水泥不同掺量对石膏胶凝材料性能影响的研究

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石膏中掺入适量的水泥,其强度、耐水性能都有 所提高。 考虑其安定性问题,掺入水泥的品种、掺入 量、养护制度应加以控制,其中水泥的品种以铝酸盐 水泥和硅酸盐水泥为好,养护制度以自然养护为好, 掺入量控制范围应为15%~20%。 该掺量范围只适宜 该种石膏基混合胶结材料。随着各掺量物质的变化, 石膏基混合胶结材料中普通硅酸盐水泥的较好掺量 也会随之变化,应以实验为准。
普通硅酸盐水泥掺量在10%以下的28d强 度 与 7d 强 度 都 有 波 动 , 而 且 数 值 变 化 大 , 不 一 致 , 没 有 规 律 ; 但 掺 量 大 于 10% 以 后 , 在 10% 到 20% 之 间 变 化 趋 势一致,而且波动不大,可掌握性强。 这主要是随着 水泥用量的增多,水泥水化形成的结晶结构网得到 了加强的缘故。
掺水量的原则是既能使石膏水泥混合物充分水解, 又不影响石膏的快速水化,掺水量为混合物总重的 50%,即1kg。
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张刚刚:水泥不同掺量对石膏胶凝材料性能影响的研究
试 块 成 型 、 强 度 程 序 及 测 试 方 法 参 照 GB/ T17669-1999 (粉刷石膏)、JC/T517-2003(粉刷石膏 行业标准) 和GB 177-1985 (水泥胶砂强度检验方 法)3个标准执行。
综合考虑抗折、抗压强度的影响,普通硅酸盐水 泥的掺量在15%~20%范围内为宜。
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3 制品的耐水性
通常衡量材料的耐水性用软化系数Kp表示。 Kp=f0 / f
式中:f0为饱和水强度; f 为干燥试件强度。 通 过 计 算 得 到 了 抗 折 软 化 系 数 Kf与 抗 压 软 化 系
本法制得的石膏复合胶凝材料可较好地改善石 膏建筑制品耐水性差,扩大了石膏制品在不同温度、 湿度条件下应用的范围,适用于板型石膏制品制造、 陶瓷生产的母模制造等领域。
参考文献
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业 出 版 社 ,2003:222-266.
[2] 黄 家 骏.建 筑 材 料 与 检 测 技 术[M].湖 北 :武 汉 理 工 大 学 出
图4 28d软化系数与水泥掺量曲线
从抗折、抗压软化系数分析,普通硅酸盐水泥较 好的掺量也在15%~20%范围内为宜。
4结论
石膏和水泥混合体系的水化过程是石膏在水泥 矿物环境下的水化反应及水泥在石膏饱和溶液中水 化及相互反应水化的综合过程。当水泥掺量较低时, 其水化过程基本是石膏的水化过程,但水泥对石膏 的改性作用也较为明显,如硬化体强度、耐水性等有 较大提高。 其主要原因是在混合体系中,水泥或水 泥与石膏共同水化形成了一些高强度、耐水性较好 的水化矿物。 这些矿物一些是水化初期形成,有些 是体系凝结硬化后形成,起反应时体积的变化对硬 化体具有破坏作用或危险性(如钙钒石),因此给水 泥改性石膏带来了一个安定性的问题。
石膏基混合胶结材水化时,由于各组分的水化反 应速度不同,首先形成二水石膏结晶结构网,其次是水 泥各组分的水化,铝酸三钙的形成早于水化硅酸钙。过 饱和石膏中存在水泥水化产物中的水化铝酸钙, 因而
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将形成高硫型的水化硫铝酸钙— ——钙矾石。
干抗折强度 / MPa
5
4
3
2
28d 抗折强度
1
7d 抗折强度
版 社 ,2003:24-33.
[3] 王 玉 平.水 硬 性 材 料 对 石 膏 制 品 的 改 性 研 究 [J].新 型 建 筑
材 料 ,1996(10):31-33.
