Le gypse désulfuré est un sous-produit industriel obtenu par désulfuration et purification des gaz de combustion issus de la combustion de combustibles soufrés, à l'aide d'une suspension de chaux fine ou de calcaire. Sa composition chimique est identique à celle du gypse dihydraté naturel, principalement du CaSO₄·2H₂O. Actuellement, la production d'électricité en Chine repose majoritairement sur les centrales thermiques au charbon, et les émissions de SO₂ liées à ce procédé représentent plus de 50 % des émissions annuelles du pays. Ces importantes émissions de dioxyde de soufre engendrent une grave pollution environnementale. Le recours à la désulfuration des gaz de combustion pour produire du gypse désulfuré constitue une solution essentielle pour le développement technologique des industries liées au charbon. Selon des statistiques incomplètes, les émissions de gypse désulfuré humide dans mon pays ont dépassé 90 millions de tonnes par an, et la méthode de traitement du gypse désulfuré consiste principalement en l'empilement, ce qui non seulement occupe des terres, mais provoque également un énorme gaspillage de ressources.
Le gypse possède de nombreuses propriétés : légèreté, réduction du bruit, protection contre l'incendie, isolation thermique, etc. Il est utilisé dans la production de ciment, la fabrication de plâtre de construction, le génie civil et d'autres domaines. Actuellement, de nombreux chercheurs étudient le plâtre de plâtrage. Leurs travaux montrent que ce matériau présente une micro-expansion, une bonne maniabilité et une bonne plasticité, et peut remplacer les enduits traditionnels pour la décoration des murs intérieurs. Les travaux de Xu Jianjun et al. ont démontré que le gypse désulfuré permet de fabriquer des matériaux muraux légers. Les études de Ye Beihong et al. ont montré que le plâtre de plâtrage produit à partir de gypse désulfuré peut être utilisé pour la couche d'enduit intérieure des murs extérieurs, des cloisons et des plafonds, et permet de résoudre les problèmes de qualité courants tels que l'écaillage et la fissuration des mortiers d'enduit traditionnels. Le plâtre de plâtrage léger est un nouveau type de matériau d'enduit écologique. Il est composé de gypse hémihydraté comme liant principal, auquel sont ajoutés des granulats légers et des adjuvants. Comparé aux enduits cimentaires traditionnels, ce mortier présente une bonne adhérence, un retrait maîtrisé et est écologique. L'utilisation de gypse désulfuré pour produire du gypse hémihydraté permet non seulement de pallier la pénurie de gypse de construction naturel, mais aussi de valoriser cette ressource et de contribuer à la protection de l'environnement. Par conséquent, cette étude, basée sur le gypse désulfuré, analyse le temps de prise, la résistance à la flexion et la résistance à la compression afin d'identifier les facteurs influençant les performances du mortier de gypse désulfuré léger et de fournir une base théorique pour son développement.
1 expérience
1.1 Matières premières
Poudre de gypse désulfuré : gypse hémihydraté produit et calciné par la technologie de désulfuration des gaz de combustion, ses propriétés de base sont présentées dans le tableau 1. Granulats légers : des microbilles vitrifiées sont utilisées, et leurs propriétés de base sont présentées dans le tableau 2. Les microbilles vitrifiées sont mélangées dans des proportions de 4 %, 8 %, 12 % et 16 % en fonction du rapport massique du mortier de gypse désulfuré léger.
Retardateur : Utiliser du citrate de sodium, réactif pur d'analyse chimique, le citrate de sodium est basé sur le rapport pondéral du mortier de gypse désulfuré pour enduit léger, et le rapport de mélange est de 0, 0,1 %, 0,2 %, 0,3 %.
Éther de cellulose : utiliser de l'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC), la viscosité est de 400, l'HPMC est basée sur le rapport pondéral du mortier de gypse désulfuré légèrement plâtré, et le rapport de mélange est de 0, 0,1 %, 0,2 %, 0,4 %.
