緩凝劑對(duì)脫硫建筑石膏性能影響的研究

（鎮(zhèn)江建科建設(shè)科技有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212100）

隨著石膏基材料在我國(guó)的建筑生產(chǎn)中的大量應(yīng)用，建筑石膏原料凝結(jié)時(shí)間過(guò)快的問(wèn)題突顯出來(lái)，一般脫硫石膏的凝結(jié)時(shí)間在 3～10min 以內(nèi)，無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的要求。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)石膏的保水性、觸變性等有著不同的要求，因此，各種建筑化學(xué)外加劑的使用，對(duì)材料本身應(yīng)用的優(yōu)化有著不可替代的作用。

常用的建筑化學(xué)外加劑一般有緩凝劑、增稠劑、觸變潤(rùn)滑劑、減水劑這四種。除緩凝劑外，其余三種主要是通過(guò)改變石膏體系的用水量來(lái)提高其施工性，對(duì)石膏的強(qiáng)度影響較小，而緩凝劑對(duì)石膏的凝結(jié)時(shí)間和力學(xué)性能影響極大，因此，本文選擇不同種類的緩凝劑，通過(guò)摻量試驗(yàn)，來(lái)研究其應(yīng)用方式和緩凝機(jī)理。

1 緩凝劑原材料的選擇

本文所用的脫硫建筑石膏為前期試驗(yàn)所得最佳值，即在煅燒溫度為 180℃、煅燒時(shí)間為 3h、陳化時(shí)間為10d 情況下，制備而成的脫硫建筑石膏。

樣品的基本性能指標(biāo)見(jiàn)表 1，滿足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9776—2008《建筑石膏》中 3.0 的要求。

表1 樣品的基本力學(xué)性能指標(biāo)

2 緩凝劑的影響

2.1 緩凝劑的選擇

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，現(xiàn)階段緩凝劑的品種較多，主要包含：蛋白類、酒石酸及其鹽類、糖類、有機(jī)膦類等，本研究選擇其中較為常見(jiàn)且性價(jià)比較高的檸檬酸（CA）、SG-12、葡萄糖酸鈉和六偏磷酸鈉（SHMP）這四種常用的石膏緩凝劑，其性狀如表 2 所示。

表2 緩凝劑性狀

2.2 試驗(yàn)方法

為了研究緩凝劑對(duì)脫硫建筑石膏性能的影響，選取每種緩凝劑的摻量分別為石膏樣品重量的 0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%，測(cè)定緩凝劑種類及摻量對(duì)脫硫建筑石膏凝結(jié)時(shí)間、力學(xué)性能及微觀形貌的影響，從而確定最佳的緩凝劑種類和用量。

2.3 不同緩凝劑用量對(duì)緩凝時(shí)間的影響

摻雜不同緩凝劑后的樣品初終凝時(shí)間見(jiàn)表 3 和圖1。由圖表可知，隨著緩凝劑用量的增加，四種緩凝劑對(duì)樣品的緩凝效果均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，其中，SG-12 對(duì)樣品的緩凝效果最佳，CA 略差，二者的緩凝效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于葡鈉和 SHMP。緩凝效果順序?yàn)椋篠G-12＞CA＞SHMP＞葡鈉。

由圖 1 可以看出，CA 和 SG-12 在小摻量情況下，即 0.05%～0.1%，就能產(chǎn)生很強(qiáng)的緩凝效果，而葡鈉和SHMP 直到 0.25% 摻量時(shí)，尚未達(dá)到一個(gè)良好的緩凝效果。

2.4 不同緩凝劑用量對(duì)力學(xué)性能的影響

緩凝劑的加入延長(zhǎng)了樣品的初、終凝時(shí)間，但是也會(huì)對(duì)樣品的力學(xué)性能帶來(lái)負(fù)面影響，因此，需要平衡樣品的初、終凝時(shí)間和力學(xué)性能，使得可操作時(shí)間和強(qiáng)度均能滿足標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)施工要求。按照試驗(yàn)?zāi)康淖隽丝拐劭箟涸囼?yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表 4 和圖 2 所示。

表3 不同緩凝劑對(duì)初凝時(shí)間的影響

圖1 不同緩凝劑對(duì)樣品初、終凝時(shí)間的影響

由表 4 和圖 2 可知，隨著緩凝劑用量的增加，四個(gè)樣品的抗折抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。其中，SG-12的強(qiáng)度損失最低，CA 和葡鈉次之，強(qiáng)度損失最大的是SHMP。

