大宗資源化利用脫硫石膏生產(chǎn)高強高精度砌塊的實踐

崔建勤，周應(yīng)慶，梁保靖，張宗龍，韓軍強，彭嘉選，周楠楠

（1.甘肅土木工程科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省墻體材料革新和建筑節(jié)能工作協(xié)調(diào)領(lǐng)導小組辦公室，甘肅 蘭州 730020）

0 前言

我國每年產(chǎn)生各類工業(yè)固體廢棄物1 億多t，累計堆存量已達幾十億t，不僅占用了大量土地，其中所含的有害物質(zhì)嚴重污染周圍的土壤、水體和大氣環(huán)境。加快發(fā)展以脫硫石膏、煤矸石、粉煤灰、建筑渣土、冶金和化工廢渣等大宗工業(yè)固體廢物為原料的新型材料，是提高資源利用率、改善環(huán)境和實現(xiàn)建材工業(yè)“雙碳”目標的重要途徑。

長期以來，工業(yè)脫硫石膏制品因強度低、堿含量高、耐水性差等缺陷限制了產(chǎn)品的使用環(huán)境和范圍，導致工業(yè)脫硫石膏得不到規(guī)?；①Y源化利用。對工業(yè)脫硫石膏進行改性研究，改善工業(yè)脫硫石膏制品強度低、堿含量高、耐水性差等缺陷，是創(chuàng)新大宗固廢綜合利用的關(guān)鍵技術(shù)，已受到科技人員的廣泛重視，成為目前石膏制品材料研究和工程建設(shè)企業(yè)熱衷的課題，也是實現(xiàn)國家“十四五”規(guī)劃綱要中提出“能源資源配置更加合理、利用效率大幅提高，主要污染物排放總量持續(xù)減少”目標的重要途徑。

當前建筑工程施工中石膏制品應(yīng)用較為廣泛，特別是在主體二次結(jié)構(gòu)施工中[1]。其對提高整體質(zhì)量，降低建筑能源消耗具有非常重要的作用。脫硫石膏砌塊具有耐火、質(zhì)量輕、易施工等特性[2]。石膏墻材制品在近幾年應(yīng)用推廣較快，以工業(yè)脫硫石膏為主要原材料，經(jīng)加水攪拌、澆注成型和干燥制成的輕質(zhì)石膏墻材制品，是一種綠色、低碳、環(huán)保、符合新時期發(fā)展要求的新型墻體材料，而輕質(zhì)、高強、多功能、低能耗是墻材的主要發(fā)展方向。通過與傳統(tǒng)墻體材料比較，以及在工程建設(shè)中實際應(yīng)用，利用工業(yè)脫硫石膏生產(chǎn)高強綠色墻材制品具有獨特資源優(yōu)勢以及廣闊的發(fā)展前景。

1 生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量

1.1 原材料及生產(chǎn)工藝

1.1.1 原材料

生產(chǎn)所用原材料為：工業(yè)脫硫石膏粉、粉煤灰、玻璃纖維、GRKH 新型礦化劑。生產(chǎn)原材料配比見表1。

表1 原材料配比 %

工業(yè)脫硫石膏粉和粉煤灰均為白銀熱電廠的工業(yè)固體廢棄物。工業(yè)脫硫石膏經(jīng)180 ℃烘炒后，其主要成分為β 型半水石膏，初凝時間約17 min，終凝時間約24 min。生產(chǎn)所用的GRKH 礦化劑是甘肅土木工程科學研究院有限公司針對工業(yè)脫硫石膏研發(fā)的專用礦化劑[5]，玻璃纖維和減水劑均在蘭州市場采購。

1.1.2 生產(chǎn)工藝

高強高精度砌塊的生產(chǎn)由原料儲存、精準計量、強制攪拌、澆鑄成型、頂升脫模、浸水養(yǎng)護、堆場晾曬、成品碼垛等主要工序組成。

在砌塊頂升脫模完成后，通過智能夾具將砌塊移至恒溫水池浸水2 min，采用干、濕2 種養(yǎng)護方式，浸水后輸送至打包機進行清掃打包，由叉車運送到堆場進行自然晾曬養(yǎng)護。具體生產(chǎn)工藝流程見圖1。