1.2 Méthode d'essai
La consommation d'eau et le temps de prise de la consistance standard du gypse désulfuré sont définis conformément à la norme GB/T17669.4-1999 « Détermination des propriétés physiques du plâtre de construction », et le temps de prise du mortier de plâtre désulfuré pour enduit léger est défini conformément à la norme GB/T 28627-2012 « Plâtre d'enduit ».
Les résistances à la flexion et à la compression du plâtre désulfuré sont déterminées conformément à la norme GB/T9776-2008 « Plâtre de construction ». Des éprouvettes de 40 mm × 40 mm × 160 mm sont moulées et leurs résistances à 2 h et à sec sont mesurées. Les résistances à la flexion et à la compression du mortier de plâtre désulfuré léger sont déterminées conformément à la norme GB/T 28627-2012 « Plâtre d’enduit ». Les résistances après cure naturelle sont mesurées à 1 jour et à 28 jours.
2. Résultats et discussion
2.1 Effet de la teneur en poudre de gypse sur les propriétés mécaniques du plâtre léger désulfuré
La proportion totale de poudre de gypse, de poudre de calcaire et de granulats légers est de 100 %, tandis que les proportions de granulats légers fixes et d'adjuvants restent inchangées. Pour des proportions de poudre de gypse de 60 %, 70 %, 80 % et 90 %, les résultats de la désulfuration sont présentés, ainsi que les résultats des essais de résistance à la flexion et à la compression du mortier de gypse.
La résistance à la flexion et la résistance à la compression du mortier de plâtre léger désulfuré augmentent toutes deux avec le temps, ce qui indique que le degré d'hydratation du gypse s'améliore. L'augmentation de la proportion de poudre de gypse désulfurée entraîne une hausse générale, mais modeste, de la résistance à la flexion et de la résistance à la compression du plâtre léger, notamment à 28 jours. À 1 jour, la résistance à la flexion du mortier contenant 90 % de poudre de gypse est supérieure de 10,3 % à celle du mortier contenant 60 %, et sa résistance à la compression correspondante est supérieure de 10,1 %. À 28 jours, la résistance à la flexion du mortier contenant 90 % de poudre de gypse est supérieure de 8,8 % à celle du mortier contenant 60 %, et sa résistance à la compression correspondante est supérieure de 2,6 %. En résumé, on peut conclure que la quantité de poudre de gypse a plus d'influence sur la résistance à la flexion que sur la résistance à la compression.
2.2 Effet de la teneur en granulats légers sur les propriétés mécaniques du plâtre désulfuré léger
La proportion totale de poudre de gypse, de poudre de calcaire et de granulats légers est de 100 %, tandis que les proportions de poudre de gypse fixe et d'adjuvant restent inchangées. Lorsque la proportion de microbilles vitrifiées est de 4 %, 8 %, 12 % et 16 %, les résultats concernant la résistance à la flexion et à la compression du mortier de gypse désulfuré sont présentés.
À âge égal, la résistance à la flexion et la résistance à la compression du mortier de plâtre désulfuré léger diminuent avec l'augmentation de la teneur en microbilles vitrifiées. Ceci s'explique par la structure interne creuse de la plupart des microbilles vitrifiées, qui leur confère une faible résistance intrinsèque, réduisant ainsi la résistance à la flexion et à la compression du mortier. À 1 jour, la résistance à la flexion du mortier contenant 16 % de poudre de plâtre est inférieure de 35,3 % à celle du mortier contenant 4 %, et sa résistance à la compression est inférieure de 16,3 %. À 28 jours, la résistance à la flexion du mortier contenant 16 % de poudre de plâtre est inférieure de 24,6 % à celle du mortier contenant 4 %, tandis que sa résistance à la compression n'est inférieure que de 6,0 %. En conclusion, la teneur en microbilles vitrifiées a un impact plus important sur la résistance à la flexion que sur la résistance à la compression.
