脱硫石膏は、硫黄含有燃料の燃焼後に生成される排ガスを微石灰または石灰石粉末スラリーで脱硫精製して得られる工業副産物の石膏です。その化学組成は天然の二水石膏と同じで、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。大量の二酸化硫黄の排出は深刻な環境汚染を引き起こしています。排ガス脱硫技術を用いて脱硫石膏を生成することは、石炭火力関連産業の技術発展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、我が国の湿式脱硫石膏の排出量は9000万トン/年を超えており、脱硫石膏の処理方法は主に積み重ねられており、土地を占有するだけでなく、膨大な資源の浪費も引き起こしています。
石膏は軽量、騒音低減、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、装飾工学などの分野で使用できます。現在、多くの学者が左官用石膏の研究を行っています。研究によると、左官用石膏材料はミクロ膨張、良好な作業性と可塑性を備えており、室内壁の装飾用の伝統的な左官材料を置き換えることができます。徐建軍らの研究では、脱硫石膏を使用して軽量壁材を製造できることが示されています。葉北宏らの研究では、脱硫石膏で製造された左官用石膏は、外壁、内間仕切り壁、天井の内側の左官層に使用でき、伝統的な左官モルタルの殻剥け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。半水石膏を主セメント質材料として、軽量骨材と混和剤を加えて製造されます。従来のセメント左官材料と比較して、ひび割れにくく、付着性が良く、結合力が高く、収縮率も良好で、環境に優しいという特徴があります。脱硫石膏を用いて半水石膏を製造することで、天然建築石膏資源の不足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、生態環境保護の目的を達成できます。そこで、本稿では、脱硫石膏の研究に基づき、凝結時間、曲げ強度、圧縮強度などを試験し、軽量左官脱硫石膏モルタルの性能に影響を与える要因を研究し、軽量左官脱硫石膏モルタルの開発に理論的根拠を提供します。
1回の実験
1.1 原材料
脱硫石膏粉末：排ガス脱硫技術により製造、焼成された半水石膏であり、その基本的性質は表1に示す。軽量骨材：ガラス化マイクロビーズを使用し、その基本的性質は表2に示す。ガラス化マイクロビーズは、軽量塗り付け脱硫石膏モルタルの質量比を基準として、4％、8％、12％、16％の割合で混合される。
遅延剤：クエン酸ナトリウム、化学分析純粋試薬を使用し、クエン酸ナトリウムは軽質左官脱硫石膏モルタルの重量比を基準とし、混合比率は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を基準とし、混合比率は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使用量及び凝結時間は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」を参照し実施する。
脱硫石膏の曲げ強度および圧縮強度は、GB/T9776-2008「建築用石膏」に準拠して試験し、40mm×40mm×160mmの試験片を成形し、それぞれ2時間強度および乾燥強度を測定する。軽量塗り付け脱硫石膏モルタルの曲げ強度および圧縮強度は、GB/T 28627-2012「左官用石膏」に準拠して試験し、それぞれ1日および28日の自然養生強度を測定する。
2 結果と考察
2.1 軽量左官用脱硫石膏の機械的性質に対する石膏粉末含有量の影響
石膏粉末、石灰石粉末、軽量骨材の合計量を100%とし、固定軽量骨材および混和材の量は一定とします。石膏粉末の量が60%、70%、80%、90%の場合、脱硫率は低下します。石膏モルタルの曲げ強度および圧縮強度の結果です。
軽量左官脱硫石膏モルタルの曲げ強度と圧縮強度は、ともに材齢とともに増加しており、これは石膏の水和度が材齢とともにより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、軽量左官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、増加幅は小さく、28日目の圧縮強度が特に顕著であった。材齢1日目では、90％混合石膏粉末の曲げ強度は60％石膏粉末と比較して10.3％増加し、対応する圧縮強度は10.1％増加した。材齢28日目では、90％混合石膏粉末の曲げ強度は60％混合石膏粉末と比較して8.8％増加し、対応する圧縮強度は2.6％増加した。まとめると、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結論付けることができます。
