第六章 石膏建材Word文档下载推荐.docx
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β-半水石膏的凝结时间一般在几分钟到十多分钟。
作为粉刷石膏，必须把它的凝结时间延缓到1.5小时左右。
在不改变石膏煅烧工艺的条件下，使用添加化学外加剂来达到这个目的，但添加的化学外加剂用量不能过多，以保证所增加的成本不至太高。
要同时满足这些要求，难度较大。
根据结晶理论，掺入某些化学物质，能延缓凝结过程；
加入一些大分子团的极性物质，产生强力吸附，阻缓二水石膏晶胚的生长。
依据上述设想，曾试验过应用木质磺酸钙、柠檬酸、酒石酸等作缓凝剂。
在单独使用时，这些物质都有一定的缓凝作用，只是效果不显著，一般只能延缓到十几分钟。
粉刷石膏的研究表明，几种微量物质的复合作用往往远大于一种大剂量物质的单一作用。
在粉刷石膏中所添加的外加剂掺量甚微，一般在万分之几到千分之几。
总加量不超过0.4%。
利用外加剂的各种性能和它们之间的复合作用，可以任意调节半水石膏的凝结时间和其他性能，使它达到粉刷石膏的使用要求。
解决石膏抹灰后表面不开裂的问题，实际上是解决石膏灰粉的不收缩性或微胀缩率问题。
这也是一个关键的技术。
使用粉刷石膏，无论墙面干湿与否，也无论抹得怎样薄，均应毫无裂纹。
在粉刷石膏中添加12%左右的附加材料，引入Ca、Al、Si、Fe等成分可以解决抹灰层的开裂问题。
第三节粉刷石膏的组成及技术标准
下面介绍粉刷石膏的组成和配比。
一、延缓凝结时间的外加剂
半水石膏是一种不稳定的化合物，加水后能迅速溶解-结晶转化为稳定的二水石膏，这一转化所需的时间用凝结时间表示。
转化分为三个过程：
（1）半水石膏结晶的破坏（溶解过程）；
（2）出现不稳定状态硫酸钙溶液或胶凝体；
（3）二水石膏结晶的生成与成长。
资料报道，化学缓凝剂一般使用硼酸、丹宁酸、柠檬酸、酪朊、硫酸盐。
保水剂一般为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、淀粉、阳离子表面活性剂等。
根据我国的情况，进行了各种缓凝剂及其不同掺量对凝结时间的影响、它们的复合作用对凝结时间的影响等试验，可以看出：
（1）酒石酸与木质磺酸钙是影响凝结时间的主要因素；
（2）石灰能提高缓凝效果，但对抗压、抗折等力学强度不利；
（3）必须加入一定量的柠檬酸；
（4）木质磺酸钙对力学性能影响最大；
二、组成及配比
粉刷石膏由下列四种材料组成：
（1）石膏
一、二、三级石膏和部分粘土质石膏。
一、二、三级石膏中二水硫酸钙含量分别不少于95%、82%、75%，粘土质石膏的化学成分见表6-1。
表6-1粘土质石膏化学成分
成分
SiO2
Fe2O3
Al2O3
CaO
SO3
含量（%）
30.30
3.00
7.56
16.62
15.89
（2）石灰和烧粘土
石灰中CaO含量要求不低于80%，烧粘土化学成分如表6-2。
表6-2烧粘土化学成分
59.20
7.75
18.42
0.76
0.00
（a）石灰与烧粘土配合使用，有利于提高制品的力学性能。
（b）煅烧粘土质石膏掺量从6%增加到12%，对提高软化系数有利，其他力学指标下降不大。
（c）烧粘土、氧化铁红分别占粉刷石膏重量的3%、0.2%为宜。
石灰与烧粘土的掺入减少了半水石膏的相对含量，对强度产生不利影响。
