不同外加劑匹配對建筑石膏－粉煤灰膠凝體系的影響*

劉俊龍

(浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，杭州310000)

石膏由于自身的環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)的綠色建材。發(fā)達(dá)國家石膏的80%用于建筑制品，水泥工業(yè)用量相對較少，我國石膏多用于水泥緩凝劑，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，石膏的消費(fèi)結(jié)構(gòu)也將不斷發(fā)生變化，其改性激發(fā)研究符合了我國的基本國策，也順應(yīng)了世界科技發(fā)展的潮流和我國科技發(fā)展的中長期規(guī)劃[1][2]。建筑石膏作為石膏建材中的主要產(chǎn)品之一，是二水石膏在一定的溫度下脫水并磨細(xì)而制成的，其主要的成分為β－半水石膏，還含有少量的二水石膏和β－Ш型無水石膏。β－半水石膏是二水石膏在120℃ ～180℃的非飽和蒸汽介質(zhì)中脫水而成的[3][4]。不同外加劑的匹配能產(chǎn)生不同的影響，使建筑石膏膠凝材料體系的各種性能發(fā)生一些變化。本文通過幾種不同激發(fā)劑與不同緩凝劑的配比組合，研究其對建筑石膏膠凝材料的各種性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

建筑石膏:產(chǎn)地應(yīng)城，性能參照 GB9776－88《建筑石膏》測定，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為61%，初凝時間8min、終凝時間12min，0.08mm 篩篩余為6.79%，比表面積為483m2/kg。

粉煤灰:輝虹牌Ⅱ級粉煤灰，武漢青源電力集團(tuán)干灰公司生產(chǎn)，比表面積為479m2/kg，化學(xué)成分及物理參數(shù)見表1。

水泥:P·O52.5硅酸鹽水泥，比表面積為330m2/kg，化學(xué)成分及物理參數(shù)見表1。

表1 礦物摻合料化學(xué)成分及物理參數(shù) /%

1.2 試驗(yàn)配方

如表2所示，設(shè)置不同外加劑匹配條件。

表2 試驗(yàn)配合比 /%

1.3 測試方法

建筑石膏膠凝材料流動度的測定方法參照GB9776－88《建筑石膏》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，所使用筒體的規(guī)格為:(50±0.1)mm，高(100 ±0.1)mm，銅質(zhì)。力學(xué)性能的測定參照GB9776－88《建筑石膏》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，將相應(yīng)配比的膠凝材料加水拌合后制成40mm×40mm×160mm的試件，在(20±2)℃的溫度下自然養(yǎng)護(hù)，測試試件的3d、28d抗壓、抗折強(qiáng)度。X射線衍射分析用來鑒定不同石膏膠凝材料試樣的水化產(chǎn)物，采用日本產(chǎn)D/MAX－Ⅲ型X－ray衍射儀進(jìn)行測試。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 強(qiáng)度分析

