指導(dǎo)教師：韓濤脫硫石膏制備超輕發(fā)泡材料班級(jí)：11030241學(xué)生：武艷文學(xué)號(hào)：16課題研究?jī)?nèi)容以及試驗(yàn)流程

本課題為研究脫硫石膏制備超輕發(fā)泡材料，其中的工藝包括脫硫石膏的煅燒工藝、發(fā)泡工藝和發(fā)泡石膏的改性工藝。以及通過(guò)試驗(yàn)得出不同工藝制作對(duì)超輕發(fā)泡材料密度、強(qiáng)度、吸水率等的影響。因此試驗(yàn)具體的試驗(yàn)方案如下：第一步為通過(guò)高溫煅燒制備脫硫建筑石膏。第二步為通過(guò)不同的發(fā)泡工藝，利用不同的發(fā)泡劑制備發(fā)泡石膏。得到其絕干密度較低的樣本。第三步對(duì)制得的發(fā)泡石膏進(jìn)行改性，以使其強(qiáng)度，吸水率，軟化系數(shù)等性能有所改善課題研究試驗(yàn)流程圖課題研究脫硫石膏↓脫硫石膏材料高溫煅燒工藝研究↓超輕脫硫石膏材料制備工藝研究↓脫硫石膏制備超輕發(fā)泡材料工藝優(yōu)化

↓測(cè)定試樣綜合性能脫硫石膏煅燒研究CaSO4·2H2O→CaSO4·1/2H2O+3/2H2O（120℃~140℃)CaSO4·1/2H2O→CaSO4Ⅲ+1/2H2O(170℃~190℃)CaSO4Ⅲ→CaSO4Ⅱs（320℃~360℃）CaSO4·2H2O→CaSO4·1/2H2O+3/2H2O（120℃~140℃)CaSO4·1/2H2O→CaSO4Ⅲ+1/2H2O(170℃~190℃)CaSO4Ⅲ→CaSO4Ⅱs（320℃~360℃）CaSO4·2H2O→CaSO4·1/2H2O+3/2H2O（120℃~140℃)CaSO4·1/2H2O→CaSO4Ⅲ+1/2H2O(170℃~190℃)CaSO4Ⅲ→CaSO4Ⅱs（320℃~360℃）脫硫石膏的煅燒階段發(fā)生如下的相變反應(yīng)：因此脫硫石膏的煅燒工藝如下所示：預(yù)煅燒階段：本階段旨在去除脫硫石膏內(nèi)部的自由水，因此在60℃下煅燒一定時(shí)間，每隔30min稱量一次，直到石膏質(zhì)量恒定時(shí)，預(yù)煅燒階段結(jié)束。煅燒階段：本階段旨在去除脫硫石膏中一個(gè)半的結(jié)合水，使二水石膏變?yōu)榘胨?，因此分別150,175,190℃分別煅燒1h，1.5h，2h。在對(duì)石膏性能進(jìn)行測(cè)量，得出最佳的煅燒溫度，煅燒時(shí)間。脫硫石膏煅燒研究不同制度下的煅燒的脫硫石膏性能記錄如下：試樣初凝時(shí)間終凝時(shí)間2h抗折強(qiáng)度/MPa2h抗壓強(qiáng)度/MPa7d抗折強(qiáng)度/MPa7d抗壓強(qiáng)度/MPa吸水率/%軟化系數(shù)150℃/1h7分25秒10分20秒2.4454.6003.356.9836.110.581150℃/1.5h8分8秒12分38秒2.7833.7692.3724.92135.440.748150℃/2h9分14秒10分49秒2.6755.4283.4138.81932.900.534175℃/1h7分5秒10分35秒3.1004.9883.297.88

