การศึกษาเกี่ยวกับการฉาบปูนน้ำหนักเบาและปูนยิปซัมกำจัดกำมะถัน

ยิปซัมกำจัดกำมะถันเป็นผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมที่ได้จากการกำจัดและทำให้ก๊าซไอเสียที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่มีกำมะถันบริสุทธิ์ โดยใช้สารละลายผงปูนขาวหรือหินปูนละเอียด องค์ประกอบทางเคมีเหมือนกับยิปซัมไดไฮเดรตตามธรรมชาติ โดยส่วนใหญ่เป็น CaSO4·2H2O ปัจจุบัน วิธีการผลิตไฟฟ้าของประเทศเรายังคงใช้ถ่านหินเป็นหลัก และก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ที่ปล่อยออกมาจากถ่านหินในกระบวนการผลิตไฟฟ้าด้วยความร้อนคิดเป็นมากกว่า 50% ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกประจำปีของประเทศ ปริมาณการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์จำนวนมากนี้ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างร้ายแรง การใช้เทคโนโลยีการกำจัดกำมะถันในก๊าซไอเสียเพื่อผลิตยิปซัมกำจัดกำมะถันจึงเป็นมาตรการสำคัญในการแก้ปัญหาการพัฒนาเทคโนโลยีของอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง จากสถิติที่ไม่สมบูรณ์ พบว่าการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากยิปซัมเปียกในประเทศของฉันมีปริมาณเกิน 90 ล้านตันต่อปี และวิธีการแปรรูปยิปซัมซัลเฟอร์ไดออกไซด์ส่วนใหญ่เป็นการกองทิ้งไว้ ซึ่งไม่เพียงแต่เปลืองพื้นที่ แต่ยังก่อให้เกิดการสิ้นเปลืองทรัพยากรอย่างมหาศาลอีกด้วย

ยิปซัมมีคุณสมบัติเด่นหลายประการ เช่น น้ำหนักเบา ลดเสียงรบกวน ป้องกันไฟ และเป็นฉนวนกันความร้อน สามารถนำไปใช้ในการผลิตซีเมนต์ การผลิตยิปซัมสำหรับงานก่อสร้าง งานตกแต่ง และสาขาอื่นๆ ปัจจุบัน นักวิจัยหลายท่านได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับปูนฉาบผนัง โดยพบว่าวัสดุปูนฉาบผนังชนิดนี้มีคุณสมบัติในการขยายตัวเล็กน้อย มีความสามารถในการทำงานและมีความยืดหยุ่นสูง และสามารถใช้แทนวัสดุฉาบผนังแบบดั้งเดิมสำหรับการตกแต่งผนังภายในได้ งานวิจัยของ Xu Jianjun และคณะ แสดงให้เห็นว่ายิปซัมที่กำจัดกำมะถันแล้วสามารถนำมาใช้ทำวัสดุผนังที่มีน้ำหนักเบาได้ และงานวิจัยของ Ye Beihong และคณะ แสดงให้เห็นว่าปูนฉาบผนังที่ผลิตจากยิปซัมที่กำจัดกำมะถันแล้วสามารถใช้สำหรับชั้นฉาบผนังด้านในของผนังภายนอก ผนังกั้นภายใน และฝ้าเพดานได้ และสามารถแก้ปัญหาคุณภาพทั่วไป เช่น การแตกร้าวและการหลุดร่อนของปูนฉาบแบบดั้งเดิมได้ ปูนฉาบผนังน้ำหนักเบาเป็นวัสดุฉาบผนังชนิดใหม่ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ผลิตจากยิปซัมเฮมิไฮเดรตเป็นวัสดุประสานหลัก โดยเติมมวลรวมน้ำหนักเบาและสารเติมแต่งอื่นๆ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุฉาบปูนซีเมนต์แบบดั้งเดิม ปูนฉาบยิปซัมที่ผ่านกระบวนการกำจัดกำมะถันนั้นไม่แตกง่าย ยึดเกาะดี มีการหดตัวที่ดี เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และเป็นมิตรกับธรรมชาติ การใช้ยิปซัมที่ผ่านกระบวนการกำจัดกำมะถันเพื่อผลิตยิปซัมเฮมิไฮเดรตไม่เพียงแต่แก้ปัญหาการขาดแคลนทรัพยากรยิปซัมสำหรับงานก่อสร้างตามธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังเป็นการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรยิปซัมที่ผ่านกระบวนการกำจัดกำมะถันอย่างคุ้มค่า และบรรลุเป้าหมายในการปกป้องสิ่งแวดล้อม ดังนั้น จากการศึกษาเกี่ยวกับยิปซัมที่ผ่านกระบวนการกำจัดกำมะถัน บทความนี้จึงทำการทดสอบเวลาการแข็งตัว ความแข็งแรงดัด และความแข็งแรงอัด เพื่อศึกษาปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพของปูนฉาบยิปซัมที่ผ่านกระบวนการกำจัดกำมะถันที่มีน้ำหนักเบา และเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการพัฒนาปูนฉาบยิปซัมที่ผ่านกระบวนการกำจัดกำมะถันที่มีน้ำหนักเบาต่อไป