[4] 黄云翔,苏毅.建筑石膏制品的防水技术[J].云南建材,1994
0
2.80 13.16 3.30 14.50 2.70 6.67
5
3.10 13.70 3.77 13.50 2.03 6.60
7.5
3.40 14.20 2.95 15.37 2.43 7.00
10
2.47 11.00 2.87 13.50 2.55 7.20
12.5 3.45 14.50 3.58 15.75 2.53 8.08
50
3.73 14.75 3.99 17.50 1.90 10.25
2 力学强度分析
按 照 处 理 后 的 数 据 , 将 7d、28d 的 抗 压 强 度 及 抗 折强度进行绘图对比,可得图2、图3。 随着普通硅酸 盐水泥掺入量的增加,制品的抗折强度与抗压强度 并非按一定规律上升或者下降,但在一定变化范围 内仍有规律可循。 %加入不同量的普通硅酸盐水泥对 强度的影响规律,与钙矾石以及水化硅酸钙的形成 有关。
Kf 0.715 0.680 0.537 0.456 0.476
Kc 0.577 0.585 0.588 0.622 0.586
根 据 上 述 计 算 结 果 可 绘 制 28d 软 化 系 数 与 水 泥 掺量关系曲线(图4)。 在掺量为7.5%~10%为一个转 折点,在这之前,抗折软化系数曲线为一波浪线形, 抗压软化系数曲线为一段小波浪线形;在7.5%~10% 之后,抗折软化系数呈现波浪形下降趋势,而抗压软 化系数曲线却呈波浪形上升趋势。 说明随着钙矾石 生成量的增多,体积膨胀,微裂纹增多,湿抗折强度 下降明显。 由此可见,湿抗折强度对微裂纹较敏感, 而抗压强度却随着钙矾石的增多而增加,虽有微裂 纹,但随着压实,强度却增加。 因此,整体上看,抗压 软化系数呈现上升趋势。 很显然,主要是石膏基混 合胶结材中出现了大量的不溶水化物,大大改善了 石膏基混合胶结材的耐水性。 这对进一步扩大石膏 基混合胶结材的使用范围是有实用意义的。
石膏里,在一定区间里变化规律很强,设计的实验点有 疏有密,在实验中设计了11个实验测量点,其水泥掺入 量 分 别 是 混 合 物 总 量 的0%、5%、7.5%、10%、12.5%、 15%、17.5%、20%、30%、40%和50%。
实验基本工艺流程如图1所示,选取材料如下: 石膏:建筑用合格石膏粉(山西省曲沃县安吉村 永福石膏厂生产的晋塔牌石膏), 其性能满足国标 GB9776-88要求。 水泥:P.O.325%普通硅酸盐水泥 ( 陕 西 耀 县 华原特 种水泥厂生产),其性能满足国标GB175-1999要求。
的优势,从而改善硬化体性能。
关键词:石膏胶凝材料; 水泥; 强度; 耐水性
中 图 分 类 号 :TU528
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :1673-1980(2009)06-0069-03
石 膏 基 本 形 式 有 二 水 石 膏 (CaSO4·2H2O)、 半 水 石 膏 (CaSO4·1/2H2O)和 无 水 石 膏 (CaSO4),石 膏 、硬 石膏经过加热或水化,二者可互相转化。硬石膏经水 作用后,变为石膏,体积可增大30%以上。 石膏加热 可脱水,变为用途广泛的熟石膏。石膏具有生产工艺 简单、能耗低、白度高、质轻、凝结快、导热率低、不易 燃、吸湿、收缩率低、抗震等特征,制品长期使用不会 有 任 何 有 害 气 体 放 出 , 无 放 射 性 , 被 称 为 “21 世 纪 环 保型建筑材料”。
但石膏的发展一直受其耐水性差的影响。 当湿 度增加时,石膏制品的强度急剧下降,蠕变性不断增 大, 石膏复合胶凝材料是解决石膏发展瓶颈的简便 方法。 该方法主要是通过在石膏材料内加入某些掺 合料,从而改变石膏的部分性能,弥补缓解影响石膏 发展的缺陷, 使之适应不同条件、 环境及用途的需 要。掺合料的种类很多,如生石灰、水泥、磨细粉状高 炉矿渣粉和粉煤灰等。 本文研究在石膏基混合胶凝 材料中加入不同量的325%普通硅酸盐水泥, 以改善 其强底低、耐水性差等性能。
注:实验室自然干燥条件为平均温度20℃,平均相对湿度75%。
本次实验中所使用的抗折、抗压强度测试仪器
分别为:KZL—500型电动抗折试验机和JYL-2000型
压力试验机。
按照上述实验方法对试块进行实验,所得原始
数据进行处理后的数据如表3所示。
表3 不同水泥掺量的石膏强度测试数据 MPa