圖1 不同激發(fā)劑/緩凝劑復(fù)摻對建筑石膏3d、28d抗壓強(qiáng)度的影響

圖2 不同激發(fā)劑/緩凝劑復(fù)摻對建筑石膏3d、28d抗折強(qiáng)度的影響

圖1、2分別為表2中礦物摻合料與不同緩凝劑相復(fù)合的配比組分對建筑石膏的3d、28d抗壓和抗折強(qiáng)度影響圖。兩圖均分為四區(qū)，每區(qū)均為同種緩凝劑與不同的激發(fā)劑組分復(fù)摻，Ⅰ區(qū)為多聚磷酸鈉，Ⅱ區(qū)為葡萄糖酸鈉，Ⅲ區(qū)為檸檬酸，Ⅳ為木質(zhì)磺酸鈉。由圖1、2可以看出，總體上摻蛋白質(zhì)類GJ緩凝劑組分的28d抗壓強(qiáng)度為最大，該種體系中最大強(qiáng)度組分的11#配比，其28d的抗壓、抗折強(qiáng)度分別的達(dá)到了8.0MPa和1.80MPa左右，最小的則分別達(dá)到了 5.90MPa和1.4 0MPa左右;在28d抗壓、抗折強(qiáng)度中，摻有多聚磷酸鈉和檸檬酸的膠凝材料體系，其強(qiáng)度隨著激發(fā)劑的加入而增加，有激發(fā)劑加入的石膏－粉煤灰膠凝材料體系的28d抗壓、抗折最大;而葡萄糖酸鈉和木質(zhì)磺酸鈉2種緩凝劑加入的體系，激發(fā)劑的加入則會使體系28d的抗壓抗折強(qiáng)度有所降低，該2種體系中，未加激發(fā)劑的粉煤灰單摻體系28d的強(qiáng)度比摻加激發(fā)劑的大。在3d的抗壓強(qiáng)度中，摻加多聚磷酸鈉和木質(zhì)磺酸鈉兩種緩凝劑體系的強(qiáng)度隨激發(fā)劑的加入而減小，摻其他2種緩凝劑的體系其強(qiáng)度隨著激發(fā)劑和水泥的加入變化不大;在3d的抗折強(qiáng)度中，除了摻檸檬酸的膠凝體系之外，其他3種體系的強(qiáng)度隨著不同礦物摻合料的加入而減小。在有激發(fā)劑加入的4種體系中，摻木質(zhì)磺酸鈉的體系其28d的抗壓強(qiáng)度為最大，而摻葡萄糖酸鈉的28d抗壓、抗折強(qiáng)度則為最小。

2.2 流動度分析

圖3 不同激發(fā)劑/緩凝劑復(fù)摻對建筑石膏流動度的影響

圖3 為表2中礦物摻合料與不同緩凝劑相復(fù)合的配比組分對建筑石膏流動度的影響圖。由圖3可以看出，在多聚磷酸鈉和檸檬酸2種緩凝劑摻加的體系中，激發(fā)劑的加入均能夠增加膠凝材料的流動度;而在葡萄糖酸鈉摻加的體系中，激發(fā)劑加入?yún)s使體系的流動度減小，即在激發(fā)劑和葡萄糖酸鈉復(fù)合摻加的情況下，對流動度起的是負(fù)作用;在木質(zhì)磺酸鈉摻入的體系中，激發(fā)劑的加入，對體系的流動度幾乎的沒有影響。在無激發(fā)劑摻加的粉煤灰單摻體系中，流動度最大的為摻葡萄糖酸鈉體系，其4#配比組分的流動度達(dá)到了近250mm，最小的為摻木質(zhì)磺酸鈉體系，其流動度尚未超100mm;在有激發(fā)劑摻加的粉煤灰單摻和粉煤灰－水泥復(fù)摻2種體系中，流動度大小的順序?yàn)?摻多聚磷酸鈉體系＞摻檸檬酸體系＞摻葡萄糖酸鈉體系＞摻木質(zhì)磺酸鈉體系。由圖中可以看出，摻木質(zhì)磺酸鈉緩凝劑體系的3種組分配比中，所有的配比膠凝材料流動度均未超過100mm，萘系與木質(zhì)磺酸鈉復(fù)配效應(yīng)不佳。

