Thạch cao khử lưu huỳnh là một sản phẩm phụ công nghiệp thu được bằng cách khử lưu huỳnh và tinh chế khí thải sinh ra sau quá trình đốt nhiên liệu chứa lưu huỳnh thông qua hỗn hợp vôi mịn hoặc đá vôi dạng sệt. Thành phần hóa học của nó giống với thạch cao dihydrat tự nhiên, chủ yếu là CaSO4·2H2O. Hiện nay, phương pháp phát điện của nước ta vẫn chủ yếu là phát điện bằng than, và lượng SO2 thải ra từ than trong quá trình phát điện nhiệt chiếm hơn 50% tổng lượng khí thải hàng năm của cả nước. Lượng khí thải sulfur dioxide lớn đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Việc sử dụng công nghệ khử lưu huỳnh khí thải để sản xuất thạch cao khử lưu huỳnh là một biện pháp quan trọng để giải quyết vấn đề phát triển công nghệ của các ngành công nghiệp liên quan đến than. Theo thống kê chưa đầy đủ, lượng thạch cao khử lưu huỳnh ướt thải ra ở nước ta đã vượt quá 90 triệu tấn/năm, và phương pháp chế biến thạch cao khử lưu huỳnh chủ yếu là chất đống, không chỉ chiếm đất mà còn gây lãng phí tài nguyên rất lớn.
Thạch cao có các chức năng như trọng lượng nhẹ, giảm tiếng ồn, chống cháy, cách nhiệt, v.v. Nó có thể được sử dụng trong sản xuất xi măng, sản xuất thạch cao xây dựng, kỹ thuật trang trí và các lĩnh vực khác. Hiện nay, nhiều học giả đã tiến hành nghiên cứu về thạch cao trát tường. Nghiên cứu cho thấy vật liệu thạch cao trát tường có độ giãn nở vi mô, khả năng thi công và độ dẻo tốt, và có thể thay thế các vật liệu trát tường truyền thống để trang trí tường trong nhà. Các nghiên cứu của Xu Jianjun và cộng sự đã chỉ ra rằng thạch cao khử lưu huỳnh có thể được sử dụng để sản xuất vật liệu tường nhẹ. Các nghiên cứu của Ye Beihong và cộng sự đã chỉ ra rằng thạch cao trát tường được sản xuất từ thạch cao khử lưu huỳnh có thể được sử dụng cho lớp trát tường bên trong của tường ngoài, vách ngăn trong và trần nhà, và có thể giải quyết các vấn đề chất lượng thường gặp như bong tróc và nứt nẻ của vữa trát tường truyền thống. Thạch cao trát tường nhẹ là một loại vật liệu trát tường thân thiện với môi trường mới. Nó được làm từ thạch cao hemihydrat làm vật liệu xi măng chính bằng cách thêm cốt liệu nhẹ và phụ gia. So với vật liệu trát xi măng truyền thống, vật liệu này khó bị nứt, có độ bám dính tốt, độ co ngót tốt, thân thiện với môi trường. Việc sử dụng thạch cao khử lưu huỳnh để sản xuất thạch cao hemihydrat không chỉ giải quyết vấn đề thiếu hụt nguồn tài nguyên thạch cao xây dựng tự nhiên mà còn hiện thực hóa việc sử dụng tài nguyên thạch cao khử lưu huỳnh và đạt được mục đích bảo vệ môi trường sinh thái. Do đó, dựa trên nghiên cứu về thạch cao khử lưu huỳnh, bài báo này tiến hành thử nghiệm thời gian đông kết, cường độ uốn và cường độ nén, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát tường trọng lượng nhẹ, và cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc phát triển vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát tường trọng lượng nhẹ.
1 thí nghiệm
1.1 Nguyên liệu thô
Bột thạch cao khử lưu huỳnh: Thạch cao hemihydrat được sản xuất và nung bằng công nghệ khử lưu huỳnh khí thải, các đặc tính cơ bản được thể hiện trong Bảng 1. Cốt liệu nhẹ: sử dụng các hạt vi mô thủy tinh hóa, và các đặc tính cơ bản được thể hiện trong Bảng 2. Các hạt vi mô thủy tinh hóa được trộn theo tỷ lệ 4%, 8%, 12% và 16% dựa trên tỷ lệ khối lượng của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ.
Chất làm chậm đông kết: Sử dụng natri citrat, chất phản ứng tinh khiết theo phân tích hóa học, natri citrat được tính theo tỷ lệ trọng lượng của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát vữa nhẹ, và tỷ lệ trộn là 0%, 0,1%, 0,2%, 0,3%.