圖1 高強高精度砌塊的生產(chǎn)工藝流程

1.2 存在的問題及改進措施

1.2.1 存在的主要問題

（1）脫硫石膏氯離子含量高（1800×10-6～2100×10-6），且化學成分波動范圍較大。氯離子對脫硫石膏及其制品的性能有較大影響[6]。一般情況下，當氯離子含量超過600×10-6時，脫硫石膏制品會出現(xiàn)多種問題，如返潮、下垂、返黃、返堿、返霜等現(xiàn)象，氯離子也會對石膏耐水性能產(chǎn)生不利影響，氯離子含量越多，石膏水化產(chǎn)物的吸水率越大，軟化系數(shù)越小。同時，石膏制品水化產(chǎn)物的強度也會隨氯離子含量的增加而降低，嚴重影響石膏制品的質(zhì)量。

（2）粉體物料計量設(shè)備精度差。原設(shè)計生產(chǎn)中使用的計量秤為普通的吊掛式傳感器稱量料斗，存在下料不穩(wěn)定、頻繁沖料、粉煤灰等物料粘壁、脫硫石膏粉結(jié)拱等現(xiàn)象。

（3）生產(chǎn)效率較低。一直以來其它砌塊的生產(chǎn)都沒有實現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)，生產(chǎn)線自動化程度沒有得到明顯提高，生產(chǎn)線的間歇性制約了產(chǎn)品產(chǎn)出效率，要想擴大生產(chǎn)規(guī)模，就需要建設(shè)多條砌塊生產(chǎn)線，這就導致項目投資大、設(shè)備故障率高、生產(chǎn)運行維修量大等諸多問題。

1.2.2 改進措施

針對以上主要問題，在生產(chǎn)線調(diào)試運行半個月后進行了全面消缺處理。具體措施為：

（1）調(diào)節(jié)氯離子含量。在生產(chǎn)中增加脫硫石膏中氯離子的檢驗頻次，根據(jù)每批次檢驗結(jié)果，及時調(diào)整礦化劑添加量和輔料的配料方案，利用一種常見的工業(yè)固廢進行消解中和脫硫石膏粉中的氯離子，實現(xiàn)石膏制品不受氯離子波動而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

（2）改進計量方式。針對計量精度較差的情況，采用計量精度較高且能滿足稱量范圍的螺旋秤進行計量；螺旋秤具有獨特的穩(wěn)流結(jié)構(gòu)，使整個進料口截面的料粉均勻下沉，不易結(jié)拱，不易沖料，穩(wěn)流給料螺旋與計量螺旋同步調(diào)速，螺旋間隙小，克服回流沖料問題，避免管壁間隙中粘附物料，密封結(jié)構(gòu)，減少粉塵外揚，可根據(jù)現(xiàn)場要求任意調(diào)整安裝等特點。

（3）改進工藝，提高效率。根據(jù)投產(chǎn)后的實際生產(chǎn)情況，結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)場地空間布局，在設(shè)備正前方鋪設(shè)了砌塊夾具行走軌道，實現(xiàn)模具、夾具在軌行走及連續(xù)攪拌和澆鑄，使生產(chǎn)效率在原有生產(chǎn)線基礎(chǔ)上提高了1 倍，解決了原料儲存倒運設(shè)施多、項目一次性投資大、設(shè)備故障率高、維修量大等問題。

1.3 產(chǎn)品質(zhì)量

目前，脫硫石膏制品根據(jù)建筑市場需求生產(chǎn)了2 種規(guī)格的砌塊產(chǎn)品，尺寸分別為：500 mm×247 mm×200 mm（空心）和500 mm×247 mm×100 mm（實心）；按JC/T 698—2010《石膏砌塊》要求，石膏砌塊標準尺寸為666 mm×500 mm×100 mm，但在實際生產(chǎn)中考慮到建構(gòu)筑物設(shè)計柱面拉筋一般在500～600 mm，扣除2～3 mm 粘接抹灰層，砌塊長500 mm、寬247 mm 最便于工程施工。普通脫硫石膏砌塊和摻入礦化劑的脫硫石膏砌塊質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 普通脫硫石膏砌塊和摻入礦化劑的脫硫石膏砌塊質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)

