王丽 李伯洋 冉秀云 白风华 贾严严
（北新集团建材股份有限公司，北京 100000）
烟气脱硫石膏作为燃煤电厂烟气脱硫后的工业副产废弃物经干燥、煅烧、研磨等工艺，可制备成性能良好的建筑石膏。石膏具有轻质、保温、隔热等优点。随着人们对环保的重视及对资源循环利用的关注，烟气脱硫建筑石膏被广泛应用于装饰行业[1]。和天然石膏相比，烟气脱硫建筑石膏具有颗粒均匀、比表面积小、品位高等特点[2]。但是，由于建筑石膏料浆凝结硬化速率较快，限制了建筑石膏在建筑行业的应用[3-5]。为克服这一缺点，可向建筑石膏胶凝材料中加入适量缓凝剂，通过外加剂改善石膏基材的可操作时间和施工性能。但大多数缓凝剂的作用是多方面的[6]，对石膏起缓凝作用的同时严重影响石膏硬化体的力学强度[7]。本文主要研究不同的脱硫石膏缓凝剂对脱硫建筑石膏基本性能的影响，为石膏缓凝剂的改性、研发和应用提供理论和数据支撑。
1.1 原料
石膏：脱硫建筑石膏；
缓凝剂A：柠檬酸类，分析纯；
缓凝剂B：磷酸盐类，分析纯；
缓凝剂C：意大利西捷SICIT石膏缓凝剂PLASTRETARDPE；
缓凝剂D：巴斯夫（BASF）（中国）股份有限公司HyConR7200F。
从表1可以发现，不同地方的建筑石膏因脱硫石膏脱硫工艺、煅烧制备工艺、杂质含量、后期处理方式的不同，其基本性能中的标准稠度用水量、凝结时间及力学强度等基本性能差别较大[8]。石膏1的标准稠度用水量较小，为0.56；
而石膏5的标准稠度用水量为0.82。石膏1、3和4的凝结时间相对较长，石膏5的凝结速率较快，初凝小于3min。在力学强度方面，石膏5的力学强度值较低，抗折强度为3.7MPa，抗压强度为8.38MPa；
石膏2和石膏3的力学强度值较大，抗折强度分别为8.3MPa、8.1MPa，抗压强度分别为22.58MPa、21.67MPa。从表1可以看出，建筑石膏2h力学强度跟绝干力学强度有相关性，因为建筑石膏2h内凝结过程已完成，通过2h力学强度可预判其制品的绝干力学强度高低。
表1 脱硫建筑石膏主要性能参数
1.2 试验方法
脱硫建筑石膏基本性能测试参照GB/T17669.4-1999《建筑石膏净浆物理性能》和GB/T17669.3-1999《建筑石膏力学性能》进行。脱硫建筑石膏凝结时间采用维卡仪进行测试，硬化体力学强度采用万能试验机，参照国家标准进行测试。
2.1 缓凝剂对石膏基材凝结性能的影响
通过比较表1中各种建筑石膏的基本性能，选用石膏2作为试验样品，对其掺入不同比例的缓凝剂，测试缓凝剂对其凝结时间和力学强度的影响。对表2结果进行分析发现，随着缓凝剂A和缓凝剂B掺量增加，石膏浆体的凝结时间明显延长。对于缓凝剂A，掺量0.05%-0.1%范围内其凝结时间变化幅度加大；
对于缓凝剂B，掺量0.1%之后其凝结时间延长幅度增大。在相同掺量下，缓凝剂A的缓凝效果优于缓凝剂B。当缓凝剂A掺量为0.1%时，建筑石膏的初凝、终凝时间分别为71min和117min；
当缓凝剂B掺量为0.3%时，建筑石膏的初凝、终凝时间分别为46min和80min。
表2 缓凝剂对石膏基材凝结时间影响
分别选用石膏2和石膏3为试验样品。由图1和图2可知，对于石膏2和石膏3，随着缓凝剂掺量的增加，其凝结时间呈延长趋势，当掺量到达一定剂量时，其凝结时间延缓程度显著增大，之后随着掺量的进一步增加，初凝和终凝时间继续延长。
图1 石膏2掺入缓凝剂后料浆凝结时间趋势图
图2 缓凝剂对石膏3凝结时间影响图
对于石膏2，缓凝剂可不同程度延缓脱硫建筑石膏凝结时间，在相同掺量条件下，缓凝剂D对石膏2凝结时间的影响远大于缓凝剂C，且随着掺量的增加，差别越发明显。对于石膏2，当缓凝剂掺量为0.01%时，掺入缓凝剂C的建筑石膏的初凝时间增至16.5min，终凝时间增至20min，掺入缓凝剂D的建筑石膏的初凝时间增至7min，终凝时间增至20.3min；
当缓凝剂掺量为0.02%时，掺入缓凝剂C的建筑石膏的初凝时间增至31.8min，终凝时间增至45min，掺入缓凝剂D的建筑石膏的初凝时间增至7.5min，终凝时间增至20min；
