石膏-粉煤灰膠凝材料養(yǎng)護(hù)、耐久性、泛霜性能研究

艾永平，劉利軍，杜晟連

(井岡山大學(xué)建筑工程學(xué)院新型低碳環(huán)保建材研究所，吉安 343009)

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石膏-粉煤灰膠凝材料養(yǎng)護(hù)、耐久性、泛霜性能研究

艾永平，劉利軍，杜晟連

(井岡山大學(xué)建筑工程學(xué)院新型低碳環(huán)保建材研究所，吉安 343009)

本文研究了養(yǎng)護(hù)時間對石膏-粉煤灰膠凝材料強(qiáng)度和軟化系數(shù)的影響,同時做了長期水環(huán)境下的耐久性試驗(yàn)及對其泛霜做了分析。結(jié)果表明, 養(yǎng)護(hù)制度對石膏-粉煤灰的力學(xué)性能有較大影響。養(yǎng)護(hù)制度1(自然養(yǎng)護(hù))條件下，膠凝材料主要表現(xiàn)的是水化后二水石膏的性能，強(qiáng)度較高，但耐水性差。養(yǎng)護(hù)制度2(標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù))條件有利于廢渣中活性成分水化，提高了制品的水硬性，也增加了材料的耐久性;水環(huán)境下，石膏-粉煤灰耐久性提高;堿金屬鹽可能引起石膏-粉煤灰硬化體泛霜;石膏-粉煤灰膠凝材料可以用作非承重內(nèi)隔墻，并能滿足室內(nèi)潮濕環(huán)境下對防潮性能的要求。

石膏-粉煤灰膠凝材料; 養(yǎng)護(hù); 耐久性; 返霜防潮

1 引 言

石膏基新型墻體材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、節(jié)能的特點(diǎn)[1-2]，它可以很好地解決墻體材料生產(chǎn)和應(yīng)用中資源、能源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，同時具備高性能和生態(tài)化的優(yōu)點(diǎn)[3-6]。高性能就是指墻體材料具有自重輕、強(qiáng)度高、防火、防震、隔聲性能好、保溫隔熱、裝配化施工、機(jī)械加工性能好、防蟲防蛀等多種功能[7-9]。本文章就是研究以粉煤灰為原料，加入石膏激發(fā)粉煤灰組成無機(jī)膠凝材料，然后加進(jìn)珍珠巖填充增強(qiáng)使得建筑材料質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。然而對石膏-粉煤灰作為新型墻體材料除具備輕質(zhì)等要求外,一定的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)能浕禂?shù)及耐久性具有一定的要求,而這些性能除了與原料的本身有關(guān)系外,還與其制備工藝和制備方法有很大影響。本文就對石膏-粉煤灰膠凝材料的養(yǎng)護(hù)時間,長期水環(huán)境下的耐久性試驗(yàn)及泛霜性能做了一定研究。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 測試方法

抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、軟化系數(shù)、表觀密度的測定按照國家標(biāo)準(zhǔn)測定。

2.2 石膏-粉煤灰基膠凝材料的制備

稱取所需的復(fù)合堿激發(fā)劑放在一定量的水中混合攪拌均勻，然后將石膏和粉煤灰按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比石膏∶粉煤灰=80∶20計(jì)量并攪拌混合均勻；按規(guī)定水灰比加入混合堿激發(fā)劑的溶液和水，然后強(qiáng)力攪拌均勻迅速注入到三聯(lián)模具中成型，并在相應(yīng)制度下養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期。

表1 幾組試樣的配方

3 結(jié)果與討論

3.1 養(yǎng)護(hù)制度對石膏-粉煤灰膠凝材料的影響

3.1.1 養(yǎng)護(hù)制度確定

試驗(yàn)采用1、2兩種養(yǎng)護(hù)制度，分別對幾組配方作了比較試驗(yàn)。試驗(yàn)條件如下：養(yǎng)護(hù)制度1，在自然條件下養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28d后，烘干得待測試樣；養(yǎng)護(hù)制度2，試樣脫模后放入濕度99%和42 ℃條件下養(yǎng)護(hù)28d后，烘干得待測試樣。

表1是不同養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)的試樣配方，每一配方兩組試樣，每組三根，分別進(jìn)行1，2兩種制度養(yǎng)護(hù)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同養(yǎng)護(hù)條件下材料的物理力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，經(jīng)養(yǎng)護(hù)制度1后的試樣抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度都高于經(jīng)養(yǎng)護(hù)制度2后的試樣強(qiáng)度，這是因?yàn)樵谥贫?條件下，石膏水化完全，生成的二水石膏晶體均勻、完整，石膏對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大。制度2條件下，試樣烘干強(qiáng)度雖然低于制度1條件下的強(qiáng)度，但其軟化系數(shù)高于制度1條件下的試樣。養(yǎng)護(hù)制度2下表現(xiàn)出的是粉煤灰的水化，有利于形成具有水硬性的鈣礬石晶體，提高了軟化系數(shù)。

