緩凝劑對(duì)磷建筑石膏性能的影響

-.z.﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡材料創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目緩凝劑對(duì)磷建筑石膏性能的影響學(xué)號(hào)姓名專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師緩凝劑對(duì)磷建筑石膏的影響摘要：通過在磷建筑石膏中摻入一定量緩凝劑，研究不同緩凝劑對(duì)磷建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間和及其抗折、抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果說明，摻入少量的緩凝劑可對(duì)磷建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間起到延緩作用，但同時(shí)會(huì)對(duì)其強(qiáng)度造成不利影響，在實(shí)驗(yàn)所用的緩凝劑中，以檸檬酸鈉的影響作用最為明顯。關(guān)鍵詞：磷建筑石膏；緩凝劑；凝結(jié)時(shí)間；強(qiáng)度1.引言石膏是一種蘊(yùn)藏豐寓、廣泛存在的礦產(chǎn)資源，其應(yīng)用有著悠久的歷史。它在自然界中以二水石膏(CaS04·2H2O)和無水硬石膏(CaS04)存在。建筑石膏是由天然二水石膏或化學(xué)石膏經(jīng)煅燒脫水，形成以?一半水石膏為主要成分的膠凝材料。磷石膏是磷化工企業(yè)廢棄物,每年數(shù)千萬噸的磷石膏不僅制約了磷化工企業(yè)的開展,而且占用土地、污染環(huán)境。因此,給磷石膏找出路是磷化工企業(yè)科技開發(fā)的重要問題。建筑石膏的凝結(jié)硬化比擬快，其凝結(jié)時(shí)間一般只有6—30min，可操作時(shí)間只有3-5min，往往不能滿足施工和操作的要求，故而需用緩凝劑延長其凝結(jié)時(shí)間。由于磷石膏自身特性(成分復(fù)雜、顏色較差、制品孔洞率高等)的影響，磷石膏產(chǎn)品很難使用于建筑行業(yè)外的其它行業(yè)，但建筑石膏是建筑工程的必備材科，其產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)性能對(duì)施工與工程質(zhì)量有較大影響。緩凝劑對(duì)石膏作用效果的影響因素是多方面的，包括水膏比、溫度、PH值、石膏顆粒細(xì)度、雜質(zhì)的含量和種類等。本文在一定溫度、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、石膏細(xì)度和石膏品種的前提下研究不同摻入量緩凝劑對(duì)石膏的凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響。2.實(shí)驗(yàn)原材料磷石膏：細(xì)度為0.2mm方孔篩篩余量為1.6%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為71%緩凝劑：本實(shí)驗(yàn)用到的緩凝劑有檸檬酸鈉、六偏磷酸鈉和多聚磷酸鈉3.實(shí)驗(yàn)過程3.1緩凝劑對(duì)磷建筑石膏凝結(jié)時(shí)間的影響實(shí)驗(yàn)方案和數(shù)據(jù)處理稱取試樣200g,水=200×71%=142g，和相應(yīng)摻入量的緩凝劑，緩凝劑的摻表1緩凝劑摻入量參量〔%〕00.10.20.3質(zhì)量(g)00.20.40.6將試樣和緩凝劑按標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量水，倒入攪拌碗中。在5s內(nèi)將試樣參加水中，攪伴30s,得到均勻的料漿，倒人攪拌碗中。為了排除料漿中的空氣，將玻璃底板抬高約10mm，上下震動(dòng)5次。用刮刀刮去溢漿.使其與環(huán)模上外表齊平。將裝滿料漿的環(huán)模連同玻璃底板放在儀器的鋼針下.使針尖與料漿的外表相接觸并離開環(huán)模邊大于10mm,迅速放松桿上的固定螺絲，鋼針即自山插入料槳中。針的插入和升起每隔30s重復(fù)一次，每次都應(yīng)改變插點(diǎn)，并將針擦記錄從試樣與水接觸升始.到鋼針第一次碰不到玻玻璃底板所經(jīng)歷的時(shí)，此即試樣的初凝時(shí)間。記錄從試樣與水接觸開場(chǎng)，到鋼針插人料槳的深度不大于Imm所經(jīng)厲的時(shí)間，此即試樣的終凝時(shí)間。凝結(jié)時(shí)間以min計(jì)，帶有零數(shù)及30s時(shí)進(jìn)作1min。