石膏材料（共9篇）
石膏材料 篇1
脱硫石膏 (FGD gypsum) 是对含硫燃料 (煤、油等) 燃烧后产生的烟气SO2进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏, 主要成分是CaSO4·2H2O[1]。随着我国控制和削减SO2排放力度的不断加大, 电厂锅炉烟气脱硫已进入快速发展阶段。但随之产生的大量脱硫石膏的处置问题, 已成为制约烟气脱硫技术推广的重要因素。
本实验通过对天然石膏和脱硫石膏的物理性质、化学组成、颗粒形貌进行测试对比, 分析了脱硫石膏的基本特性。以原状脱硫石膏为原料, 矿渣和水泥为活性掺和料, 石灰粉和水玻璃为碱性激发剂, 成型后的坯料经过一定时间的消化后, 在热养护条件下, 制备了一种石膏基高强胶凝材料。对材料的力学性能、收缩性、耐久性和孔结构进行了测试和分析, 研究了消化时间对材料相关性能的影响, 并研究了其水化产物、微观形貌、孔结构, 探讨了石膏基胶凝材料的水化机理, 为有效利用原状脱硫石膏提供了一条新途径。
1 实验
1.1 原料
脱硫石膏:常州热电厂, 淡黄色, 附着水含量13%;矿渣微粉:南京梅山钢铁公司, 比表面积为463m2/kg, 碱性系数为1.08, 质量系数为1.91, 活性系数为0.27;水泥:市购52.5水泥;市购石灰粉:细度为430目;水玻璃:市购, 模数1.3;减水剂:高效萘系减水剂, 减水效率为11%。原材料的化学组成如表1所示。
1.1.1 脱硫石膏的物理性质
烟气脱硫石膏主要来源于燃煤电厂的湿法烟气脱硫 (FGD) 工艺, 含水率一般在10%~20%, 颜色一般呈淡黄色, 颗粒较细。与天然石膏相比, 主要区别在于含水率较高, 粒度更微小。表2为测定的脱硫石膏与天然石膏的平均粒径及粒径分布。
从表2可以看出, 脱硫石膏和天然石膏的颗粒大小和颗粒级配有一定的差别, 天然石膏的粒径分布带较宽, 在1~10μm区间内颗粒分布高于脱硫石膏, 颗粒分布比较平均。脱硫石膏颗粒分布带很窄, 主要集中在10~60μm之间, 颗粒分布比较集中, 从粒径分布区间可以看出, 天然石膏颗粒级配优于脱硫石膏。
1.1.2 脱硫石膏的化学组成
脱硫石膏主要成分与天然石膏相同, 都是二水石膏晶体 (CaSO4·2H2O) , 其含量一般在90%以上, 天然石膏中硫酸钙和二水硫酸钙的质量分数一般在70%~80%[2]。天然石膏和脱硫石膏的成分列于表3。
从表3中可以看出, 脱硫石膏的化学成分和天然石膏相似, 但脱硫石膏中的CaO、SO2和结晶水的含量均高于天然石膏, 因此就干料中二水石膏质量分数而言, 脱硫石膏品位优于我国大多数天然石膏品位, 是一种重要的石膏资源。但其含有较多的Na+和Mg2+、同时含有Cl-和F-水溶性离子等成分, 这些杂质对石膏制品的性能会造成不同程度的危害[3]。
1.1.3 脱硫石膏的颗粒形貌
脱硫石膏和天然石膏的微观形貌如图1所示。
由图1可以看出, 脱硫石膏和天然石膏的颗粒形貌明显不同, 脱硫石膏结晶较为均齐, 其晶体形状多为柱状, 外观规整;天然石膏晶体颗粒尺寸区别明显, 晶型呈板状, 部分晶体粗大, 粗晶体表面吸附着大量的小颗粒, 不规则。
脱硫石膏和天然石膏晶型差别明显, 是因为天然石膏颗粒是粘合在一起的块状, 而脱硫石膏以单独的结晶颗粒存在;脱硫石膏杂质与石膏之间的易磨性相差较大, 天然石膏经过粉磨后的粗颗粒多为杂质, 而脱硫石膏中粗颗粒多为石膏, 细颗粒为杂质, 其特征与天然石膏正好相反[4]。
1.2 样品制备与分析方法
利用南京工业大学工程测试研究所的NSKC-1型光投射式粒度测定仪测定脱硫石膏和天然石膏的粒径分布。利用南京工业大学工程测试研究所的ADVANT'XP型X射线荧光光谱仪进行化学成分分析。
样品制备:将原材料以确定配合比经充分搅拌后在40mm×40mm×160mm的三联试模中振实成型, 常温常压下静置消化18h, 再放入85℃的蒸汽中常压蒸养22h之后脱模, 进行恒温20℃的标准养护。
力学性能测试:根据DB 52/T 701-2011《蒸压磷渣硅酸盐砖》中7.3.1[5], 使用全自动压力试验机 (WHY 5/200, 上海华龙测试仪器有限公司) 测试养护1d、3d、7d、14d、21d、28d龄期样品的力学性能。
收缩性能测试:采用无锡建仪仪器机械有限公司BC-Ⅱ型数显比长仪, 以1d长度为初始长度, 测定各龄期的收缩率, 计算公式参考JC/T 985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》中6.10[6]。
耐水性和抗冻性测试:测定养护至28d龄期的试样的耐水性和抗冻性, 测试方法参考DB 52/T 701-2011《蒸压磷渣硅酸盐砖》中7.4、7.6[5]。
微观性能测试:去除水化各龄期样品的外表面并烘干, 用酒精浸泡以终止其水化, 研磨过100目筛, 然后使用日本理学公司Dmax/RB型X射线衍射 (XRD) 仪 (CuKα) 分析材料的水化产物;取不同龄期样品截取新鲜表面烘干喷金处理后, 使用日本电子公司JSM5900扫描电子显微镜 (SEM) , 观察水化不同龄期样品的微观形貌。
孔结构测试:将养护至1d、28d龄期的试块敲成2.5~5mm碎块并去除外表面, 用丙酮溶液浸泡, 于孔结构测试前取出并在干燥箱中烘干, 使用美国Poremaster GT-6.0, Quantan chrome压汞仪 (MIP) 测试试样的孔结构和孔径分布。
2 结果与讨论
2.1 消化时间对力学性能的影响
石灰粉中的CaO含量很高, CaO与水反应会引起体积膨胀, 在蒸养过程中由于温度升高而反应加速产生膨胀应力, 可导致试块产生表面裂纹甚至胀裂。消化目的:一是使石灰中的CaO充分消解, 以便各原料之间充分反应, 防止蒸养过程中CaO消化引起膨胀;二是提高试样的成型性能与强度。物料在经过搅拌成型之后, 就进入消化工艺阶段。本实验采用的消化方式为常温消化, 消化时间对胶凝材料蒸养22h后外观和力学性能的影响见表4和图2。
由表4可看出, 当消化时间达到18h时, 蒸养试块中没有产生开裂或裂纹, 这是因为在这18h的消化过程中, 物料是相对松散的堆积状态, 其膨胀应力所受的约束很小, 不会产生应力集中, 因而在蒸养过程中没有裂纹或开裂现象。由图2可以看出, 当消化时间为18h时, 抗压强度和抗折强度均达到最大值, 分别是37.03MPa和4.09MPa, 在这一消化阶段, 除了完全消除了膨胀应力外, 也使物料之间充分地接触反应;当消化时间继续延长时, 抗压强度和抗折强度逐渐降低, 一是因为随消化时间的延长, 物料的活性有所降低, 二是时间过长造成物料中水分蒸发, 使砖坯的含水率降低, 导致力学性能的下降[7]。综合考虑后确定消化时间为18h。
2.2 石膏基高强胶凝材料的力学性能研究