Ete xenluloza: sử dụng hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), độ nhớt là 400, HPMC dựa trên tỷ lệ trọng lượng của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ, và tỷ lệ trộn là 0, 0,1%, 0,2%, 0,4%.
1.2 Phương pháp thử nghiệm
Lượng nước tiêu thụ và thời gian đông kết của vữa thạch cao khử lưu huỳnh đạt tiêu chuẩn được xác định theo tiêu chuẩn GB/T17669.4-1999 “Xác định các đặc tính vật lý của vữa thạch cao xây dựng”, còn thời gian đông kết của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát tường mỏng được xác định theo tiêu chuẩn GB/T 28627-2012 “Vữa thạch cao trát tường”.
Cường độ uốn và cường độ nén của thạch cao khử lưu huỳnh được thực hiện theo tiêu chuẩn GB/T9776-2008 “Thạch cao xây dựng”, các mẫu thử có kích thước 40mm×40mm×160mm được đúc khuôn, và cường độ sau 2 giờ và cường độ khô được đo tương ứng. Cường độ uốn và cường độ nén của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ được thực hiện theo tiêu chuẩn GB/T 28627-2012 “Thạch cao trát tường”, và cường độ bảo dưỡng tự nhiên sau 1 ngày và 28 ngày được đo tương ứng.
2. Kết quả và thảo luận
2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng bột thạch cao đến các tính chất cơ học của thạch cao khử lưu huỳnh dùng trong trát tường nhẹ
Tổng lượng bột thạch cao, bột đá vôi và cốt liệu nhẹ là 100%, và lượng cốt liệu nhẹ cố định và phụ gia không thay đổi. Khi lượng bột thạch cao là 60%, 70%, 80% và 90%, quá trình khử lưu huỳnh dẫn đến kết quả về cường độ uốn và cường độ nén của vữa thạch cao.
Cường độ uốn và cường độ nén của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ đều tăng theo thời gian, cho thấy mức độ hydrat hóa của thạch cao trở nên đầy đủ hơn theo thời gian. Với sự gia tăng lượng bột thạch cao khử lưu huỳnh, cường độ uốn và cường độ nén của vữa thạch cao trát nhẹ nhìn chung có xu hướng tăng, nhưng mức tăng nhỏ, và cường độ nén ở 28 ngày tuổi đặc biệt rõ rệt. Ở ngày thứ nhất, cường độ uốn của bột thạch cao trộn với 90% tăng 10,3% so với bột thạch cao trộn với 60%, và cường độ nén tương ứng tăng 10,1%. Ở ngày thứ 28, cường độ uốn của bột thạch cao trộn với 90% tăng 8,8% so với bột thạch cao trộn với 60%, và cường độ nén tương ứng tăng 2,6%. Tóm lại, có thể kết luận rằng lượng bột thạch cao có ảnh hưởng đến cường độ uốn nhiều hơn so với cường độ nén.
2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu nhẹ đến các tính chất cơ học của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ
Tổng lượng bột thạch cao, bột đá vôi và cốt liệu nhẹ là 100%, và lượng bột thạch cao cố định và phụ gia không thay đổi. Khi lượng hạt vi cầu thủy tinh hóa là 4%, 8%, 12% và 16%, kết quả cường độ uốn và nén của vữa thạch cao khử lưu huỳnh được thể hiện trong hình.
Ở cùng độ tuổi, cường độ uốn và cường độ nén của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ giảm khi hàm lượng hạt vi cầu thủy tinh hóa tăng lên. Điều này là do hầu hết các hạt vi cầu thủy tinh hóa có cấu trúc rỗng bên trong và độ bền riêng của chúng thấp, làm giảm cường độ uốn và cường độ nén của vữa thạch cao trát nhẹ. Ở độ tuổi 1 ngày, cường độ uốn của vữa có 16% bột thạch cao giảm 35,3% so với vữa có 4% bột thạch cao, và cường độ nén tương ứng giảm 16,3%. Ở độ tuổi 28 ngày, cường độ uốn của vữa có 16% bột thạch cao giảm 24,6% so với vữa có 4% bột thạch cao, trong khi cường độ nén tương ứng chỉ giảm 6,0%. Tóm lại, có thể kết luận rằng ảnh hưởng của hàm lượng hạt vi cầu thủy tinh hóa đến cường độ uốn lớn hơn ảnh hưởng đến cường độ nén.
