低能耗高耐水石膏复合胶凝材料的开发
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钱 耀 丽 ’， （１．上海市建筑科学研究院， 上海 ２０１ １０８；２．上海工业固体废弃物资源化利用工程技术研究中心，上海
２０１１０８）
摘要 ：针对 脱硫石膏煅烧 能耗高及其 建材耐水性差 的缺点 ，利用干 法脱硫灰 激发脱硫石膏等 工业副产 石膏活 ｌ生，并通过掺加 矿粉 、粉煤灰 、 钢渣等水硬 性矿物掺合料 ，开发低能耗高 耐水石膏复合胶 凝材料 （配 比为千法脱硫灰 ：脱硫石膏 ：氟石 膏 ：矿粉 ＝３０：３０：２０：２０），实现石 膏 胶凝材料免煅烧 。据计算 ，生产 １ ｔ石膏复合胶凝材料相 比 １ ｔ脱硫建筑石膏可节约标煤 ５５ Ｋｇ，减少 ＣＯ 排放 １３５．３ ｋｇ；并显 著提高 了 石膏胶凝材料耐水性 ，软化系数达到 Ｏ．８以上 。 关键词 ：活性激发 ；低能耗 ；高耐水 ；石膏复合胶凝材料 中圈分类号 ：ＴＵ５２８．４７ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１６７４—８１４Ｘ（２０１８）０４—０１０８—０５
色 建 材 Ｇｒｅｅｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
低能耗高耐水 石膏复合胶凝材料 的开发
Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ Ｏ Ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏｆ Ｅ ｎ ｅ ｒｇ ｙ Ｅｆｆｉ Ｃ ｌ ｅ ｎ Ｃｙ ＆ Ｈ Ｉ ｇ ｈ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｐｌａｓｔｅｒ Ｃｅｍ ｅｎｔｉｔｉｏｕｓ Ｍ ａｔｅｒｉａｌ
原材料
矿粉 粉煤灰
钢渣
流动度１：１￣／％
９７ １１１ ９５
表 ３ 矿物掺合料物理力学 性能
密度／ｇ·ｃｍ一。 比表面积／ｍ －ｋｇ
含水率，％
２．ｇ６ ２＿２１ ３．１５
４１８ ２８４ ３７４
０．２３ Ｏ．Ｏ５
７ ｄ 强度活性ｌ 指数，％ ２８ ｄ
９２ ７９ ８１
试验用原材料和试验方法
１．１ 试验用原材料 干法 脱硫 灰和 氟石 膏 由上海 金虹新 型 建材 有限 公司 提
供 ；脱硫 石膏 取样 自吴泾 电厂 ，纯度为 ９７．０６％ ，吸附水 为 ７％ ；三者 的化学组成见表 １。矿粉 、粉煤灰 、钢渣 由上 海宝 田新型建材有 限公司提供 ，粉煤灰 为 ｌｌ级低钙灰 、矿粉 为 ￥９５ 矿粉 ，三者 的化学组成见表 ２，物 理力学性 能见表 ３。水为一般饮用水 ，符合 ＪＧＪ ６３—２００６ 《混凝土用水标 准 》 的规定 。
Ｏ．２７
８．ＯＯ ４４．０４ ２．３４
５．３３
１．１０
５．７９
０．４６
１２．９２ ３．５Ｏ ２３．７５ ２．８９
Ｋ２Ｏ ０＿２８ ０．３４ １．１８