濕度的大小對石膏-粉煤灰硬化體的性能有很大影響。如果不考慮濕度對石膏-粉煤灰硬化體性能的影響，高溫、低濕養(yǎng)護(hù)條件有可能引起二水石膏的脫水，反而引起硬化體的性能惡化。

3.1.2 養(yǎng)護(hù)天數(shù)對材料性能的影響

圖1 養(yǎng)護(hù)天數(shù)對強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of strength with curing days

圖2 是石膏∶粉煤灰=80∶20，水泥和珍珠巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)各占總量6%，水灰比為0.7時的膠凝材料配方，養(yǎng)護(hù)制度2條件下不同天數(shù)材料的力學(xué)性能結(jié)果(養(yǎng)護(hù)至不同齡期直接取出測量)。從圖2中可以看出隨著養(yǎng)護(hù)天數(shù)的增多，試樣強(qiáng)度也隨之提高。試樣養(yǎng)護(hù)1d，抗折強(qiáng)度可達(dá)到養(yǎng)護(hù)28d后烘干強(qiáng)度的70%，抗壓強(qiáng)度可達(dá)到28d后烘干抗壓強(qiáng)度的56%。養(yǎng)護(hù)28d后，抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到干強(qiáng)度的93%、77%，而且不同齡期的試樣泡水后抗壓強(qiáng)度都有提高，說明在水下試樣強(qiáng)度仍有所升高，證明制度2下養(yǎng)護(hù)有助于制品水硬性的增長。

3.2 耐久性試驗(yàn)

不論何種建筑材料在實(shí)際應(yīng)用中，其所處的環(huán)境都非常復(fù)雜，要受到不同環(huán)境條件的影響。對于材料的耐水性能，除了要考慮材料的軟化系數(shù)外，還要考慮材料在長期水化境下的耐久性能。

考察水環(huán)境下該膠凝材料的性能變化，取6組試樣，完全浸入25 ℃的水中，每隔7d取出一組，烘干，測定材料的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和軟化系數(shù)。結(jié)果見圖2。

由圖2可以看出，在前7d浸水后試樣的都有明顯下降，7d后強(qiáng)度變得比較穩(wěn)定，這說明浸水對試樣的強(qiáng)度減少不是一直下降，具有一個穩(wěn)定的最小值,到達(dá)此最少值說明試樣達(dá)到浸水飽和，此時得出軟化系數(shù)為0.64，說明此材料的軟化系數(shù)很小，此材料不耐水，不適合用在外墻需要長期經(jīng)受風(fēng)吹雨打的地方。石膏膠凝材料遇水后強(qiáng)度降至一定范圍內(nèi)不再變化的這種現(xiàn)象，稱之為石膏的“腐化”[10]。圖3即為石膏的軟化系數(shù)隨浸水時間的變化情況，從圖3可以看出軟化系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定值的時間需要14d，然后達(dá)到飽和后軟化系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定，再超過42d后因各種外在原因如腐蝕等軟化系數(shù)又有少量的降低。同時此試樣的軟化系數(shù)大大超過了純石膏硬化后的軟化系數(shù)(石膏的軟化系數(shù)一般在0.3～0.45之間)，說明加入粉煤灰可以顯著提高試樣的軟化系數(shù)，提高其耐水性和耐久性能。

圖2 不同浸水天數(shù)對復(fù)合材料強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of different soaking days on thestrength of composite materials

圖3 浸水天數(shù)對軟化系數(shù)的影響Fig.3 Effect of soaking days on the softening coefficient

3.3 泛霜現(xiàn)象

用水泥作為石膏-粉煤灰膠結(jié)材的堿激發(fā)劑，能提高硬化體的強(qiáng)度；但是隨著水泥量的增加，泛霜現(xiàn)象也會加重。當(dāng)水泥摻量較少時，泛霜發(fā)生在暴露于空氣的試樣表面的上棱邊，其他地方?jīng)]有泛霜現(xiàn)象。隨著水泥熟料摻量的增加，泛霜現(xiàn)象加重。當(dāng)水泥熟料摻量較大時，硬化體泛霜嚴(yán)重，暴露于空氣中的整個表面出現(xiàn)泛霜現(xiàn)象。

試樣脫模后，一組置于養(yǎng)護(hù)制度1要求的條件下養(yǎng)護(hù)，一組置于養(yǎng)護(hù)制度2所要求的環(huán)境內(nèi)養(yǎng)護(hù)。其中處于養(yǎng)護(hù)制度1條件下的試樣一周內(nèi)出現(xiàn)輕微的泛霜，養(yǎng)護(hù)制度2環(huán)境下無泛霜現(xiàn)象；隨著齡期的增長，制度1下試樣泛霜現(xiàn)象加重，制度2環(huán)境下仍無泛霜現(xiàn)象；28d后取出制度2環(huán)境下的試樣，使其自然干燥，仍沒有明顯的泛霜。