同时也因此引入Ca、Al、Fe、Si等成分，使粉刷石膏在硬化过程中生成硫铝酸钙等水化产物。
这些生成物是难溶性的低碱化合物，再加上石灰与石膏的同离子效应，提高了粉刷石膏的软化系数，保证了粉刷石膏硬化体的强度。
当再适当增加烧粘土，强度又有所提高，进一步证实Si、A1等成分所起的作用。
（3）氧化铁红
主要由三氧化二铁组成。
（4）复合缓凝剂
由木质磺酸钙、柠檬酸、酒石酸组成，它们的含量分别占粉刷石膏重量0.3%、0.04%和0.02%。
浅赭色粉刷石膏配方举例：
半水石膏（由三级石膏烧成）69~73%
煅烧粘土质石膏12~19%
石灰12%
烧粘土0~3%
氧化铁红（占总重量）0.1~0.2%
复合缓凝剂适量
粉刷石膏中的附加材料，应尽量采用当地的地方资源。
如上所述，粉刷石膏一般都是由半水石膏、复合化学外加剂和改善灰粉性能、降低成本的附加材料组成。
石膏炒制时的煅烧制度，以及石膏中其他盐类的含量，都会影响延缓半水石膏凝结时间的难易程度。
在设计粉刷石膏的配比时，应考虑各地半水石膏的化学和相组成、以及它的凝结时间，并通过反复的实验来决定复合化学外加剂的组成和用量及选择各种附加材料。
粉刷石膏也有用不同石膏相组成的配比。
这种配比利用不同石膏相的不同水化速度互为调节凝结时间。
例如主要由难溶无水石膏和半水石膏组成的粉刷石膏。
难溶无水石膏在无附加剂情况下很难水化，但与半水石膏配合使用则可以较快地水化，凝结时间主要由半水石膏进行调节，半水石膏掺量越多，水膏比、保水率、抗压强度就越大，但凝结时间也加快。
也有用煅烧明矾石、明矾和氢氧化钙作为改性剂，与难溶无水石膏组成粉刷石膏的作法。
三、粉刷石膏的技术标准
美国、日本、前西德、奥地利、加拿大、前东德的粉刷石膏，各自有不同的技术标准。
其共同的主要技术指标是：
初凝时间≥1h
抗折强度≥2.5MPa
抗压强度≥2.5~80MPa
安定性试验不产生裂缝
现将国内现有的五种石膏抹灰材料，即A——武汉冶金建筑研究所、广东省建材工业科研所研制的粉刷石膏；
B——中建一局科研所研制的饰面石膏，C——北京市建材科研所研制的SG－821刮墙腻子，D——混合相粉刷石膏，E——AⅡ相型手工粉刷石膏，性能列表如下：
表6-3国内五种石膏抹面材料的性能
种类
A
B
C
D
E
凝结时间
≥50
55~104min
4h左右
3h左右
6h左右
抗压强度（MPa）
≥7.0~10.0
6.6~16.0
6.5
2.5
>
10.0
抗折强度（MPa）
≥2.5
2.8~6.9
1.0
3.0
表面硬度
－
100
耗量（kg/cm2）
净浆
0.7~1.0
25
20
5~10mm厚
1:
3砂浆
3.0~4
第四节粉刷石膏的生产及应用
一、半水石膏粉的生产
二水石膏加热时，可以失去结晶水，变成半水石膏或无水石膏。
由于加热的程度和条件不同，脱水石膏的结构和特性也不相同，二水石膏在干燥条件下加热过程中生成的不同变种及其形成与转化的条件如图。
石膏的变种图
在实际生产中，由于原材料和加热制度的差异，在同一种温度下往往会出现不同的石膏相。
例如，有人在110℃左右就同时发现石膏变种的四个相。
但尽管如此，在每一个特定的温度下，总是有一些石膏的变种为主要的存在形式。
石膏工业的煅烧设备一般都能满足粉刷石膏产品的性能和要求，但从热效率和生产率来看，传统的炉篦子窑和回转窑显然是比较落后的。
国外在这方面有许多新的研究和改进，下面简单介绍我国石膏工业常用的半水石膏生产工艺。
