高强度石膏的制备(张文琪)

1、电子束辐射固化高强豪华石膏板

DTS-1型电子束辐射固化高强豪华石膏板是由四川大学原子核科学技术研究所研制 、四川眉山永寿机具厂生产的新产品。该板以优质天然雪花纤维石膏矿为生要原料,采用先进配方,经科学方法压制成高强度的 型石膏板其表面涂层经电子束辐射固化处理后,与普通石膏板相比,机械强度提高3 倍,表面耐磨性增加百倍以上 。具有高强、轻质、保温、隔音 、防水、防火、防尘、无毒等特点,且表面光亮,色彩夺目,不老化,具有瓷砖感观.为现代建筑及古建筑天花板和内墙装饰之佳品 。

2、高强度石膏粉

2.1 概述

以天然二水石膏为原料，试制的 α-  高强度建筑石膏粉，除有普通建筑石膏粉优良性能（质轻、 防火耐火、 隔音、 易于成型、 凝结快、 水化需时短等优点

2.2 生产工艺

原材料 试制α一高强度建筑石膏粉,采用的原料是优质二级雪花石膏（CaSO4.2H20）其化学成份实测值为CaO 32.23,SO3  46.24,结晶水17. ,酸不溶物0、28 ,吸附水0、04，MgO 0、17，Fe2O3 0、06

2.3加工工艺

工艺流程：原矿------一次腭破---------蒸压---------干燥---------二次腭破---------粉磨-----------炒制一包装入库。

2.4运转工艺参数：

2.4.1破碎。

入 料 粒 度：220毫米,排料粒50——60毫米 ,原矿品位CaSO4.2H20>=85%

2.4.2蒸压工艺:

蒸汽压力0.25兆帕 ,蒸汽温度140’C ,蒸压时间5——6小时。

2.4.3粉磨。

入料水份<6% ,入磨物料粒度10——20mm,分析机转速500转/分 ,主机电流强度50安 ,风机电流强度32安 ,电振给料机电流强度1.2安

2.4.4炒制。

炒膏温度 170-----180℃,搅拌速度70转/分 ,炒制时间25分钟/锅。

2.4.5陈化与包装。

膏粉炒好后,入库陈化一周后售出,包装规格50公斤/袋。

2.5主要生产设备

腭式破碎机：一、二次破碎分别采用PE250X400和PE200X350腭式破碎机。

硫化罐  1700x400型，该压力容器是保证矿石在湿环境下,受热脱水制得半水石膏的关键设备,安全可靠。

摆式磨粉机组 

4R3216型。该系统是控制产品细度的关键设备,共由7台设备(输送、喂料、主机、风机、分析机等)组成,能保证产品细度在0.044----0.2毫米之间无级。

妙锅 1100型。这是按照工艺要求,在确定好炒制速度和炒制效果后,自行加工的炒制设备图 。

该间歇式炒锅一次装粉量为200公斤,每200分钟为一炒制循环 ,设计年生产能力为单台3000 吨。试产证明,该炒锅热效率可达 60%,炒制每吨石膏粉的煤耗为55公斤/吨。主轴搅拌转速为36转/分。

在炒锅结构中,上部搅拌翅的作用是,将炒锅中部石膏粉向边部扩散, 下搅拌翅的作用是, 将底部膏粉向上翻起, 防止出现膏粉过烧。另外, 在下搅拌翅上挂有防止膏粉粘底的铁链。炉体回火道设计,按热工窑炉设计原理, 尽量增加热源, 通过洞体与膏粉的间接热交换面积, 提高炒锅热效率。生产级全套设备总装机容量为135瓦。

2.6 产品质最指标

高强石膏粉的主要质量指标如下：抗压强度12.1兆帕，抗折强度6.1兆帕, 结晶水4.6%, 附着水0.45%, 以上指标由山东省非金属矿产品质检站测定细度（120目筛余）99.4, 标准稠度50.0%, 凝结时（初凝10分、终凝14.2分）

3、高强度人造石膏大理石

采用加压成型

方法制造高强度的人造石膏大理石制品, 国内尚未生产, 国外也只有苏联二个厂家进行批量生产。北京市建筑材料科研所研制成功的高强度人造石膏大理石, 其抗压强度达到55.9兆帕, 耐水溶蚀性良好, 可用于室外装饰, 从而扩大了石膏制品的应用范围, 为我国建筑装饰材料的发展增添了一个新品种。高强度人造石膏大理石的基本配方重量份

