建筑石膏緩凝型膨脹劑的研究

建筑石膏緩凝型膨脹劑的研究

為提高承受能力，前蘇聯(lián)于20世紀80年代初采用了耐寒、隔聲的氣驅(qū)動器，并利用了石膏條板的加壓石膏條板。在80年代中期，采用鋁粉和石灰作為發(fā)氣劑，試驗了低表觀密度的石膏塊。彭榮等人利用機械補氣法開發(fā)了石膏保溫板，并應(yīng)用于項目應(yīng)用。這些結(jié)果表明，石膏多孔漿的制備方法包括化學發(fā)氣和物理引氣。在對建筑石膏緩沖混凝劑的系統(tǒng)研究中，我們觀察到了含有有機質(zhì)的納米建筑石膏漿的夸張現(xiàn)象。這種擴張是由于當大量二氧化鈦晶體硬化時，結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)時，它促進了另一種朝陽石膏的擴張。在這項工作中，我們發(fā)現(xiàn)了另一種抗腫脹現(xiàn)象，并成功開發(fā)了抗腫脹石膏凝膠。本文主要研究了抗凝劑的組成以及對建筑石膏硬化和腫脹性能的影響，探討了它們的膨脹機理，并介紹了抗腫脹石膏的應(yīng)用。1方法和結(jié)果1.1樂都石膏配方(1)建筑石膏:采用二水石膏粉在165℃烘箱靜態(tài)脫水12.5h后,再陳化7d制得建筑石膏,其主要組成為,物理力學性能見表1.二水石膏粉取自樂都石膏建材廠,0.2mm方孔篩篩余率4%,CaSO4·2H2O的質(zhì)量分數(shù)為96.13%,XRD分析含有少量石英雜質(zhì).(2)外加劑:采用化學純磷酸二氫鈉(A)、磷酸二氫銨(B)、磷酸一氫鈣(C)和焦磷酸鈉(D).使用時先溶于拌合水中.摻量均按外摻法計算.1.2試驗結(jié)果采用正交表L9(34)安排試驗.因素與水平見表2.主要試驗方法同文獻.膨脹率采用邊長為100mm的立方體試模澆注50mm高的料漿,測定硬化前后試件高度并計算體積膨脹率,結(jié)果以3個試件平均值表示.正交試驗方案與試驗結(jié)果如表3所示.數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表4.2分析與討論2.1凝劑復合配方根據(jù)單摻試驗,磷酸鹽并非建筑石膏的理想緩凝劑,復合摻加時可以取長補短,對建筑石膏的緩凝效果比較理想.由表3、4可以看出:(1)1#試驗?zāi)Y(jié)時間最長,初凝83min,終凝118min,其復合配方為w(A)+w(B)=0.5%+0.1%;(2)不同磷酸鹽對建筑石膏凝結(jié)時間的影響程度不同,A影響最大,B影響較大,C和D影響較小,這與單摻試驗結(jié)果相同;(3)不同磷酸鹽摻量對建筑石膏凝結(jié)時間的影響趨勢如圖1所示.由圖可見,A和B在低摻量時的緩凝效果最好,前者取0.5%,后者取0.1%,即1#試驗?zāi)Y(jié)時間最長.2.2磷酸鹽緩凝劑的緩凝效果由表3、4可見:(1)2#試驗抗壓強度最高,其復合配方為:.盡管B,D單摻時嚴重降低建筑石膏強度,但是B,D與A,C復合后仍然獲得較高強度.緩凝效果最好的1#試驗強度也較高;(2)復合摻加磷酸鹽緩凝劑后,建筑石膏凝結(jié)時間與強度之間沒有相關(guān)性,這與單摻時不同;(3)不同磷酸鹽對建筑石膏強度的影響程度不同,A影響最大,D影響較大,C幾乎無影響.這與單摻試驗結(jié)果相同;(4)不同磷酸鹽摻量對建筑石膏抗壓強度的影響趨勢如圖2所示.由圖可見,A摻量越大抗壓越低;D存在一個最佳摻量;B,C摻量的影響不明顯.2.3磷酸鹽對建筑石膏膨脹率的影響從表3可見,除1#試驗外,其余試驗均出現(xiàn)不同程度的料漿膨脹特征,石膏硬化體呈多孔結(jié)構(gòu),證明這種膨脹起因于化學反應(yīng)放出的氣體.