การทดลองที่ 1

1.1 วัตถุดิบ

ผงยิปซัมกำจัดกำมะถัน: ยิปซัมเฮมิไฮเดรตที่ผลิตและเผาด้วยเทคโนโลยีการกำจัดกำมะถันจากก๊าซไอเสีย คุณสมบัติพื้นฐานแสดงในตารางที่ 1 มวลรวมน้ำหนักเบา: ใช้ไมโครบีดส์เคลือบแก้ว คุณสมบัติพื้นฐานแสดงในตารางที่ 2 ไมโครบีดส์เคลือบแก้วผสมในสัดส่วน 4%, 8%, 12% และ 16% โดยอิงจากอัตราส่วนมวลของปูนฉาบยิปซัมกำจัดกำมะถันน้ำหนักเบา

สารหน่วงการแข็งตัว: ใช้โซเดียมซิเตรต ซึ่งเป็นสารเคมีบริสุทธิ์ โดยโซเดียมซิเตรตจะใช้ตามอัตราส่วนน้ำหนักของปูนฉาบยิปซัมกำจัดกำมะถันชนิดเบา และอัตราส่วนการผสมคือ 0%, 0.1%, 0.2%, 0.3%

เซลลูโลสอีเทอร์: ใช้ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) ความหนืด 400 โดย HPMC จะคิดตามอัตราส่วนน้ำหนักของปูนฉาบยิปซัมปราศจากกำมะถันชนิดเบา และอัตราส่วนการผสมคือ 0, 0.1%, 0.2%, 0.4%

1.2 วิธีการทดสอบ

ปริมาณการใช้น้ำและเวลาการแข็งตัวของปูนปลาสเตอร์ยิปซัมที่ปราศจากกำมะถันที่มีความสม่ำเสมอมาตรฐาน อ้างอิงจากมาตรฐาน GB/T17669.4-1999 “การกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพของปูนปลาสเตอร์ยิปซัมสำหรับงานก่อสร้าง” และเวลาการแข็งตัวของปูนปลาสเตอร์ยิปซัมที่ปราศจากกำมะถันสำหรับงานฉาบผิวเบา อ้างอิงจากมาตรฐาน GB/T 28627-2012 “ปูนปลาสเตอร์ยิปซัม”

การทดสอบความแข็งแรงดัดและความแข็งแรงอัดของยิปซัมที่กำจัดกำมะถันแล้ว ดำเนินการตามมาตรฐาน GB/T9776-2008 “ยิปซัมสำหรับงานก่อสร้าง” โดยทำการหล่อชิ้นงานขนาด 40 มม. × 40 มม. × 160 มม. และวัดความแข็งแรงที่ 2 ชั่วโมงและความแข็งแรงแห้งตามลำดับ ส่วนการทดสอบความแข็งแรงดัดและความแข็งแรงอัดของปูนฉาบยิปซัมที่กำจัดกำมะถันแล้วชนิดน้ำหนักเบา ดำเนินการตามมาตรฐาน GB/T 28627-2012 “ยิปซัมสำหรับฉาบปูน” และวัดความแข็งแรงของการบ่มตามธรรมชาติที่ 1 วันและ 28 วันตามลำดับ

2. ผลการวิจัยและการอภิปราย

2.1 ผลกระทบของปริมาณผงยิปซัมต่อคุณสมบัติเชิงกลของยิปซัมสำหรับฉาบปูนน้ำหนักเบาที่ผ่านการกำจัดกำมะถัน

ปริมาณรวมของผงยิปซัม ผงหินปูน และมวลรวมน้ำหนักเบาเท่ากับ 100% โดยปริมาณมวลรวมน้ำหนักเบาคงที่และสารผสมอื่นๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อปริมาณผงยิปซัมเป็น 60%, 70%, 80% และ 90% ผลลัพธ์ของการกำจัดกำมะถันจะมีผลต่อความแข็งแรงดัดและความแข็งแรงอัดของปูนยิปซัม

