Entschwefelungsgips ist ein industrielles Nebenprodukt, das durch Entschwefelung und Reinigung des Rauchgases gewonnen wird, das nach der Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe entsteht. Die Entschwefelung erfolgt mit einer feinen Kalk- oder Kalksteinmehlsuspension. Seine chemische Zusammensetzung entspricht der von natürlichem Dihydratgips und besteht hauptsächlich aus CaSO₄·2H₂O. Derzeit wird in meinem Land die Stromerzeugung noch immer hauptsächlich durch Kohlekraftwerke vorangetrieben. Die bei der Kohleverstromung freigesetzten SO₂-Emissionen machen mehr als 50 % der jährlichen Emissionen meines Landes aus. Diese hohen Schwefeldioxidemissionen führen zu erheblicher Umweltverschmutzung. Die Nutzung der Rauchgasentschwefelungstechnologie zur Gewinnung von Entschwefelungsgips ist eine wichtige Maßnahme zur technologischen Weiterentwicklung der kohlebefeuerten Industrie. Laut unvollständigen Statistiken hat die Emission von nassem, entschwefeltem Gips in meinem Land 90 Millionen Tonnen pro Jahr überschritten, und die Verarbeitungsmethode für entschwefelten Gips besteht hauptsächlich in der Lagerung, was nicht nur Land beansprucht, sondern auch eine enorme Ressourcenverschwendung verursacht.
Gips besitzt die Eigenschaften eines geringen Gewichts, schalldämmender, brandschutztechnischer und wärmedämmender Eigenschaften. Er findet Anwendung in der Zementherstellung, der Gipsherstellung im Bauwesen, im Innenausbau und weiteren Bereichen. Zahlreiche Wissenschaftler forschen derzeit an Leichtputz. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass Leichtputz mikroexpandierend, gut verarbeitbar und plastisch ist und traditionelle Putzmaterialien für die Innenwandgestaltung ersetzen kann. Studien von Xu Jianjun et al. belegen, dass entschwefelter Gips zur Herstellung von Leichtbauwänden verwendet werden kann. Untersuchungen von Ye Beihong et al. zeigen, dass der aus entschwefeltem Gips hergestellte Leichtputz für die Putzschicht an der Innenseite von Außenwänden, Trennwänden und Decken geeignet ist und gängige Qualitätsprobleme wie Abplatzen und Rissbildung von herkömmlichem Putzmörtel behebt. Leichtputz ist ein neuartiges, umweltfreundliches Putzmaterial. Er besteht aus Halbhydratgips als Hauptbindemittel, dem Leichtzuschlagstoffe und Zusatzmittel beigemischt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Zementputzmaterialien ist es rissfester, haftet gut, weist ein geringes Schwindverhalten auf und ist umweltfreundlich. Die Verwendung von entschwefeltem Gips zur Herstellung von Halbhydratgips löst nicht nur das Problem des Mangels an natürlichen Baugipsressourcen, sondern ermöglicht auch die Ressourcennutzung von entschwefeltem Gips und trägt zum Umweltschutz bei. Daher untersucht diese Arbeit auf Basis von entschwefeltem Gips die Abbindezeit, Biegefestigkeit und Druckfestigkeit, um die Einflussfaktoren auf die Eigenschaften von Leichtputz-Entschwefelungsgipsmörtel zu analysieren und eine theoretische Grundlage für dessen Entwicklung zu schaffen.
1 Experiment
1.1 Rohstoffe
Entschwefelungsgipspulver: Halbhydratgips, hergestellt und kalziniert durch Rauchgasentschwefelung; seine grundlegenden Eigenschaften sind in Tabelle 1 dargestellt. Leichtzuschlagstoff: Es werden verglaste Mikrokügelchen verwendet; deren grundlegende Eigenschaften sind in Tabelle 2 dargestellt. Die verglasten Mikrokügelchen werden in Anteilen von 4 %, 8 %, 12 % und 16 %, bezogen auf das Massenverhältnis des leichten, entschwefelten Gipsmörtels, beigemischt.
Verzögerer: Natriumcitrat verwenden, chemisch reines Reagenz. Die Menge an Natriumcitrat basiert auf dem Gewichtsverhältnis des Leichtputz-Entschwefelungsgipsmörtels und beträgt 0, 0,1 %, 0,2 %, 0,3 %.
Celluloseether: Verwendung von Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), Viskosität 400, HPMC basiert auf dem Gewichtsverhältnis von leichtem, entschwefeltem Gipsmörtel, und das Mischungsverhältnis beträgt 0, 0,1 %, 0,2 %, 0,4 %.