一般分为间隙法和连续法生产。
1．炒锅煅烧石膏的生产工艺
用简单的炒锅，一锅锅地加料、加热炒制、出料。
这是最早使用的一种方法。
由于是间隙式生产，料温容易控制在140~160℃之间，炒制的时间容易掌握，因而生产的半水石膏粉质量波动不大，容易调节相组成，性能较好。
但是这种生产方法产量小，热效率低，劳动条件差，锅底和筒体易损坏。
2．连续炒锅煅烧石膏的生产工艺
这是一种比较先进的石膏煅烧工艺。
经破碎、均化的石膏在雷蒙磨中粉碎后，经螺旋输送器和斗式提升机进入料仓，再由圆盘喂料机进入炒锅。
当石膏被加热到140~160℃时，便产生沸腾而脱水，根据溢流原理，脱水后的石膏就连续不断地流出锅外，然后用机械输送方式送入料仓。
脱出的水蒸气经电收尘排出室外。
炒锅内有三层共24根热火管。
除了底部为链条刮板外，每一层都有一个搅拌器，受热面积大、受热均匀、热效率高、产量大。
从炒锅出来的热烟气循环使用，一部分与热源发出的950℃左右的烟气混合成750~850℃的加热烟气，一部分直接通入炒锅。
连续炒锅内的物料，不但受多层机械搅拌，还受石膏脱水产生的水蒸气和热循环烟气的搅动，而呈现流化状态。
因而石膏煅烧温度均匀，产品的相组成稳定。
3．回转窑煅烧石膏的生产工艺
回转窑煅烧石膏也是一种连续的生产方式。
有采用重油或渣油作燃料，烟气直接送入回转窑加热二水石膏脱水的方式；
也有用煤作燃料加热回转窑筒体外壁，间接加热石膏脱水的方式。
窑筒也有采用生产轻质碳酸钙的干燥筒。
工艺流程大致是：
石膏矿经颚破和锤破二级破碎，进入料仓，由圆盘给料器进入回转窑煅烧脱水，成β-半水石膏，再由螺旋输送器、斗式提升机进入料仓，然后经雷蒙磨粉碎，至所需的细度，输入料仓。
回转窑煅烧石膏，尤其是采取窑壁外间接加热，窑内粉体温度不匀，煅烧时间较短，石膏相不稳定，往往出现二水石膏、半水石膏、无水石膏同时存在的情况。
在生产中要特别注意控制温度和加料的速度。
同时也要注意筒壁内石膏的积垢，检修时要及时清除，以提高热效率和温度的均匀性。
二、粉刷石膏的生产工艺
粉刷石膏是在半水石膏中加入少量的化学外加剂和其他辅助材料组成的。
因而其生产的工艺流程基本上也是在半水石膏生产的基础上增加一些特殊的工艺和设备。
煅烧后未经粉磨的半水石膏经熟料立库、螺旋输送器、斗式提升机到配料库4、5。
外加剂、加工后的混合料经配料、混料到辅助材料库2。
再经螺旋输送器到原材料库3。
经5路电子配料秤将半水石膏、外加剂、辅助材料等按比例准确称量，下落到混合料螺旋进入特制的混拌机，混拌后再由斗式提升机送到雷蒙磨粉碎达到规定的细度。
三、粉刷石膏生产中的几个特殊设备
1．立式混拌机
立式混拌机是特别设计的一种高效搅拌分散装置。
由于桨叶的特殊设置，混合料在混拌筒内以两个中心作反方向的旋转运动，这两个旋转中心又沿筒壁作大圆周运动。
并且使物料上下激烈翻动。
这样，混合料在极短的时间内迅速混合均匀，达到连续进料和出料的效果。
2．回转式混拌机
回转式混拌机是一种卧式、筒体转动、没有搅拌桨叶的混料机械。
它结构简单，但同样能起到迅速和均匀地拌和混合料的作用。
回转式混拌机依靠按一定间隔设置在简体内壁的一块块短小挡粉板，将混合料均匀地分散开。
回转筒按一定的速度匀速旋转，混合料被挡板提起到最高点以前受重力和离心力等力的作用，离开筒体向下作特殊轨迹的运动。