当缓凝剂掺量为0.03%时，掺入缓凝剂C的建筑石膏的初凝增至40.5min，终凝时间增至56min，掺入缓凝剂D的建筑石膏的初凝时间增至20min，终凝时间增至32min；
当缓凝剂掺量为0.04%时，掺入缓凝剂C的建筑石膏的初凝时间增至48min，终凝时间增至75min，掺入缓凝剂D的建筑石膏的初凝时间增至24min，终凝时间增至35.8min；
当缓凝剂掺量为0.05%时，掺入缓凝剂C的建筑石膏的初凝时间增至55.7min，终凝时间增至86min，掺入缓凝剂D的建筑石膏的初凝时间增至37.7min，终凝时间增至59.1min。对比表2和图1可见，对同种建筑石膏，使用较低掺量的缓凝剂C和缓凝剂D就能达到缓凝时间较大幅度延长的要求。
对于石膏3，当缓凝剂掺量为0.02%时，掺入缓凝剂C的建筑石膏的初凝时间增至56min，终凝时间增至70min，掺入缓凝剂D的建筑石膏的初凝时间增至21.3min，终凝时间增至34min；
当缓凝剂掺量为0.04%时，掺入缓凝剂C的建筑石膏的初凝时间增至100min，终凝时间增至147min，掺入缓凝剂D的建筑石膏的初凝时间增至60min，终凝时间增至85min；
当缓凝剂掺量为0.06%时，掺入缓凝剂C的建筑石膏的初凝时间增至117min，终凝时间增至185min，掺入缓凝剂D的建筑石膏的初凝时间增至89min，终凝时间增至120min；
当缓凝剂掺量为0.08%时，掺入缓凝剂C的建筑石膏的初凝时间增至150min，终凝时间增至210min，掺入缓凝剂D的建筑石膏的初凝时间增至97min，终凝时间增至126min。从图1和图2发现，相同缓凝剂对不同石膏的适应性差别较大，不管是缓凝剂C还是缓凝剂D，在相同掺量条件下，对于石膏3的缓凝效果优于石膏2。
对缓凝剂C的研究表明其属于蛋白质和无机钙盐复合形成的高效缓凝剂[2]。因此，当缓凝剂C掺入石膏基材料中，其与二水石膏表面的钙离子结合生成覆盖在二水石膏晶核表面的螯合物，从而降低了二水石膏晶核表面能，抑制了新的二水石膏晶核的生长，延缓了建筑石膏的凝结时间[9]。同时，由于蛋白质胶体的吸附和保护作用，其具有高效缓凝效果的同时对石膏硬化体强度的影响较小。
2.2 缓凝剂对石膏基材力学性能的影响
在石膏硬化体力学性能方面（图3），石膏硬化体抗折和抗压强度随缓凝剂掺量增加而下降。缓凝剂B对脱硫建筑石膏力学强度的影响比相同掺量的缓凝剂A更显著。向脱硫建筑石膏中分别掺入0.1%的缓凝剂A和缓凝剂B，其硬化体抗压强度分别损失37%、55%，抗折强度分别损失40%、66%。这说明缓凝剂A和缓凝剂B的掺量适宜控制在0.1%以内，当掺量超过0.1%，石膏硬化体的强度损失显著增加，抗折强度和抗压强度损失均超过50%。基于上述结果可知，缓凝剂对石膏起缓凝作用的同时严重影响石膏基材及制品的力学强度。因此，为了减少缓凝剂对石膏基材强度的影响，应谨慎挑选缓凝剂，并选用适宜的掺量。
图3 缓凝剂A和缓凝剂B对石膏基材力学强度影响
2.3 缓凝剂对石膏基材流动性能的影响
采用石膏3研究缓凝剂对石膏基材流动性能的影响。由图4可以发现，适量的缓凝剂对石膏3的流动度有改善作用。选择合适的缓凝剂不仅能延缓脱硫建筑石膏的凝结时间，某种程度上也有减水效果，改善石膏基材的流动性能。对于缓凝剂C其掺量在0.04%以内，对于缓凝剂D其掺量在0.06%以内，对石膏3的流动度有明显改善作用。
图4 缓凝剂对脱硫建筑石膏流动性能影响趋势图
本文研究了不同类型缓凝剂对石膏基建筑材料凝结时间、力学性能和流动度的影响。通过测试结果发现，适量缓凝剂可以有效延缓建筑石膏的凝结时间。在掺量相同的条件下，缓凝剂A的缓凝效果优于缓凝剂B，缓凝剂C和缓凝剂D的缓凝效果好于缓凝剂A和缓凝剂B。同时发现，同一种缓凝剂的缓凝效果与基材有很大关系，对不同石膏的适应性差别较大。适量的缓凝剂C和缓凝剂D对建筑石膏的流动性能有改善作用，在起缓凝作用的同时有一定的减水效果。对于大多数的石膏缓凝剂，其适宜掺量应控制在0.1%以内，具体掺量根据产品需要和实际情况调整。
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