按照m (脱硫石膏) ∶m (矿渣) ∶m (水泥) ∶m (石灰粉) ∶m (水玻璃) ∶m (减水剂) ∶m (水) =60∶31∶9∶6∶0.7∶1.8∶21的配合比, 制备石膏基高强胶凝材料, 经过18h消化后材料各龄期的力学性能如图3所示。
从图3可以看出, 试样的抗折强度和抗压强度可达到MU25强度要求, 蒸压养护1d抗压强度达到37.07MPa, 抗折强度达6.71 MPa, 但3d抗折强度几乎没增长, 其原因是材料的早期强度主要通过矿渣粉和水泥的水化反应生成物来提供, 在水玻璃和石灰粉的碱性激发作用和减水剂的作用下, 在1d的湿热养护过程中矿渣的火山灰性得到了很好的激发, 也加速了水泥的水化反应速度, 同时水泥、矿渣生成的部分铝酸三钙与石膏形成了钙矾石且改善水化产物的结晶度, 因而在短时间内具有较高的强度。经过1d湿热养护后进行标准养护, 试样会失水干缩, 孔隙率提高, 在宏观性能上表现为抗折强度增长不明显, 由于矿渣的水化是一个比较缓慢的过程[8], 在碱性环境作用下矿渣玻璃体进一步解离发生二次反应, 同时石膏与水化铝酸钙进一步反应生成钙矾石, 不断生成的水化产物又会在一定程度上提高材料的密实度, 所以材料的力学性能在3d以后得到提高, 28d抗压强度超过42MPa, 抗折强度达7.93MPa。
2.3 石膏基高强胶凝材料的收缩性能研究
石膏基高强胶凝材料的收缩率测定结果如表5所示, 以试样蒸压护养1d长度为初始长度, 测得3d后各龄期相对1d龄期的收缩率。
从表5可以看出, 水化14d后, 收缩率增加幅度变小, 趋于稳定。水化前期 (1~7d) 材料产生体积收缩的原因主要是试样内部附着水的蒸发产生的物理收缩和养护过程中产生的化学收缩[9];随着试样含水量的降低, 后期产生的体积收缩主要是水化过程中的化学收缩。由于矿渣的水化速率比较缓慢, 缓慢的水化可以保护微结构不被破坏, 有助于密实度的提高, 从而减小收缩, 同时生成的钙矾石体积膨胀弥补水化自身的收缩, 使得试样的收缩降低。经测定材料28d收缩率符合JC/T 985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》的相关性能要求。
2.4 石膏基高强胶凝材料的耐水性和抗冻性研究
石膏基高强胶凝材料的耐水性和抗冻性测试结果如表6所示。从表6中可以看出, 石膏基高强胶凝材料耐水性较好, 软化系数均在0.9以上;经过15次冻融循环后试件的质量损失不大于5%, 强度损失不超过25%, 抗冻性良好。孔隙率是影响耐久性的极为重要的因素, 一般情况下, 孔隙率越低, 耐久性越好[10]。试件经过振动成型和消化工艺, 加上在减水剂的作用下, 同时矿渣的缓慢水化过程也可以保护微结构不被破坏, 这些作用在很大程度上提高了试件的密实度, 减小了气孔率, 保证了经过28d水化的试件具有较密实的结构, 进而具有良好的耐水性和抗冻性。
2.5 石膏基高强胶凝材料的孔结构研究
参照吴中伟对混凝土中的孔级划分[11]来分析石膏基高强胶凝材料的孔结构, 即孔径小于20nm的为无害孔, 孔径为20~50nm的为少害孔, 孔径在50~200nm的为有害孔, 孔径大于200nm则为多害孔。1d、28d试样的总孔隙率和孔径分布如表7所示, 孔结构分布如图4所示。由图4可知, 28d水化试样相对1d水化试样而言, 孔径分布移向小孔范围, 这说明随水化龄期的延长试样大孔径所占比例降低, 小孔所占比例升高。由表7可得, 28d水化试样的总孔隙率低于1d水化试样的总孔隙率, 其中小于50nm的微孔所占比例随龄期延长而逐渐增大, 有害孔的数量所占比例逐渐减少, 即混凝土的孔结构随其龄期延长逐渐优化, 由于孔结构的改善, 后期强度和抗冻性都有所改善。
2.6 石膏基高强胶凝材料的XRD测试
图5是不同龄期下试样水化产物的X射线衍射图。
从图5可以看出:试样中的主要晶相为二水硫酸钙、钙矾石和C-S-H凝胶, 其原因是脱硫石膏的主要成分是二水硫酸钙, 无胶凝作用, 钙矾石和C-S-H为水化产物。随水化龄期的延长, 钙矾石的衍射峰更加明显, 由于水泥的掺量很少, 说明矿渣在碱性掺合料的碱性条件下玻璃体逐渐解体, Si-O键、Al-O键等被打破, 生成了C-S-H凝胶, 同时在石膏的作用下生成了钙矾石[12], 但由于C-S-H凝胶的结晶程度低, 加上胶凝材料加入量有限, 生成的水化产物量相对较少, 所以在XRD图中C-S-H凝胶的衍射峰也相对较弱。
2.7 石膏基高强胶凝材料的微观形貌
图6是石膏基高强胶凝材料1d、28d的SEM形貌。从图6 (a) 可以看出, 水化1d后的试样在放大50000倍的情况下可看到很多未成型的针状钙矾石晶体呈放射状分布在材料表面和内部孔隙中;从图6 (b) 可以看出, 试样在放大30000倍的情况下可看到少量絮状C-S-H凝胶, 其原因是石膏基高强胶凝材料中水泥的加入量很少, 同时矿渣的水化过程又很缓慢, 钙矾石和C-S-H凝胶的生成量很少;从图6 (c) 可看到, 水化28d后, 在放大10000倍的情况下能看到大量的棒状钙矾石;图6 (d) 是水化28d试样放大2000倍的SEM图, 可看到胶凝体量也明显增多, 并且形成了钙矾石与胶凝材料相互交错的状态。水化28d后可以看到大量的钙矾石和较多的C-S-H凝胶, 主要是因为试样中矿渣含量较多, 在碱性环境下越到后期矿渣中的玻璃体结构解体, Si-O键、AlO键等被打破[13], 钙矾石和C-S-H凝胶生成量增多, 后期强度提高较明显。
3 结论
(1) 脱硫石膏粒度分布主要集中在10~60μm之间, 在1~10μm范围颗粒分布较少, 颗粒级配比天然石膏差;就干料中二水石膏质量分数而言, 脱硫石膏品位优于我国大多数天然石膏;天然石膏颗粒是粘合在一起的块状, 而脱硫石膏以单独的结晶颗粒存在, 造成脱硫石膏和天然石膏晶型差别明显。
(2) 当消化时间达到18h时, 蒸养试块中没有产生开裂或裂纹, 这是由于消化过程中, 物料是相对松散的堆积状态, 其膨胀应力所受的约束很小, 不会产生应力集中。
(3) 石膏基高强胶凝材料具有良好的力学性能, 28d抗压强度超过42MPa, 抗折强度达7.93 MPa, 同时也具有良好的收缩性、抗冻性和耐水性。
(4) 随水化龄期的延长, 试样中小于50nm的微孔所占比例逐渐增大, 有害孔所占比例逐渐减小, 混凝土的孔结构随其龄期延长逐渐优化, 后期强度和抗冻性都有所改善。
(5) 从试样的XRD图和SEM图可以看出, 随水化龄期的延长, 钙矾石和C-S-H凝胶都明显增多, 但由于胶凝材料和矿渣的加入量有限, 同时C-S-H凝胶结晶程度也较低, 故C-S-H凝胶的衍射峰相对较弱。
石膏材料 篇2
磷石膏改性二灰稳定磷渣基层材料的研究
磷渣不宜用水泥或石灰单独进行稳定,用石灰粉煤灰稳定磷渣,能获得较高的强度,其7 d强度满足高速以及一级公路二灰稳定类基层强度要求.掺加6%的磷石膏,能够提高石灰粉煤灰稳定磷渣的`强度.SEM观察发现,磷渣表面有明显的反应,这一点有利于材料强度的形成.
