天然硬石膏的活性激发和膨胀控制


2024年6月26日发(作者:上下床尺寸一般是多少)

新癯建巍柑拇

全国中文核心期刊

天然硬石膏的活性激发和膨胀控制

王娟,王培铭

(同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海201804)

摘要:使用煅烧明矾、矿渣、水泥3种典型激发剂对天然硬石膏进行活性激发,研究了激发后天然硬石膏的凝结时间、强度、吸

水率、软化系数、膨胀率等性能,并通过激发剂复掺控制了硬石膏的体积过度膨胀。

关键词:天然硬石膏;煅烧明矾;矿渣:水泥:膨胀率

中图分类号:1.Q177.3"71文献标识码:A文章编号:1001—702X(2011)04—0001-04

Activation

and

expansion

controlofnatural

anhydrite

ⅣANG

Juan,WANG

Peiming

Ministry

(KeyLaboratory

ofAdvancedCivil

Abstract:Inthis

Setting

Engineering

Materials

of

the

main

of

Education,Tongji

University,Shanghai

201804。China)

was

paper,naturalanhydrite

a8

raw

material

rate

activated

by

calcine

Mum,slagpowder,and

activation

were

cement.

time,strength,water

absorption,tⅪfterl

eoemeient,and

over-expansion

expansion

ofnatural

anhydrite

after

investigated.

Andthevolume

of

the

anhydrite

w私controlled

bycompositedoping

of

activators.

Key

words:natural

anhydrite:calcium

alum;slagpowder:cement:expansion

rate

天然硬石膏水化活性差,凝结硬化缓慢,用作胶凝材料之

前必须进行改性处理。目前有粉磨、热处理与掺加激发剂等改

性处理方法。但前2种方法能耗大,激发活性有限,后一种方

法即掺加激发剂则可达到突出的应用效果。

用激发剂改性的研究,目前主要集中于对天然硬石膏溶

解量、激发机理、水化产物组成、水化热力学的分析IM。此外,

表明,煅烧明矾会使硬石膏产生明显的体积膨胀,而矿渣会使

硬石膏的线膨胀率随其掺量增加而降低。一般来说,在温度变

化频繁的潮湿部位粉刷石膏体积不稳定,易发生开裂,产生原

因有结晶盐膨胀、硬石膏延迟水化、二水石膏脱水等旧。

目前公开发表的文献中,对使用激发剂的种类及适宜掺

量、具备突出激发效果的激发剂等并未形成统一认识,且缺乏

激发效果的综合性能评价。本文为找到更适宜于天然硬石膏

的激发剂,以粉刷石膏为应用目的,选取水泥、矿渣、煅烧明矾

3种典型材料,研究其单掺和复掺对天然硬石膏的强度、凝结

时间、软化系数及膨胀率等综合性能的影响。

激发剂种类多样,激发效果不一。文献15做用5%煅烧明矾就

可使天然硬石膏28

d抗压强度达23

MPa。3礅[61研究了复

掺同种激发剂和异种(碱性、酸性)激发剂的改性天然硬石膏,

其中,水泥、矿渣和天然硬石膏的复合体系,在水灰比0.29

时,28d抗压强度接近32

MPa,软化系数高于O.7,而煅烧明

矾加入复合体系后的耐水性和强度反而有所降低。文献【7】指

出,采用硫酸盐激发、矿渣改性和粉磨活化可配制出28d抗

压强度为32.5

MPa、软化系数为0.78的硬石膏胶结材。

l试验

1.1原材料

硬石膏:安徽含山硬石膏矿生产(简称A),密度为0.9一

表1硬石膏的化学成分

CaO

39.44

SO,Si02

51.961.72

MsO

Fe203A1203

1.800.16O.35

关于改性硬石膏的体积稳定性,有研究认为,盐类激发剂

.1.09/cm3,细度为180~200目,化学成分见表1。

会引起硬石膏硬化体早期收缩,后期略微膨胀。3礅[61研究

收稿日期:20lo_12—3l

作者简介:王娟.女.1985年生,山东临沂人,硕士研究生。地址:上海

市嘉定区曹安公路4800号同济大学18一1.203-2,E-maihginwangiuan

@163.c.om。

Ti02烧失量结晶水附着水

0.024.410.420.04

水泥:安徽海螺水泥有限公司生产的P.Ⅱ52.5硅酸盐水

泥(简称C),密度3.20咖m3,其化学组成见表2,物理性能见

表3。

NEW

BUlLDINO

MATERIALS・1・

万方数据

王娟,等:天然硬石膏的活性激发和膨胀控制

表2水泥的化学成分

CaO

65.40

S03Si02MsoFe如3A1203

1.073.06

Ti02

0.21

K20

0.70

ZnO

0.11

SrO

0.15

MnO

0.05

表5不同激发剂对硬石膏凝结时间的影响

凝结时间,(}l:min)