Ｎａ２Ｏ ０Ｉ２０ Ｏ．２Ｏ Ｏ．６１
Ｍｎｏ ０．２３
１．１３
源自文库
Ｐ２Ｏ５ ０＿７Ｏ
％
０２ Ｏ．５７
Ｉ
１０４
ｌ
９０
ｌ
１００
１ ０８ 绿色建筑 ２０１８年 第． ４期
Ｇｒｅｅｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 色 建 材
１．２ 试验方法 石 膏复合胶凝材料 的细度 和标 准稠度用水量 、凝结 时间
分 别按照 ＧＢ／Ｔ １ ５９６－２００５ 《用于水泥和混凝土 中的粉煤 灰 》和 ＧＢ，１－１３４６－２０１ １ 《水泥标准稠度用水量 、凝结 时 间 、安 定性检验 方法 》进行 ，筛网为 ８０ ｕ ｍ 标准筛 ；试件 制备按 标准稠度用水量确定其用水量 ，按照 Ｇ Ｂ，１－１ ７６７ １— １９９９ 《水泥胶 砂强度 检验方 法ｄｓｏ 法）》 制 备试 件 ，在 试验室 自然 养护 ２４ ｈ后拆模 ，试件拆模后在 （２０±２）℃ 、 ６５％ 湿 度的恒温 恒湿箱 中养 护至规定 龄期后 ，按照 ＧＢ／Ｔ １ ７６７１—１ ９９９标准进行 抗折 、抗压 强度测试 ；软 化系数测 量方 法是将 石膏复 合胶凝 材料养 护至规定 龄期 ，取 ３块试 件烘干 ，其余试件 浸入 （２０±２）℃ 自来水 中 ，测试 试件浸 泡 ４８ ｈ的抗折 、抗压 强度 ，与绝 干抗 压强度相比即可求得 其 软 化 系 数 。
国 内脱硫石膏资源化 利用技术 已相当成熟 ，其主要产 品 有经烘干和煅烧成半 水石膏后用于粉刷石膏 、纸面石 膏板 等 的石膏建材 ． 。但 煅烧过程能耗 较高 ，使得其 应用成本也 随 之提高 ；而且石膏 为气硬 性胶凝材料 ，产品存在耐水性差 的 问题 ，因此只适用于室 内干燥 环境 ，不宜用于潮湿环境 ，更 不可用 于水 中 Ｊ，其应用范 围受到 了较大的 限制【３Ｊ。本文 利 用干法脱硫灰激 发脱 硫石膏等工业副产石膏活性 ，通 过掺加 水硬性矿物掺合料 ，开发低能耗高耐水石膏复合胶凝 材料 ， 以降低石膏胶凝材料生产能耗 ，并提高石膏建材耐水性 。
表 １ 原材料化学组成
％
原材 ＣａＯ ＳＯ
料
３ ＳｉＯ２ Ａｌ２Ｏ３ Ｆｅ２Ｏ３ Ｎａ，Ｏ Ｏ ＴｉＯ２ ｖ２Ｏ５
千法 脱硫 ６３．９ ２８．０ ３．８４ ２＿７９ ０．６８
灰
０．３１ Ｏ．１５
氟 石 ３７ 膏 ． ７８ ６１．６５ ０．３２ Ｏ．Ｏ８ ０．０６ Ｏ．Ｏ８ Ｏ．Ｏ２
２ 低能耗高 耐水 石膏复 合胶凝 材料的开发
２．１ 工业副产石膏活性激发机理 干 法脱硫灰 中含有活性氧 化钙 ，利用其吸收脱硫 石膏 、
氟石膏 中的吸附水 ，生 成 Ｃａ（ＯＨ）２，同时放出热量 ，烘干 脱硫石 膏的吸附水及部分结晶水 、氟石膏 的吸附水 ，使脱硫 石膏 中的部 分二水石膏转变为半水石膏 ，产生活性 ；并且利 用生成 的氢 氧化 钙作为碱性激发剂 ，激发氟石膏活性产生 强 度 。
脱 石硫 膏 ４７．３９ ４８．１３ ２．５９ ０．８６ ０．５４ Ｏ．１Ｏ ０．１１
原材料 矿粉 粉 煤 灰 钢渣
烧失量 ５．７０
ＳｉＯ２