35.135

0.602

175℃/1.5h9分42秒11分20秒3.4254.5162.878

5.39

35.59

0.920175℃/2h12分45秒16分20秒2.1304.0982.6975.3134.580.863200℃/1h11分35秒14分55秒2.1554.5193.2327.24739.210.477200℃/1.5h8分10秒10分55秒2.1334.2213.1677.35337.310.518200℃/2h8分25秒10分45秒2.1434.4563.3327.36938.760.517由以上試驗(yàn)可知在175℃,2h的煅燒較佳，其煅燒產(chǎn)物的各項(xiàng)性能已基本滿足國(guó)家有關(guān)建筑石膏優(yōu)等品的標(biāo)準(zhǔn)要求，可用于制作各類石膏制品脫硫石膏發(fā)泡工藝的研究通過(guò)試驗(yàn)得出了石膏發(fā)泡的兩種發(fā)泡工藝：方案A:將發(fā)泡劑，穩(wěn)泡劑，緩凝劑一同置于對(duì)應(yīng)于石膏水膏比的定量水中，在攪拌機(jī)下高速攪拌獲得泡沫，然后將石膏料粉撒入泡沫中，在通過(guò)攪拌使之混合均勻。該方案適用于陰離子型發(fā)泡劑，可以研究發(fā)泡劑對(duì)石膏性能的影響，且工藝簡(jiǎn)單，快捷。形成的試塊結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔洞很多，密度較低，但強(qiáng)度很低，吸水率過(guò)高。方案B:將發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑一同置于定量水中經(jīng)高速攪拌制得穩(wěn)定泡沫，在將石膏料粉與摻加緩凝劑的水拌合均勻，在將拌合好的石膏漿加入定量泡沫中，在將石膏漿與泡沫拌合均勻，即得發(fā)泡石膏。該工藝適用于研究泡沫摻量對(duì)石膏性能的影響，形成的發(fā)泡石膏，內(nèi)含均勻氣孔，且吸水率不高，具有一定強(qiáng)度，浸入水中，可以漂浮于水面。初期性能較方案A較佳。脫硫石膏的發(fā)泡工藝方案A流程圖：方案B流程圖：脫硫石膏的發(fā)泡工藝方案A:方案B:脫硫石膏的發(fā)泡工藝(方案A)