作 者：周明凯 查进 沈卫国 作者单位：周明凯,查进(武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉,430070)沈卫国(武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,武汉,430070)
刊 名：武汉理工大学学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 年，卷(期)： 26(11) 分类号：X781.5 关键词：磷石膏 石灰粉煤灰 磷渣 基层材料脱硫石膏作墙体材料的研究 篇3
1 原料
水泥熟料:取自济南山水集团,密度为3.141 g/cm3,水泥熟料粉磨至比表面积354 m2/kg。
脱硫石膏:褐色,主要成分为Ca SO4·2H2O,取自潍坊山水水泥有限公司。
粉煤灰:一级原灰,其主要物相是玻璃体、莫来石、石英等,是具有火山灰活性的矿物掺和料。
矿渣:密度约为2.9 g/cm3,粉磨至比表面积350 m2/kg左右。
建筑石膏粉:山西曲沃石膏制品有限公司。
激发剂:无水硫酸钠(Na2SO4),上海鑫达精细化工有限公司,符合GB 9853-88标准,Na2SO4含量为99.0%。
以上原料化学成分分析见表1。
2 实验方法及主要原料分析
2.1 实验方法
实验按照GB 9776-1988的试验方法和步骤,分别对不同热处理温度下所得脱硫石膏粉进行凝结时间、抗折强度和抗压强度试验,细度用筛余表示(用0.2 mm方孔筛)。
2.2 脱硫石膏分析
本实验所用脱硫石膏含水率为22.37%,脱硫石膏的X-ray衍射分析如图1所示,脱硫石膏的主要成分是Ca SO4·2H2O,伴有少量未反应的Ca CO3及未氧化的Ca SO3。脱硫石膏的DSC-TG分析如图2所示,由图2可知,脱硫石膏的热处理温度范围为110℃~250℃。
3 脱硫石膏作墙体材料的可行性研究
脱硫石膏经135℃、145℃、155℃、165℃分别炒制2.5 h和3.5 h,其XRD图谱见图3,由图3可知,脱硫石膏在135℃、145℃下炒制2.5 h的建筑石膏脱水不充分,除含有Ca SO4·0.5H2O、Ca SO4·0.53H2O及Ca SO4·0.67H2O外还有大量Ca SO4·2H2O存在,特别是135℃下炒制2.5 h的建筑石膏,其余条件下炒制的建筑石膏均没有Ca SO4·2H2O特征峰出现。因此,选取155℃、165℃条件下炒制2.5 h和135℃、145℃、155℃、165℃条件下炒制3.5 h的建筑石膏进行下一步实验。将所得建筑石膏经过破碎、筛分,按照GB 9776-1988的试验方法和步骤,分别对不同炒制温度下所得脱硫石膏粉进行标准稠度、凝结时间、抗折强度和抗压强度测试,其实验结果见表2。
由表2可知,经不同炒制温度,不同炒制时间处理所得的建筑石膏,其细度均达到优等品要求;所测得的标准稠度用水量在70%~74%之间;与国家标准相比,除155℃、165℃温度下炒制2.5 h的建筑石膏初凝时间不合格外,其他试样的各种性能均远超出国家标准优等品标准;炒制温度在135℃~165℃之间炒制3.5 h均能得到优质建筑石膏;仅从强度上看,在155℃下炒制2.5 h所得的建筑石膏最高,165℃下炒制3.5 h所得的建筑石膏次之,这是因为随着炒制温度的升高,炒制时间的延长,β-Ca SO4·1/2H2O已部分转变为可溶性硬石膏(β-Ca SO4III),β-Ca SO4III吸水性极强,会很快从空气中吸收水分而转化为β-Ca SO4·1/2H2O和Ca SO4·2H2O,从而增加了Ca SO4·2H2O的含量,导致强度有所降低;从整体性能上看,165℃下炒制3.5 h所得的建筑石膏最佳。
4 脱硫石膏作复合墙体材料的研究
4.1 正交实验设计
复合墙体材料的主要原料为脱硫石膏在165℃下炒制3.5 h得到的建筑石膏,再以水泥熟料、龄期、矿渣、粉煤灰为因素,每个因素选取三个水平,选用四因素三水平L9(34)正交试验表。激发剂掺入量为5%,用水量为总配料的60%。复合墙体材料实验方案见表3、表4。按配比使配料混合均匀并制成标准试样,对试样的表观密度、抗折抗压强度、软化系数和吸水率进行测试及分析。
4.2 结果分析
对复合墙体材料的抗压强度及吸水率进行极差分析,其实验结果及极差见表5、表6、图4、图5。
由表5、表6、图4、图5可知,以上四因素对指标的影响分析如下:
四因素对两个指标的主次关系:
主→次
抗压强度:X→Z→Y→W
吸水率:W→Z→X→Y
由以上表、图可知,水泥熟料对抗压强度的极差最小,因此,对抗压强度的影响最小。而对吸水率的极差最大,是吸水率最大影响因素。当水泥熟料掺量为10%时,试样抗压强度达最大值,而此时试样吸水率最小。因此,确定水泥熟料掺量取10%。
龄期对抗压强度的极差是最大的,对吸水率是第三位影响因素。当龄期为3 d时,抗压强度达最大值,而对吸水率影响不大,所以龄期确定为3 d。
矿渣对抗压强度的极差是第三位影响因素,对吸水率的极差最小,因此,矿渣对抗压强度和吸水率的影响都不大。当矿渣掺量为8%时,试样吸水率最小,抗压强度也不是太差,确定矿渣掺量为8%。
粉煤灰对抗压强度和吸水率的极差占第二位影响因素,抗压强度随粉煤灰掺量的增加而降低。当粉煤灰掺量为12.5%时,试样吸水率最小,但与粉煤灰掺量为10%的吸水率相差不大。综合粉煤灰对两个指标的影响,确定粉煤灰掺量为10%。