2.3 Effet de la teneur en retardateur sur le temps de prise du plâtre désulfuré léger
Le dosage total de poudre de gypse, de poudre de calcaire et de granulats légers est de 100 %, tandis que le dosage de poudre de gypse fixe, de poudre de calcaire, de granulats légers et d'éther de cellulose reste inchangé. Lorsque le dosage de citrate de sodium est de 0 %, 0,1 %, 0,2 % et 0,3 %, on observe les temps de prise du mortier de gypse désulfuré légèrement enduit.
Le temps de prise initial et le temps de prise final du mortier de plâtre désulfuré léger augmentent tous deux avec la teneur en citrate de sodium, mais l'augmentation du temps de prise est faible. Pour une teneur en citrate de sodium de 0,3 %, le temps de prise initial est prolongé de 28 minutes et le temps de prise final de 33 minutes. Cette prolongation du temps de prise pourrait être due à la grande surface spécifique du plâtre désulfuré, qui peut absorber le retardateur autour des particules de plâtre. Ceci réduit la vitesse de dissolution du plâtre et inhibe sa cristallisation, empêchant ainsi la formation d'une structure solide à partir de la barbotine.
2.4 Effet de la teneur en éther de cellulose sur les propriétés mécaniques du plâtre désulfuré léger
Le dosage total de poudre de gypse, de poudre de calcaire et de granulats légers est de 100 %, tandis que le dosage de poudre de gypse fixe, de poudre de calcaire, de granulats légers et de retardateur reste inchangé. Lorsque le dosage d'hydroxypropylméthylcellulose est de 0 %, 0,1 %, 0,2 % et 0,4 %, les résultats de résistance à la flexion et à la compression du mortier de gypse désulfuré légèrement enduit sont présentés.
À 1 jour, la résistance à la flexion du mortier de gypse désulfuré légèrement enduit augmente d'abord, puis diminue avec l'augmentation de la teneur en hydroxypropylméthylcellulose. À 28 jours, la résistance à la flexion du mortier de gypse désulfuré légèrement enduit présente une évolution inverse : elle diminue d'abord, puis augmente, puis diminue à nouveau. La résistance à la flexion est maximale pour une teneur en hydroxypropylméthylcellulose de 0,2 %, et dépasse celle obtenue en l'absence de cellulose. Que ce soit à 1 ou 28 jours, la résistance à la compression du mortier de gypse désulfuré légèrement enduit diminue avec l'augmentation de la teneur en hydroxypropylméthylcellulose, et cette diminution est plus marquée à 28 jours. En effet, l'éther de cellulose a pour effet de retenir l'eau et d'épaissir, et la demande en eau pour une consistance standard augmentera avec l'augmentation de la teneur en éther de cellulose, ce qui entraînera une augmentation du rapport eau/ciment de la structure de la barbotine, réduisant ainsi la résistance de l'échantillon de gypse.
3 Conclusion
(1) Le degré d'hydratation du gypse désulfuré s'améliore avec le temps. L'augmentation de la teneur en poudre de gypse désulfuré entraîne une légère hausse générale de la résistance à la flexion et à la compression du plâtre léger utilisé pour les enduits.
(2) Avec l'augmentation de la teneur en microbilles vitrifiées, la résistance à la flexion et la résistance à la compression du mortier de gypse désulfuré plâtré léger diminuent en conséquence, mais l'effet de la teneur en microbilles vitrifiées sur la résistance à la flexion est plus important que sur la résistance à la compression.
(3) Avec l'augmentation de la teneur en citrate de sodium, le temps de prise initial et le temps de prise final du mortier de gypse désulfuré légèrement enduit sont prolongés, mais lorsque la teneur en citrate de sodium est faible, l'effet sur le temps de prise n'est pas évident.
(4) Avec l'augmentation de la teneur en hydroxypropylméthylcellulose, la résistance à la compression du mortier de gypse désulfuré légèrement enduit diminue, mais la résistance à la flexion montre une tendance d'abord à augmenter puis à diminuer à 1 jour, et à 28 jours, elle montre une tendance d'abord à diminuer, puis à augmenter puis à diminuer.
Date de publication : 2 février 2023