方案A，選用發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉，穩(wěn)泡劑為纖維素，緩凝劑為三聚硼酸鈉。選用合適的纖維素，緩凝劑配合比以使發(fā)泡石膏具有合適的流動(dòng)度，保證發(fā)泡石膏可以順利倒入磨具中成型。選用0.5%的K12→由以上可知K12具有一定的緩凝效果，且加入纖維素使石膏漿黏稠，因此降低了石膏漿的流動(dòng)度，因此加入緩凝劑進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。不加入纖維素流動(dòng)性略差0.1%纖維素流動(dòng)性更差確定纖維素與緩凝劑摻量之比脫硫石膏的發(fā)泡工藝(方案A)加入緩凝劑三聚硫酸鈉：1.0.05%的緩凝劑凝結(jié)嚴(yán)重。2.0.1%的緩凝劑，流動(dòng)度良好。3.0.15%的緩凝劑，流動(dòng)度良好，與0.1%的緩凝劑相差不大。4.0.2%的緩凝劑，石膏漿凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)由以上得出當(dāng)纖維素和緩凝劑摻量比例為1:1，或1:1.5時(shí)流動(dòng)度均可保證石膏漿與泡沫可以良好的混合，故此以下實(shí)驗(yàn)纖維素和緩凝劑摻量比例為1:1。確定纖維素與緩凝劑摻量之比脫硫石膏的發(fā)泡工藝(方案A)K120.5%緩凝劑與纖維素為1:1，摻入如下梯度纖維素得以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：纖維素?fù)搅?%絕干質(zhì)量/g抗折強(qiáng)度/Mpa抗壓強(qiáng)度/kN干/濕質(zhì)量/g濕強(qiáng)度/kN0.15145.3600.4250.7468.12/108.260.320.2109.3470.2980.2855.01/110.85無(wú)強(qiáng)度0.3152.3760.4701.1773.77/123.720.450.4262.100.4804.19121.66/166.821.390.5黏稠，無(wú)法成型確定纖維素?fù)搅客ㄟ^(guò)以上梯度實(shí)驗(yàn)，最終確定在0.2%時(shí)泡沫最為穩(wěn)定且可以保持的流動(dòng)度，以保證成模。脫硫石膏的發(fā)泡工藝(方案A)確定發(fā)泡劑摻量摻入0.2%的纖維素，0.2%的緩凝劑，再加入以下梯度的K12，得到不同發(fā)泡劑摻量下的發(fā)泡石膏性能：由以上可確定在K12摻量為0.5%時(shí)可以保證石膏漿中有足夠的泡沫，且由0.6%，0.7%凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可得出K12由延緩凝結(jié)的效果，且效果很強(qiáng)。K12摻量/%絕干質(zhì)量/g抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/kN干/濕質(zhì)量/g濕強(qiáng)度/kN0.2159.9380.6500.7470.56/127.870.620.3137.0250.5300.4968.64/116.860.360.4116.1150.3650.3246.43/88.77無(wú)強(qiáng)度0.5109.3470.2980.2855.01/110.85無(wú)強(qiáng)度0.6坍塌，且凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，24h后仍為糊狀0.7坍塌，且凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，24h后仍為糊狀脫硫石膏的發(fā)泡工藝(方案A)正交確定最佳摻入量由于各因素相互影響故由正交33，得出最佳摻量，選用三個(gè)水品因素得以下正交表：水平因素發(fā)泡劑/%穩(wěn)泡劑/%水灰比10.40.20.5520.450.250.630.50.30.65其具體的實(shí)驗(yàn)參數(shù)記錄如下：編號(hào)發(fā)泡劑/%緩凝劑/%水灰比/%10.40.20.5520.450.20.630.50.20.6540.40.250.650.450.250.6560.50.250.5570.40.30.6580.450.30.5590.50.30.6脫硫石膏的發(fā)泡工藝(方案A)編號(hào)絕干質(zhì)量/g抗折強(qiáng)度/Mpa抗壓強(qiáng)度/kN干/濕質(zhì)量/g濕強(qiáng)度/kN1151.360.5400.86142.60/237.40.452128.490.5050.38128.49/231.80.243坍塌4坍塌5105.060.4300.2652.61/92.6無(wú)強(qiáng)度6126.040.4900.32129.31/227.10.237115.360.4700.2958.78/103.3無(wú)強(qiáng)度8130.450.5790.4361.28/117.390.299坍塌正交確定最佳摻入量正交結(jié)果記錄如下：由以上可知，5號(hào)最佳，且得出緩凝劑過(guò)多會(huì)降低強(qiáng)度，且水量增多，也可使泡沫增多，若水量增加過(guò)多，會(huì)造成泡沫不穩(wěn)定而造成坍塌。脫硫石膏的發(fā)泡工藝(方案B)纖維素?fù)搅?wt%初始泡沫高度/ml泡沫半消時(shí)間/min0.190090.2約1000150.3約1000190.4約1000270.5約1000380.6約100059纖維素?fù)搅颗c泡沫的穩(wěn)定.取制得的15ml松香皂液氣泡，并加入一定發(fā)泡母液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的纖維素，得其初始發(fā)泡高度，以及泡沫半消的時(shí)間，記錄如下：故而選用0.5wt%的纖維素，其半消時(shí)間已經(jīng)足夠長(zhǎng)，在石膏凝結(jié)之前可保證泡沫穩(wěn)定。脫硫石膏的發(fā)泡工藝(方案B)泡沫摻量/ml絕干質(zhì)量/g抗折強(qiáng)度/Mpa抗壓強(qiáng)度/kN干/濕質(zhì)量/g濕強(qiáng)度/kN0297.81.1259.37166.13/180.555.37150287.40.9809.10172.38/194.388.95300239.800.7651.82139.65/179.561.45450164.850.6500.90164.85/209.740.83600160.560.5300.68160.56/200.150.60750

128.74

0.490

0.53

128.74/198.65

0.43900

98.74

0.235

0.25

98.74/180.75

0.151050

無(wú)法凝結(jié)

泡沫摻量對(duì)石膏性能的影響取300克石膏，0.6的水膏比，加入0.2%的緩凝劑三聚硼酸鈉配制石膏漿，再加入不同體積泡沫，制備出不同的發(fā)泡石膏，其性能檢測(cè)記錄如下：由以上試驗(yàn)可得出，在900m