鋼渣粉-脫硫石膏對(duì)飾面砂漿性能的影響及機(jī)理初探

胡婷，丁益民，賴榕永，陸文雄

（上海大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，上海 200444）

飾面砂漿是近年來逐漸興起的一種新型裝飾材料，由于其熱力學(xué)性能與外墻保溫系統(tǒng)中的抹面砂漿相近，故與外保溫系統(tǒng)有良好的匹配性和相容性[1]。飾面砂漿的飾層厚度僅為1～3 mm，質(zhì)量輕，在外墻裝飾使用時(shí)更具有安全性。另外，其自身還具有良好的柔韌性、耐候性、耐沾污及施工方法多樣化等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此，飾面砂漿具有廣泛的應(yīng)用前景。

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上飾面砂漿主要是水泥基飾面砂漿，其中最常用到的水泥是硅酸鹽水泥，其水化過程中會(huì)產(chǎn)生Ca（OH）2，Ca（OH）2易溶于水形成游離的Ca2+，Ca2+通過砂漿自身的毛細(xì)孔遷移至表面，與空氣中的CO2反應(yīng)，在砂漿表面生成CaCO3沉淀，進(jìn)而產(chǎn)生色差和泛堿，影響產(chǎn)品的整體美觀[2-4]。因此，相關(guān)研究者針對(duì)泛堿問題已進(jìn)行了大量的研究，其中通過摻入填料來代替水泥的研究最多[5-7]，但鋼渣粉和脫硫石膏對(duì)飾面砂漿性能的影響及機(jī)理探討的研究尚未見涉及。本文將鋼渣粉和脫硫石膏作為S95礦粉的改性劑，激發(fā)S95礦粉的活性，從而改善砂漿的泛堿性能。并對(duì)鋼渣粉和脫硫石膏對(duì)砂漿泛白的影響機(jī)理作了初步探討。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，安徽海螺水泥廠生產(chǎn)；礦渣粉：S95級(jí)，上海海笠工貿(mào)有限公司生產(chǎn)，其主要性能指標(biāo)見表1；鋼渣粉：粒徑為30 μm，中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司生產(chǎn)，其化學(xué)成分見表2；脫硫石膏：燃煤電廠煙氣脫硫產(chǎn)生的廢棄物——脫硫石膏，經(jīng)烘干、煅燒而制備成β型半水石膏，其中β-CaSO4·1/2H2O≥85%，華能上海石洞口第二電廠生產(chǎn)，其化學(xué)成分見表3；鋼渣砂：粒徑為35～80目，f-CaO含量＜1%，金屬鐵含量＜1%，含水率＜0.2%，中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司產(chǎn)；可再分散乳膠粉：8034H憎水型，廣州龍湖科技股份有限公司生產(chǎn)；羥丙基甲基纖維素醚：黏度為40000 mPa·s，山東邁瑞克新材料有限公司生產(chǎn)；顏料：氧化鐵紅，南京一品顏料化工有限公司生產(chǎn)；水：自來水。

表1 S95級(jí)礦渣粉的主要性能指標(biāo)

表2 鋼渣粉的化學(xué)成分 %

表3 脫硫石膏的化學(xué)成分 %

1.2 飾面砂漿的試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)中膠砂比為3∶7，加水量為干粉料的14%，礦粉等量取代水泥質(zhì)量的40%，鋼渣粉和脫硫石膏復(fù)摻等量取代水泥質(zhì)量的10%，乳膠粉占總干粉料質(zhì)量的2%，纖維素醚為總干粉料質(zhì)量的0.1%，顏料為0.5%。試驗(yàn)配合比見表4。

表4 飾面砂漿的試驗(yàn)配合比

1.3 試驗(yàn)方法

（1）泛白實(shí)驗(yàn)：在100 mm×100 mm×5 mm的水泥板（涂刷苯丙乳液）表面上刮涂配制好的飾面砂漿，厚度約為2～3 mm。①在溫度為（20±2）℃、相對(duì)濕度為50%的條件下養(yǎng)護(hù)1 d，然后將砂漿試樣完全浸水8 h后取出晾干，測(cè)試砂漿試樣的泛堿情況，用于模擬測(cè)試砂漿的初次泛堿；②在溫度為（20±2）℃、相對(duì)濕度為50%的條件下養(yǎng)護(hù)7 d，然后將砂漿試樣完全浸水24 h后取出晾干，測(cè)試砂漿試樣的泛堿情況，用于模擬測(cè)試砂漿的2次泛堿[8]。

