脱硫石膏は、硫黄含有燃料の燃焼後に発生する排ガスを微粉末の石灰または石灰石粉末スラリーで脱硫および精製することによって得られる工業副産物石膏です。その化学組成は天然二水石膏と同じで、主にCaSO4·2H2Oです。現在、我が国の発電方法は依然として石炭火力発電が主流であり、火力発電の過程で石炭から排出されるSO2は我が国の年間排出量の50%以上を占めています。大量の二酸化硫黄排出は深刻な環境汚染を引き起こしています。排ガス脱硫技術を使用して脱硫石膏を生成することは、石炭火力関連産業の技術開発を解決するための重要な手段です。不完全な統計によると、我が国における湿式脱硫石膏の排出量は年間9000万トンを超えており、脱硫石膏の処理方法は主に積み上げ方式であるため、土地を占有するだけでなく、膨大な資源の浪費を引き起こしている。
石膏は軽量、遮音、防火、断熱などの機能を持ち、セメント製造、建築用石膏製造、装飾工事などの分野で使用できます。現在、多くの研究者が左官用石膏について研究を行っています。研究によると、左官用石膏は微小膨張性、良好な作業性、可塑性を持ち、室内壁装飾用の従来の左官材料に取って代わることができます。徐建軍らの研究では、脱硫石膏を使用して軽量壁材を作ることができることが示されています。葉北紅らの研究では、脱硫石膏から作られた左官用石膏は、外壁の内側、内壁、天井の左官層に使用でき、従来の左官モルタルの剥離やひび割れなどの一般的な品質問題を解決できることが示されています。軽量左官用石膏は、新しいタイプの環境に優しい左官材料です。軽量骨材と混和材を添加して、半水石膏を主セメント材料として製造されています。従来のセメント系左官材と比較して、ひび割れしにくく、接着性が良く、結合力も良好で、収縮率も良好で、環境に優しく、環境保護にも貢献します。脱硫石膏を使用して半水石膏を製造することで、天然建築用石膏資源の不足という問題を解決するだけでなく、脱硫石膏の資源利用を実現し、生態環境の保護という目的も達成します。したがって、本論文では、脱硫石膏の研究に基づき、凝結時間、曲げ強度、圧縮強度を試験し、軽量左官用脱硫石膏モルタルの性能に影響を与える要因を研究し、軽量左官用脱硫石膏モルタルの開発のための理論的根拠を提供します。
1つの実験
1.1 原材料
脱硫石膏粉末：排煙脱硫技術で製造・焼成した半水石膏で、その基本特性は表1に示す。軽量骨材：ガラス化マイクロビーズを使用し、その基本特性は表2に示す。ガラス化マイクロビーズは、軽量プラスター脱硫石膏モルタルの質量比に基づいて、4%、8%、12%、16%の割合で混合する。
遅延剤：クエン酸ナトリウム、化学分析用純試薬を使用し、クエン酸ナトリウムは軽質石膏脱硫モルタルの重量比に基づいており、混合比は0、0.1%、0.2%、0.3%です。
セルロースエーテル：ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）を使用し、粘度は400、HPMCは軽質脱硫石膏モルタルの重量比に基づいており、混合比は0、0.1%、0.2%、0.4%です。
1.2 試験方法
脱硫石膏の標準稠度の水消費量と凝結時間は、GB/T17669.4-1999「建築用石膏プラスターの物理的性質の測定」を参照し、軽質左官用脱硫石膏モルタルの凝結時間は、GB/T 28627-2012「左官用石膏」を参照する。
脱硫石膏の曲げ強度と圧縮強度は、GB/T9776-2008「建築用石膏」に従って測定し、40mm×40mm×160mmの試験片を成形して、2時間強度と乾燥強度をそれぞれ測定した。軽量プラスター仕上げの脱硫石膏モルタルの曲げ強度と圧縮強度は、GB/T 28627-2012「左官用石膏」に従って測定し、1日および28日間の自然養生強度をそれぞれ測定した。
2 結果と考察
2.1 石膏粉末含有量が軽量石膏脱硫石膏の機械的特性に及ぼす影響
石膏粉末、石灰石粉末、軽量骨材の合計量は100%で、固定軽量骨材と混和材の量は変更しません。石膏粉末の量が60%、70%、80%、90%の場合、脱硫処理した石膏モルタルの曲げ強度と圧縮強度の結果を示します。
軽量プラスター用脱硫石膏モルタルの曲げ強度と圧縮強度はともに経年変化とともに増加し、これは石膏の水和度が経年変化とともに十分になることを示している。脱硫石膏粉末の増加に伴い、軽量プラスター用石膏の曲げ強度と圧縮強度は全体的に上昇傾向を示したが、増加は小さく、特に28日後の圧縮強度が顕著であった。1日齢では、90%の石膏粉末を混合した場合の曲げ強度は60%の石膏粉末を混合した場合と比較して10.3%増加し、対応する圧縮強度は10.1%増加した。28日齢では、90%の石膏粉末を混合した場合の曲げ強度は60%の石膏粉末を混合した場合と比較して8.8%増加し、対応する圧縮強度は2.6%増加した。要約すると、石膏粉末の量は圧縮強度よりも曲げ強度に大きな影響を与えると言える。