编号

初凝

All

A2l

A22

A23

A24

A25

20:25

3:05

2:30

2:30

2:05

2:00

凝结时间/(h:rain)

编号

初凝

A3l

A32

A33

A34

A41

A42

2:05

l:45

1:30

l:15

2:50

2:30

2.3620.10

4.40

终凝

28:15

5:30

4:45

3:30

3:40

2:45

终凝

2:55

3:0D

表3水泥的物理性能

80pm筛比表面积塑竺堕塑!!!

筛余/%/(m2/kg)初凝终凝

抗折强度/MPa抗慷强度/MPa

3d

6.9

28d

8.4

3d

39.0

28d

60.6

2:40

2:30

4:25

3:50

矿渣:上海宝田新型建材有限公司生产的¥95矿渣粉(简

称D。

煅烧明矾:分析纯KAl(S04)2e12H20在650

oC煅烧lh后,

采用微型行星式高能球磨机磨2

min制成(简称F)。

1.2试块制备

本文基于面层粉刷石膏的标准,固定扩散度(165±5)mm。

根据试验配比称量原料,用水量按标准稠度用水量称取,将水

和原料在搅拌锅内搅拌均匀,然后浇注在尺寸为160

minx40

minx40

由表5可知,几种激发剂都可显著缩短天然硬石膏的凝

结时间,这表明适宜掺量的煅烧明矾、水泥和矿渣均对硬石膏

的水化有明显的激发作用,使其凝结硬化速度明显加快。

2.2激发剂对硬石膏抗折强度及软化系数的影响

(见表6)

