脱硫石膏作为惰性填料在聚合物水泥防水涂料中的应用研究
时间:2014-12-01 08:41来源:上海惠邦特种涂料有限公司 作者:陈嘉林,刘义兴,王伟坤
脱硫石膏是对含硫原料，如煤、石油等燃烧后的烟气进行脱硫净化处理所得到的工业副产物，是用石灰石在吸收塔内与烟气充分接触，烟气中的SO2、浆料中的CaCO3 和空气中的O2 进行氧化反应生成的CaSO4·2H2O，也即通常所说的二水石膏。脱硫石膏作为一种工业废弃物，国家鼓励对其进行综合利用。目前，对脱硫石膏的利用有以下几种途径：1）作为缓凝剂加入水泥熟料中，可以控制水泥的凝结时间；2）加热脱水，使CaSO4·2H2O 转化为CaSO4·1/2H2O，作为气凝型材料应用于建材行业；3） 将CaSO4·2H2O与水泥、粉煤灰及骨料混合，采用复合激发剂激发，使粉煤灰的玻璃体解体，与上述材料一道形成胶凝材料，但未见工业化大量利用的报道。根据我们在这方面的研究，认为此类激发系统多为高碱性物质，对设备的腐蚀性大，凝胶材料强度低，且会产生倒缩。直接对二水石膏进行利用或采用很低的能源消耗对二水石膏进行处理后加以利用，是对这种工业废弃物的有效处理方式。
根据多年来对聚合物水泥防水涂料（下称JS 涂料）的研发和生产实践，JS 涂料的粉体材料是以水泥作为凝胶材料，与其他基本属于惰性或具有潜在活性的粉体混合而成的；而CaSO4·2H2O 的活性很低，即使在碱性环境中也不会发生反应。这就为将其视为惰性粉料在JS 涂料中加以利用提供了可能。
1 实验部分
1.1 原材料
乳液：BASF S400，加入适量水和助剂调节黏度并改善性能；石英砂，70#~100#、100#~200#；脱硫石膏：上海优越新型建材有限公司；改性剂：一种硅镁质材料，市售。
1.2 测试方法
依据GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》标准中的试验方法和技术要求进行试验。因脱硫石膏含水量高、易结团，采用先在室外用阳光晒干再用粉碎机打开结团颗粒的方法处理。在初步试验的基础上，采用正交设计方法[2]安排试验，选取L9（34）正交设计表，第一轮试验仅对JS 涂料按标准作无处理、碱处理和水处理，并对测试结果采用正交设计法进行分析，然后根据正交原理，计算出各参数，找出影响因素排列顺序和优化配方，按照此配方进行下一步测试。
JS Ⅰ型、JS Ⅱ型、JS Ⅲ型涂料的液料∶粉料（质量比）分别为1∶1.2、1∶2、1∶3。JSⅠ型各组配方编号及测试性能见表1；JS Ⅱ型各组配方编号及测试性能见表2，JS Ⅲ型各组配方编号及测试性能见表3。表1—3中，A 为PO 42.5 水泥，B 为70#～100# 石英砂，C 为脱硫石膏，D 为改性剂。
2 结果与分析
2.1 正交试验结果
依据正交设计对试验数据的处理方法，对JS Ⅰ 型、JS Ⅱ型、JS Ⅲ型涂料无处理、碱处理和水处理的性能测试结果，进行功效系数和总功效系数、各因素各水平总和平均值及极差的计算，其结果分别见表4—6。
由表4—6 可知，JS Ⅰ型涂料的9 个配方中，2 号配方的总功效系数最大；JS Ⅱ型涂料的9 个配方中，8 号配方的总功效系数最大；JS Ⅲ型涂料的9 个配方中，6号配方的总功效系数最大。这反映了9 个配方中较好配方的各因素组合。然后按照各因素水平的平均值可确定JS 涂料的最佳试验配方，见表7。
2.2 最佳配方时JS 涂料的综合性能
采用最佳试验配方，按照GB 23445—2009 标准中的相关技术要求进行测试，得到的JS 涂料的综合性能指标，与标准值的对比见表8（抗渗性测试时，因按标准所制的基础砂浆内聚力很低，受水压时涂膜将砂浆拉脱，不能真实反映这一指标）。
3 结论
将脱硫石膏用于JS 涂料的配方中，试验过程历经最开始的摸底配方，然后采用正交设计法组合配方，到最后得到最佳配方试验，所有测试数据均较为理想。采用最佳配方时，3 个型号的JS 涂料的测试结果不但平均值合格，而且每个试件都合格，这反映了掺加脱硫石膏后JS 涂料的性能是稳定的。
这是由于：1）经分析认为，脱硫石膏对JS 涂料性能的影响不占主要因素（这可从表4—6 的极差数值看出），因而在配方中主要以物理效应为主；2）为了增加对SO2 的吸收效果，采用的CaCO3 粉较细，得到的烟气脱硫石膏的粒径分布为细端粒径12~20 μm，平均粒径25~45 μm，粗端粒径60~90 μm[3]，可对JS 涂料内部未水化水泥颗粒和石英砂的空隙起到填充作用，增加膜的密实性。刘数华[4]等通过对辅助胶凝材料的研究认为，粉体的致密性意义不逊于活性效应；3） 以CaSO4·2H2O 为主要成分的脱硫石膏在常温下活性很低，在JS 涂料中仅仅作为惰性填料，因而掺加脱硫石膏的JS 涂料在经过浸碱、浸水、800 ℃、紫外线处理后，其断裂伸长率的衰减不大；4）硅镁质改性剂对JS 涂料起到了改性作用，其余条件不变时，不掺改性剂的JS 涂料性能不及改性JS 涂料。综上所述，脱硫石膏可以直接掺加到JS 涂料中作为惰性填料，制得的JS 涂料综合性能较优且质量稳定，这为脱硫石膏的利用找到了一条新途径。