这一运动轨迹受筒体转速、挡板的尺寸、挡板安装位置、角度以及混合料颗粒的大小等影响。
设计时应确定筒体旋转的最佳速度，以达到最佳分散效果。
这种装置简单、可靠、混合效率高，可以实现连续生产，已在应城石膏制粉厂，三水石膏制品厂的粉刷石膏生产线上被证明是十分有效的。
四、粉刷石膏生产中的几个关键技术
1．外加剂的分散
粉刷石膏生产中，外加剂的加入量是很小的，从万分之几到千分之几。
而外加剂的作用又是非常敏感的，只有均匀地分散在石膏中，才能使粉刷石膏的性能均一。
稍有一点疏忽，就可能出现局部性能（主要是凝结时间）的极大差异。
由于分散不匀，在一批料中有可能出现有些料凝结过快，无法操作，而有些料几小时不凝结的现象。
为了防止这种现象，在粉刷石膏的生产中，要求采取十分谨慎和有效的措施，以保证质量。
实际生产中除了采用特制的高效混拌机外，主要从工艺的角度着手：
首先把极小量的外加剂和其他掺合料搅拌混合。
这种混合料作为“放大了的”外加剂，进行配方设计和称量。
以上两步类似分析化学中配制溶液浓度的作法，以减少计量的误差。
2．石膏的陈化
二水石膏脱水生成半水石膏，由于温度的不均匀，实际上都不同程度地残存着二水石膏和无水石膏。
用这种新炒制的“半水石膏”配制的粉刷石膏，由于其相组成的不稳定，因而性能会随着存放时间不断改变。
因此，新配制的粉刷石膏必须经过陈化才能出厂。
陈化一般在料库中进行。
陈化的条件不同，对石膏性能的影响也不同。
生产中，一般采用配制后立即密封陈化或者先密封陈化几天，再敞开陈化，以加速相组成的稳定。
刚炒制的石膏温度很高，在料库中降温很慢，残存的二水石膏有可能继续脱水变成半水石膏；
而在半水石膏中存在的无水石膏又可以因吸收石膏中的水蒸汽和二水石膏脱出的水分，转化为半水石膏，达到相的基本稳定。
经陈化的石膏，一般来说，晶体上的大量裂缝弥合，结晶形态趋于完整，比表面积减少（加上可溶性无水石膏含量急剧减少，半水石膏含量增加，也导致了比表面积的减少），所以标准稠度用水量降低，凝结时间缩短。
但是，对于凝结时间也可能产生完全不同的结果，即经过陈化后的石膏凝结时间增加了。
得出这种结果，与陈化前半水石膏的相组成有关。
尤其是用回转窑炒制的半水石膏中二水石膏含量很大，起着一种促凝的作用，凝结时间只有2~3分钟。
陈化后二水石膏含量减少，自然将使凝结时间增加。
综上述，陈化后半水石膏凝结时间的变化，主要受粉刷石膏中二水石膏和比表面积变化的影响。
凝结时间是缩短还是增加，应看是哪一方面在起主导作用。
五、粉刷石膏的应用
粉刷石膏有多种，有白色、浅红色、灰色等。
浅红色等杂色粉刷石膏价格较低。
既可以拌制砂浆，用于墙面找平，又可以拌成胶泥用于罩面。
白色粉刷石膏主要用于罩面。
对于保温、隔热、隔声要求较高的房间，可用粉刷石膏砂浆打底找平，再用其胶泥罩面；
对于室内喷涂彩色涂料或裱糊墙纸的房间，只需杂色粉刷石膏胶泥罩面。
粉刷石膏胶泥可以薄层抹在混凝土墙面上，也可以抹在混合砂浆、水泥砂浆以及粉刷石膏砂浆等底层上。
第五节国外石膏煅烧设备
本节简要介绍国外建筑石膏煅烧设备的结构及性能。
一、炉篦子窑
这种窑是前联邦德国KNAUF公司几十年前发明的，至今仍在使用。
这种窑的产量大、操作简单、热效率高，因煅烧物料不发生粉化，故实际上不须要除尘设备，但所需热能较大，须配设至少约每小时8×
106kj的热烟气发生器。
窑内的炉篦子由多段缝隙式的铸钢组成，发生器中的热风通过炉篦子吸入料层。