建筑石膏       75一80

消石灰         20一25

水             60--86

底色颜料       0.5一2

纹饰颜料        3一8

高强度人造石膏大理石主要技术关健是成型加压工艺, 优选最佳加压时间, 脱模时间和成型压力值, 使胶凝材料内多余的水份全部挤压溢出, 同时还需保留其水化凝结所需的最少而又足够的水量, 做到恰如其份, 从而达到坯体密实度增大, 获得制品抗折强度高于浇注成型方法4——5倍的效果。

高强度人造石膏大理石板材的防水处理,采用两种方法 

其一为无机材料防水处理, 在配方中引人消石灰的板材, 成型后浸泡到无机物防水处理溶液中, 使之表面生成新的难溶物质, 形成密实的耐水表层, 制品进行水冲试验, 水的流速为1.5千克/分钟, 时间十昼夜,无变化, 耐水溶蚀性能良好。

其二为有机材料防水处理, 采用甲基丙烯酸甲脂(MMA)和苯乙烯(s)的混合单本在98.6千帕的真空度下, 抽真空三小时, 浸渍单体加热固化, 板面无裂纹, 断开面平齐, 不但具有防水性能, 而且起到增强作用。为了提高制品的光洁度, 进行了树脂罩光处理。

4、用磷石膏生产建筑材料的新进展

石膏砌块

石膏砌块可分为高强度砌块和低强度砌块。目前建筑上使用的高强度砌块主要是混凝土空心砌块和黏土空心砌块。

前者主要是通过水泥砂浆振动成型;后者是通过黏土或页岩挤压烧结成型,俗称空心砖,有方孔和圆孔之分。这类砌块在现代建筑中被大量采用,其材质较硬,强度较高(要求在7. 5 MPa以上,现一般采用10 MPa 以上的高强度砌块) ,外形尺寸大多是标准砖的简单倍数,虽然砌块实体容重较大,但每块砖以建筑施工界面为基础的宏观容重仍然比较小。国内在四川、云南和贵州等地已有一些单位用磷石膏试制做石膏砖,一般都将磷石膏作惰性物质,用水泥作黏结剂,强度很难稳定在7. 5 MPa 以上,均因强度和成本等问题被搁置下来。采用石膏或磷石膏制高强度砌块(10 MPa 以上的) 的生产工艺国内尚未见报道。美国Miami University 和BahrainUniversity的研究人员在磷石膏中搀入砂、波特兰水泥、树脂等,经高压成型的砌块强度可达38 MPa 。

用水泥灰浆和其他结合剂把这种砌块砌成砖柱、砖墙,经测试其抗压、抗弯、剪切、抗张强度均很高,完全可满足建造砖石建筑的要求。但用磷石膏制高强度砌块目前尚未实现工业化。对要求不高的非承重墙体可使用低强度砌块,目前主要有粉煤灰发泡砌块、加气混凝土砌块和石膏砌块。

前二者通过发泡、蒸养而成;后者用生石膏煅烧,经水化凝固而成。这三种砌块的材质较软,强度较低(一般约4 MPa) ,其外形尺寸较大,密度较小。目前国内已有单位试制轻质磷石膏砌块,其工艺也是采用煅烧水化,但未实现工业化。

促进剂和添加剂混合后与磷石膏一次搅拌,再进行第一次反应,同时消除磷石膏中的有害成分;然后经均化处理,加入一部分复合凝胶进行二次搅拌,混合均匀后压制成型,再进行第二次反应,经养护后即为产品。

5、四川大学采用低压法，并设法改变石膏结构以获得高强度磷石膏砖块的工艺。

5．1 基本原理

本项目的思路是引进一种复合黏结剂，在一定的压力下成型，首先形成基本的网状体；同时黏结剂与磷石膏发生化学反应，形成新的物相以增强网结构体；然后磷石膏通过重新结晶，形成高强度的晶体填充在网中。在这3 种情况的共同作用下，获得高强度材料。

目前，建筑上使用的石膏制品抗水性差，这主要是因为石膏的水化产物与其他水硬性胶凝材料相比，具有大得多的溶解度。为提高材料的水硬性，同时形成硬骨架，研究中筛选了多种凝胶材料。它们当中有部分在一定的反应条件下会形成水化硅酸钙（简写为C－S－H），这是一种无定性物质；但在一定条件下可形成具有较好晶形的托勃莫来石，化学式为5CaO·6SiO2·nH2O，具有良好的物理力学性能。此外，其中的铝酸钙盐与石膏反应可生成钙钒（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，简写为AFt）。这些可形成网状结构（见图1）。