通过以上四因素对抗压强度、吸水率两个指标影响的综合分析,得出较好的实验方案为:W2X2Y1Z1,将其编为0#,其测试结果与正交实验中的9#作对比,其结果见表7。
由表7可知,0#试样的各个性能较9#试样较差,因此不能作为正交实验的最佳试样,最佳试样为9#试样,其最佳配比方案为W3X3Y2Z1。
5 水泥、混合材及外加剂在水化过程中的作用
5.1 水泥、粉煤灰、矿渣的作用
半水石膏与水混合后,成为可塑性浆体,然后很快失去流动性、硬化并产生强度,最终成为坚硬的固体。半水石膏与水反应生成二水石膏时,水泥也迅速与水反应,C3A率先水化,在二水石膏存在的条件下,水泥水化生成钙矾石,其反应为:
硅酸盐水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶(3Ca O·2Si O2·4H2O即C-S-H)和Ca(OH)2:
水泥水化所产生的Ca(OH)2约占水泥质量的20%,Ca(OH)2对粉煤灰具有激发作用[10]。粉煤灰的主要成分是酸性氧化物,呈弱酸性,在OH-的作用下,粉煤灰颗粒表面的Si-O和Al-O键断裂:
Si-O-Al网络聚合体聚合度降低,表面形成游离的不饱和活性键,活性Si O2和Al2O3溶出,与Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H)等胶凝性产物:
因此,粉煤灰、矿渣可以消耗水泥水化作用产生的Ca(OH)2,生成胶凝性产物,增加试样的强度和密实性。
5.2 硫酸盐激发剂的作用
本试验选用无水硫酸钠(Na2SO4)作为激发剂,掺入量为混合材的5%,其作用主要是激发粉煤灰和矿渣的活性。无水硫酸钠激发剂的作用机理为:在无水硫酸钠加入的条件下,水泥中的硅酸盐组分可快速形成水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物。同时体系中的Ca2+、OH-、SO42-迅速扩散至粉煤灰和矿渣颗粒表面,破坏其表面的玻璃体结构,使活性Si O2、Al2O3从颗粒表面溶解,进而与其他组分生成C-S-H和C-A-H凝胶。
6 结论
通过以上分析和讨论,得出以下结论:
脱硫石膏炒制温度在135℃~165℃之间炒制3.5 h均能得到优质建筑石膏;其中165℃温度下炒制3.5 h所得的建筑石膏最佳。
对脱硫石膏加入一定量的水泥、矿渣、粉煤灰制成的复合墙体材料对其性能有较大的提高,最佳配料为水泥12.5%、矿渣12%、粉煤灰10%、养护时间7 d。
矿渣和粉煤灰与水泥水化产物Ca(OH)2发生水化反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,阻断了孔隙的连续性,提高了砌块的防水性能;同时有效阻止了Ca(OH)2晶体的进一步长大,防止了微裂纹的产生,使石膏硬化浆体密实性提高。
参考文献
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石膏版画教案 篇4
课标的相应要求：
初步认识形、色、肌理等美术语言，学习使用各种工具，体验各种媒材产生的效果。通过看看、画画、做做等方法表现所见所闻所感等事物，以激发学生丰富的想象力与创作愿望。教学目标
1、初步学习石膏版画的知识，了解石膏版画的特点。
2、初步掌握石膏版画的制作方法。
3、通过对石膏版画制作方法的学习与应用，培养观察能力、探究能力、动手实践能力及创新意识；通过欣赏活动培养审美能力。分析学生
本课属于“造型·表现”领域的教学内容。它与《实物拓印》、《吹塑纸版画》等课同属版画艺术范畴，旨在通过一系列的循序渐进的教学活动使学生对版画艺术形成一个基本概念，并通过学习实践，掌握几个易学版种的基本制作方法，同时对其艺术特色有一定的认识。作为石膏版画一课，除了使学生了解石膏版画的特点及掌握石膏版画的基本制作方法外，还要引导其在创作中学会正确处理黑白、疏密关系，从而感受、体验其独特的艺术魁力。设计理念：
充分考虑学生的年龄和心理特点，具有游戏性，在宽松、愉快的环境中进行。采用师生或学生之间的讨论等形式，增强教学活动的互动性。教师要注意正确引导学生的观察与表达，让学生在说一说、看一看、比一比、画一画、刻一刻、印一印等形式中加强审美体验，并注意刻制过程的安全教育。以学生喜闻乐见的动物题材为主。教学重难点
重点：石膏版画的制作方法。
难点：正确处理版面的黑白、疏密关系。
用具准备：石膏、小刀、钉子等硬物、油墨、油滚、纸张 教学过程
一、提问：老师这里有一份美术资料，想发给大家人手一份来学习，但现在只有一份，应该怎么办？
学生思考并回答：
复印、打印等等。
提问：现在我们有了先进的设备可以轻松解决这个问题，如果时间 倒退几百年、甚至上千年，古代人应该怎样解决这个问题？比如说，一本书有许多人需要，怎么办？
学生思考并回答：
抄写、刻版印刷等。
通过创设问题情境，使学生了解版画与印刷的关系，了解版画最初的功用，并欣赏一些中外早期版画作品，开阔学生的眼界。在绘画艺术中有一种形式就与印刷术有密切的关系，它就是版画。
结合图片介绍：早期的版画大多为书籍中的插图。如现存我国最早的版画，是举世闻名的唐代《金刚经》中的卷首图，作于公元868年；明代陈洪缓所画的《水湖叶子》木刻插图，以线造型为主。15世纪，德国画家丢勒将人体解剖学、透视法等运用于木刻版画中，作品《四骑士》空间感极强。揭示课题