四种不同粒级的石膏面一层层地加到以20~30m/h移动着的炉篦子上。
最上层颗粒直径40~60mm，第二层28~40mm，第三层12~18mm，最下层4~12mm。
粗料层受热温度最高，细料层受热温度低。
热风温度根据料层高度不同而有差异，一般在900~1500℃之间。
二、炒锅
炒锅煅烧石膏起源于英国，至今仍然是工业生产中所使用的主要煅烧设备之一。
炒锅结构形式很多，但基本上都是由一个从外部加热的圆筒形容器构成，容器内装有一个搅拌器。
可以用煤、油或气做外部热源的燃料。
大部分炒锅都在水平方向上装有火道，以便提高热利用率。
在炒锅内煅烧物料被其自身失水而产生的水蒸汽形成流体状态，在流动层内传热效率很高。
潜埋煅烧技术就是利用这个特点，从潜埋燃烧管出来的热气体比炒锅规定温度高5~10℃，直接通入锅内的物料中，通过流动层，以提高其热效率。
燃烧管的热效率可达90%。
采用潜埋煅烧技术，粉尘量有所增加。
必须提高收尘装置的效率或用大容量收尘器。
表6-4三种炒锅的热效率和产量比较
炒锅类型
烧煤10吨炒锅
有18个横火道的20吨炒锅
热效率（%）
产量
产量（t/h）
间歇式炒锅
35~45
3~5
45~65
8~10
连续式炒锅
40~45
4.5~6.5
55~75
9~12
潜埋式炒锅
55~60
6~9
63~83
16~19
火管式炒锅的特点是，加入的石膏不与炽热的炒锅表面接触，而与处在恒温条件下的石膏料接触。
二水石膏在饱和水蒸汽的气氛中，在适宜的条件下进行脱水，保证所制得的半水石膏具有良好的晶体结构，制得的胶凝材料的强度比普通半水石膏提高50%。
这种方法使工艺设备的生产能力提高20%以上，燃料用量降低了5%，大大延长了炒锅的使用寿命，改善了工人的劳动强度。
国外还使用各种尖底炒锅。
有气体加热的尖底炒锅，烧油的尖底炒锅和烧煤的尖底炒锅。
三、回转窑
回转窑是世界上生产熟石膏的主要煅烧设备之一。
德国、法国、俄罗斯、美国和日本都普遍采用。
回转窑分直接加热窑和间接加热窑。
直接加热窑按照物料流向和火焰方向又分顺流式直接加热窑和逆流式直接加热窑。
1．顺流式直接加热回转窑
顺流式直接加热窑的燃烧室与喂料口位于同一端，燃烧室内的高温气体直接喷入装有石膏料的燃烧室中，热气和被燃的石膏直接接触，系低温煅烧，成品为熟石膏。
窑的头部装设长1.5~2m的固定燃烧室，燃油用机械雾化，火焰与二次空气混合的温度1100℃，窑体材质为不锈钢，窑尾用电收尘。
入料颗粒为0~25mm，物体在窑中停留时间45~6min，最终料温为150~170℃。
2．逆流式直接加热回转窑
逆流式直接加热回转窑的加料系由窑的一端连续喂入，而另一端装有液体或气体燃料喷嘴，或固体燃料燃烧室，热气与被煅烧的石膏直接接触，其方向相反，熟石膏从燃烧室一端连续卸出。
这种窑主要用于煅烧硬石膏，煅烧温度可达1400℃，物料停留时间为10min，脱水硬石膏从高温室出来的温度为500~570℃。
3．间接加热回转窑
间接加热回转窑是在窑内安装很多根加热管（火管或蒸气管）间接加热石膏。
由于蒸气温度稳定，不会使石膏粉过烧或欠烧。
4．套筒式回转窑
套筒式回转窑的石膏料和燃气在大小不同的筒中循环。
它可以是由2个或3个同心圆筒组成，也可将小直径的圆筒放在大直径圆筒内组成，因此大大缩短了窑体长度，节省了空间，这种窑修理方便，又因为与外界接触的筒体导热表面较小，所以热效率高，又可分段制得半水石膏和无水石膏。