另一方面磷石膏尽管成型，但颗粒之间孔隙仍很大，因此，将石膏按较优的方向重结晶，形成石膏石，从而强度大为增加。由于磷石膏颗粒之间在一定条件下由范德华分子力相互作用而形成的凝聚结构，为固相间反应创造了较好的条件。反应过程中，原有的磷石膏发生脱水，而其游离水只离开晶格位置，在被物质封闭的压力空间中不会汽化蒸发；脱水完成后形成α 型半水石膏；然后结构体内的水再与半水石膏发生水合反应，重新结晶，形成致密型二水石膏。新生成的二水石膏结晶体与黏结剂间彼此交叉相连形成一个较为密实的网状结构，微观结构的变化最终导致宏观物理力学性能的明显提高。磷石膏不仅作为起填充作用的惰性集料，而且本身也是一种胶凝材料，因而显著地增加了材料的强度。

5．2 高强度磷石膏砖块基本工艺及产业化

高强度磷石膏砖块工艺简介如下。促进剂与添加剂（为高分子化合物，可以提高强度和抗折的功能）混合后再与磷石膏搅拌混合，在固定床反应器中进行第一次反应，同时消除磷石膏中的有害成分（如游离酸，可采用碱中和除去）。然后经强力搅拌机均化处理，加上一部分复合凝胶材料与磷石膏强力搅拌混合后压制成型，进行第二次反应，经养护后即成产品。生产线的成型系统可采用两类系统：一种专门为磷石膏标准砖研制开发的新型设备，外形类似压力砖机，每次出1 块砖，2 台设备可达年产2 500 块标砖的能力；另一种是全液压自动化成型机，采用多工位，模具可更换，因此，同一套设备可生产多种规格，1 台机器年产量可达50 万m3砌块。主要生产流程见图2。目前已建成工业化生产线，具有年生产2 500 块标砖的能力。

产品的检测按GB11945－99 国标要求的测定方法，产品浸水24 h 后再进行检测。样品送至建材检测部测定，判定为MU10 和MU15。并经环境部门检测，γ 核素放射性比活度测量分析指标（Bq ／ kg），CRa ＝ 119．0、CTh ＝ 19．0、CK ＝ 63．3，同时联合指标CRa ／ 330 ＋ CTh ／ 260 ＋ CK ／ 3 800 ＝ 0．45。

6、α-型高强度石膏

液相法生产工艺技术与应用

6、1国内α-型石膏生产技术现状及研究进展

6、1、1α-型石膏生产原理。

天然石膏在饱合水蒸气或溶液中，在一定压力和温度下晶体发生变化，二水石膏脱水生成含1/2结晶水的α-型石膏。

6、1、2国内α-型石膏生产现状。

目前我国生产α-型高强度石膏，采用干法蒸压脱水再细磨的方式。干法蒸压是将二水石膏在饱合水蒸气介质中加热处理，自然脱水后干燥处理，由于蒸压与脱水分二步静态进行，首先要将蒸煮好的α半水石膏进行降压、降温处理，方可取出物料，然后再进入干燥器加热干燥，这样不仅能耗大，而且经蒸煮的α半水石膏在一定压力环境条件下处于定相，可一旦通过降压、降温以及处于大量吸附水的状态下，就成为一个极不稳定相，因此半水石膏很快转化为二水石膏，为防止半水石膏水化，需马上送入干燥器，但这一阶段十分难以控制，有相当一部分半水石膏都被水化了。为最大限度地降低α半水石膏水化机率，采用二水石膏脱水与干燥在同一设备中进行，情况得到相应改善，但仍不能从根本上改变蒸压后的半水石膏水化为二水石膏的弊端。加上此工艺采用的原料是块状，二水石膏脱水十分不完全，存在部分二水石膏。由于温度不易控制、部分半水石膏被进一步脱水成无水石膏，导致最终产品是以α半水石膏为主的半水石膏与二水石膏和无水石膏的混合体，致使该工艺生产的产品性能指标不稳定。

6、1、3 国内α-型石膏液相法生产技术研究。

自20世纪70年代后期至80年代中期，南京化工公司磷肥厂，上海市建筑科学研究院先后对液相法生产α半水石膏作了尝试性研究、试用，但由于该工艺对设备制作要求精密，各环节工艺参数自动化控制要求严格(需全自动化控制，人工控制误差太大)，几经试用，最终也未达到理想效果。