表6激发剂改性硬石膏后的抗折强度及软化系数

编号

All

A2l

A22

A23

A24

A25

mm的模具内,振动后,手工刮平,然后放入养护室中

薹晨燕篓抗柔篓化

1.8

6.4

8.O

7.3

5.1

5.2

0.30

编号

A31

A32

A33

A34

A41

A42

茎萎荔篓抗鬃萎化

4.9

5.1

8.8

0.47

O.42

0.46

0.55

0.4l

0.41

养护,ld后拆模。试验确定的激发剂掺量及试块水胶比如表

4所示,其中复掺时,水泥固定掺量为5%。

表4天然硬石膏试块水胶比和激发剂掺量

编天然硬煅烧水胶

号石膏/%明矾,%比

A1l

A2l

0.40

0.41

编天然硬煅烧水泥矿渣水胶

号石膏,%明矾,%,%,%比

A31

A32

A33

A34

A4l

A42

95.O

90.O

85.0

80.0

94.0

92.0

I.O

3.0

5.0

5.0

5.O

5.o

5.o

5.0

5.O

lO.O

15.0

O.23

O.23

O.24

O.24

O.22

0.23

0.40

O.44

0.43

.6.3

5-3

6.O100.0

99.5

99.0

98.5

97.0

95.O

0.5

1.o

1.5

3.0

5.0

0.20

0.20

0.20

0.21

0.2l

O.22

由表6可见,随煅烧明矾掺量的增加,硬石膏的抗折强度

先升高后降低,且都比纯硬石膏的抗折强度大幅提高。在煅烧

明矾l%掺量时抗折强度达8MPa,随后降低,在3%、5%掺量

时基本保持在5MPa左右。水泥分别与l%、3%煅烧明矾复掺

时,随煅烧明矾掺量提高硬石膏的抗折强度提高,且高于单掺

A22

A23

A24

A25

1.3试验方法

强度和凝结时间:参照GB厂I'17669.3—1999《建筑石膏力

学性能的测定》进行测试。

吸水率:把干燥试块浸入(20±5)oC的水中,24h后取出,

用湿布将试块表面的水分吸干,进行称重,试块浸水前后的质

量差与浸水前质量比值即为吸水率。

软化系数:把干燥试块浸入(20±5)℃的水中,24h后取

出,用湿布吸干试块表面水分后即测其抗压和抗折强度。与浸

水前强度比值即为软化系数。

膨胀率:实验室条件下用160

mmx40minx40

3%、5%煅烧明矾时,但低于单掺0.5%、l%、1.5%煅烧明矾时

的抗折强度。硬石膏的抗折强度随矿渣掺量的增加先增后降,

且在水泥与矿渣总掺量15%时达到最高点,接近9

MPa。

几种激发剂改性后硬石膏的抗折软化系数都较纯硬石膏

有所提高。单掺煅烧明矾的软化系数在O.4加.5,复掺水泥后

软化系数仍在0.45左右。水泥与矿渣复掺时,在水泥掺量不

变情况下,抗折软化系数随矿渣掺量的增加先降低后升高,在

水泥与矿渣总掺量为20%时接近0.6。

综合表6抗折强度及其软化系数可知,单掺l%左右煅

nlm规格膨烧明矾、复掺水泥与矿渣在总量15%、20%时都具有突出的抗

折强度,而复掺水泥与矿渣在总量20%时也具有较好的抗折

软化系数。

2.3激发剂对硬石膏抗压强度及软化系数的影响

(见表7)