綜合分析結(jié)果如下:(1)8#試驗膨脹率最大,膨脹率為25.6%.其配方組合為w(A)+w(B)+w(D)=1.5%+0.3%+0.1%;(2)影響建筑石膏膨脹的磷酸鹽順序為A※D※B※C,其中,A影響較大,D影響最大,B影響小些(但B必不可少),C影響最小;(3)不同磷酸鹽摻量對建筑石膏膨脹率的影響趨勢見圖2.由圖可見,A摻量增大,膨脹率提高,當摻量達到1.0%以后,膨脹率趨于穩(wěn)定.D摻量達到0.05%以后,提高摻量,膨脹率顯著提高.B摻量越大時膨脹率也越大,而C摻量對膨脹率影響不大.在一定摻量范圍內(nèi)(w(A)=0.5%～1.0%,w(D)=0.05%～0.10%),A,D摻量每增加1%時,建筑石膏膨脹率增大值分別廠為:35.2%和150%,說明D對膨脹的促進作用更大;(4)考慮到凝結(jié)時間長一些有利于工藝操作,確定緩凝型膨脹劑的配方為:w(A)+w(B)+w(D)=1.0%+0.1%+0.1%,其凝結(jié)時間超過60min,抗壓強度達到6.0MPa,膨脹率超過23%.2.4半水石膏漿體穩(wěn)定膨脹原因分析根據(jù)上述討論,不摻焦磷酸鈉時建筑石膏也能發(fā)氣膨脹說明它只是發(fā)氣膨脹的充分條件當磷酸二氫鈉摻量達到1.0%以后,建筑石膏膨脹趨于穩(wěn)定,可見它也只是發(fā)氣膨脹的充分條件;而磷酸二氫銨摻量逐步增大時,建筑石膏膨脹率穩(wěn)定增長,結(jié)合單摻試驗時摻量達到0.3%～0.5%后,凝結(jié)過程中有NH3氣產(chǎn)生,可以推知:磷酸二氫銨是建筑石膏發(fā)氣膨脹的充分必要條件.眾所周知,銨鹽分解的必要條件是維持溶液一定的堿度.焦磷酸鈉等溶液呈堿性,PH值大于7,摻入一定數(shù)量后將改變石膏漿體的弱酸性,使溶液PH值大于7.磷酸二氫鈉等在溶液中強烈水解建筑石膏溶解后,Ca2+離子迅速與PO43-或P2O74-離子形成Ca3(PO4)2或Ca2P2O7沉淀于半水石膏顆粒表面形成保護層,當此保護層在滲透壓作用下被破壞,半水石膏繼續(xù)溶解、水化,二水石膏晶核形成,生長,液相中OH-濃度增大.半水石膏水化過程中水化熱使?jié){體溫度升高,導致NH3氣連續(xù)不斷地產(chǎn)生,推動漿體穩(wěn)定膨脹.2.5石膏混凝土駁岸二水石膏經(jīng)破碎、煅燒、粉磨制成半水石膏,按照一定的比例與緩凝型膨脹劑等材料混合配制膨脹石膏,其物理力學性能如下:(1)初始膨脹時間:45min;(2)凝結(jié)時間:初凝66min,終凝76min;(5)抗壓強度:7d為4.9MPa,干燥為6.1MPa;(6)粘結(jié)強度:加氣石膏砌塊作基材時為1.13MPa,普通混凝土或磚墻作基材時為0.65MPa;(7)導熱系數(shù):20℃時為0.25W/(m·k);(8)耐久性:經(jīng)12個干濕循環(huán)不開裂、不脫落.3緩凝型膨脹劑(1)復合摻加磷酸鹽緩凝劑對建筑石膏的緩凝作用比較理想,既能延緩建筑石膏的凝結(jié)過程,又不影響它的正常硬化;(2)含銨等磷酸鹽經(jīng)復合摻加后,在建筑石膏漿體中產(chǎn)生化學反應(yīng)放出NH3氣,推動料漿穩(wěn)定膨脹,最大膨脹率可達25.6%;(3)緩凝型膨脹劑的合理摻量(質(zhì)量分數(shù))為:磷酸二氫鈉1.0%,磷酸二氫銨0.1%,焦磷酸鈉0.1%;(4)緩凝型膨脹劑在建筑石膏中的膨脹機理是:焦磷酸鈉