ความแข็งแรงดัดและความแข็งแรงอัดของปูนฉาบยิปซัมกำจัดกำมะถันชนิดเบาเพิ่มขึ้นตามอายุ แสดงให้เห็นว่าระดับการไฮเดรชั่นของยิปซัมมีความเพียงพอมากขึ้นตามอายุ เมื่อปริมาณผงยิปซัมกำจัดกำมะถันเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงดัดและความแข็งแรงอัดของปูนฉาบยิปซัมชนิดเบามีแนวโน้มเพิ่มขึ้นโดยรวม แต่การเพิ่มขึ้นนั้นน้อย และความแข็งแรงอัดที่อายุ 28 วันนั้นเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษ ที่อายุ 1 วัน ความแข็งแรงดัดของผงยิปซัมที่ผสม 90% เพิ่มขึ้น 10.3% เมื่อเทียบกับผงยิปซัมที่ผสม 60% และความแข็งแรงอัดที่สอดคล้องกันเพิ่มขึ้น 10.1% ที่อายุ 28 วัน ความแข็งแรงดัดของผงยิปซัมที่ผสม 90% เพิ่มขึ้น 8.8% เมื่อเทียบกับผงยิปซัมที่ผสม 60% และความแข็งแรงอัดที่สอดคล้องกันเพิ่มขึ้น 2.6% โดยสรุปแล้ว สามารถกล่าวได้ว่าปริมาณผงยิปซัมมีผลต่อความแข็งแรงดัดมากกว่าความแข็งแรงอัด

2.2 ผลกระทบของปริมาณมวลรวมน้ำหนักเบาต่อคุณสมบัติทางกลของปูนปลาสเตอร์ยิปซัมปราศจากกำมะถันน้ำหนักเบา

ปริมาณรวมของผงยิปซัม ผงหินปูน และวัสดุมวลเบาเท่ากับ 100% โดยปริมาณผงยิปซัมคงที่และสารผสมอื่นๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อปริมาณไมโครบีดส์เคลือบแก้วเท่ากับ 4%, 8%, 12% และ 16% ผลลัพธ์ของความแข็งแรงดัดและแรงอัดของปูนฉาบยิปซัมที่กำจัดกำมะถันแล้ว

เมื่ออายุเท่ากัน ความแข็งแรงดัดและความแข็งแรงอัดของปูนฉาบยิปซัมชนิดเบาที่ปราศจากกำมะถันจะลดลงเมื่อปริมาณไมโครบีดส์ที่ผ่านกระบวนการทำให้เป็นแก้วเพิ่มขึ้น เนื่องจากไมโครบีดส์ที่ผ่านกระบวนการทำให้เป็นแก้วส่วนใหญ่มีโครงสร้างกลวงอยู่ภายในและมีความแข็งแรงต่ำ ซึ่งส่งผลให้ความแข็งแรงดัดและความแข็งแรงอัดของปูนฉาบยิปซัมชนิดเบาลดลง เมื่ออายุ 1 วัน ความแข็งแรงดัดของปูนที่มีผงยิปซัม 16% ลดลง 35.3% เมื่อเทียบกับปูนที่มีผงยิปซัม 4% และความแข็งแรงอัดลดลง 16.3% เมื่ออายุ 28 วัน ความแข็งแรงดัดของปูนที่มีผงยิปซัม 16% ลดลง 24.6% เมื่อเทียบกับปูนที่มีผงยิปซัม 4% ในขณะที่ความแข็งแรงอัดลดลงเพียง 6.0% โดยสรุปแล้ว สามารถสรุปได้ว่า ผลกระทบของปริมาณไมโครบีดส์ที่ผ่านกระบวนการทำให้เป็นแก้วต่อความแข็งแรงดัดงอมีมากกว่าผลกระทบต่อความแข็งแรงอัด

2.3 ผลของปริมาณสารหน่วงการแข็งตัวต่อเวลาการแข็งตัวของปูนปลาสเตอร์ยิปซัมปราศจากกำมะถันชนิดเบา

ปริมาณรวมของผงยิปซัม ผงหินปูน และมวลรวมน้ำหนักเบาเท่ากับ 100% และปริมาณของผงยิปซัม ผงหินปูน มวลรวมน้ำหนักเบา และเซลลูโลสอีเทอร์คงที่ เมื่อปริมาณของโซเดียมซิเตรตเป็น 0, 0.1%, 0.2%, 0.3% จะได้ผลลัพธ์ของเวลาการแข็งตัวของปูนฉาบยิปซัมกำจัดกำมะถันชนิดเบา