四、悬浮式煅烧窑
近年来，国外对悬浮式煅烧窑进行了研究，有的已投入工业性生产。
所谓悬浮煅烧，即是将生石膏粉在热烟气中呈悬浮状态而受到煅烧。
悬浮煅烧又分为气流煅烧和沸腾煅烧。
两种方法相异之处在于前者是石膏粉随烟气一起流动，稀相煅烧。
后者是在专用炉内煅烧，热烟气以一定的压力从炉体送入炉内，使石膏粉呈悬浮状态，达到煅烧温度时，石膏粉呈沸腾状态，料层仍有明显界面。
1．气流煅烧
气流煅烧的特点是热效率高、生产设备简单、重量轻、占地面积小，气流煅烧器实际上是一个瞬时煅烧器和离心分离器的结合体，上部做成圆筒形，下部为圆锥形。
生石膏粉按平行于热烟气流的方向进入煅烧器后，被以切线方向高速进入的热烟气形成旋转的料流，从而产生离心力。
离心力将粗粒料甩出去，被甩出的料在器壁处形成旋转的粗粒料环，其旋转速度比气体速度低得多。
这样就可使不同粒径的料都充分进行热交换。
因此，煅烧器体积虽小，但产量不低。
煅烧器的筛分效应及不同粒径的粒料在煅烧器中停留时间不一，使不同粒径的料都可以得到充分煅烧。
料流不断迫使受热颗粒移向中心部位，并在此处通过中心出料口与排气一起离开煅烧器。
物料在煅烧器中停留的时间决定于固气比、颗粒级配及煅烧器的大小。
例如当粒径为2mm，固气比（重量比）为0.3时，不同大小的煅烧器停留时间为10~20s。
为了延长停留时间可串联几个煅烧器或在煅烧器中设置挡板。
2．沸腾煅烧炉
沸腾煅烧炉按燃烧室的数目，可分为单室和多室煅烧炉；
按加热方式，可分为室外间接加热和室内装加热器间接加热，以及用热气直接加热的煅烧炉。
五、彼得磨
彼得磨是德国ClaudiusPeters公司制造的设备。
其特点是把石膏的烘干、研磨、煅烧和筛分在同一设备内进行。
彼得磨体积小，生产效率高，能耗低。
燃料可用天然气、煤或重油。
其主要部件为传动机构、研磨室内的研磨设备、压紧装置、磨机支架、筛分设备等。
磨机的传动机构是设在研磨室下方的锥形齿轮箱。
磨机下部由磨盘、磨球、磨辊和压紧磨球的弹簧组成。
磨盘由垂直轴传动。
磨盘上部中央有—固定在磨机外壳上的筛子。
磨球是浇涛的厚壁空心铁球。
磨球在两个磨环辊之间如同在一个滚珠轴承内滚动一样。
磨机上部装有一组导向叶片，利用导向叶片，经调节装置调节弹簧即可调节研磨压力，以得到不同细度的产品。
磨机易损件的使用寿命为1.5~2.5万小时。
因磨机内没有润滑点，故维护工作量很小。
磨机的工作原理为：
经破碎的石膏石从磨的上部进入磨室，与此同时，600℃的热烟气从下部进入磨中。
石膏石在磨球和环形研磨辊之间被研碎，粉料从磨的侧壁出来，经风栅进入中部，被热气流带入磨机内的筛子。
筛子通过重力和离心力将粗粒与细粉分开，100~200目的细粉由风选机抽出，通过筛子向上由磨机出来，进入旋风分离器，粗料返回磨室继续研磨。
细料在磨中停留时间约3~5秒。
第七章石膏板材
石膏在建材工业中被广泛地使用。
在水泥、水泥制品、硅酸盐制品等许多行业中都离不开石膏。
除此之外，石膏还可以直接生产建材制品，如以半水石膏为主要原料制成的轻质石膏板材、石膏砌块、粉刷石膏等等。
石膏板具有质轻、不燃、隔热保温、吸声、可锯、可钉等性能。
石膏板的生产能耗低、投资小、生产周期短，是一种比较理想的内墙和天花装饰材料。
我国石膏蕴量较为丰富，化
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