所測(cè)得的不同摻入量、不同緩凝劑的各組數(shù)據(jù)如表2。表2凝結(jié)時(shí)間表序號(hào)緩凝劑名稱摻量〔%〕初凝時(shí)間(min)終凝時(shí)間(min)1無0582檸檬酸鈉0.19133檸檬酸鈉0.213164檸檬酸鈉0.314205六偏磷酸鈉0.17106六偏磷酸鈉0.28157六偏磷酸鈉0.313178多聚磷酸鈉0.16119多聚磷酸鈉0.271210多聚磷酸鈉0.31115實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析由表2可以看出，緩凝劑檸檬酸鈉、六偏磷酸鈉和多聚磷酸鈉都具有比擬明顯的緩凝效果，并且隨著緩凝劑摻量的增加，凝結(jié)時(shí)間持續(xù)延長。三種緩凝劑對(duì)磷建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間的緩凝效果依次是檸檬酸鈉>六偏磷酸鈉>多聚磷酸鈉，檸檬酸鈉緩凝劑對(duì)于磷建筑石膏的緩凝效果最好，在0.3％摻量時(shí)即可使磷建筑石膏的終凝時(shí)間到達(dá)20min;六偏磷酸鈉緩凝劑的緩凝效果相對(duì)不明顯，0.1%摻入量時(shí)初凝時(shí)間僅為6min。3.2緩凝劑對(duì)磷建筑石膏強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)方案和數(shù)據(jù)處理稱取試樣1000g,水=1000×71%=710g，和相應(yīng)摻入量的緩凝劑，緩凝劑的摻入量如表表3緩凝劑摻入量參量〔%〕00.10.20.3質(zhì)量(g)01.02.03.0在試模內(nèi)側(cè)薄薄地涂上一層礦物油，并使連接縫封閉，以防止料漿流失。從密封容器內(nèi)取出枯燥試樣，充分拌勻。稱取試樣1000g,并按標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量量水，再把已稱量的建筑石膏和相應(yīng)質(zhì)量的緩凝劑倒入其中，靜置1min，然后用拌和棒在30s內(nèi)攪拌30圈。接著，以3r/min一邊慢慢攪拌，一邊把料漿舀人試模中。將試模的前端抬起約10mm，再使之落下，如此重復(fù)五次以排除氣泡。當(dāng)從溢出的料漿判斷已經(jīng)初凝時(shí)，用刮平刀刮去溢漿，但不必反復(fù)刮抹外表。終凝后，在試件外表作上標(biāo)記，并拆模。遇水后2h就將作力學(xué)性能試驗(yàn)的試件，脫模后存放在試驗(yàn)室環(huán)境中。需要在其他水化齡期后作強(qiáng)度試驗(yàn)的試件，脫模后立即存放于封閉處。在整個(gè)水化期間，封閉處空氣的溫度為20℃士20C、相對(duì)濕度為90％士5%。每一類建筑石膏試件都應(yīng)規(guī)定試件齡期。到達(dá)規(guī)定齡期后，用于測(cè)定濕強(qiáng)度的試件應(yīng)立即進(jìn)展強(qiáng)度測(cè)定。用于測(cè)定干強(qiáng)度的試件先在40℃士4℃的烘箱中枯燥至恒重，然后迅速進(jìn)展強(qiáng)度測(cè)定。每一類試塊的試件至少應(yīng)保存三條，用于抗折強(qiáng)度的測(cè)定。做完抗折強(qiáng)度測(cè)定后得到的不同試件上的六塊半截試件用作抗壓強(qiáng)度測(cè)定表4空白組實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度試件編號(hào)123平均值抗折強(qiáng)度〔KN〕0.920.940.960.94抗壓強(qiáng)度〔KN〕8.17.56.97.47.76.87.2抗折強(qiáng)度R，按式〔1〕計(jì)算：〔1〕=0.00234×0.94×1000=2.20MPa式中：Rf—抗折強(qiáng)度，MPa;P—斷裂荷載，N；M—彎矩，N·mm；b—試件方形截面邊長，b=40mm.抗壓強(qiáng)度R。按式〔2〕計(jì)算：〔2〕=7.4×1000÷2500=2.96式中：Rc—抗壓強(qiáng)度，MPa;P—破壞荷載，N;S—試件受壓面積，2500mm2表5檸檬酸鈉組實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度摻量〔%〕0.10.20.3編號(hào)123123123抗折〔KN〕0.820.840.820.650.660.680.470.490.45抗壓〔KN〕6.05.75.64.24.54.33.23.13.45.85.85.94.24.44.53.43.33.2表6多聚磷酸鈉組實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度摻