เวลาเริ่มแข็งตัวและเวลาแข็งตัวสุดท้ายของปูนฉาบยิปซัมที่ปราศจากกำมะถันชนิดเบาจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณโซเดียมซิเตรตที่เพิ่มขึ้น แต่การเพิ่มขึ้นของเวลาแข็งตัวนั้นไม่มากนัก เมื่อปริมาณโซเดียมซิเตรตอยู่ที่ 0.3% เวลาเริ่มแข็งตัวจะนานขึ้น 28 นาที และเวลาแข็งตัวสุดท้ายจะนานขึ้น 33 นาที การที่เวลาแข็งตัวนานขึ้นอาจเกิดจากพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ของยิปซัมที่ปราศจากกำมะถัน ซึ่งสามารถดูดซับสารหน่วงการแข็งตัวรอบๆ อนุภาคยิปซัม ทำให้ลดอัตราการละลายของยิปซัมและยับยั้งการตกผลึกของยิปซัม ส่งผลให้สารละลายยิปซัมไม่สามารถก่อตัวเป็นระบบโครงสร้างที่แข็งแรงได้ จึงทำให้เวลาแข็งตัวของยิปซัมยาวนานขึ้น

2.4 ผลกระทบของปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ต่อคุณสมบัติเชิงกลของปูนปลาสเตอร์ยิปซัมปราศจากกำมะถันชนิดน้ำหนักเบา

ปริมาณรวมของผงยิปซัม ผงหินปูน และมวลรวมน้ำหนักเบาเท่ากับ 100% และปริมาณของผงยิปซัมคงที่ ผงหินปูน มวลรวมน้ำหนักเบา และสารหน่วงการแข็งตัวยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อปริมาณของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเป็น 0, 0.1%, 0.2% และ 0.4% จะได้ผลลัพธ์ความแข็งแรงดัดและความแข็งแรงอัดของปูนฉาบยิปซัมกำจัดกำมะถันชนิดเบา

เมื่ออายุ 1 วัน ความแข็งแรงดัดโค้งของปูนฉาบยิปซัมที่ปราศจากกำมะถันชนิดเบาจะเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลงเมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเพิ่มขึ้น เมื่ออายุ 28 วัน ความแข็งแรงดัดโค้งของปูนฉาบยิปซัมที่ปราศจากกำมะถันชนิดเบาเมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเพิ่มขึ้น มีแนวโน้มลดลงก่อนแล้วจึงเพิ่มขึ้น แล้วจึงลดลงอีกครั้ง เมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอยู่ที่ 0.2% ความแข็งแรงดัดโค้งจะถึงค่าสูงสุด และสูงกว่าความแข็งแรงที่สอดคล้องกันเมื่อปริมาณเซลลูโลสเป็น 0 ไม่ว่าจะเป็นอายุ 1 วันหรือ 28 วัน ความแข็งแรงอัดของปูนฉาบยิปซัมที่ปราศจากกำมะถันชนิดเบาจะลดลงเมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเพิ่มขึ้น และแนวโน้มการลดลงที่สอดคล้องกันนั้นชัดเจนยิ่งขึ้นเมื่ออายุ 28 วัน เนื่องจากเซลลูโลสอีเทอร์มีคุณสมบัติในการกักเก็บน้ำและเพิ่มความหนืด และความต้องการน้ำเพื่อให้ได้ความหนืดมาตรฐานจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ในโครงสร้างของสารละลายเพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้ความแข็งแรงของชิ้นงานทดสอบยิปซัมลดลง

3. บทสรุป

(1) ระดับการไฮเดรชั่นของยิปซัมที่กำจัดซัลเฟอร์จะเพียงพอมากขึ้นตามอายุ เมื่อปริมาณผงยิปซัมที่กำจัดซัลเฟอร์เพิ่มขึ้น ความแข็งแรงในการดัดและการรับแรงอัดของยิปซัมฉาบปูนน้ำหนักเบามีแนวโน้มเพิ่มขึ้นโดยรวม แต่การเพิ่มขึ้นนั้นน้อย

(2) เมื่อปริมาณของไมโครบีดส์ที่เป็นแก้วเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงดัดและความแข็งแรงอัดของปูนฉาบยิปซัมที่ปราศจากกำมะถันน้ำหนักเบาจะลดลงตามไปด้วย แต่ผลของปริมาณไมโครบีดส์ที่เป็นแก้วต่อความแข็งแรงดัดจะมากกว่าผลต่อความแข็งแรงอัด

(3) เมื่อปริมาณโซเดียมซิเตรตเพิ่มขึ้น เวลาการแข็งตัวเริ่มต้นและเวลาการแข็งตัวขั้นสุดท้ายของปูนฉาบยิปซัมที่ปราศจากกำมะถันจะยาวนานขึ้น แต่เมื่อปริมาณโซเดียมซิเตรตมีน้อย ผลกระทบต่อเวลาการแข็งตัวจะไม่ชัดเจน

(4) เมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงในการรับแรงอัดของปูนฉาบยิปซัมที่ปราศจากกำมะถันจะลดลง แต่ความแข็งแรงในการดัดงอมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลงในวันที่ 1 และในวันที่ 28 มีแนวโน้มลดลงก่อน จากนั้นเพิ่มขึ้นแล้วจึงลดลง