石膏与高炉矿渣复合砌块的力学和耐水性能研究

污染 ， 也 是一 种 资 源 的严 重 浪 费 。高炉 粒 化 矿 渣 的
石膏 ： 生达 牌建 筑石 膏 ， 性 能见 表 ｌ 。
表 １ 建筑石膏的物理・ 眭能
资 源化 利用 可 以大 大 减 少 占地 和环 境 污 染 ， 节 约 能
源， 降低 生 产 成 本 ， 产 生 较 好 的经 济 效 益 和社 会 效 益 。石 膏是 一种 低 能 耗 胶凝 材料 ， 用这 种 气 硬 性 胶 凝 材料 制作 的砌 块具 有 自重轻 、 强 度 比较高 、 尺 寸稳
能 的影 响
体硬化后 ， 多余 的水分从硬化浆体 中溢 出， 在内部产
生大 量连 通 的空 隙 和 毛 细孔 ， 造 成 吸水 率 较 高 。 同 时石 膏 的水 化 产 物 中 二 水 硫 酸 钙 晶体 的 溶 解 度 较 大， 且 晶体 接触 点 的热力 学性 能不 稳定 ， 在 水 的作 用 下， 很 容易 发 生融 蚀 ， 使强度 、 硬 度 等 大大 降低 。而
有 ６— ３ ０ ｍ ｉ ｎ ， 早 期 强度 发展 快 ， １～２ ｈ的强 度 可 达
数可提高到 ０ ． ６以上， 吸水率可降低 到 １ ０ ％以下。
这是 因为在 石 膏 、 矿渣 、 硫 铝 酸 盐 水 泥 多组 分 体 系
中， 硫铝 酸盐 水 泥加水 拌 和后迅 速发 生水化 反 应 ， 主 要生成 产 物 为钙 矾 石 （ ３ Ｃ ａ Ｏ ・Ａ １ ０ ，・３ Ｃ ａ Ｓ Ｏ ・ ３ ２ Ｈ Ｏ） 、 水化 氧化 铝凝 胶 （ Ａ １ ０ 。・ ３ Ｈ Ｏ） 和 水化 硅
２ ． ２ 硫铝 酸盐 水 泥对 石 膏 复 合砌 块 力 学 性 能和 耐 水性 能 的影 响
石 膏 因其 耐 水性 差 ， 遇 水 后 强度 影 响 较 大影 响
了它 的应 用 。采用 掺入 硫铝 酸盐 水泥 来改 善其 不足 是一 种简 单 、 经 济实 用 的方 式 。本 试 验 使 用硫 铝 酸
晋
强， 等： 石膏 与高 炉矿渣 复合砌块 的力学 和耐水性 能研究
２ ０ １
强度 等物 理力学 性 能 。
保证 浆体 具有 一定 的流 动 性 ， 在 石 膏 浆 体搅 拌 过 程 中往 往加 入远 大 于理 论 需 水 量 的拌 合 水 ， 当石 膏 浆
２ 材 料 配 比试 验
２ ． １ 石膏添加量对石膏复合砌块的力学和耐水性
可以看出， 随着石膏掺量的增加 ， 复合砌块吸水率持
续 上升 ， 表面 复合 砌块 主要 是 在 石 膏含 量 越 大 内部
产 生的 空隙 和毛 细 孔越 多 ， 吸 收 的水 分 就 越 多 。石 膏 耐水 性 差 的 原 因 是 ： 石 膏 水 化 的 理 论 需 水 量 为
图 ３ 硫 铝酸盐水泥对复合砌块 力学性能 的影 响
四川 建 筑 科 学 研 究
２ ０ ０
Ｓ ｉ ｃ ｈｕ ａ ｎ Ｂｕ ｉ ｌ ｄｉ ｎ ｇ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ
第４ ０卷
第 ３期
２ ０ １ ４年 ６月
石膏与高炉矿渣复合砌块 的力学和耐水 性能研 究
晋 强 ， 冯 勇 ， 何金春 ， 罗利 权
（ 新疆农业大学水利与 土木 工程 学院 ， 新疆 乌鲁木 齐 摘 ８ ３ ０ ０ ５ ２ ）
优 良； 可 提 高 高 炉矿 渣 的 资 源 化 利 用 水 平 。 关键词 ： 石 膏 复 合砌 块 ； 晶胶 结 构 ； 耐水性 ； 硫 铝 酸 盐 水 泥 中图分类号 ： Ｔ Ｕ ５ ２ 文 献标 志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ８—１ ９ ３ ３ （ ２ ０ １ ４） ０ ３— ２ ０ ０— ０ ４
四川建筑科学研究
第４ ０卷
阻 碍 了溶 液 的扩散 和 迁 移 ， 从 而 消 弱 了水 对 复 合 砌块 中二 水石 膏 的溶 解 和 侵蚀 破 坏 作 用 ， 而 钙 钒 石