6、2液相法生产α-型高强度石膏工艺技术

6、2、1 生产工艺流程

液相法生产α-型石膏生产工艺流程见图1。

生产工艺介绍

将品位>90%二水石膏原料破碎得到块度＜8cm的石膏、经研磨成细度及颗粒分布D50在10～100μm的二水石膏粉，并通过输送设备输入混合罐内将二水石膏粉与水混合成浓度1 346±50g/cm2(通过密度测量系统测量)的石膏料浆，石膏料浆由导热油加热系统加热升温至30～100℃，混合均匀的石膏料浆经高压料浆泵转入转晶器内，在转晶器内进一步稀释同时加入转晶剂马来酸酐，并以小幅将温度升到90～150℃。石膏料浆在压力3～6MPa和转晶剂马来酸酐的作用下进行首次结晶。此时应每隔一定时间取样在显微镜下观察，不断调整转晶剂量，控制晶体生成。当94%～99%转化为规则的α-型石膏晶体，将生成的α-型石膏浆体利用压力差从前一个转晶器转入后一个转晶器进行二次结晶。在温度110～150℃、压力3～6MPa和1/1000-1/10000转晶剂马来酸酐的作用下进行二次结晶。

当取样在显微镜下观察发现100%的转化，将二次结晶生成的α-型石膏浆体送入离心分离机分离，分离时为防止温度下降α-型石膏晶体还原，应给离心分离机通入温度40～160℃的热风。经离心分离机分离的液体由收集槽收集进入生产循环，分离的湿状α-型石膏晶体进入干燥机进一步干燥并通过输送设备输入料罐。

6、3 液相法生产α-型石膏与干法技术指标比较

(1) 液相法生产制得α-型石膏技术指标。

细度：240目≤1%；

标准稠度：28±%；

2h抗折强度：7.2MPa；干抗折强度：16MPa；

2h抗压强度：26MPa；干抗压强度：56MPa；

凝结膨胀率：＜0.75%；

吸水率：20%。

(2) 干法技术生产的α-型石膏技术指标。

细度：120目筛余≤1%；

标准稠度：53±%；

2h抗折强度：3.5MPa；干抗折强度：12MPa；

2h抗压强度：6MPa；干抗压强度：24MPa；

凝结膨胀率：＜2%；

吸水率：30%。

从以上技术指标和α-型石膏显微照片(图2)的比较可以看出：液相法生产制得α-型石膏晶体结晶特别完善，纯度特别高，使其机械性能大大提高，其干燥转化完全、规则,因而所得产品强度高、硬度大，膨胀系数小，所制作的模型能够准确地复制细节，而且使用次数多。

7、3废石膏模制备高强度α半水石膏的研究

8、石膏加硬液

北京百花美术用品公司新近开发了一种石膏加硬液, 可使石膏制品强度提高35%以上, 使其硬度提高60%以上, 接近高强度石膏的性能。其使用方法100份水加入加硬液8份, 或100公斤水加入加硬液9.6公斤,准确配比, 搅匀后按正常调制石膏浆的方法使用。这种加硬液为无味无毒无刺激性乳自色胶体溶液, 使用方便

9、常用加工石膏方法

一种是把天然石膏蒸压成石膏, 它的标准稠度较低,其制品的密度增高, 因此提高了强度, 但因石膏的生产成本高, 故了它的广泛应用.

第二种是石膏纸浆混合, 经压滤成型, 可使制品强度大幅度提高, 但受生产工艺。

现在不少专家把注意力集中在第三种方法上, 即在半水石膏中加入增强剂, 使石膏制品强度明，显提高, 又能保持轻质优点。增强剂可分成两大类一类，是高价的树脂类物质, 能使石膏增强明显, 但受价格, 不宜大量使用另一类增强剂虽价格便宜, 但使石膏增强的效果不大, 例如水泥、石灰和水玻璃等本研究找到廉价的增强剂, 可使石膏制品抗折强度提高、表面硬度提高三级。

10、用压模成形法制造高强度石膏硬化体

实验使用的热石育是标准混水量、水与石膏比为0.73的陶器模塑用熟石膏, 其化学组成示于表一,

先试样的制作方法：采用如图1听示的内径为30mm、高为60mm的圆筒形铁制模型浇注成形。在这种圆筒的下部插入外径为30mm、高为30mm的铁制圆筒。在该筒上部浇注石膏浆, 使上表面平整，制成直径为30mm，高为30mm的试块。

压缩试体是在圆筒的下部插入外径为30mm、厚5mm的圆板, 在其上面浇注石膏浆, 使上表面平整, 在上表面放置与插入下部厚度相同的5mm圆板,压缩到与圆筒相同的高度, 成形后30分钟脱模。由压缩引起的体积变化率为压缩率。在这种场合, 因为上面放置了的圆板, 所以被压缩了5mm， 故压缩率为5.55x100=9.1, 压缩率可以用上表面放置的圆板数调节。本实验的混水量在30。以上, 多用3块厚5mm的圆板叠放, 这时,压缩率是15.45x100=33.3。 制得直径为30mm、高为10mm的成形体。