迭健 陈伟 龙伟

（1.西华大学土木建筑与环境学院 四川成都 610039 2.攀枝花学院土木与建筑工程学院 四川攀枝花 617000）

引言

随着国家经济的高速发展，我国对煤炭的需求量也大幅的增加，通过燃煤会产生大量的二氧化硫，排入空气中的二氧化硫会对环境造成严重的危害[1]。为了使二氧化硫的排放得到有效的控制，产生了许多的脱硫技术，其中湿法脱硫技术以稳定、高效等优点成为应用比较广泛的脱硫技术[2]。但通过脱硫工艺会产生一种工业副产物脱硫石膏，因此如何正确处理脱硫石膏这种工业副产物也成为一个重大的环境问题[3]。

脱硫石膏的物理化学性质和天然石膏的物理化学性质相似程度很高，其中脱硫石膏和天然石膏的化学组成成分都是二水硫酸钙[4]。脱硫石膏一般呈较细的颗粒，平均粒径大约在40～60μm，其中二水硫酸钙的含量一般在90%以上[5]，水份含量大约占10～20%，脱硫石膏的还含有碳酸钙、三氧化二铝、二氧化硅、亚碳酸钙、有机碳等杂质。

目前在国内，脱硫石膏主要被用于生产水泥缓凝剂以及粉刷石膏、石膏板、石膏砌块等石膏制品[6]。在建材行业，脱硫石膏与水泥、石灰被一起称为三大胶凝材料。

1 脱硫石膏材料基本参数

1.1 原材料及实验器材[7～8]

脱硫石膏：本次论文试验中脱硫石膏材料由四川蓝鼎环保科技有限责任公司提供。天然石膏与脱硫石膏化学成分组成、脱硫石膏物理性能分别如表 1～2 所示[9]。

水：可饮用自来水。

压力测试机：STYE-3000B型，由浙江土工仪器制造有限公司提供。

表1 天然、脱硫石膏化学成分组成及细度

表2 脱硫石膏物理力学性能

1.2 水膏比

本文中试验内容将参照国家标准《建筑石膏力学性能的测定》（GB/T17669.3-1999）的测试方法进行[7]。文中脱硫石膏净浆的水膏比如表3所示。

表3 脱硫石膏不同水膏比

1.3 试验方法

将脱硫石膏与水按上述比例混合搅拌均匀后，制成尺寸为100mm×100mm×100mm的试件，终凝后脱模，空气中自然养护，相对湿度为40～50%，分别对每组水膏比进行 1h、2h、4h、8h、12h、24h 的抗压强度测试。

1.4 试块制作中注意问题

（1）由于脱硫石膏初凝时间较短，搅拌完毕后应及时将浆液装入试模，对于水膏比0.7以下的试块，需要振捣排出气泡；

（2）待试块初凝后，及时脱模，对水膏比低的试块释放热量大，温度高，脱模不易；

（3）试块取出后应及时进行试验，试验前应将试件各接触面修整平滑，避免试验时承压面受力不均匀；

（4）在试验过程中，载荷应连续且均匀地加载，如果加载速度过快或过慢，会对实验数据造成偏差。

2 不同水膏比对脱硫石膏抗压性能的影响

2.1 试块抗压试验破坏现象描述

试块开始受压到最终破坏，根据裂缝的出现和发展情况，可划分为两个部分[10]。第一部分，当水膏比为0.4～0.6时，试块开始破坏时只产生几条细微的通缝，试块表面没有明显的剥落，当压力继续增加后，随着通缝的变大最终沿通缝破坏成几个部分，而当水膏比为0.6～1.0时，又可分为三个阶段：

第一阶段：试块开始受压，到第一批裂缝产生之前。在这个阶段，伴随压力的慢慢增加，试块内部出现细微裂缝，多数情况下会同时产生数条裂缝。据试验得出，试块中产生第一批裂缝时的压力约占受到破坏时的压力的40～60%。

第二阶段：随着压力的继续增加，试块中的裂缝将会慢慢扩大，并将沿着竖向发展，在试块内逐渐形成贯穿的裂缝。此时，压力即便没有在继续增大，试块的裂缝仍然会持续发展下去，此时的试块已经达到破坏边缘。此时产生的压力约为破坏时压力的80～90%。

第三阶段：压力继续增加，试块内裂缝迅速扩张，试块四周剥落明显，最后试块破碎失稳。

在石膏的搅拌过程中为了使料浆具有一定的流动性，加入了远多于理论上半水石膏水化成二水石膏所需要的用水量[11]。

脱硫石膏结晶体为柱状结构，紧密的结晶结构会使水化、硬化体有较大的表观密度[12]，而天然石膏水化产物晶体多为针状、片状结构，且晶体结构较疏松，天然石膏会比脱硫石膏的硬化体表观密度低10～20%，因此脱硫石膏相对于天然石膏会有较高强度。

2.2 不同水膏比的脱硫石膏试块在不同时间段的抗压试验结果

脱硫石膏试块抗压强度受水膏比的影响较大。试验研究脱硫石膏试块水膏比率分别为 0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 和 1.0 条件下，脱硫石膏试块1h、2h、4h、8h、12h 和 24h 的抗压强度。试验结果如表 4、图 1 所示。

表4 不同水膏比在不同时间段的抗压试验结果

由表4可知，当水膏比为0.40时，脱硫石膏砌块的24h内平均抗压强度为8.18MPa；当水膏比为0.5时，脱硫石膏砌块的24h内平均抗压强度为6.81MPa；当水膏比为0.70时，脱硫石膏砌块的24h内平均抗压强度为5.97MPa；当水膏比为0.80时，脱硫石膏砌块的24h内平均抗压强度为4.40MPa；当水膏比为0.90时脱硫石膏砌块的24h内平均抗压强度为2.62MPa；当水膏比为1.00时脱硫石膏砌块的24h内平均抗压强度为1.82MPa。由图1可知，随着水膏比的增大，脱硫石膏砌块的抗压强度呈现减小的趋势，当水膏比在0.4左右时，其各时段抗压强度达到最大值。试验结果表明：当水膏比在0.4左右时，脱硫石膏砌块的抗压强度达到最大值。

图1 不同水膏比在不同时间段的抗压试验结果

3 结论

（1）石膏试块的水膏比与各时段的抗压强度值成负相关关系。

（2）水膏比为0.4的试块在各时段的强度值保持最大，其值是水膏比为1.0的试块强度的4～5倍。

（3）脱硫石膏水膏比为0.4时，初凝时间为55s，水膏比1.0时为30min，表明初凝时间与水膏比关系十分密切。

（4）脱硫石膏水膏比为0.4时，水化热达到64度，水膏比1.0时只有39度，表明水化热与水膏比成反比。