養(yǎng)護(hù)制度2條件下，試樣幾乎不發(fā)生泛霜?？赡艽嬖趦煞N原因：① 養(yǎng)護(hù)制度2改善了粉煤灰的水化條件，使廢渣在堿激發(fā)劑的激發(fā)下反應(yīng)充分，生成難溶于水的水化產(chǎn)物，將堿金屬氧化物固定在材料內(nèi)部，不能隨意遷移；達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后自然干燥，也不會有泛霜現(xiàn)象。② 養(yǎng)護(hù)制度2條件下，硬化體內(nèi)部的自由水向表面的遷移速度變緩，溶解在自由水中的堿金屬氧化物不致被快速帶至表面。隨著水分的揮發(fā)，堿金屬氧化物均勻的分布于硬化體各部，減少了表面的富集，到養(yǎng)護(hù)齡期后自然干燥，仍沒有明顯的泛霜現(xiàn)象。

石膏-粉煤灰墻體膠凝材料通過石膏與粉煤灰的復(fù)合，添加相應(yīng)的激發(fā)劑，促使粉煤灰中具有火山灰性質(zhì)的物質(zhì)水化，形成具有水硬性和難溶于水的硬化體，從而提高了制品的軟化系數(shù)。從前面的實(shí)驗(yàn)可以看出，單純的石膏-粉煤灰復(fù)合，對軟化系數(shù)的提高并無太大的貢獻(xiàn)，加入水泥熟料作激發(fā)劑，軟化系數(shù)最高可達(dá)0.9以上。雖然隨著粉煤灰的增加，制品整體強(qiáng)度會有所下降，但不影響制品在現(xiàn)代建筑內(nèi)部的使用。即使加入珍珠巖，材料的強(qiáng)度會有進(jìn)一步的降低，但對軟化系數(shù)的影響不大，仍能滿足作為具有框架結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代建筑非承重墻體(內(nèi)隔墻)的使用，且能滿足防潮性能的要求和減輕高層建筑物自重。

4 結(jié) 論

(1)養(yǎng)護(hù)制度對石膏-粉煤灰的力學(xué)性能有較大影響。養(yǎng)護(hù)制度1條件下，膠凝材料主要表現(xiàn)的是水化后二水石膏的性能，強(qiáng)度較高，但耐水性差。養(yǎng)護(hù)制度2條件有利于廢渣中活性成分水化，提高了制品的水硬性，也增加了材料的耐久性。綜合考慮，采用養(yǎng)護(hù)制度2作為材料首選的的養(yǎng)護(hù)條件;

(2)水環(huán)境下，石膏-粉煤灰耐久性提高，由試驗(yàn)結(jié)果可以認(rèn)為當(dāng)此種膠凝材料在干燥溫度不超過一定值時，耐久性是滿足需要的;

(3)堿金屬鹽可能引起石膏-粉煤灰硬化體泛霜，但在養(yǎng)護(hù)制度2下影響較少。

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Gypsum-Fly Ash Cementitious Material Conservation,Durability and Moisture Properties of Pan-cream

AI Yong-ping,LIU Li-jun,DU Sheng-lian

(NewLow-carbonGreenBuildingMaterialsInstitute,ArchitecturalEngineeringCollege,JinggangshanUniversity,Ji’an343009,China)

Thispaperstudiesthecuringtimeofgypsum-flyashcementitiousmaterialstrengthandsofteningcoefficient,whiledoingacycleofwetanddryconditionsandlong-termdurabilitytestingofwaterenvironmentanditspanmadeoffrostandmoisture.Theresultsshowthatthecuringsystemofgypsum-themechanicalpropertiesofflyashhasagreaterimpact.Undertheconditionsoftheconservationsystem1,theperformanceofcementitiousmaterialsismainlygypsumhydrationperformance,highstrength,butthewaterispoor.Conditionsconducivetotheconservationsystemoftwoactiveingredientsslaghydration,improvedproducts,waterhardness,alsoincreasedthedurabilityofmaterials;waterenvironment,plaster-toimprovethedurabilityofflyash;alkalimetalsaltsmaycausegypsum-coalfrosthardenedashpan;gypsum-flyashcementitiousmaterialscanbeusedfornon-load-bearinginteriorwalls,andindoorhumidityenvironmenttomeettheperformancerequirementsofthemoisture.

plaster-flyashcementitiousmaterial;conservation;durability;backmoisturecream

國家自然基金(81260230);國家自然基金(31560266)；江西省星火計(jì)劃(20151BBF61076)；江西省重大項(xiàng)目(20152ACG7017)；江西省科技成果重點(diǎn)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化計(jì)劃(20151BBI90035);江西省普通本科高校中青年教師發(fā)展計(jì)劃訪問學(xué)者專項(xiàng)資金項(xiàng)目

艾永平(1977-),男，博士，副教授.主要從事可降解材料方面的研究.

杜晟連，碩士.

TU

A

1001-1625(2016)12-4242-04