1.4 檢驗分析

表2 檢驗結(jié)果表明，摻入礦化劑的脫硫石膏制品強度高，其它各項檢驗指標均優(yōu)于普通石膏砌塊，砌塊的抗壓強度、軟化系數(shù)、表觀密度等指標在此基礎(chǔ)上按市場需求還可優(yōu)化調(diào)整，在實際生產(chǎn)過程中，因礦化劑的摻入使得石膏砌塊表面光滑堅硬，成品的破損率非常低。

2 應(yīng)用效果及經(jīng)濟分析

2.1 應(yīng)用效果

高強高精度石膏砌塊因礦化劑的摻入，其石膏制品性能顯著改善，砌塊的榫卯結(jié)構(gòu)幾何尺寸精確，在墻基處理、砌體排布、粘結(jié)材料、與框架結(jié)構(gòu)的連接方式、構(gòu)造柱設(shè)置、廚衛(wèi)間的施工、門窗門框的加固等方面極為便捷。石膏砌塊干法施工技術(shù)采用石膏專用粘接劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)施工中的砌筑砂漿，砌塊精確的幾何尺寸，保證了成型砌體的垂直度和平整度，可免去墻體粉刷層的二次抹灰施工工序，直接批刮薄層灰泥后進行飾面涂料、粘貼面磚等飾面工程的施工，從而有效解決普通砌塊墻面二次抹灰造成的飾面層開裂、空鼓、脫層等質(zhì)量問題。

2.2 經(jīng)濟分析

石膏砌塊生產(chǎn)工藝較為簡單，在現(xiàn)有砌塊生產(chǎn)線工藝系統(tǒng)中設(shè)置添加GRKH 新型礦化劑設(shè)施即可。GRKH 新型礦化劑售價僅為600 元/t，由于各地工業(yè)脫硫石膏資源的不同，所售工業(yè)脫硫石膏粉的價格也有所差異，石膏制品的成本價也不同。以甘肅省白銀地區(qū)為例，高強高精度石膏砌塊的成本構(gòu)成見表3。

表3 高強高精度石膏砌塊的成本構(gòu)成

目前，以蘭州為例，高強高精度石膏砌塊市場售價約320～390 元/m3，如年產(chǎn)20 萬m3高強高精度石膏砌塊，除去不可預算費用外，年利潤總額2540 萬～3140 萬元。

雖然高強高精度石膏砌塊的單價比市場其它砌塊略高，但其它砌塊都需要二次抹灰層，從單位面積墻體綜合造價分析，高強高精度石膏砌塊的綜合價格優(yōu)勢明顯，同時高強高精度石膏砌塊砌體質(zhì)量易于控制，從主觀上可以保證工程進度和工程質(zhì)量。

隨著新建建筑的逐年遞增，高強高精度石膏砌塊將逐漸被人們認識并接受，加之脫硫石膏新型礦化劑的應(yīng)用，使石膏砌塊制造成本大幅降低，高強高精度石膏砌塊將作為一種新型環(huán)保型內(nèi)隔墻建筑材料，具有良好的市場前景。

3 結(jié)論

（1）高強高精度石膏砌塊具有輕質(zhì)、高強、制品幾何尺寸精確、耐水性好等特點，是一種優(yōu)良的新型墻體材料，具有促進脫硫石膏大宗資源化利用的積極作用。

（2）高強高精度石膏砌塊成墻一次性完成，無須二次抹面層，能減少施工環(huán)節(jié)，大幅提高施工效率，降低工程造價，提升了脫硫石膏資源化利用的推廣價值。

（3）高強高精度石膏砌塊生產(chǎn)工藝簡單，質(zhì)量易于控制，適合規(guī)?；a(chǎn)，具有推動脫硫石膏替代其它材料生產(chǎn)墻材的推廣價值。

（4）大量利用工業(yè)副產(chǎn)品脫硫石膏生產(chǎn)墻體材料，可有效提高資源綜合利用水平，減少環(huán)境污染。