2.3 XRD 分析

圖4 不同建筑石膏－粉煤灰膠凝材料體系XRD分析

圖4 (a)、(b)兩圖為表2中幾種配比組分水化試樣不同齡期的XRD圖。由(a)圖可以看出，3#配比28d水化試樣中除了二水石膏峰之外，難以見著鈣礬石峰，更見不到Ca(OH)2峰，證明了該配比組分28d齡期時粉煤灰?guī)缀醯奈窗l(fā)生激發(fā)反應(yīng);而4#和7#配比組分28d水化試樣中則能看見微弱的鈣礬石(Aft)峰和強(qiáng)烈的Ca(OH)2峰[5]，說明了在該2種不同緩凝劑摻入的體系中，在激發(fā)劑摻入的情況下，28d齡期時，粉煤灰發(fā)生了水化反應(yīng);7#配比組分的3d水化試樣的也未發(fā)現(xiàn)鈣礬石峰，但其Ca(OH)2峰卻比28d水化試樣的要強(qiáng)烈的多，說明了在葡萄糖酸鈉摻入體系中，在僅有激發(fā)劑摻入激發(fā)的情況下，3d齡期時粉煤灰同樣的未發(fā)生水化，而28d齡期時激發(fā)劑促進(jìn)了粉煤灰的水化反應(yīng)。由(b)圖可以看出，在多聚磷酸鈉、葡萄糖酸鈉和檸檬酸3種緩凝劑摻入的體系中，激發(fā)劑摻入的粉煤灰－水泥復(fù)摻配比組分2#、5#、8#的28d水化試樣中能夠看見很明顯的鈣礬石峰，且其峰強(qiáng)度要強(qiáng)于同種緩凝劑摻入的有激發(fā)劑的粉煤灰單摻配比組分。而在2#、5#、8#3種配比組分中，2#配比組分試樣28d的鈣礬石峰要強(qiáng)于5#和8#配比的同齡期試樣，這說明了2#配比組分中粉煤灰被激發(fā)的水化反應(yīng)程度更強(qiáng)烈些。同樣的，8#配比試樣3d齡期的Ca(OH)2峰要強(qiáng)于28d齡期的試樣，在水泥存在的情況下，摻葡萄糖酸鈉體系里，激發(fā)劑同樣產(chǎn)生作用。

3 結(jié)論

(1)在不同緩凝劑－礦物摻合料的建筑石膏－粉煤灰膠凝材料體系中，總體上摻木質(zhì)磺酸鈉體系的28d強(qiáng)度最大。摻多聚磷酸鈉和檸檬酸2種緩凝劑的體系，其28d強(qiáng)度隨著一定量激發(fā)劑的作用而增加，而葡萄糖酸鈉和木質(zhì)磺酸鈉兩種緩凝劑的體系，其強(qiáng)度則隨著一定量激發(fā)劑的加入而降低。

(2)激發(fā)劑對摻多聚磷酸鈉和檸檬酸2種緩凝劑體系的流動度具有延長效應(yīng)，而對摻葡萄糖酸鈉體系的流動度則具有減弱作用。水泥的加入，對檸檬酸體系的流動度具有增加作用，而對葡萄糖酸鈉體系的則影響不大。

(3)激發(fā)劑與緩凝劑的復(fù)摻對建筑石膏膠凝材料體系強(qiáng)度的影響與體系中二水石膏晶體形狀以及粉煤灰的激發(fā)效果有關(guān)。體系中二水石膏晶體晶粒形狀與Ca(OH)2晶體形狀越接近，則激發(fā)劑對體系強(qiáng)度的負(fù)作用越小，激發(fā)劑對粉煤灰的激發(fā)效果越強(qiáng)，則對體系強(qiáng)度的增強(qiáng)作用越大。

[1]尹連慶等.脫硫石膏品質(zhì)影響因素及其資源化利用[J].電力環(huán)境保護(hù)，2008，24(01):28 －30.

[2]位建強(qiáng)，劉巧玲等.脫硫石膏－粉煤灰－礦粉復(fù)合膠結(jié)材改性研究[J].新型建筑材料，2010(04):9－12.

[3]郭泰民.工業(yè)副產(chǎn)石膏應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國建材工業(yè)出版社，2010:1－140.

[4]吳敏，施惠生.鋼渣及脫硫石膏－粉煤灰復(fù)合膠凝材料的改性研究[J].水泥.2008，(7):l－6.

[5]向才旺.建筑石膏及其制品[M].北京:中國建材工業(yè)出版社.1998，(9):1－112.