砂漿泛堿程度評(píng)價(jià)方法：用數(shù)碼相機(jī)將待測(cè)試樣表面拍攝下來，利用圖像處理軟件Image-Pro Plus6.0對(duì)其表面產(chǎn)生的泛堿面積進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算出泛堿面積占飾面砂漿總面積的百分比。

（2）抗壓、抗折強(qiáng)度：參照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試齡期為28 d。

（3）拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和吸水量：參照J(rèn)C/T 1024—2007《墻體飾面砂漿》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

（4）硬化體積密度：將尺寸為40 mm×40 mm×160 mm的飾面砂漿試樣養(yǎng)護(hù)7、28 d后脫模，稱量并計(jì)算硬化體積密度ρ，取3組試件的算術(shù)平均值作為測(cè)試結(jié)果。

（5）X射線衍射（XRD）分析：試塊養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的齡期后，去除表面碳化層，用鐵錘將樣品砸成5～10 mm左右的小塊，隨意選取試樣中細(xì)小顆粒，立即用無水乙醇終止水化，取出后在60℃烘箱內(nèi)烘至恒重，研磨成粉并過200目篩，送樣檢測(cè)。

（6）掃描電鏡微觀形貌（SEM）分析：試塊養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的齡期后，去除表面碳化層，用鐵錘將樣品砸成5～10 mm的小塊，隨意選取試樣中表面平整的試塊，立即用無水乙醇終止水化，取出后在60℃烘箱內(nèi)烘至恒重，送樣噴金，觀察SEM圖像。

2 結(jié)果與分析

2.1 泛白現(xiàn)象

摻鋼渣粉與脫硫石膏前后飾面砂漿表面的泛白情況見圖1。

圖1 飾面砂漿表面泛白情況

由圖1可以看出，不摻鋼渣粉與脫硫石膏的1#基準(zhǔn)飾面砂漿養(yǎng)護(hù)1 d、7 d后，經(jīng)浸水試驗(yàn)表面均明顯泛白，泛白區(qū)域分別為試件總面積的23.5%、62.5%，泛白面積隨著齡期延長(zhǎng)逐漸增大；而摻鋼渣粉與脫硫石膏的2#飾面砂漿僅在1 d時(shí)出現(xiàn)泛白，且泛白區(qū)域約為試件總面積的14.3%，7 d后基本不出現(xiàn)泛白。這說明摻鋼渣粉與脫硫石膏的飾面砂漿可以有效地抑制飾面砂漿的初次泛堿，同時(shí)也有效地阻止了砂漿二次泛堿的發(fā)生。

2.2 鋼渣粉與脫硫石膏對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響（見表5）

表5 摻與未摻鋼渣粉與脫硫石膏對(duì)飾面砂漿性能的影響

由表5可見，與1?；鶞?zhǔn)飾面砂漿相比，復(fù)摻鋼渣粉-脫硫石膏的2＃飾面砂漿養(yǎng)護(hù)28 d的抗折、抗壓與拉伸粘接強(qiáng)度分別提高41%、55%、6.5%。也進(jìn)一步說明鋼渣粉和脫硫石膏作為S95礦粉的改性劑，激發(fā)了S95礦粉的活性，促進(jìn)了水泥的水化進(jìn)程，提高了水泥的水化程度。

2.3 鋼渣粉與脫硫石膏對(duì)砂漿硬化體積密度的影響

由表5可見，當(dāng)齡期由7 d延長(zhǎng)至28 d時(shí)，基準(zhǔn)飾面砂漿和摻鋼渣粉-脫硫石膏飾面砂漿的硬化體積密度分別由2.18、2.15 g/cm3增大至 2.24、2.19 g/cm3，分別增長(zhǎng)了 2.8%、1.9%。與基準(zhǔn)飾面砂漿相比，摻鋼渣粉-脫硫石膏的飾面砂漿硬化體積密度有所增大。可見，鋼渣粉-脫硫石膏的加入，細(xì)化了孔結(jié)構(gòu)，提高了砂漿的密實(shí)度[9]。

2.4 鋼渣粉與脫硫石膏對(duì)砂漿吸水量的影響

由表5可見，鋼渣粉-脫硫石膏的加入增大了飾面砂漿的吸水率，30 min、240 min的吸水量分別由0.34 g、0.67 g增至0.55 g、0.71 g，但吸水量的增幅不明顯，均優(yōu)于JC/T 1024—2007《墻體飾面砂漿》標(biāo)準(zhǔn)要求（30 min小于2.00 g，240 min小于5.00 g）?？梢?，在砂漿中摻入鋼渣粉-脫硫石膏對(duì)其吸水量影響不大。