晶体和 Ｃ — Ｓ － Ｈ凝 胶 和水 化 氧 化 铝 凝 胶 的溶 解 度 很 低， 大量 溶解 度低 的水 硬性水 化产 物 的生成 ， 一方 面
金行 业 中产 生数 量 最 多 的一 种 废 渣 ， 也 是 我 国现 阶
３ ０ ％ 。推动新 型 住宅 与公 共建筑 节 能和 现有 建筑 节
能 改造 ， 实 现第 三 步 建 筑 节 能 ６ ５ ％ 的 目标 ， 已成 为
国家近 期 建 设 节 能 型 社 会 需 要 抓 好 的 重 点 工 作 之
要： 以石膏 和高 炉矿 渣为主 ， 添加硫铝酸盐水 泥和缓凝剂进行改性 ， 通过测试石膏矿 渣复合砌 块的力学 性能和
耐水 性能 ， 确定 石膏和高炉矿 渣及改性材料 的添加量 。结果表 明 ， 二水 石膏与钙矾石 晶体 为结构骨架 ， Ｃ — Ｓ — Ｈ 凝胶
和水化氧化铝凝胶为粘结剂 的晶胶结构 决定了复合砌块 的高强 、 耐 水 的性 能 ； 制 备 的新 型石 膏复合砌 块综合 性能
才 能充 分 发 挥 ， 否 则 在 材 料 中 只 能 充 当 填 充 材
料 Ｊ 。并且 这 种 石 膏 矿 渣 复合 砌 块 遇 水 后 强 度 损
失过大 ， 软化系数均为 ０ ． ４左右 ， 不符合石膏砌块相
应 的规 范要 求 ， 需 要 经 过 改 性 才 能 使 用 Ｊ 。从 图 ２
先将 石 膏 与矿 渣 搅 拌 均匀 ， 后加 入 其 他 材料 搅 拌 均匀 ， 再 与 适 量 水 搅 拌 １～２ ｍ ｉ ｎ ， 形 成 黏 稠 状 浆 体， 在４ ０ ｍｍ ×４ ０ ｍ ｍ ×１ ６ ０ ｍ ｍ 的 试 模 中振 动 成
型， ｌ ｈ后脱 模 ， 每 组试 样 成 型 ３块 。将 试 块 自然 环 境养 护 ７天后对 试样 进行 抗 压强度 试 验 。粒化 高 炉
定、 抗 震性 能好 等特 点 。但是 ， 石 膏胶凝 材料 抗 折强
度低 、 脆性大 ， 因此需 要提 高抗 折强 度避 免脆 性破 坏
水 淬 高炉矿 渣 ： 八一 钢铁 有 限公 司工业 副产 品 ，
性 能见 表 ２ 。
的发 生 。 在 我 国 社 会 总 能 耗 中 ， 建 筑 能 耗 占 了
要提 高石 膏 的耐水 性 主 要 在 于 ， 改 善 石 膏 中 的硫 酸 钙 晶体 的溶解 度 ， 并 且产 生更 多 的水化 产物 ， 使 这些
本 试 验 采用 高 炉 矿渣 与 石 膏混 合 搅 拌 ， 添 加适
量石 膏缓凝 剂 ， 取 液 固 比为 ０ ． ６ ０， 每 组 配 合 比成 型
Ｅ —ｍ ａ ｉ ｌ ． ｘ ｎ ｄ ４ ６】 ｌ ＠ 】 ２ ６ ． ｃ ０ ｎ ｌ
矿渣 与石 膏 复 合 砌 块 物 理 力 学 性 能 测 试 参 照 规 范 Ｊ Ｃ ／ Ｔ ６ ９ ８ －２ ０ １ ０ （ （ 石膏砌 块 》 进行 ， 检 测其 抗压 、 抗 折
２ ０ １ ４ Ｎ ｏ ． ３
从 图 ３结 果 来 看 ， 抗压 强 度 和 软化 系数 均 有较 大 的提 高 。从 图 ４可 知添加 了硫 铝 酸盐水 泥后 材料
１ ８ ． ６ ％， 但 在石 膏砌 块材 料成 型时 ， 为 了方便 成 型要
的软化 系数 和 吸水 率 都有 较 大 程 度 的改 善 ， 软 化 系
２ ０ ２
减 少 了石 膏 复合砌 块 的空 隙 ， 另 一 面 也减 少 了石 膏 矿 渣复合 砌 块 总体 的溶 解 度 ， 这 样 无 疑 将 提高 石 膏
矿 渣 复合砌 块 的耐水 性 。
图 ４ 硫铝酸盐水 泥对 复合砌块 软化 系数 和吸水率的影响
２ ． ３ 缓 凝剂 对石 膏复 合砌块 力 学性 能的影 响 建 筑 石膏 的凝 结硬 化 速 度 相 当快 ， 凝 结 时 间 只
段最 主 要 的 冶 炼 废 渣 ， 年 排 放量 在 ３ ０ ０ ０万 吨 左