量〔%〕0.10.20.3編號(hào)123123123抗折〔KN〕0.900.940.920.780.780.780.560.620.64抗壓〔KN〕6.96.86.75.15.45.34.24.34.36.67.26.95.25.35.24.34.24.2根據(jù)表4、表5、表6的數(shù)據(jù)，按照公式〔1〕和〔2〕計(jì)算出不同緩凝劑不同摻入量的實(shí)驗(yàn)抗折和抗壓強(qiáng)度值，整理如表7：表7各組實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度值緩凝劑名稱摻量〔%〕抗折平均值〔KN〕抗壓平均值〔KN〕抗折強(qiáng)度〔MPa〕抗壓強(qiáng)度〔MPa〕無00.947.42.202.94檸檬酸鈉0.10.835.81.942.32檸檬酸鈉0.20.664.41.521.76檸檬酸鈉0.30.473.31.081.32多聚磷酸鈉0.10.926.82.122.72多聚磷酸鈉0.20.785.21.792.08多聚磷酸鈉0.30.614.21.401.68實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析由表7可以看出，隨著緩凝劑摻量的增加，磷建筑石膏的抗壓和抗折強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)。摻量一樣時(shí)，緩凝劑檸檬酸鈉對(duì)磷建筑石膏的抗折強(qiáng)度影響最大，抗折強(qiáng)度下降最為明顯，在摻入量為0.1%，抗壓強(qiáng)度損失為21.9%，摻入量為0.2%，其強(qiáng)度損失達(dá)40%；緩凝劑多聚磷酸鈉對(duì)磷建筑石膏的抗壓強(qiáng)度影響最較小，在摻入量為0.1%，抗壓強(qiáng)度損失為7.5%，在摻入量為0.2%時(shí)，其強(qiáng)度損失29.2%。4.緩凝劑對(duì)磷建筑石膏的緩凝作用機(jī)理本文實(shí)驗(yàn)采用的3種緩凝劑可分為兩大類，其緩凝作用機(jī)理也各不一樣。檸檬酸鈉屬于有機(jī)酸類緩凝劑，六偏磷酸鈉和多聚磷酸鈉屬于多聚磷酸鹽系列緩凝劑。有機(jī)酸檸檬酸鈉的緩凝機(jī)理主要在于檸檬酸鈉中的基團(tuán)與鈣發(fā)生配位絡(luò)合，形合物，吸附在過飽和溶液中形成的晶核外表，阻礙了晶核的長大，使半水石膏晶體結(jié)晶緩慢，水化過程自然得到了延緩，而正是這種緩凝過程，使形成的石膏晶體粗大，結(jié)晶接觸點(diǎn)少，孔構(gòu)造惡化，宏觀強(qiáng)度也隨之降低。多聚磷酸鹽系列緩凝劑的緩凝機(jī)理主要是多聚磷酸鹽與石膏形成了*種沉淀膜覆蓋在半水石膏和二水石膏晶核外表，既阻礙了半水石膏的溶解，延緩了晶核的形成，同時(shí)還抑制了晶核的長大。5.結(jié)論〔1〕隨著緩凝劑摻量的增加，建筑磷石膏的凝結(jié)時(shí)間持續(xù)增加，緩凝效果依次是檸檬酸鈉>六偏磷酸鈉>多聚磷酸鈉，摻量為0.1%時(shí)緩凝劑的緩凝效果不太明顯，摻量為0.3%時(shí)其緩凝作用有明顯變化。〔2〕隨著緩凝劑摻量的增加，磷建筑石膏的強(qiáng)度損失加大，在摻量一樣的條件下，緩凝劑檸檬酸鈉對(duì)磷建筑石膏強(qiáng)度的影響最大?！?〕本文采用的3種緩凝劑緩凝中，綜合考慮其對(duì)凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響，檸檬酸鈉的摻量應(yīng)控制在1%左右，多聚磷酸鈉的摻量應(yīng)控制在1%-2%左右。在實(shí)驗(yàn)過程中，有很多因素會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，其中以磷石膏中的雜質(zhì)影響作用最大。由于磷石膏與磷礦的來源、磷礦的組成以及生產(chǎn)磷酸的工藝條件而存在差異，使得磷石膏所含的雜質(zhì)組分相當(dāng)復(fù)雜。磷石膏中雜質(zhì)有P2O5、Al2O3、F-、Fe2O3、SiO2有機(jī)物及重金屬鉑、銅等，以及放射性的鈾、鐳、鎘等，這些雜質(zhì)的存在會(huì)對(duì)磷石膏的凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)隊(duì)造成較大影響。參考文獻(xiàn)[1]曹青,*鉻,郝艷.緩凝劑對(duì)脫硫石膏水化的影響及其緩凝機(jī)理研究[J].新型建筑材料，2021(6)[2]紀(jì)羅軍,陳強(qiáng).我國磷石膏資源化利用現(xiàn)狀及開展前景綜述[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2006(5)[3]李庚英.建筑石膏緩凝劑的