测试，首先制作40mmx40mmxl60mm的石膏试件，将试件正常 养护14d后开始冻融循环，将试件置于-20冷冻箱内保持8h,然后取出试件，置于20环境下保持 16h,作为一个冻融循环，如此反复，直至达到试验方案要求的融循环次数为止。2-2-3相容性问题方面通过有机高分子材料石膏胶黏剂和聚合物砂浆，改善脱硫石膏与水泥基材料的相容性问题，保证他 们共同工作。在实验室内制作脱硫石膏-砂浆试件(图2.3),测试抗折强度作为二者的粘结强度。另外,聚合物用于改性砂浆时，其开裂性能也是必须考虑的方面。有关试验方法如下所示。图2.3脱硫石膏-砂浆试件Fig.2.3 Gypsum-mortar specimens2-2-3-1粘结强度脱硫石膏与聚合物砂浆粘结强度采用一种特殊试件试验测试，试件的尺寸为40mmx40mmx 160mm,一半(40mmx40mmx80mm)为脱硫石膏，而另一半为聚合物砂浆，通过该试件的抗折强度确定聚合物 砂浆与脱硫石膏的粘结强度。经过反复试验，确定的成型与测试方法为：首先成型40mmx40mmxl60mm 的砂浆试件，振捣密实后，用表面光滑的硬质分割薄片插入砂浆试件中部，将试件一分为二，形成尺寸 为40mmx40mmx80mm的试件，将砂浆试件置于室内条件下养护，24h后拆模。然后，用100号砂纸 将砂浆试件的端面打磨平整清理干净，并将其置于胶砂试模(40mmx40mmxl60mm)中紧靠一端，磨 平的端面位于试模中间。最后，在试模另半部分(40mmx40mmx80mm)浇注脱硫石膏，室内带模养护 2d后拆模，得到聚合物砂浆形成测试粘结强度的特殊试件，室内自然养护至规定龄期进行粘结强度测 试。石膏和砂浆搅拌成型及振捣试验设备见图2.4-2.6所示。图2.5水泥胶砂搅拌机Fig.2.5 Cement mortar mixer图2.4水泥净浆搅拌机Fig.2.4 Cement paste mixer8河北工业大学硕士学位论文图2.6胶砂试体成型振实台Fig.2.6 Mortar specimens forming tap sets测试该试件的抗折强度时采用三点加载，仔细对中，使跨中加载点位于脱硫石膏与聚合物砂浆的界 面上，理论上，测得的抗折强度即为聚合物砂浆与脱硫石膏的粘结强度。抗折强度测试设备如图2.7所Zj O图2.7抗折试验机Fig.2.7 Flexural test machine2-2-3-2抗裂性能聚合物砂浆抗裂性能采用平板法试验，试验方法按照JC/T 951-2005水泥砂浆抗裂性能试验方法 进行。首先，按照配合比称量各材料的重量，与水搅拌均匀，事先在模板内部全部铺好两层薄膜，然后放 入钢筋框架，钢筋框架应处于模板内的中心位置，再将拌合料沿着模板的边缘螺旋式向中心进行浇筑,直至拌合料充满整个模板，立即用光滑且宽度不小于25mm、长度大于模板短边的铝合金方管（使用前 用湿抹布擦拭干净）沿着模板的长边从试件中心线向二边快速刮平试件表面。然后，在试验室地板上，按照示意图2.8水平布置模板，模板间距为300mm,风扇位于距模板短边150mm二处，风叶中心与试 件表面平行，碘钙灯位于试件横向中心线的上方1.2m,距模板长边150mm。立即开启风扇吹向试件表 面，试件横向中心线的风速为4m/s-5m/s,同时开启1000W碘钙灯，连续光照4h后关闭碘钙灯，风扇 连续吹24h后关闭，分别记录各个开启、关闭的时间。其次，用裂缝显微镜分段测量裂缝宽度d,按裂 缝宽度分级测量裂缝长度L用棉纱线沿着裂缝的走向取得相应的长度，以钢卷尺测量其值1,单位为 mm。测得的数值尾数v5mm时，尾数取0 mm；若数值与5mm时，尾数取10mm。裂缝测量过程中应 为同一人。平板试验设备如图2.9所示。9现浇脱硫石膏墙体材料研究与应用图2.8试验布置示意图Fig.2.8 Schematic diagram of experimental arrangement图2.9砂浆抗裂平板试验Fig.2.9 Mortar crack treadmill test2-2-4常规性能测试一些常规性能测试也是试验必不可少的部分，例如力学性能测试，包括抗折和抗压强度测试，试验 方法分为聚合物砂浆和脱硫石膏两部分，两部分制作的试件尺寸相同，强度测试时均采用抗折（图2.7）和压力试验机（图2.10）。图2.10压力机Fig.2.10 Mec