緩凝劑對半水磷石膏性能的影響

緩凝劑對半水磷石膏性能的影響

1緩凝劑的選用半水磷石膏也被稱為高磷石膏，主要通過加熱和水熱法精制而成。在濕熱條件下，二水磷石膏從二水磷石膏中分離出來。緩凝劑的種類較多,主要有三類:有機酸及其可溶鹽、堿性磷酸鹽、以及蛋白質(zhì)類等因此,本文選擇了檸檬酸、酒石酸和白砂糖作為緩凝劑,研究該三種緩凝劑的摻入對α半水磷石膏的標稠需水量、凝結(jié)時間、力學性能以及晶體形貌的影響,為α半水磷石膏在今后的應用生產(chǎn)提供一定的指導和理論依據(jù)。2實驗2.1實驗材料該實驗所使用的α半水磷石膏是取自云南某α半水磷石膏中試基地,其性能如表1所示。2.2試劑和設備試劑:酒石酸(其分子式為:C設備:本實驗所使用的主要儀器和設備如表2所示。2.3力學性能的測定(1)標準稠度需水量的測定:根據(jù)GB9776-2008《建筑石膏》標準實驗方法來測定,并記錄當料漿擴展直徑為(180±5)mm時的需水量。(2)初、終凝時間的測定:根據(jù)《建筑石膏凈漿物理性能的測定》(GB/T17669.4-1999)的相關(guān)實驗內(nèi)容來測定;(3)力學性能的測定:根據(jù)《建筑石膏力學性能的測定》(GB/T17669.3-1999)的實驗步驟來測定;(4)實驗步驟:先用電子天平稱取一定量的檸檬酸、酒石酸和白砂糖三種緩凝劑分別配制成一定濃度的溶液備用,然后按步驟(1)的參照得出的標準稠度用水量以及所對應的α半水磷石膏的量進行稱取,將對應的用水量和緩凝劑的量加入到攪拌器中,然后將稱好的所對應質(zhì)量的α半水磷石膏倒入在攪拌器中,攪拌均勻后,將其倒入規(guī)格為40mm×40mm×160mm的模具中成型,一段時間后,脫除模具,將試塊在室溫下放置一天后,放在電熱恒溫干燥箱45℃條件下烘至絕干,最后測定其抗折、抗壓強度,并對樣品進行電子掃描電鏡分析。3結(jié)果與討論3.1半水磷石膏空白試樣的測定根據(jù)GB9776-2008《建筑石膏》標準稠度需水量的測定方法,將空白的α半水磷石膏試樣連續(xù)測定多次后,求其算術(shù)平均值,即得到實驗結(jié)果,如表3所示。由表3的實驗數(shù)據(jù)結(jié)果可確定空白樣α半水磷石膏的標準稠度用水量為45%。3.2緩凝劑的用量選取三種緩凝劑的摻量為0.0‰、0.1‰、0.3‰、0.5‰、0.8‰、1.0‰、1.5‰、2.0‰,按照標準稠度需水量的測定方法進行測定得出三種緩凝劑在不同摻量情況下的標稠度用水量,結(jié)果見表4。對表4試驗數(shù)據(jù)進行分析,為了更好地分析這三種緩凝劑的摻入對α半水磷石膏的標準稠度用水量的影響做對比,繪制相關(guān)的折線圖(見圖1)。從圖1可得,隨著緩凝劑摻量的不斷增加,在三種緩凝劑中,檸檬酸對減少α半水磷石膏標稠水較為明顯,酒石酸和白砂糖的摻入對α半水磷石膏的標準稠度用水量影響并不不顯著,檸檬酸的加入會使α半水磷石膏標稠用水量減少的原因可能是檸檬酸與α半水磷石膏晶核上的鈣離子發(fā)生絡合,形成了一層抑制α半水磷石膏晶核水化生長的化學吸附層,延長α半水磷石膏水化過程的時間,從而降低了α半水磷石膏的標稠用水量,從而可知,緩凝劑對α半水磷石膏標稠用水量的影響顯著情況由大到小分別為:檸檬酸>酒石酸>白砂糖。3.3檸檬酸的緩凝效果選取三種緩凝劑的摻量為0.0‰、0.1‰、0.3‰、0.5‰、0.8‰、1.0‰、1.5‰、2.0‰,按照初終凝結(jié)時間測定方法進行測定,得出三種緩凝劑在不同摻量情況下的初終凝結(jié)時間,結(jié)果見表5。對表5試驗數(shù)據(jù)進行分析,為了更好地分析這三種緩凝劑的摻入對α半水磷石膏的初終凝時間的影響做對比,繪制相關(guān)的折線圖(見圖2、圖3)。