1.2 Prüfverfahren
Der Wasserverbrauch und die Abbindezeit für die Standardkonsistenz von entschwefeltem Gips werden gemäß GB/T17669.4-1999 „Bestimmung der physikalischen Eigenschaften von Baugipsputz“ ermittelt, und die Abbindezeit für leichten entschwefelten Gipsputzmörtel wird gemäß GB/T 28627-2012 „Gipsputz“ ermittelt.
Die Biege- und Druckfestigkeit von entschwefeltem Gips wird gemäß GB/T 9776-2008 „Baugips“ ermittelt. Dazu werden Proben mit den Abmessungen 40 mm × 40 mm × 160 mm hergestellt und die Festigkeit nach zwei Stunden sowie die Trockenfestigkeit gemessen. Die Biege- und Druckfestigkeit von Leichtputz aus entschwefeltem Gips wird gemäß GB/T 28627-2012 „Verputzgips“ ermittelt. Die Festigkeit nach natürlicher Aushärtung wird jeweils nach einem und 28 Tagen gemessen.
2 Ergebnisse und Diskussion
2.1 Der Einfluss des Gipspulvergehalts auf die mechanischen Eigenschaften von Leichtputz-Entschwefelungsgips
Die Gesamtmenge an Gipsmehl, Kalksteinmehl und Leichtzuschlag beträgt 100 %, die Menge an festem Leichtzuschlag und Zusatzmitteln bleibt unverändert. Bei einem Gipsmehlanteil von 60 %, 70 %, 80 % und 90 % werden die Ergebnisse der Entschwefelung sowie die Biege- und Druckfestigkeit des Gipsmörtels untersucht.
Die Biege- und Druckfestigkeit von Leichtputz aus entschwefeltem Gips nehmen mit dem Alter zu, was auf einen zunehmenden Hydratationsgrad des Gipses hindeutet. Mit steigendem Anteil an entschwefeltem Gipspulver zeigten Biege- und Druckfestigkeit des Leichtputzes zwar einen allgemeinen Aufwärtstrend, der Anstieg war jedoch gering. Besonders deutlich war der Anstieg der Druckfestigkeit nach 28 Tagen. Nach einem Tag war die Biegefestigkeit des mit 90 % Gipspulver vermischten Putzes um 10,3 % höher als die des mit 60 % Gipspulver vermischten Putzes, die entsprechende Druckfestigkeit um 10,1 %. Nach 28 Tagen betrug die Erhöhung der Biegefestigkeit des mit 90 % Gipspulver vermischten Putzes im Vergleich zum mit 60 % Gipspulver vermischten Putzes 8,8 % und die entsprechende Druckfestigkeit 2,6 %. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Menge an Gipspulver einen größeren Einfluss auf die Biegefestigkeit als auf die Druckfestigkeit hat.
2.2 Einfluss des Leichtzuschlagstoffgehalts auf die mechanischen Eigenschaften von leichtem, verputztem, entschwefeltem Gips
Die Gesamtmenge an Gipspulver, Kalksteinpulver und Leichtzuschlagstoff beträgt 100 %, die Menge an gebundenem Gipspulver und Zusatzmitteln bleibt unverändert. Bei einem Anteil von 4 %, 8 %, 12 % und 16 % verglaster Mikrokügelchen ergeben sich Ergebnisse der Biege- und Druckfestigkeitsprüfung von entschwefeltem Gipsmörtel.
Bei gleichem Alter nahmen die Biege- und Druckfestigkeit von Leichtputz aus entschwefeltem Gips mit steigendem Gehalt an verglasten Mikrokügelchen ab. Dies liegt daran, dass die meisten verglasten Mikrokügelchen eine Hohlstruktur aufweisen und daher eine geringe Eigenfestigkeit besitzen, was die Biege- und Druckfestigkeit des Leichtputzes reduziert. Nach einem Tag war die Biegefestigkeit von 16 % Gipspulver im Vergleich zu 4 % Gipspulver um 35,3 % reduziert, die entsprechende Druckfestigkeit um 16,3 %. Nach 28 Tagen war die Biegefestigkeit von 16 % Gipspulver im Vergleich zu 4 % Gipspulver um 24,6 % reduziert, die entsprechende Druckfestigkeit jedoch nur noch um 6,0 %. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der Einfluss des Gehalts an verglasten Mikrokügelchen auf die Biegefestigkeit größer ist als auf die Druckfestigkeit.
2.3 Einfluss des Verzögerergehalts auf die Abbindezeit von leicht verputztem, entschwefeltem Gips
Die Gesamtdosierung von Gipsmehl, Kalksteinmehl und Leichtzuschlagstoff beträgt 100 %, die Dosierung von festem Gipsmehl, Kalksteinmehl, Leichtzuschlagstoff und Celluloseether bleibt unverändert. Bei einer Natriumcitrat-Dosierung von 0 %, 0,1 %, 0,2 % und 0,3 % ergeben sich unterschiedliche Abbindezeiten für leicht verputzten, entschwefelten Gipsmörtel.