胀模成型,用膨胀仪分别测试不同龄期的膨胀值。

2结果与分析

2.1激发剂对硬石膏凝结时间的影响

表5为掺入不同激发剂后硬石膏的凝结时间。

新型建筑材料

2011.4

・2・

万方数据

表7激发剂改性硬石膏后的抗Ⅱ强度&软化系数

三翌:三:查竺竺三!竺兰兰苎兰立竺些苎苎

衰8激发剂改性后硬石膏的暇水率

*≈

*e搿:“≤铲

*e《28

d徽89轳

Ⅲ^卦%

札表7可以看出,硬石膏的抗压强度及其软化系数都随

煅烧明矾的掺量增加先升高后r降,在I%时抗压强度可达

”7Mh,在5%时降至22

2Mh,戟化系数在OA-0.5。这是

因为少量煅烧明矾的加^加速了二术石膏过饱和度的形成,

由表8可知,掺不同激发荆后嫂石膏的吸水率都大大降

低,掺煅烧明矾的硬石膏暇水率先降后月,说明煅烧明矾的少

晕加^,明显的减少7对水分的吸收.但掺量过多时.自于膨

胀裂缝的出现.导致了水分的大量吸收,但吸水宰都比空白时

要小,复掺水泥与般烧明矾的碗石膏.吸水率随掺繁的增加一

良F降,这可能引起腰打膏承化率与酎水性的变化。而水泥和

使析晶括化能降低.析晶加快,显著提高了硬右青的水化率。

但随若煅烧明矾掺量逐步增加.体积膨胀也增加壤石膏硬化

体产生错裂缝,从而降低7抗压强度。

矿渣的同时^u^也^幅降低T硬石膏的设承幸.这是因为水

泥和矿漪复掺后牛成7共有水硬性的物质,从而使吸水幸大

幅降低。

从袁7还可看出,々单掺水泥时硬石膏抗压强度相比,复

掺水泥与1%煅烧明矾后强度降低,而复掺3%煅烧明矾后远

高于单掺农泥.可选4I7Mh。以r规律可能因为.复掺水泥

2.5改性硬石膏体积稳定性的控制

前几种檄发剂往一定掺晕F都可使碰石膏具备较佳的强

度,世衡量墩发效果还包括体积稳定性这一重要凼蓑。圈1为

与1%煅烧明矾对,水泥水化形成的新相包裹在束水化的硬

石膏周酮,阻碍丁煅烧明矾中的s0产与ca“结台,从而使一水

石膏过饱和度的形成变缓,析品速度降低嘏烧明矾削弱7水

泥术化产物的承硬性优势.水抛削弱7煅烧明矾高效越发的

般烧明矾改性硬石膏抗折强度测试后试块表面、断面图,由图

1可见,0,%、l佩掺量时试块自部无裂缝;而15%掺量时内

部某些部位产生了微裂缝:3%掺量技以下时试块表蚵均无可

优势。但与3%瑕烧明矾复掺时,煅烧明矾高教激发的优势仍

体现T出来。此外.对抗压软化系数而言.b单掺般烧明矾的

见裂缝;5%掺量时试块表面某些部位冉裂缝产牛:而水泥与

煅烧明矾.矿渣复掺.试块断l“没有出现膨胀裂缝。

硬石膏相比,复掺水泥后并无明显变化。

水泥与矿渣复掺硬石膏中,町看出随其掺最的增加.抗压

强度及软化系数均逐步增人,花水泥与矿渣总掺量20%时分

别可达44

Mh和0.63。活性材与水泥熟科复掺,后者提供

碱性聪.使活性材发生i次承化,从而使胶结料具备更优异

的耐久性。笔者曾做过水泥%硅灰复掺加^硬石膏的研究,可

能由于碗石膏扎隙较太.硅灰活性并没有发挥出来。析水泥与

矿整复掺,水泥作为喊激拄剂可破坏矿渣的玻璃体结构,F碴

舍有大量活性硅、铝、钙成分.可形成钙矾石和水化硅酸钙等

一£

水硬性矿物,改善硬右膏硬化体柏组成和显微结构,使硬石青

水化物问紧密搭接.因而使硬石膏胶结料具备了更优异的后

期强度和酎水性。

综合比较几种触发荆对硬石膏强度的影响,单掺1%左

右的煅烧明矾,复掺总量为15%或20%的水泥与矿渣,总量

为8%的水泥与嘏烧明矾部可使天然碰石膏具有根好的激发

一:

强度,同时,水泥与矿渣复掺还nf幢硬石青且有较好的酎水

性,

2.4激发剂对改性硬石膏吸水率的影响(见表8)

NEWBU【LDIN0MATERIALS

・3

万方数据

王娟,等天然硬石膏的活性敏发和膨胀控制

,*

3结论

综合分析凝结时间、强度、软化系数,体积稳定性等性能,得

出7几种具有自好教粜的激艇翻组台,均可选剑粉刷右青要求。

(1)掺^几种激发剂均缩短T礁石膏的凝结时间,提高7

・!

强度和软化系数.降低r吸水率。

—,釜

”1

(2)煅烧叫矾可以高效墩发天然碗右膏的强度,抗压强度

超过50Mh。但体积膨胀较大,难以直接单掺应用。水泥々煅

烧叫矾复掺,明届控制T单播煅烧明矾…起的体积膨胀,且抗

H、强度较高,5%水泥与3%煅烧明矾复掺时,磋石膏抗压强度

达41

7Mn。

(3)水泥与矿渣复掺,昂岛抗压强度可达44

Mh,且体

积稳定,耐水性好。

参考丈献:

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试块断面&表Ⅲ

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罔2是各种澈靛m艘性无然硬石膏的体积翩k率。硬右

青应用的最高膨胀率限制枉o.3%v2自一般町H县有较好的

体秘稳定性。舰察膨胀率值珥得,水眭单掺随时问变化直可

“满足要求,矿渣掺最在5%、io%、15%时,28

d,56

d膨胀值

都Ⅳ满足要求,此外.水泥和1%般烧明矾复捧后膨胀值电可

始终满足要求。而电掺煅烧明矾时膨胀值过大,会影响硬石青

的体积稳定性。

[71《¥^#《6*☆tL№&Ⅱ#¥m《m*%"R㈣mⅨm

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海洋化工研究院承担。973”仿生防污技术课题

R鲋,依托海洋滁料困家承^宴转窜.海洋化T研究R

中报的新犁仿巾防污技术的m究披州”973咐划项目,

*J嗄口1耍研毵防污生物膜的仿_模扭技术、忡能表征

b防污性能*价等№窖。谚谋融涉及7材料学、化学、物m

学晦洋微_物学等多十堂Z学科,通过对浸海水物体表Ⅻ.

尤托B海洋*¨滁料表面E成的十物膜进行系统研究,升对

唯物膜的艇展过棒进行%测,7找mt亍亏搅海g:物附着的化

学信息索,建女t物滕m污帆Ⅲ,掉指导∞污’F物膜的仿牛

模拟技术Ⅲ究,探索新q的*生防污技术,为研制无毒环保

州仿生防K诛料奠£基础。

(雪)

囤2播T同激发剂后*熊磋石膏的膨雎率

单掺煅烧明矾的螋石奇试块n外裂缝的形成tⅡ能因为产

生T膨胀性的钙矾石,或者高水化率r水石膏的大芾生成。

随煅烧明矾掺量提高.体视嘭胀增大。采用水泥与煅烧明矾复

掺,煅烧明矾-p硫酸根离子与水泥中的碱性物质相结合.减少

r彤成水石膏或钙矾百的硫酸根离了数目.从而有教控制

T体积膨帐。水泌与少晕矿渣复掺也具有根好的体积稳定性。

4・

新型建筑材料

2011

万方数据

天然硬石膏的活性激发和膨胀控制

作者:

作者单位:

刊名:

英文刊名:

年,卷(期):

王娟, 王培铭, WANG Juan, WANG Peiming

同济大学,先进土木工程材料教育部重点实验室,上海,201804

新型建筑材料

NEW BUILDING MATERIALS

2011,38(4)

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