從圖2、圖3中可以看出,摻了檸檬酸的α半水磷石膏,隨著檸檬酸摻量的增加,其初終凝時間都在逐漸增加,其中,檸檬酸的效果非常明顯,當摻量為2.0‰時,α半水磷石膏的初凝時間為131.0min,終凝時間為426.0min;分析檸檬酸緩凝效果較好的原因,是α半水磷石膏漿體內(nèi)的水分參與到了水化反應的過程中,從而會使水分逐漸減少,流動性也會隨之減弱,直至其喪失流動性,當其可塑性開始喪失的同時,已達到α半水磷石膏的初凝時間;當其完全喪失可塑性且產(chǎn)生強度時,α半水磷石膏達到終凝。檸檬酸的摻入,實質(zhì)上是延緩了α半水磷石膏晶體的動力學過程,其影響作用主要體現(xiàn)在抑制晶核的形成和生長過程。在α半水磷石膏中摻入檸檬酸,檸檬酸被附著在新生的晶胚上,從而降低了晶胚的表面能,增加了成核的勢能壘,從而延長了晶胚達到臨界成核的時間,并且檸檬酸的摻入抑制了晶體長軸方向的生長,使長短軸的相對生長速度得以減緩,從而導致α半水磷石膏的誘導期相對延遲。經(jīng)研究表明,緩凝劑中含有一些特定的官能團,這些官能團與α半水磷石膏中的Ca3.4緩凝劑的用量選取三種緩凝劑的摻量為0.0‰、0.1‰、0.3‰、0.5‰、0.8‰、1.0‰、1.5‰、2.0‰和所對應的標稠用水量,加入1300gα半水磷石膏,得出三種緩凝劑在摻量和標準稠度用水量不同的情況下的抗折和抗壓的強度,由于該實驗的重現(xiàn)性較差,因此,在實驗過程中采用了多組實驗求平均值的方法來得到結(jié)果,結(jié)果見表6。對表6的試驗數(shù)據(jù)進行分析,為了更好地分析這三種緩凝劑的摻入對α半水磷石膏的抗折強度和抗壓強度的的影響,繪制相關(guān)的趨勢曲線圖(見圖4、圖5)。從圖4、圖5可以看出,隨著緩凝劑摻量的增加,摻了緩凝劑的α半水磷石膏的抗折和抗壓強度與空白樣相比呈先增后減的趨勢,當檸檬酸和酒石酸摻量為1.0‰,白糖摻量為1.5‰時α半水磷石膏的力學性能表現(xiàn)最為良好。α半水磷石膏的抗折和抗壓強度增強一方面是標稠用水量的減少,另一方面是由于摻入的緩凝劑吸附在晶體表面,使得凝結(jié)時間得以延長,使晶核有足夠的時間和空間來生長,又抑制了長軸方向的生長,從而使得短軸方向的生長得以增強,使晶體由長針狀生長為短粗狀,從而增強了其抗折和抗壓強度。在三種緩凝劑中,從對α半水磷石膏的抗折強度和抗壓強度的增強情況來看,檸檬酸的作用效果最好,結(jié)合前面所述的初終凝時間,確定當檸檬酸的摻量為1.0‰時,對α半水磷石膏的凝結(jié)時間和力學性能作用效果最佳,其抗折和抗壓分別達到7.37MPa和24.10MPa。3.5掃描電鏡分析為了更好地觀察這三種緩凝劑的摻入對α半水磷石膏晶體形貌的影響有何不同,分別選取了這三種緩凝劑摻入后,綜合起來效果最佳的試樣與空白試樣水化前后的試樣(見圖6a、圖6b)進行掃描電鏡(SEM)表征分析。因此,確定檸檬酸選擇摻量為1.0‰的試樣(見圖6c),酒石酸選擇摻量為1.0‰的試樣(見圖6d),白砂糖選擇摻量為1.5‰的試樣(見圖6e)來進行掃描電鏡(SEM)表征分析。根據(jù)SEM表征可以看出,圖6a是空白樣水化前,顯示了典型的α半水磷石膏晶體形貌,呈棒狀結(jié)構(gòu),晶體之間較為松散;圖6b是空白樣水化后,與圖6a相比,晶體形貌截然不同,棒狀晶體已經(jīng)水化為縱橫交錯且交織在一起的短柱狀,結(jié)構(gòu)較緊密;與圖6b相比,摻入了1.0‰檸檬酸的α半水磷石膏晶體要更大,(見圖6c),而摻量為1.0‰酒石酸的α半水磷石膏晶體則變小,呈現(xiàn)出一定的小顆粒狀(見圖6d),同樣,摻量為1.5‰白砂糖的α半水磷石膏晶體也增大,但存在一些短粗的棒狀結(jié)構(gòu)的晶體(見圖6e)。通過SEM圖與表6中的強度數(shù)據(jù)進行對比分析,可更直觀的說明緩凝劑的摻入,改變了α半水磷石膏的晶型結(jié)構(gòu),使得α半水磷石膏晶體變成短粗的棒狀結(jié)構(gòu),因而增強α半水磷石膏的強度。4緩凝劑的緩凝效果(1)三種緩凝劑中,檸檬酸的摻入對α半水磷石膏的標稠用水量影響較為明顯,當摻量為2.0‰時,α半水磷石膏的標稠用水量降至39.5%;(2)通過對α半水磷石膏緩凝時間的研究,檸檬酸的緩凝效果最好。當檸檬酸摻量為2.0‰時,其初終凝時間分別達到131.0min和42