４９．９８ ４１．８２
ＡＩ２Ｏ３ １４．２２ ３１．４４ ９．９５
表 ２ 矿物掺合料化学组成
Ｆｅ２Ｏ３ ＭｇＯ ＣａＯ ＳＯ３
２０１１０８）
摘要 ：针对 脱硫石膏煅烧 能耗高及其 建材耐水性差 的缺点 ，利用干 法脱硫灰 激发脱硫石膏等 工业副产 石膏活 ｌ生，并通过掺加 矿粉 、粉煤灰 、 钢渣等水硬 性矿物掺合料 ，开发低能耗高 耐水石膏复合胶 凝材料 （配 比为千法脱硫灰 ：脱硫石膏 ：氟石 膏 ：矿粉 ＝３０：３０：２０：２０），实现石 膏 胶凝材料免煅烧 。据计算 ，生产 １ ｔ石膏复合胶凝材料相 比 １ ｔ脱硫建筑石膏可节约标煤 ５５ Ｋｇ，减少 ＣＯ 排放 １３５．３ ｋｇ；并显 著提高 了 石膏胶凝材料耐水性 ，软化系数达到 Ｏ．８以上 。 关键词 ：活性激发 ；低能耗 ；高耐水 ；石膏复合胶凝材料 中圈分类号 ：ＴＵ５２８．４７ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１６７４—８１４Ｘ（２０１８）０４—０１０８—０５
色 建 材 Ｇｒｅｅｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
低能耗高耐水 石膏复合胶凝材料 的开发
Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ Ｏ Ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏｆ Ｅ ｎ ｅ ｒｇ ｙ Ｅｆｆｉ Ｃ ｌ ｅ ｎ Ｃｙ ＆ Ｈ Ｉ ｇ ｈ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｐｌａｓｔｅｒ Ｃｅｍ ｅｎｔｉｔｉｏｕｓ Ｍ ａｔｅｒｉａｌ
原材料
矿粉 粉煤灰
钢渣
流动度１：１￣／％
９７ １１１ ９５
表 ３ 矿物掺合料物理力学 性能
密度／ｇ·ｃｍ一。 比表面积／ｍ －ｋｇ
含水率，％
２．ｇ６ ２＿２１ ３．１５
４１８ ２８４ ３７４
０．２３ Ｏ．Ｏ５
７ ｄ 强度活性ｌ 指数，％ ２８ ｄ
９２ ７９ ８１
试验用原材料和试验方法
１．１ 试验用原材料 干法 脱硫 灰和 氟石 膏 由上海 金虹新 型 建材 有限 公司 提
供 ；脱硫 石膏 取样 自吴泾 电厂 ，纯度为 ９７．０６％ ，吸附水 为 ７％ ；三者 的化学组成见表 １。矿粉 、粉煤灰 、钢渣 由上 海宝 田新型建材有 限公司提供 ，粉煤灰 为 ｌｌ级低钙灰 、矿粉 为 ￥９５ 矿粉 ，三者 的化学组成见表 ２，物 理力学性 能见表 ３。水为一般饮用水 ，符合 ＪＧＪ ６３—２００６ 《混凝土用水标 准 》 的规定 。
Ｏ．２７
８．ＯＯ ４４．０４ ２．３４
５．３３
１．１０
５．７９
０．４６
１２．９２ ３．５Ｏ ２３．７５ ２．８９
Ｋ２Ｏ ０＿２８ ０．３４ １．１８
Ｎａ２Ｏ ０Ｉ２０ Ｏ．２Ｏ Ｏ．６１
Ｍｎｏ ０．２３
１．１３
源自文库
Ｐ２Ｏ５ ０＿７Ｏ
％
０２ Ｏ．５７
Ｉ
１０４
ｌ
９０
ｌ