因此，綜合來(lái)看，蛋白類的 SG-12 力學(xué)性能損失最少，緩凝效果最佳，是一種適宜的高性能石膏緩凝劑。

2.5 強(qiáng)度損失機(jī)理

根據(jù)表 4 作力學(xué)性能損失率圖，見(jiàn)圖 3。

表4 不同緩凝劑對(duì)樣品強(qiáng)度的影響

圖2 不同緩凝劑對(duì)樣品力學(xué)性能的影響

一般來(lái)說(shuō)，緩凝劑的摻量和強(qiáng)度損失率并非呈現(xiàn)正比關(guān)系，而是存在一個(gè)臨界值。當(dāng)該種緩凝劑的摻量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，其強(qiáng)度損失率快速增長(zhǎng)。由表 4 可以看出，對(duì)于抗折強(qiáng)度，當(dāng) SHMP 和葡鈉的摻量達(dá)到 0.05%時(shí)，石膏的強(qiáng)度損失就已經(jīng)達(dá)到 15.58% 和 10.65%，當(dāng)摻量達(dá)到 0.25% 時(shí)，其強(qiáng)度損失已經(jīng)高達(dá) 55.32% 和52.47%；其余兩組緩凝劑，在低摻量時(shí)，強(qiáng)度損失和SHMP 相差不大，隨著摻量的增加，其強(qiáng)度損失增長(zhǎng)率相對(duì) SHMP 和葡鈉較小。這說(shuō)明對(duì)于抗折強(qiáng)度，糖類的葡萄糖酸鈉和無(wú)機(jī)鹽類的六偏磷酸鈉對(duì)其影響較大。對(duì)于抗壓強(qiáng)度，除蛋白類的 SG-12，其余三種緩凝劑在摻量超過(guò) 0.05% 之后，其強(qiáng)度損失增長(zhǎng)率都極高，在0.25% 摻量時(shí)，分別達(dá)到 46.57%（CA）、50.87%（葡鈉）以及 53.16%（SHMP），而同摻量下的 SG-12，其強(qiáng)度損失只有 17.40%。

圖3 不同緩凝劑作用下樣品力學(xué)性能損失率

2.5.1 SEM 晶型分析

通過(guò) SEM 對(duì)晶型的檢測(cè)，得出了不同緩凝劑下不同含量下的石膏 SEM 晶型組圖，經(jīng)過(guò)對(duì)多張 SEM 晶型圖的分析發(fā)現(xiàn) 10μm 下的石膏晶型圖變化差異最直觀可見(jiàn)最易分析，因此本次試驗(yàn)選取 10μm 級(jí)下的 SEM圖。按照兩種分析方法對(duì)不同緩凝劑下不同含量下的石膏 SEM 晶型圖進(jìn)行分析比較，最終得出相應(yīng)結(jié)論。兩種分析方法如下：

（1）對(duì)同種緩凝劑不同摻量下的石膏 SEM 晶型圖進(jìn)行分析對(duì)比。本次對(duì)比方法分別按加入不同摻量（0%、0.05%、0.15%、0.25%）的 CA、SG-12、葡鈉和 SHMP，做出 4 組對(duì)比組圖，見(jiàn)圖 4～7。

圖4 不同摻量 CA 緩凝劑石膏樣本的 SEM 圖

圖5 不同摻量 SG-12 緩凝劑石膏樣本的 SEM 圖

圖6 不同摻量葡鈉緩凝劑石膏樣本的 SEM 圖

圖7 不同摻量 SHMP 緩凝劑石膏樣本的 SEM 圖

由圖 4～7 晶型對(duì)比圖可以看出，未加入緩凝劑的石膏樣本晶型多為針狀且細(xì)長(zhǎng)，少量為板狀，晶體之間橋連緊密，總體呈現(xiàn)出晶體連接緊密形狀細(xì)長(zhǎng)的狀態(tài)。加入四種緩凝劑后的石膏樣本晶型多為短小體態(tài)，同時(shí)隨著加入緩凝劑含量的增多，晶體產(chǎn)生粗化和連接松散現(xiàn)象，且粗化程度、連接松散程度和加入緩凝劑含量多少成正比關(guān)系，總體呈現(xiàn)出晶體短小粗化且晶體之間連接稀疏松散、間隙較大的狀態(tài)。將此 SEM 對(duì)比的結(jié)果和之前的四種緩凝劑強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果做比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了之前強(qiáng)度測(cè)試得出的隨緩凝劑含量的增加石膏強(qiáng)度不斷降低結(jié)論具有可靠性。

（2）對(duì)四種不同緩凝劑在 0.05%、0.15%、0.25%摻量下石膏的 SEM 晶型圖進(jìn)行分析對(duì)比。

通過(guò)對(duì)圖 4～7 b)、c)、d) 組的分析，可以發(fā)現(xiàn)摻入SG-12 緩凝劑的晶型圖在 0.05%、0.15%、0.25% 摻量下的晶體之間間隙最小、橋連點(diǎn)最多，晶體較未添加緩凝劑晶體樣本形狀的變形程度最小、緊密度最高。同時(shí)通過(guò)圖可見(jiàn)在 0.05%、0.15% 的摻量下 SG-12 石膏晶體的緊密程度較其他摻量相對(duì)較高，晶體之間的連接點(diǎn)較多，晶體之間的空隙較小。綜合之前試驗(yàn)和生產(chǎn)需要綜合考慮，選擇摻量 0.15% 的 SG-12 添加劑作為最佳緩凝劑具有可靠性。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的試驗(yàn)分析得出：

（1）蛋白類的 SG-12 緩凝劑對(duì)石膏緩凝時(shí)間的影響最顯著，四種緩凝劑的緩凝效果順序?yàn)椋篠G-12＞CA＞SHMP＞葡鈉。

（2）隨著緩凝劑用量的增加，四種緩凝劑的抗折抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。其中，對(duì)抗折強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，SG-12 的強(qiáng)度損失最低，CA 和葡鈉次之，強(qiáng)度損失最大的是 SHMP；對(duì)抗壓強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，SG-12 的強(qiáng)度損失也是最低，CA 和葡鈉次之，強(qiáng)度損失最大的是 SHMP。因此，綜合來(lái)看，蛋白類的 SG-12 力學(xué)性能損失最小。

（3）綜合以上試驗(yàn)結(jié)論再配合SEM斷面分析，得出摻量在 0.15% 的 SG-12 緩凝劑為最佳緩凝劑選擇。

（4）在工廠的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可以參考本文所得最優(yōu)緩凝劑和緩凝劑的最佳摻量進(jìn)行添加，以達(dá)到最優(yōu)的生產(chǎn)效果。