2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng chất làm chậm đông kết đến thời gian đông kết của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát mỏng
Tổng lượng bột thạch cao, bột đá vôi và cốt liệu nhẹ là 100%, và lượng bột thạch cao, bột đá vôi, cốt liệu nhẹ và ete xenluloza cố định không thay đổi. Khi lượng natri citrat là 0, 0,1%, 0,2%, 0,3%, kết quả thời gian đông kết của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ được ghi nhận.
Thời gian đông kết ban đầu và thời gian đông kết cuối cùng của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ đều tăng lên khi hàm lượng natri citrat tăng, nhưng mức tăng thời gian đông kết không đáng kể. Khi hàm lượng natri citrat là 0,3%, thời gian đông kết ban đầu kéo dài thêm 28 phút, và thời gian đông kết cuối cùng kéo dài thêm 33 phút. Sự kéo dài thời gian đông kết có thể là do diện tích bề mặt lớn của thạch cao khử lưu huỳnh, có thể hấp thụ chất làm chậm xung quanh các hạt thạch cao, do đó làm giảm tốc độ hòa tan của thạch cao và ức chế sự kết tinh của thạch cao, dẫn đến việc hỗn hợp thạch cao không thể tạo thành một hệ thống kết cấu vững chắc. Điều này làm kéo dài thời gian đông kết của thạch cao.
2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng ete xenluloza đến tính chất cơ học của thạch cao khử lưu huỳnh trát vữa nhẹ
Tổng lượng bột thạch cao, bột đá vôi và cốt liệu nhẹ là 100%, và lượng bột thạch cao, bột đá vôi, cốt liệu nhẹ và chất làm chậm đông kết không thay đổi. Khi lượng hydroxypropyl methylcellulose là 0, 0,1%, 0,2% và 0,4%, ta thu được kết quả về cường độ uốn và cường độ nén của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ.
Ở thời điểm 1 ngày tuổi, cường độ uốn của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ ban đầu tăng rồi giảm khi hàm lượng hydroxypropyl methylcellulose tăng; ở thời điểm 28 ngày tuổi, cường độ uốn của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ cho thấy xu hướng giảm, sau đó tăng rồi lại giảm khi hàm lượng hydroxypropyl methylcellulose tăng. Khi hàm lượng hydroxypropyl methylcellulose đạt 0,2%, cường độ uốn đạt giá trị cực đại và vượt quá cường độ tương ứng khi hàm lượng cellulose bằng 0. Bất kể thời điểm 1 ngày hay 28 ngày, cường độ nén của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ đều giảm khi hàm lượng hydroxypropyl methylcellulose tăng, và xu hướng giảm này rõ rệt hơn ở thời điểm 28 ngày. Điều này là do ete xenluloza có tác dụng giữ nước và làm đặc, và nhu cầu nước để đạt được độ sệt tiêu chuẩn sẽ tăng lên khi hàm lượng ete xenluloza tăng, dẫn đến tăng tỷ lệ nước/xi măng của hỗn hợp vữa, do đó làm giảm cường độ của mẫu thạch cao.
3. Kết luận
(1) Mức độ hydrat hóa của thạch cao khử lưu huỳnh trở nên đầy đủ hơn theo thời gian. Với sự gia tăng hàm lượng bột thạch cao khử lưu huỳnh, cường độ uốn và nén của thạch cao trát nhẹ nhìn chung có xu hướng tăng lên, nhưng mức tăng nhỏ.
(2) Khi hàm lượng hạt vi cầu thủy tinh hóa tăng lên, cường độ uốn và cường độ nén của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ giảm tương ứng, nhưng tác động của hàm lượng hạt vi cầu thủy tinh hóa lên cường độ uốn lớn hơn tác động lên cường độ nén.
(3) Khi hàm lượng natri citrat tăng lên, thời gian đông kết ban đầu và thời gian đông kết cuối cùng của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ sẽ kéo dài, nhưng khi hàm lượng natri citrat nhỏ thì tác dụng lên thời gian đông kết không rõ ràng.
(4) Khi hàm lượng hydroxypropyl methylcellulose tăng lên, cường độ nén của vữa thạch cao khử lưu huỳnh trát nhẹ giảm, nhưng cường độ uốn cho thấy xu hướng tăng trước rồi giảm sau 1 ngày, và sau 28 ngày nó cho thấy xu hướng giảm trước, sau đó tăng rồi giảm.
Thời gian đăng bài: 02/02/2023