2.5 飾面砂漿水化產(chǎn)物的XRD分析

1?；鶞?zhǔn)飾面砂漿和復(fù)摻鋼渣粉-脫硫石膏的2＃飾面砂漿水化7 d的X射線衍射分析見圖2。

圖2 1＃與2＃飾面砂漿水化7 d的XRD圖譜

由圖 2可見，1＃、2＃飾面砂漿主要的結(jié)晶產(chǎn)物是 Ca（OH）2、鈣礬石和由部分游離的Ca（OH）2碳化而產(chǎn)生的CaCO3，此外還有部分未水化的水泥熟料礦物C2S、C3S。在7 d水化齡期，與基準(zhǔn)砂漿相比，摻鋼渣粉-脫硫石膏的飾面砂漿水化產(chǎn)物Ca（OH）2的特征峰峰值明顯降低，這說明未摻鋼渣粉-脫硫石膏的砂漿中Ca（OH）2含量較多。由此推斷，鋼渣粉-脫硫石膏的加入，激發(fā)了S95礦粉的活性，消耗了一部分的Ca（OH）2，使Ca（OH）2結(jié)晶程度變小；而CaCO3、鈣礬石的衍射峰相對(duì)較高。這說明鋼渣粉-脫硫石膏促進(jìn)了水泥的水化過程，水化程度較高，同時(shí)，也很好證明了摻鋼渣粉-脫硫石膏的飾面砂漿相同齡期的強(qiáng)度要高于未摻者。

2.6 飾面砂漿的SEM分析

1＃、2＃飾面砂漿水化28 d試樣的掃描電鏡照片見圖3。

圖3 1＃與2＃飾面砂漿水化28 d的SEM照片

由圖3可以看出，未摻鋼渣粉-脫硫石膏的1＃飾面砂漿水化28 d生成了較多的六角板狀的氫氧化鈣晶體，砂漿的結(jié)構(gòu)較為疏松，顆粒易長(zhǎng)大，并且內(nèi)部分布著許多大大小小的孔隙。摻鋼渣粉-脫硫石膏的2＃飾面砂漿硬化漿體中生長(zhǎng)著更多的AFt和絮狀的C－S－H凝膠，這些水化產(chǎn)物相互構(gòu)架成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)大量針狀A(yù)Ft被凝膠包裹，水化產(chǎn)物層明顯增厚，六角板狀的氫氧化鈣晶體明顯減少，空隙較少，結(jié)構(gòu)更為致密。所以，隨著齡期的延長(zhǎng)，水泥基飾面砂漿強(qiáng)度提高的主要原因應(yīng)是水泥水化產(chǎn)物對(duì)砂漿空隙的填充作用和粘接作用。由此說明，鋼渣粉可以發(fā)生火山灰反應(yīng)，消耗水泥熟料的水化產(chǎn)物Ca（OH）2，同時(shí)促進(jìn)了水泥的水化進(jìn)程；脫硫石膏可與Ca（OH）2、礦粉或鋼渣粉中的活性氧化鋁或二氧化硅反應(yīng)，生成更多的鈣礬石以及水化硅酸鈣凝膠，細(xì)化了孔結(jié)構(gòu)，使砂漿的結(jié)構(gòu)更為密實(shí)[10]。

3 結(jié)論

（1）在飾面砂漿中復(fù)摻S95礦粉、鋼渣粉和脫硫石膏，可有效地抑制飾面砂漿的初次泛堿，也可有效阻止砂漿二次泛堿的發(fā)生；既提高了砂漿的強(qiáng)度，也增大了砂漿的硬化體積密度，同時(shí)對(duì)砂漿的吸水率影響不大，優(yōu)于JC/T 1024—2007標(biāo)準(zhǔn)要求（30min小于2.00g，240min小于5.00g）。

（2）鋼渣粉-脫硫石膏的摻入，激發(fā)了S95礦粉的活性，可消耗水泥熟料的水化產(chǎn)物Ca（OH）2，同時(shí)促進(jìn)水泥的水化進(jìn)程，細(xì)化孔結(jié)構(gòu)，使砂漿的結(jié)構(gòu)更為密實(shí)。

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