今天我们就来学习一种新的版画形式——石膏版画。明确学习主题。
二、探究制作方法
教师根据学生所述进行纠正，并重点示范雕刀的使用方法。
小组讨论：看课本上的图片，说说石膏版画的制作方法。1．起稿：在石膏板上直接用铅笔起稿。2．刻制：用刀具或其他工具进行刻制。3．滚墨：在版面上均匀地滚上油墨。
4．印制：选择一张比版面略大的宣纸盖在其上面，在纸背用手（或布拓）擦刷印取画面。学生反馈制作方法。
通过小组探究的形式，让学生主动发现石膏版画的制作方法，以培养其观察能力和探究能力。初步赏析
出示线条造羹与块面造型两类石膏版画作品，以及失（或外）笔类工具与雕刀类工具。
学生根据两类作品的特点选择恰当的工具，并说明原因：
一类主要以线进行造型表现，可用尖笔。针笔等工具在版材上直接刻划线条或痕迹；另一类主要以块面进行造型表现，运用刀具进行刻制。
使学生初步认识石膏版画的两种表现形式，并了解运用不同的工具进行刻制，会产生不同的表现效果。
小结：同才我们欣赏的是运用两种不同手法创作的版画作品——阴刻与阳刻。
三、深人赏析
出示两幅线造型版画作品，一幅线感强，一幅线感弱。
分析、比较哪幅更好，为什么。
通过深人赏析，使学生认识到正确处理黑白、疏密关系，可以使画面富有变化，产生一种韵律美，从而使艺术形象更富有艺术感染力；同时，通过赏析提纲引导学生进行欣赏评述，掌握欣赏评述的方法，以提高其审美能力。
各小组根据赏析提纲对教材中的版画作品《林间》进行讨论与交流。1．描述：画中所描绘的事物有哪些？画中的松鼠正在做什么？ 2．分析：根据画面的表现你仿佛可以听到哪些声音？试着找出画面中黑、白、灰三个层次，这样表现有什么作用？
3．解释：作品为什么取名“林间”？作者想借此画传达什么意境？ 4．判断：请你用成语来形容作品给人的感受。
四、明确要求：设计并制作完成一幅石膏版画。第一节课起稿
五、艺术实践 1．构图，画面的黑白、疏密关系； 2．刻制方法； 3．印制方法；
4．修版。学生独立创作起稿。
16、石膏版画
课标的相应要求：
初步认识形、色、肌理等美术语言，学习使用各种工具，体验各种媒材产生的效果。通过看看、画画、做做等方法表现所见所闻所感等事物，以激发学生丰富的想象力与创作愿望。教学目标
1、初步学习石膏版画的知识，了解石膏版画的特点。
2、初步掌握石膏版画的制作方法。
3、通过对石膏版画制作方法的学习与应用，培养观察能力、探究能力、动手实践能力及创新意识；通过欣赏活动培养审美能力。分析学生
本课属于“造型·表现”领域的教学内容。它与《实物拓印》、《吹塑纸版画》等课同属版画艺术范畴，旨在通过一系列的循序渐进的教学活动使学生对版画艺术形成一个基本概念，并通过学习实践，掌握几个易学版种的基本制作方法，同时对其艺术特色有一定的认识。作为石膏版画一课，除了使学生了解石膏版画的特点及掌握石膏版画的基本制作方法外，还要引导其在创作中学会正确处理黑白、疏密关系，从而感受、体验其独特的艺术魁力。设计理念：
让学生在说一说、看一看、比一比、画一画、刻一刻、印一印等形式中加强审美体验，并注意刻制过程的安全教育。以学生喜闻乐见的动物题材为主。教学重难点
重点：石膏版画的制作方法。
难点：正确处理版面的黑白、疏密关系。
用具准备：石膏、小刀、钉子等硬物、油墨、油滚、纸张 教学过程
一、第二节课刻版、印制。
二、教师辅导
针对学生之间的差异性展开辅导，引导学生解决创作中出现的问题，帮助其完善自己的作品，提高学生的动手实践能力。
三、知识拓展
介绍版画签名的方式：
使学生了解版画小常识，进一步激发学生对版画学习的兴趣。
版画作品通常以铅笔签名。
1．版画张次如380即表示整套版为30张，这张为第3张； 2．画题； 3．制作年代； 4．作者签名。
学生为自己的版画作品起名并签名。
四、作业展评
1．他评：你最喜欢哪幅作品，为什么？
2．自评：我运用的是什么方法表现的，最满意的是什么。3．作品赠“知音”：将自己的作品送给喜欢的同学。通过作业展评，一方面使学生获得成功的愉悦；另一方面 引导学生运用所学进行评价，以进一步巩固所学。同时，通过 作品赠“知音”的活动，使学生体会版画自身的复数性特点。
五、收拾整理
整理画具，清洁环境。
石膏材料 篇5
近年来,随着经济的不断发展,人们对轻质高强建筑材料的需求量越来越大,这对降低结构自重和减小结构构件非常有利。
本实验研究从环境保护和资源综合利用出发,以EPS颗粒为轻骨料,石膏-矿渣胶凝材料作为胶结材料,添加硅酸盐水泥及棉花秸秆纤维,制备出具有良好保温隔热性能的复合墙体材料。但是EPS颗粒作为建筑材料在使用上由于其质量轻和表面憎水,表观密度只有12~22 kg/m3,在振捣过程中与石膏浆体界面粘结力弱,易产生上浮现象。目前的处理方式主要进行化学处理、界面添加剂及采用“造壳”法和“造壳静停”等[1,2,3,4,5,6],但这些措施大大提高了EPS混凝土的价格和操作难度。本实验研究采用添加适量棉花秸秆纤维的方式来改善EPS颗粒悬浮的缺点,通过试验寻求石膏基EPS复合保温墙体材料的最优配合比。
1 实验
1.1 原材料
EPS颗粒:由废弃聚苯乙烯泡沫经专用破碎机破碎而成,粒径小于5 mm,密度18 kg/m3,基本保持了原状EPS颗粒的特征,即质轻、导热系数小。
石膏:生达牌建筑石膏。
工业矿渣:八一钢铁有限公司工业副产品。
硅酸盐水泥:新疆青松水泥股份有限公司42.5级普通硅酸盐水泥。