2.2 軽量骨材含有量が軽量石膏プラスターの機械的特性に及ぼす影響
石膏粉末、石灰石粉末、軽量骨材の総量は100%で、固定石膏粉末と混和材の量は変わりません。ガラス化マイクロビーズの量が4%、8%、12%、16%の場合、軽量プラスターの脱硫石膏モルタルの曲げ強度と圧縮強度の結果。
同じ年齢では、軽量の脱硫石膏モルタルの曲げ強度と圧縮強度は、ガラス化マイクロビーズの含有量の増加とともに低下しました。これは、ほとんどのガラス化マイクロビーズが内部に中空構造を持ち、それ自体の強度が低いため、軽量の石膏モルタルの曲げ強度と圧縮強度が低下するためです。1日齢では、16%の石膏粉末の曲げ強度は4%の石膏粉末と比較して35.3%低下し、対応する圧縮強度は16.3%低下しました。28日齢では、16%の石膏粉末の曲げ強度は4%の石膏粉末と比較して24.6%低下しましたが、対応する圧縮強度はわずか6.0%の低下でした。要約すると、ガラス化マイクロビーズの含有量が曲げ強度に及ぼす影響は、圧縮強度に及ぼす影響よりも大きいと結論づけることができる。
2.3 遅延剤含有量が軽質脱硫石膏の凝結時間に及ぼす影響
石膏粉末、石灰石粉末、軽量骨材の総配合量は100%で、固定石膏粉末、石灰石粉末、軽量骨材、セルロースエーテルの配合量は変更しない。クエン酸ナトリウムの配合量が0、0.1%、0.2%、0.3%の場合、軽量脱硫石膏モルタルの凝結時間の結果。
軽質石膏モルタルの初期凝結時間と最終凝結時間は、クエン酸ナトリウム含有量の増加に伴ってともに増加しますが、凝結時間の増加はわずかです。クエン酸ナトリウム含有量が0.3%の場合、初期凝結時間は28分、最終凝結時間は33分延長されます。凝結時間の延長は、脱硫石膏の表面積が大きいため、石膏粒子の周囲に遅延剤を吸着し、石膏の溶解速度を低下させ、石膏の結晶化を阻害し、結果として石膏スラリーがしっかりとした構造システムを形成できなくなるためと考えられます。石膏の凝結時間が延長されます。
2.4 セルロースエーテル含有量が軽量石膏（脱硫処理済み）の機械的特性に及ぼす影響
石膏粉末、石灰石粉末、軽量骨材の総配合量は100%で、固定用石膏粉末、石灰石粉末、軽量骨材、遅延剤の配合量は変更しない。ヒドロキシプロピルメチルセルロースの配合量が0、0.1%、0.2%、0.4%の場合、軽量脱硫石膏モルタルの曲げ強度と圧縮強度の結果を示す。
1 日齢では、軽質漆喰脱硫石膏モルタルの曲げ強度は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース含有量の増加に伴い、最初は増加し、その後減少しました。28 日齢では、軽質漆喰脱硫石膏モルタルの曲げ強度は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース含有量の増加に伴い、最初は減少し、次に増加し、その後減少するという傾向を示しました。ヒドロキシプロピルメチルセルロース含有量が 0.2% のとき、曲げ強度は最大となり、セルロース含有量が 0 のときの対応する強度を超えました。1 日齢でも 28 日齢でも、軽質漆喰脱硫石膏モルタルの圧縮強度は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース含有量の増加に伴い減少し、対応する減少傾向は 28 日齢でより顕著でした。これは、セルロースエーテルには保水性と増粘性があり、セルロースエーテル含有量が増加すると標準粘度に必要な水の量が増加し、その結果、スラリー構造の水セメント比が増加し、石膏試料の強度が低下するためです。
3. 結論
（１）脱硫石膏の水和度は経年変化により十分になる。脱硫石膏粉末の含有量が増加すると、軽量石膏の曲げ強度と圧縮強度は全体的に上昇傾向を示したが、増加は小さかった。
（２）ガラス化マイクロビーズの含有量が増加すると、軽量石膏モルタルの曲げ強度と圧縮強度はそれに応じて低下するが、ガラス化マイクロビーズの含有量が曲げ強度に及ぼす影響は圧縮強度に及ぼす影響よりも大きい。
（３）クエン酸ナトリウム含有量の増加に伴い、軽量脱硫石膏モルタルの初期凝結時間と最終凝結時間は長くなりますが、クエン酸ナトリウム含有量が少ない場合は、凝結時間への影響は顕著ではありません。
（４）ヒドロキシプロピルメチルセルロース含有量の増加に伴い、軽量脱硫石膏モルタルの圧縮強度は低下するが、曲げ強度は１日後にはまず増加し、その後減少する傾向を示し、２８日後にはまず減少し、その後増加し、その後減少する傾向を示した。
投稿日時：2023年2月2日