摘要
火力发电过程中会产生大量的工业固体废弃物脱硫石膏，若不加以妥善处理，脱硫石膏的堆积将会占用大量土地资源，污染环境，因此，脱硫石膏的资源化利用已经成为人们必须面对的一个重大社会问题。目前，脱硫石膏最主要的潜在应用领域为建筑材料，尤其是墙体材料，但其自身强度低、耐水性差等问题制约了其推广应用，同时，为了实现脱硫石膏轻质化，添加轻质材料，但又因为轻质材料存在上浮现象，所以本文针对轻质材料上浮、脱硫石膏成型后强度低、耐水性差等问题，研究制备了一种轻质、高强、耐水的脱硫石膏复合材料，主要研究内容与结论如下： 1.在脱硫石膏中添加膨胀珍珠岩，并采用单因素试验法优化脱硫石膏制备工艺，以解决膨胀珍珠岩的上浮问题。研究表明：先将脱硫石膏与柠檬酸混合搅拌均匀，再加入2.0%的包裹膨胀珍珠岩，其包裹比例为膨胀珍珠岩：脱硫石膏：水=1:3:1.8，最后加入水搅拌，采用直接成型的方式制备脱硫石膏试件，膨胀珍珠岩上浮现象明显改善，其绝干抗折强度、饱水抗折强度、绝干抗压强度和和饱水抗压强度分别为4.09MPa、2.18MPa、10.08MPa、5.67MPa，干表观密度为1.182g/cm3； 2.进一步优化轻质材料在脱硫石膏内部的分布形式，并改善复合材料力学性能，通过正交试验，以纤维掺入方式、浆体搅拌方式、试件振捣次数为三因素，完善纤维/膨胀珍珠岩/脱硫石膏复合材料制备工艺。结果表明，最优制备工艺为：先将脱硫石膏与柠檬酸混合搅拌均匀，再加入的2.0%包裹膨胀珍珠岩，包裹比例为膨胀珍珠岩：脱硫石膏：水=1:3:1.8，最后加入预搅拌好的纤维与水的混合物一起搅拌均匀，振捣20次成型，此时膨胀珍珠岩上浮现象基本消失，复合材料绝干抗折强度、饱水抗折强度、绝干抗压强度和和饱水抗压强度分别为4.66MPa、2.66MPa、11.23MPa、6.51MPa，与采用膨胀珍珠岩/脱硫石膏复合材料制备方式制备的纤维/膨胀珍珠岩/脱硫石膏复合材料相比，分别提高了15.06%、10.37%、12.30%、10.15%，干表观密度为1.154g/cm3，减小了2.29%； 3.采用不同类型、不同掺量的纤维，通过单掺和复掺的方式，辅以外加剂（羟丙基甲基纤维素HPMC）来进一步改善脱硫石膏复合材料的强度。结果表明，纤维掺加的最优配比为：不掺HPMC，复掺三种纤维，掺量1.5%，三种纤维比例为：聚丙烯纤维固定掺量0.3%、木质纤维素纤维：玻璃纤维=1:2，此时复合材料的性能最优，绝干抗折强度、饱水抗折强度、绝干抗压强度、饱水抗压强度、干表观密度分别为7.14MPa、3.21MPa、21.26MPa、8.71MPa、1.187g/cm3，较未掺杂任何纤维时提高了46.01%、21.13%、52.95%、27.90%、2.15%； 4.防水剂具有提高材料抗渗性、减小吸水率的作用，通过单掺、复掺有机硅防水剂与石蜡乳液提高纤维/膨胀珍珠岩/脱硫石膏复合材料耐水性。研究表明，掺加防水剂后的最优配比为：单掺2.0%石蜡乳液，此时复合材料整体性能优异，与未掺防水剂相比，饱水抗折强度为3.38MPa，增加了3.05%，干表观密度为1.188g/cm3，降低了0.75%，2h吸水率、24h吸水率分别为7.99%、10.16%，分别减小了42.56%、29.00%，抗折软化系数、抗压软化系数分别为0.630、0.601，分别增加了40.94%、56.10%。
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