石膏缓凝剂:山东临沂黑马石膏建材有限公司。
棉花秸秆纤维:新疆石河子市郊区(当年产)。
1.2 试样制备
先将粉碎棉花秸秆纤维与矿渣搅拌均匀,然后加入石膏和水泥搅拌均匀,再与适量水搅拌1~2 min,再加入EPS颗粒搅拌1~2 min,形成黏稠状浆体,制成40 mm×40 mm×160 mm的试件,成型后在自然环境下养护7 d,测试其抗压、抗折强度等物理力学性能。
2 试验过程及结果
2.1 掺加工艺的确定
在石膏基复合墙体材料的制备过程中,当棉杆纤维的长度和掺量确定的情况下,掺加工艺的不同会影响复合材料的各项性能,需要通过试验确定最佳的掺加工艺。试验采用添加总质量3%的棉杆纤维和0.5%的EPS颗粒,分别采用先掺法、同掺法和后掺法制备复合材料,先掺法是纤维先和水搅拌均匀再和石膏矿渣混合,同掺法是纤维和矿渣石膏搅拌均匀再加水搅匀,后掺法是石膏矿渣先与水搅匀后再与纤维混合,最后添加聚苯颗粒拌和。对3种掺加工艺制备的复合材料的性能进行测试,考察抗折强度和抗压强度,得出最佳掺加工艺,测试结果见表1。
由表1可以看出,采用同掺法制备的石膏复合材料力学性能最优,为最佳掺加工艺。棉花秸秆纤维制备后的实际状态是成团絮状分布,不易完全分散,而采用同掺法时,棉花秸秆纤维先与矿渣石膏等干拌,可以把棉杆纤维彻底分散。此种掺加工艺保证了棉杆纤维分散均匀以及对聚苯颗粒的包裹,保证了石膏矿渣对棉杆纤维和聚苯颗粒的包裹,故同掺法要优于其它2种掺加工艺。
2.2 棉花秸秆纤维对EPS颗粒和易性的改良
棉花秸秆是一种应用价值很高的可再生纤维素资源,秸秆中含碳量约占60%以上,其有机成分主要是高聚糖(纤维素+半纤维素)。棉花秸秆其中纤维素35.50%、半纤维素21.98%、木质素19.87%、灰粉4.89%。棉花秸秆纤维在和EPS颗粒拌和过程中对EPS具有一定的缠绕作用,同时纤维中析出的糖份对EPS颗粒表面有吸附作用,这使得EPS颗粒在拌和及振捣过程中不易上浮,均匀地分布在胶凝材料当中。具体实验方案为:石膏50%、矿渣37%、水泥10%、EPS颗粒0.7%、纤维掺量0~5%,制成100 mm×100 mm×100 mm的试块,每组实验用振动机振捣30 s,自然条件下养护7 d后,对不同位置进行切割,分析对比EPS颗粒分布。EPS颗粒分布见图1。
由图1可以看出,当棉杆纤维含量为1%时,可以明显看见颗粒上浮;当棉杆纤维含量为2%时,颗粒上浮不明显,但试块底部颗粒含量较少;当棉杆纤维含量为3%时,颗粒分布均匀。纤维含量继续增加,聚苯颗粒分布依然均匀,考虑到棉杆纤维含量过多会影响材料整体强度,所以采用3%的添加量进行后续实验。
2.3 EPS含量对复合材料性能的影响
EPS泡沫颗粒作为保温骨料,添加石膏、矿渣、普通硅酸盐水泥、缓凝剂,取液固比为0.65,每种配合比成型40 mm×40mm×160 mm试件3块,在特定的自然条件下养护,测得试件抗折强度、抗压强度和密度。试验分6组,石膏50%、矿渣37%、水泥10%、纤维掺量为3%,EPS颗粒(0.1%~1.1%),测试结果如图2所示。
从图2可以看出,随着EPS颗粒掺量的增加,其在试件中的体积增大,密度减小。同时随着EPS颗粒掺量的增加,导致石膏浆体所占体积量减少,相应的胶结组分减少,EPS颗粒在基体内产生大量的有害孔径,导致材料的抗压和抗折强度下降,甚至出现“掉渣”现象。另外注意到在加压过程中,EPS混凝土试件变形较大,显示出良好的韧性,即使在试件发生破坏时,其破坏过程也是逐渐变化的,这表明石膏基棉杆纤维EPS复合材料具有优异的减振吸能作用。考虑到该复合材料是作为非承重墙体材料,兼具保温功能的情况下要求具有一定的强度,根据试验数据分析,选用聚苯颗粒0.9%、石膏50%、矿渣37%、水泥10%、棉杆纤维3%,液固比为0.65作为最佳配比。
3 结语
(1)通过添加棉花秸秆纤维制备的石膏基EPS复合墙体材料,在没有掺入特殊EPS改性剂的情况下,改善了EPS颗粒与石膏无机胶凝材料的黏结强度及和易性,并且仍表现出良好的力学性能;可以制备出表观密度为850~1200 kg/m3,抗压强度达2.4~5.0 MPa的EPS石膏基EPS复合墙体材料。用该材料制成的砌块可以用作框架结构或轻钢结构非承重保温填充墙。
(2)石膏基EPS复合墙体材料较为合理的质量比配方为:EPS颗粒0.9%、石膏50%、矿渣37%、棉杆纤维3%、硅酸盐水泥10%,液固比0.65。
(3)石膏基EPS复合墙体材料的生产利废节能,使用了废弃EPS和棉花秸秆这2种工业和农业废弃物,拓展了资源循环利用的新途径,有利于环境保护。
摘要：以废弃EPS颗粒和石膏-矿渣胶凝材料为主,辅以棉花秸秆纤维,研究配制出物理力学性能及和易性良好的EPS墙体材料。该复合墙体材料的生产利废节能,并具有较好的保温性能及抗压、抗折强度,为固体废弃物再利用提出了资源化的新途径。
关键词：聚苯乙烯泡沫颗粒,石膏,棉花秸秆,复合墙体材料
参考文献
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[3]郑秀华,葛勇,于纪寿,等.EPS混凝土配合比的研究[J].哈尔滨建筑大学学报,1998(6):94-98.
[4]付小建,何明胜,眭小龙,等.聚苯乙烯轻质混合土配合比优化设计[J].新型建筑材料,2011(12):48-50.
[5]陈兵,陈龙珠.EPS轻质混凝土力学性能研究[J].混凝土与水泥制品,2004(3):41-45.