2.2 軽量骨材含有量が軽量塗膜脱硫石膏の機械的性質に与える影響
石膏粉末、石灰石粉末、軽量骨材の合計量は100%で、固定石膏粉末および混和材の量は一定です。ガラス化マイクロビーズの量が4%、8%、12%、16%の場合、軽量石膏モルタルの曲げ強度および圧縮強度の結果です。
同齢において、軽量左官脱硫石膏モルタルの曲げ強度および圧縮強度は、ガラス化マイクロビーズ含有量の増加とともに低下した。これは、ガラス化マイクロビーズの多くは内部に中空構造を有し、それ自体の強度が低いため、軽量左官脱硫石膏モルタルの曲げ強度および圧縮強度が低下するためである。1日齢では、16％石膏粉末の曲げ強度は4％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％低下した。28日齢では、16％石膏粉末の曲げ強度は4％石膏粉末と比較して24.6％低下したが、対応する圧縮強度は6.0％の低下にとどまった。まとめると、ガラス化マイクロビーズ含有量が圧縮強度よりも曲げ強度に与える影響が大きいと結論付けることができます。
2.3 軽質塗膜脱硫石膏の硬化時間に対する遅延剤含有量の影響
石膏粉末、石灰石粉末、軽量骨材の総配合量は100%であり、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ていない。クエン酸ナトリウムの配合量を0、0.1%、0.2%、0.3%とした場合の、軽量塗工脱硫石膏モルタルの凝結時間の結果。
軽質塗工脱硫石膏モルタルの初期凝結時間と終結時間は、クエン酸ナトリウム含有量の増加に伴いいずれも増加しますが、凝結時間の増加幅は小さいです。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、終結時間は33分延長しました。凝結時間の延長は、脱硫石膏の表面積が大きいため、石膏粒子の周囲の遅延剤を吸着し、石膏の溶解速度を低下させ、石膏の結晶化を阻害し、石膏スラリーが強固な構造系を形成できないためと考えられます。石膏の凝結時間を延長します。
2.4 セルロースエーテル含有量が軽量塗膜脱硫石膏の機械的性質に与える影響
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、遅延剤の配合量は変更なしです。ヒドロキシプロピルメチルセルロースの配合量を0、0.1%、0.2%、0.4%とした場合の、軽量塗り付け脱硫石膏モルタルの曲げ強度および圧縮強度の結果です。
1日齢では、軽塗り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とともに最初に増加し、その後減少しました。28日齢では、軽塗り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とともに最初に減少し、その後増加し、その後減少する傾向を示しました。ヒドロキシプロピルメチルセルロースの含有量が0.2％のとき、曲げ強度は最大に達し、セルロース含有量が0の場合の対応する強度を超えました。1日齢または28日の年齢に関係なく、軽塗り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とともに低下し、対応する低下傾向は28日でより顕著です。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の増加に伴って標準稠度に必要な水量が増加し、その結果スラリー構造の水セメント比が増加し、石膏供試体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、経年とともに十分に高まる。脱硫石膏粉末含有量の増加に伴い、軽量左官用石膏の曲げ強度および圧縮強度は全体的に上昇傾向を示したが、その上昇幅は小さかった。
（２）軽量左官脱硫石膏モルタルにおいては、ガラス化マイクロビーズ含有量の増加に伴い、曲げ強度および圧縮強度はそれに応じて低下するが、曲げ強度に対するガラス化マイクロビーズ含有量の影響は圧縮強度に対する影響よりも大きい。
（３）クエン酸ナトリウム含有量の増加に伴い、軽質塗工脱硫石膏モルタルの初期凝結時間と終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、凝結時間への影響は明らかではありません。
（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、軽質塗膜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日目には一旦増加してその後減少する傾向を示し、２８日目には一旦減少してその後増加してその後減少する傾向を示した。
投稿日時: 2023年2月2日