右¨ Ｊ 。 随着钢 铁工 业 的 发展 ， 各 种 高炉 矿 渣 的堆 积
量 日益增 多 ， 据统 计 ， 我 国渣场 堆 积 的 高 炉矿 渣 约 １
１ 试 验 部 分
１ ． １ 原 材 料
亿 吨 。高炉 矿 渣 的 堆 积 不 仪 对 环 境 造 成 了 严 重
作者简介 ： 晋 强（ １ ９ ７ ９一） ， 男， 四川 简 阳 人 ， 讲师 ， 主 要从 事 建 筑 材 料 与建 筑 结 构 的研 究 。 基金项 目： 新 疆 维 吾 尔 自治 区科 技 支 撑 计 划 （ ２ ０ １ ４ ３ ２ １ １ ５ ） ； 新 疆 水 利 水 电工程重点学科基金资助项 目
互相交织 ， 提高石膏砌块 的密实度 ， 从而使石膏复合 砌块 具有 一定 的 耐 水性 能 。 因此 ， 要从 根本 上 解 决
石膏 的抗水 性 ， 提 高石 膏 胶 凝 材 料 的 强 度必 须 改 变 石膏 胶凝 材料 的结 构 。 即在 石 膏 中 引人 一 种 材 料 ， 在石 膏水 化过 程 中参与 反应 ， 生成 新 的物质 ， 这 种新
３ ０ ％， 矿渣 ７ ０ ％， 硫 铝 酸 盐水 泥 添 加 量为 ５ ％ ～ ２ ０ ％， 测得 试验 数据 如 图 ３～ ４所示 。
从 图 １可 以看 出 ， 随着 石 膏掺 量 的增 加 和 高 炉
矿渣 含量 的减 少 ， 强 度呈 现持 续性 走高 ， 表 明石膏 胶 凝材 料 的增加对 砌 块 的强度 具 有 显 著 提 高 的效 果 ， 同时说 明高炉 矿渣 的活性 必须 在碱 性激 发 的 ｘ １ ６ ０ ｍ ｍ试 件 ３块 ， 在 自然 条 件下
养护 ， 测得 试件 抗压 强度 等 （ 图 １～ ２ ） 。
产物 对石 膏凝 结过 程 中的空 隙进 行填 充并 对硫 酸钙 晶体 的形成 包 裹 ， 从 而使 形成 的产 物难 溶 于水 ， 晶体
物质 既能 改变 和保 护二 水石 膏 晶体 的形 成 和结 晶接
图１ 石膏与高炉矿渣掺量不 同对砌块
抗 压 强度 的影 响
触点 ， 又 能有效 地 填 充 胶凝 材料 的空 隙。 能够 达 到 这一 要求 的理 想胶 凝 材 料 结 构 是 晶胶 结 构 ， 在 半 水
石膏中掺加硫铝酸盐水泥能够实现这一结构。
表 ２ 高炉矿渣的化学成份 ％
硫 铝酸 盐水 泥 ： 新疆 屯河 水泥 有 限责任 公 司 。
１ ． ２ 试 样 制备
石 膏 缓凝 剂 ： 临 沂黑 马 石 膏建 材 有 限 公 司生 产
Ｄ Ｈ—Ｃ蛋 白质类缓 凝 剂 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ２ — １ ９
一
。
开 展高 炉矿 渣在 新型 墙体 材料 中的应用 研 究项
目以廉 价 的工业 废 渣 作 生产 原料 ， 可 大 幅度 降低 企 业 生产 成本 、 增 大利 润空 间 ， 可为建 筑节 能领 域提 供
一
种实 用 的 、 技 术含 量较 高 的 、 投 资规模 较经 济 的新 型建筑 材料 。
盐水 泥 ， 利用其 与 石膏产 生 的产物 钙矾 石 ， 以及 水化 硅酸 钙 等来提 高石 膏 基 混 合 胶 结 材 的强 度 ， 并 相 应 地改 善石 膏基 混合 胶结 材 的耐水 性 能。本 试验 主要
图 ２ 石膏与高炉矿渣掺量不 同对砌块软化
系数 和 吸水 率 的影 响
考虑 硫铝 酸盐 水泥 的添 加量 对石 膏砌 块 的吸水 率 和 软化 系 数 的 影 响 。试 验 方 案 如 下 ： 分 ５组 ， 石 膏
Ｏ 引 言
高 炉矿渣 是 冶炼 生铁 时从 高炉 中排 出 的一种 废
渣， 是 由脉石 、 灰分 、 助熔 剂 和其 他 不 能 进 入 生 铁 中 的杂 质所 组成 的易熔 混 合 物 ， 而粒 化 高 炉 矿 渣 是 熔 融物 流 出后 ， 经 水 淬急 冷 处 理 而 成 。高 炉 矿 渣 是 冶