1 概述
硫酸鈣膠凝材料應具有在較大范圍內(nèi)可變化的性能以滿足技術上和經(jīng)濟上的要求，尤其是要求能在幾分鐘到幾小時的范圍內(nèi)可變化其工作性和膠凝材料開始凝結的時間。為滿足這些要求，需要用外加劑來調(diào)節(jié)其凝結。在生產(chǎn)石膏墻板時加速凝結是十分重要的?，F(xiàn)代化的石膏墻板工廠可將生產(chǎn)速率提高到每分鐘180m。為使工廠能達到最高的生產(chǎn)率，唯一的方法是極大地促進所用膠凝材料（半水熟石膏=主要是β型半水石膏=CaSO4•0.5H2O）的凝結。在此過程中有必要使用高效促凝劑，高度細磨的石膏粉（二水石膏= CaSO4•2H2O）被用來作為促凝劑。但對此種促凝劑的操作方式以及影響生產(chǎn)和使用的因素的了解主要還是以經(jīng)驗性的研究作為依據(jù)。為保證石膏墻板生產(chǎn)過程的連續(xù)性，促凝劑作用的極其穩(wěn)定性是非常重要的。實際生產(chǎn)經(jīng)驗表明，能制備一種在長時間內(nèi)保持均衡有效性的促凝劑還存在很大問題。
針對上述情況，此項研究的目的在于生產(chǎn)和使用二水石膏基促凝劑時，通過確定主要的影響參數(shù)以增進這種外加劑的有效性，并極大地提高其穩(wěn)定性。
2 現(xiàn)有的知識
2.1 半水熟石膏的凝結
在描述煆燒石膏的凝結過程時，必須考慮以下三個方面：
l 水化--涉及物理化學方面
l 結晶—涉及礦物學方面
l 硬固—涉及工藝學方面
眾所周知，水化一般包含溶解-沉淀過程。當一種固相釋放離子于液相中并達到使之平衡的狀態(tài)，若此液相試圖與第二種溶解度低的固相達到平衡時，則后者將從溶液中沉淀出來。例如，在20℃時半水石膏的溶解度為0.885g CaSO4/100g H2O，二水石膏的溶解度為0.204g CaSO4/100g H2O。如果此溶液對半水石膏是飽和的，則對二水石膏是過飽和的，因而是不穩(wěn)定的。在有晶核存在的情況下，超過飽和濃度的過量的溶解物就會按下列化學反應式由飽和溶液中沉淀出來：
CaSO4•0.5H2O+1.5 H2O→CaSO4•2H2O
石膏晶體的形成是遵循晶核與結晶生長定律的。一旦溶液達到過飽和，就可觀察到最先生成的二水石膏沉淀物“以非常細小的晶體和剩余的水成為局部的團聚物的形態(tài)”出現(xiàn)［2］。隨著晶體的進一步生長，這些“成團物”的取向性也相應增大，形成了長直的二水石膏晶體。
在結晶過程中，石膏晶體發(fā)生交錯生長，并且晶體與余下的未水化的組分又互相纏結在一起，因而增進了此種膠凝材料的硬化，形成更為密實的晶體結構，并在水化不再需要的過多孔隙水完全蒸發(fā)后呈現(xiàn)很高的強度。
2.2 凝結的加速
對半水熟石膏的凝結動力學過程起作用的有下列的因素：
⑴膠凝材料自身的影響因素
① 原始材料（晶體形貌、不純物等）
② 煅燒方法（相組成）
③ 顆粒尺寸與比表面積
④ 顆粒的裂解
⑤ 陳化
⑵外部的影響因素
① 水膠比
② 溫度
③ 拌合過程
④ 鄰接材料的吸附性（如承托材料、護面紙等）
⑤ 外加劑
使用外加劑可精確地控制半水熟石膏的凝結速率（參見［2-6］）。Bertoldi［7］研究了100多種凝結調(diào)節(jié)劑對半水熟石膏凝結時間的影響，得出以下有普遍意義的結論：水化機制的敏感性在很大程度上取決于晶核相。對晶核的生成有干擾的外加劑（主要是緩凝劑和二水石膏基促凝劑），與影響溶解度的物質(zhì)相比較有更強的作用。
目前二水硫酸鈣被廣泛用來促進半水熟石膏的凝結（參見［8-10］），盡管對其影響生產(chǎn)和使用的作用的理解還主要基于經(jīng)驗性的研究。
3 研究方法與所用材料
使煙氣脫硫石膏與天然石膏在工業(yè)規(guī)模的爐子中經(jīng)煅燒制備成各種半水熟石膏作為促凝試驗用的膠凝材料。用各種經(jīng)細心挑選的煙氣脫硫石膏與天然石膏作為生產(chǎn)促凝劑的石膏原料。
通過測定結晶水含量、BET比表面積（即用吸附法測定的比表面-譯者注）以及用激光粒度儀測得的顆粒尺寸分布來表征經(jīng)高度細磨的石膏粉。用差示量熱法（DCA）、導電性測定以及由結晶水含量測定水化程度來研究經(jīng)促凝的半水熟石膏的水化過程。用通用的針入度法和超聲波技術來表征半水熟石膏的硬化性能。還應用了掃描電子顯微鏡（SEM和ESEM-FED）和X光相分析。
4 結果
4.1 促凝劑的作用方式
在開展初期試驗時，對所選材料的促凝效應進行了比較。使這些固體材料（石膏、半水熟石膏、硬石膏Ⅱ、石灰石與石英）在加入到半水熟石膏漿體中起促凝作用前，先在實驗室的振動磨中以相同的機械應力進行細磨。試驗結果表明，與加入其他固體物料相比較，石膏粒子對半水熟石膏的凝結起著十分顯著的加速作用。
用電子顯微鏡研究有石膏與石英的斷裂面存在時半水熟石膏漿體的水化，所得出的圖像（圖1）可清楚地說明其原因。用環(huán)境掃描電子顯微鏡（ESEM-EFG）可看到透明的表面（二水石膏），在與相對于二水石膏為過飽和的溶液接觸時，針狀的石膏晶體即可在此透明表面上定向地生長，也即呈現(xiàn)取向性的排列。