脱硫建筑石膏胶凝材料的改性研究 篇6
脱硫石膏 (FGDG) 是电厂燃煤锅炉烟气湿法脱硫工艺的副产石膏, 主要成分是Ca SO4·2H2O。FGDG已成为电厂继粉煤灰之后第二大固体废弃物, 如果不对FGDG进行有效处理, 不仅要占用大量土地, 还可能污染土壤和水源, 带来严重的二次污染。目前FGDG主要用作水泥缓凝剂以及制作石膏板、石膏砌块、粉刷石膏、高强石膏等产品[1,2]。但是, FGDG制品硬化后在潮湿的环境中, 由于石膏晶体的溶解, 晶体间的粘结力减弱, 导致强度降低, 阻碍FGDG在潮湿环境中的广泛应用。近年来改善脱硫建筑石膏 (DCG) 强度和耐水性成为FGDG利用领域的研究热点。近期的研究表明, DCG和FGDG中掺入硅酸盐水泥和粉煤灰[3]、矿渣微粉[4]、粉煤灰和矿粉[5]、生石灰和矿渣[6]等改性材料, 可以使材料的强度和耐水性得到明显改善。
硫铝酸盐水泥熟料 (SAC) 的主要成份是无水硫铝酸钙 (3Ca O·3Al2O3·Ca SO4) 、硅酸二钙 (2Ca O·Si O2) , 具有凝结快、早强、高强等特性, 是理想的石膏增强材料。本文通过SAC单掺或SAC与磨细高炉矿渣粉 (BFS) 复掺改性DCG, 提高其强度和耐水性。
1 原材料和试验方法
1.1 原材料
FGDG取自唐山市西郊热电厂, SAC取自唐山六九水泥有限公司, S95 级的BFS取自唐山市弘岩建材有限公司, FGDG、SAC和BFS的化学成分见表1。
%
将FGDG在50 ℃下烘干至恒重, 经150 ℃煅烧3 h得到DCG, 陈化7 d待用。用 φ500 mm×500 mm水泥试验球磨机将DCG粉磨15 min, 得到的DCG粉体全部通过0.075 mm方孔筛。参照GB/T 9776—2008《建筑石膏》测得DCG的标准稠度需水量为66%, 初凝时间7 min, 终凝时间13 min。
将SAC在 φ500 mm×500 mm水泥试验球磨机中研磨40min, 全部通过0.075 mm方孔筛。
1.2 试验方法
分别用SAC和BFS取代部分DCG, 混合均匀, 按胶凝材料总量的66%用水量加水调和、搅拌, 然后倒入40 mm×40mm×160 mm的三联试模中成型, 终凝后脱模, 在 (20±2) ℃、相对湿度80%条件下进行养护, 分别养护1 d、3 d、7 d后, 参照GB/T 17669.3—1999《建筑石膏力学性能的测定》测试试样强度。
取养护7 d的试样置于烘箱中, 在40 ℃下烘干至恒重, 测其绝干抗压强度;另外取养护7 d的试样置于20 ℃的清水中, 浸泡72 h后取出, 测试其饱水后的抗压强度, 并计算软化系数 (饱水强度与绝干强度之比) 。
将水化7 d的试样用无水乙醇终止水化, 通过场发射扫描电子显微镜观察试样的显微结构。
2 试验结果与讨论
2.1 SAC掺量对DCG-SAC复合胶凝材料强度和耐水性的影响
SAC掺量对DCG-SAC复合胶凝材料强度的影响见图1。
从图1 (a) 可以看出, 随着SAC掺量的增加, DCG胶凝材料各龄期的抗折强度均逐渐提高, 当SAC掺量大于10%时, 抗折强度增幅变缓。从图1 (b) 可以看出, 随着SAC掺量的增加, DCG胶凝材料的抗压强度保持大幅度的增长。SAC掺量增大, 无水硫铝酸钙 (C4A3S) 和硅酸二钙 (C2S) 含量增加, 水化生成钙矾石和C-S-H凝胶量增多, 另外C-S-H凝胶和钙矾石的胶结强度高于二水石膏, 因此试样的抗压强度随SAC掺量增大而明显增大。
SAC掺量对DCG-SAC复合胶凝材料软化系数的影响见表2。
从表2 可以看出, 随SAC掺量的增加, DCG-SAC复合胶凝材料的软化系数、72 h饱水强度和绝干强度明显提高。
综合考虑DCG-SAC复合胶凝材料的抗折和抗压强度、软化系数以及原料成本等因素, 确定SAC的合适掺量为10%~15%。掺入15%SAC的DCG材料与纯DCG材料相比, 7 d抗折强度提高了64%, 7 d抗压强度提高了86%, 软化系数提高了近50%。
2.2 BFS掺量对DCG-SAC-BFS复合胶凝材料强度和耐水性的影响
固定SAC掺量为15%, BFS掺量对复合胶凝材料抗折强度和抗压强度的影响如图2 所示。
由图2 可知, 随着BFS掺量的增加, DCG-SAC复合胶凝材料各龄期的抗折和抗压强度都逐渐提高;当BFS掺量大于15%时, 7 d抗折和抗压强度急剧降低, 并且观察发现试样表面出现大量的细小裂纹, 这可能是水化7 d时, BFS中的玻璃体水化, 产生过多的钙矾石, 在硬化的试体中产生膨胀引起的。
BFS掺量对DCG-SAC-BFS复合胶凝材料软化系数的影响见表3。
从表3 可以看出, 随BFS掺量的增加, 软化系数、饱水强度和绝干强度都逐渐提高, 但当BFS掺量过多 (达到20%) 时, 明显下降。为防止膨胀开裂, BFS的最佳掺量应控制在10%~15%为宜。掺入15%的BFS与不掺BFS的DCG-SAC复合胶凝材料相比, 7 d抗折强度提高了28%, 抗压强度提高了50%, 软化系数提高了近15%。
2.3 DCG-SAC-BFS复合胶凝材料的水化硬化分析
DCG胶凝材料拌水后, 首先发生Ca SO4·0.5H2O与水反应生成Ca SO4·2H2O的化学反应。当溶液中Ca SO4·2H2O达到过饱和状态时, 二水石膏很快从过饱和溶液中析晶, 析出的晶体穿插搭接, 使浆体失去流动性, 并产生强度。DCG基胶凝材料浆体水化7 d的FESEM照片见图3。
由图3 (a) 可见, DCG-SAC复合胶凝材料硬化浆体中, 由于SAC的引入, 水化环境呈碱性, Ca SO4·2H2O晶体形态呈短柱状, 相互穿插构成搭接骨架, 同时发现少量SAC水化生成的针状AFt晶体参与骨架的构建。SAC水化生成的C-S-H凝胶填充到Ca SO4·2H2O和AFt晶体搭接形成的空隙中, 从而使DCG-SAC复合胶凝材料的强度和耐水性提高。从图3 (b) 可以看出, 引入BFS后, 针状AFt晶体增加, 同时C-S-H凝胶的填充使结构更加密实。这是由于SAC水化产生的OH-和体系中的SO42-与BFS玻璃体中活性Al3+、Si4+作用, 生成大量的C-S-H凝胶和针状AFt晶体引起的。生成的C-S-H凝胶既能包裹和保护晶体与晶体的搭接点, 又能填充硬化浆体的孔隙, 从而有效地改善了硬化浆体的强度和耐水性。从图3 (c) 可以看出, 当BFS掺量为20%时, 针状AFt含量显著增加。由于水化产物中AFt过多, AFt生成时由于体积膨胀而产生的应力大于试体的强度, 硬化浆体出现裂缝, 从而导致复合胶凝材料的强度和耐水性都下降。
3 结语
(1) 加入适量SAC, 可以有效提高DCG胶凝材料的强度及软化系数, 适宜的SAC掺量为10%~15%。掺入15%SAC的DCG材料与纯DCG材料相比, 7 d抗折、抗压强度和软化系数分别提高64%、86%和50%。
(2) 加入适量的BFS可以有效提高DCG-SAC复合胶凝材料的强度和软化系数, BFS的适宜掺量为10%~15%。掺入15%的BFS与不掺BFS的DCG-SAC复合胶凝材料相比, 7抗折、抗压强度和软化系数分别提高28%、50%和15%。
摘要：利用硫铝酸盐水泥熟料 (SAC) 单掺和SAC与磨细高炉矿渣粉 (BFS) 复掺对脱硫建筑石膏 (DCG) 进行改性, 提高其强度和耐水性。实验结果表明, SAC单掺和SAC与BFS复掺均可以显著改善DCG材料的强度和耐水性。DCG中内掺15%SAC, 可以使7 d抗折、抗压强度和软化系数分别提高了64%、86%和50%;在内掺15%SAC的DCG-SAC复合胶凝材料中, 加入15%的BFS取代DCG, 可以使DCG-SAC复合胶凝材料7 d抗折、抗压强度和软化系数分别增大28%、50%和15%。
关键词：脱硫建筑石膏,硫铝酸盐水泥熟料,磨细高炉矿渣粉,强度,软化系数
参考文献
[1]Guan B H, Yang L C, Wu Z B.Preparation ofα-calcium sulfate hemihydrate from FGD gypsum in K, Mg-containing concentrated CaCl2solutionunder mild conditions[J].Fuel, 2009, 88 (7) :1286-1293.