１００
１ ０８ 绿色建筑 ２０１８年 第． ４期
Ｇｒｅｅｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 色 建 材
１．２ 试验方法 石 膏复合胶凝材料 的细度 和标 准稠度用水量 、凝结 时间
分 别按照 ＧＢ／Ｔ １ ５９６－２００５ 《用于水泥和混凝土 中的粉煤 灰 》和 ＧＢ，１－１３４６－２０１ １ 《水泥标准稠度用水量 、凝结 时 间 、安 定性检验 方法 》进行 ，筛网为 ８０ ｕ ｍ 标准筛 ；试件 制备按 标准稠度用水量确定其用水量 ，按照 Ｇ Ｂ，１－１ ７６７ １— １９９９ 《水泥胶 砂强度 检验方 法ｄｓｏ 法）》 制 备试 件 ，在 试验室 自然 养护 ２４ ｈ后拆模 ，试件拆模后在 （２０±２）℃ 、 ６５％ 湿 度的恒温 恒湿箱 中养 护至规定 龄期后 ，按照 ＧＢ／Ｔ １ ７６７１—１ ９９９标准进行 抗折 、抗压 强度测试 ；软 化系数测 量方 法是将 石膏复 合胶凝 材料养 护至规定 龄期 ，取 ３块试 件烘干 ，其余试件 浸入 （２０±２）℃ 自来水 中 ，测试 试件浸 泡 ４８ ｈ的抗折 、抗压 强度 ，与绝 干抗 压强度相比即可求得 其 软 化 系 数 。
国 内脱硫石膏资源化 利用技术 已相当成熟 ，其主要产 品 有经烘干和煅烧成半 水石膏后用于粉刷石膏 、纸面石 膏板 等 的石膏建材 ． 。但 煅烧过程能耗 较高 ，使得其 应用成本也 随 之提高 ；而且石膏 为气硬 性胶凝材料 ，产品存在耐水性差 的 问题 ，因此只适用于室 内干燥 环境 ，不宜用于潮湿环境 ，更 不可用 于水 中 Ｊ，其应用范 围受到 了较大的 限制【３Ｊ。本文 利 用干法脱硫灰激 发脱 硫石膏等工业副产石膏活性 ，通 过掺加 水硬性矿物掺合料 ，开发低能耗高耐水石膏复合胶凝 材料 ， 以降低石膏胶凝材料生产能耗 ，并提高石膏建材耐水性 。
表 １ 原材料化学组成
％
原材 ＣａＯ ＳＯ
料
３ ＳｉＯ２ Ａｌ２Ｏ３ Ｆｅ２Ｏ３ Ｎａ，Ｏ Ｏ ＴｉＯ２ ｖ２Ｏ５
千法 脱硫 ６３．９ ２８．０ ３．８４ ２＿７９ ０．６８
灰
０．３１ Ｏ．１５
氟 石 ３７ 膏 ． ７８ ６１．６５ ０．３２ Ｏ．Ｏ８ ０．０６ Ｏ．Ｏ８ Ｏ．Ｏ２
２ 低能耗高 耐水 石膏复 合胶凝 材料的开发
２．１ 工业副产石膏活性激发机理 干 法脱硫灰 中含有活性氧 化钙 ，利用其吸收脱硫 石膏 、
氟石膏 中的吸附水 ，生 成 Ｃａ（ＯＨ）２，同时放出热量 ，烘干 脱硫石 膏的吸附水及部分结晶水 、氟石膏 的吸附水 ，使脱硫 石膏 中的部 分二水石膏转变为半水石膏 ，产生活性 ；并且利 用生成 的氢 氧化 钙作为碱性激发剂 ，激发氟石膏活性产生 强 度 。
脱 石硫 膏 ４７．３９ ４８．１３ ２．５９ ０．８６ ０．５４ Ｏ．１Ｏ ０．１１
原材料 矿粉 粉 煤 灰 钢渣
烧失量 ５．７０
ＳｉＯ２
４９．９８ ４１．８２
ＡＩ２Ｏ３ １４．２２ ３１．４４ ９．９５
表 ２ 矿物掺合料化学组成
Ｆｅ２Ｏ３ ＭｇＯ ＣａＯ ＳＯ３