水泥掺量 7d 干燥 7d 干燥 28d 干燥 28d 干燥 28d 湿 28d 湿 / % 抗折强度 抗压强度 抗折强度 抗压强度 抗折强度 抗压强度
试块成型后,测试前养护条件如表2所示。
表2 测试前养护条件
条件序号 条件一(7d 干燥强度测试) 条件二(28d 干燥强度测试) 条件三(28d 饱和水强度测试)
成型后,测试前养护条件
6d 实验室内自然干燥、 1d 恒温干燥(42℃) 27d 实验室内自然干燥、 1d 恒温干燥(42℃) 27d 实验室内自然干燥、 1d 水中(20℃)浸泡
图1 基本工艺流程图
每个实验点需制作3组三联摸,每个三联模估计
需纯石膏1.5kg。 考虑到实验中的损耗,则设定石膏
水泥混合物的总量为2kg。 各测量点的原料量如表1
所示:
表1 各测量点的原料配比表
kg
原料 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
石膏 2.00 1.90 1.85 1.80 1.75 1.70 1.65 1.60 1.40 1.20 1.00 水泥 0 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.60 0.80 1.00
数Kc。 计算后的数据如表4所示。
表4 石膏中不同水泥掺量软化系数表
掺量 0 5%
7.5% 10% 12.5% 15%
Kf 0.818 0.538 0.824 0.889 0.707 0.721
Kc 0.460 0.489 0.455 0.533 0.559 0.600
掺量 17.5% 20% 30% 40% 50%
0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
水泥掺量 / %
图2 干抗折强度与水泥掺量关系曲线
图3 干抗压强度与水泥掺量关系曲线
在 掺 量 少 时 (0~7.5% ), 形 成 少 量 的 铝 酸 三 钙 与 水化硅酸钙,其中一部分铝酸三钙与石膏形成钙矾 石,分布在石膏结晶结构体内。 钙矾石以针状晶体 出现,水化铝酸三钙以立方晶体出现,水化硅酸钙以 凝胶体出现,在以石膏为主的结晶结构网中,起到了 填充、交叉共存的作用,对早期的抗压、抗折强度都 有增长的作用。 随着掺量(7.5%~12.5%)加大,水化 铝酸钙的数量增多,形成的钙矾石数量也增多。 由 于钙矾石的体积增大,导致了石膏结晶结构网的破 坏,微裂纹增多,因此,导致抗折、抗压强度的下降。 掺量增加为12.5%~20%时, 除了形成石膏结晶结构 网外,水泥水化产物也开始形成凝胶体结构网,石膏 基混合胶结材强度更得到加强。 随着掺量的再进一 步增加,钙矾石增多,基本上抵消了水泥水化产物形 成的凝胶结构网形成的强度; 因此在12.5%~20%的 范围内,抗折强度与抗压强度变化不大(其中有波动 可能与工艺控制有关)。 掺量增加到30%以后,大量 钙矾石生成,破坏了凝胶体结构与石膏结晶结构,石 膏强度再次下降。
1 实验
我们拟通过实验进行最佳配合比的确定。 为了 确 保 本次结论的实用性,水泥添加量不能超过总重的 50%,超过50%将本末倒置,混合物主体将变为水泥, 失去了石膏优秀性能。水泥中添加量不能太少,否则对 石膏性能的影响微弱而且不稳定。 考虑到水泥添加到
收 稿 日 期 :2009-07-29 作者简介:张刚刚(1982- ),男,陕西人,助理工程师。
15
3.53 15.25 3.65 16.25 2.63 9.75
17.5 3.75 14.50 3.61 17.25 2.58 9.95
20
3.40 13.25 3.83 16.75 2.60 9.80
30
3.58 15.25 3.73 17.00 2.00 10.00
40
3.65 13.75 3.95 15.25 1.80 9.50
第 11 卷 第 6 期
Βιβλιοθήκη Baidu
重庆科技学院学报(自然科学版)
2009 年 12 月
水泥不同掺量对石膏胶凝材料性能影响的研究
张刚刚 (中国建材地勘中心宁夏总队,银川 750021)
摘 要:石膏硬化体的缺点是强度低、耐水性差。 掺入普通硅酸盐水泥后形成的低溶解度、高结合力水硬性物质— ——
钙矾石和水化硅酸钙可以穿插生成于石膏的多孔结构中,发挥其针状结构及与其他物质交叉、共生而产生增强作用
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