Die Anfangs- und Endbindezeit von leicht verputztem, entschwefeltem Gipsmörtel verlängern sich mit steigendem Natriumcitratgehalt, jedoch nur geringfügig. Bei einem Natriumcitratgehalt von 0,3 % verlängert sich die Anfangsbindezeit um 28 Minuten und die Endbindezeit um 33 Minuten. Die verlängerte Bindezeit ist vermutlich auf die große Oberfläche des entschwefelten Gipses zurückzuführen. Diese kann das Verzögerermittel um die Gipspartikel herum absorbieren, wodurch die Auflösungsgeschwindigkeit des Gipses verringert und die Kristallisation gehemmt wird. Dies führt dazu, dass die Gipssuspension kein festes Gefüge bilden kann.
2.4 Einfluss des Celluloseethergehalts auf die mechanischen Eigenschaften von leichtem, verputztem, entschwefeltem Gips
Die Gesamtdosierung von Gipsmehl, Kalksteinmehl und Leichtzuschlagstoff beträgt 100 %, die Dosierung von festem Gipsmehl, Kalksteinmehl, Leichtzuschlagstoff und Verzögerer bleibt unverändert. Bei einer Dosierung von Hydroxypropylmethylcellulose von 0, 0,1 %, 0,2 % und 0,4 % ergeben sich die Biege- und Druckfestigkeitswerte von leicht verputztem, entschwefeltem Gipsmörtel.
Im Alter von einem Tag stieg die Biegefestigkeit des leicht verputzten, entschwefelten Gipsmörtels zunächst mit zunehmendem Hydroxypropylmethylcellulose-Gehalt an und sank dann wieder. Im Alter von 28 Tagen zeigte die Biegefestigkeit des leicht verputzten, entschwefelten Gipsmörtels mit steigendem Hydroxypropylmethylcellulose-Gehalt einen Trend von zunächst abnehmend, dann zunehmend und schließlich wieder abnehmend. Bei einem Hydroxypropylmethylcellulose-Gehalt von 0,2 % erreichte die Biegefestigkeit ihr Maximum und übertraf die entsprechende Festigkeit bei einem Cellulosegehalt von 0 %. Unabhängig vom Alter (1 Tag oder 28 Tage) nahm die Druckfestigkeit des leicht verputzten, entschwefelten Gipsmörtels mit steigendem Hydroxypropylmethylcellulose-Gehalt ab, wobei dieser Abwärtstrend im Alter von 28 Tagen deutlicher ausgeprägt war. Dies liegt daran, dass Celluloseether eine wasserbindende und verdickende Wirkung hat und der Wasserbedarf für eine Standardkonsistenz mit zunehmendem Celluloseethergehalt steigt, was zu einer Erhöhung des Wasser-Zement-Verhältnisses der Schlämmstruktur führt und somit die Festigkeit der Gipsprobe verringert.
3. Schlussfolgerung
(1) Der Hydratationsgrad von entschwefeltem Gips verbessert sich mit zunehmendem Alter. Mit steigendem Anteil an entschwefeltem Gipspulver zeigten die Biege- und Druckfestigkeit von Leichtputzgips zwar einen allgemeinen Aufwärtstrend, der Anstieg war jedoch gering.
(2) Mit zunehmendem Gehalt an verglasten Mikrokügelchen nehmen die Biegefestigkeit und die Druckfestigkeit des Leichtputzes aus entschwefeltem Gips entsprechend ab, wobei der Einfluss des Gehalts an verglasten Mikrokügelchen auf die Biegefestigkeit größer ist als der auf die Druckfestigkeit.
(3) Mit zunehmendem Natriumcitratgehalt verlängern sich die Anfangsbindezeit und die Endbindezeit von leicht verputztem, entschwefeltem Gipsmörtel. Bei einem geringen Natriumcitratgehalt ist der Effekt auf die Bindezeit jedoch nicht deutlich.
(4) Mit zunehmendem Hydroxypropylmethylcellulosegehalt nimmt die Druckfestigkeit des leicht verputzten entschwefelten Gipsmörtels ab, die Biegefestigkeit zeigt jedoch nach 1 Tag einen Trend von zunächst steigender und dann fallender Tendenz und nach 28 Tagen einen Trend von zunächst fallender, dann steigender und dann wieder fallender Tendenz.
Veröffentlichungsdatum: 02.02.2023