[2]白杨, 李东旭.用脱硫石膏制备高强石膏粉的转晶剂[J].硅酸盐学报, 2009, 37 (7) :1142-1146.
[3]王迪, 朱梦良, 陈瑜, 等.脱硫石膏-粉煤灰复合胶凝材料基胶砂试验研究[J].粉煤灰综合利用, 2009 (5) :24-26.
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[5]位建强, 刘巧玲, 曹明莉.脱硫石膏-粉煤灰-矿粉复合胶结材改性研究[J].新型建筑材料, 2010 (4) :9-12.
石膏材料 篇7
我国硬石膏矿产资源丰富,储量居世界首位[2]。目前,大多数硬石膏矿床未开发,仅有少数硬石膏矿床如南京、邵东、 太原、兴宁、重庆等矿床被开采[3]。硬石膏水化速度较慢、凝结时间较长、胶凝性能较差是限制其开发利用的重要原因[4]。本实验以硬石膏为主要原料,通过添加激发剂、减水剂、胶粉、保水剂、骨料等,开发一种自流平地面材料,拓宽了硬石膏应用领域,大幅提高其附加值。
1实验
1.1原材料
硬石膏:取自安徽某化工厂。采用球磨机粉磨,以优化颗粒级配,增大比表面积,有效改善硬石膏表面活性,使水和外加剂更好地与物料作用,从而大幅度提高硬石膏水化、硬化速度,缩短凝结时间[5]。经粉磨后硬石膏密度为2.92 g/cm3, 细度约200目,比表面积3100 cm2/g,白度约68,初凝时间约15 h,终凝时间约77 h,p H值为7.9。参照GB 5484—85《石膏和硬石膏化学分析方法》测试硬石膏的化学成分,结果见表1。
%
对硬石膏进行X射线粉末衍射分析,结果见图1。
由图1可以看出,图谱中Ca SO4衍射峰强度高且尖锐,说明硬石膏的主要物相组成为Ca SO4;除此之外,还可观察到微弱Ca Mg(CO3)2、Ca CO3特征峰。结合化学分析结果可知,微量Mg O是白云石矿物组分特征。
KAl(SO4)2·12H2O、Fe SO4·7H2O、Na2C2O4、Na HSO4、K2SO4、 (NH4)2SO4和Na2SO4:分析纯,国药集团化学试剂有限公司。
水泥:钻牌32.5级早强复合硅酸盐水泥;亚奥牌52.5级铝酸盐水泥;企鹅牌42.5级早强快硬硫铝酸盐水泥。
减水剂:1#密胺树脂类减水剂MELMENT F10,白色可自由流动粉末,堆积密度500~800 kg/m3,p H值9.0~11.4;2#聚羧酸类减水剂Melflux 2651,橘色-褐色粉末,堆积密度300~600 kg/m3,p H值6.5~8.5;3#聚羧酸类减水剂Liquiment 5581F,黄色-淡黄色粉末,堆积密度400 kg/m3,p H值7.5。3种减水剂均来自巴斯夫(BASF)(中国)股份有限公司。
胶粉:5044N,白色粉末,固含量99%,灰分13%,表观密度450 g/L;5011L,白色粉末,固含量99%,灰分11%,表观密度550 g/L。2种胶粉均来自瓦克(Wacker)化学(中国)股份有限公司。
保水剂:Starvis 3003F,淡黄色粉末,堆积密度250~400 kg/m3,p H值7~9,巴斯夫(BASF)(中国)股份有限公司。
粉煤灰:Ⅱ级,白山市热电厂,化学成分见表2。
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1.2实验仪器
马弗炉:SX2-5-12A,天津中环实验电炉有限公司;流动度测试筒:Φ5 cm×h5.1 cm;维卡仪:无锡建仪仪器机械有限公司;电热恒温鼓风干燥箱:DHG-9245A,上海一恒科技有限公司;布氏漏斗:Φ10 cm;真空泵:SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵, 郑州长城科工贸有限公司;立式砂浆收缩膨胀仪:SP-175,天津市京润建筑仪器厂;10 mm×40 mm×160 mm收缩试模。
1.3实验方法
流动度:参照日本住宅公团标准进行测试。在流动度测试筒内装100 cm3料浆,表面用抹刀轻轻刮平,垂直向上提起圆筒,浆体自由流动形成圆盘状,待浆体流动停止后,量取相互垂直方向的4个直径,取平均值即为流动度。
凝结时间:参照JC/T 1023—2007《石膏基自流平砂浆》进行测试。
抗折、抗压强度:将料浆倒入模具,终凝1 h内脱模制成试件,置于(40±2)℃电热恒温鼓风干燥箱烘干至恒重,按GB/T 17669.3—1999《建筑石膏力学性能的测定》测试试件绝干状态的抗折、抗压强度。
拉伸粘结强度:参照JC/T 985—2005《地面用水泥基自流平砂浆》和JC/T 1023—2007进行测试。选用混凝土[200 mm× 400 mm×(40~50)mm]作基底材料。
保水率:参照JC/T 517—2004《粉刷石膏》进行测试。将料浆置于称量后的布氏漏斗,料浆厚度保持在(10±0.5)mm内; 将布氏漏斗放到抽滤瓶上,开动真空泵,在30 s内将负压调至(53.33±0.67)k Pa;抽滤20 min,取下布氏漏斗称重。
收缩率:参照JC/T 1023—2007进行测试。称取适量料浆, 倒入收缩试模内,无需振动,用金属刮刀清除多余料浆,使料浆完全充满模具,并使表面平整。试件在标准实验条件下放至(24±0.5)h拆模,编号,标明测试方向。脱模后30 min内按标明方向测试试件的初始长度。然后将试件放入(40±2)℃电热鼓风干燥箱中干燥至恒重,在试验室条件下冷却至室温,按标明方向测试试件的长度。
2结果与讨论
2.1激发剂对硬石膏自流平地面材料性能的影响
添加激发剂可以改变硬石膏溶解度或溶解速度,提高硬石膏水化硬化能力、缩短凝结时间。目前,常用的石膏激发剂主要有硫酸盐、碱性材料以及其它盐类激发剂[6]。图2为分别添加KAl(SO4)2·12H2O、KAl(SO4)2[KAl(SO4)2·12H2O经450 ℃煅烧1 h制得]、Na2SO4、Na HSO4、(NH4)2SO4、Na2C2O4、K2SO4、 Fe SO4·7H2O激发剂(硬石膏与激发剂摩尔比为100∶1)的硬石膏在不同龄期的水化率。
从图2可以看出,不同激发剂对硬石膏水化能力的影响不同,但其水化速率均加快。KAl(SO4)2·12H2O和KAl(SO4)2的激发效果最好,3 d水化率都达到60%以上;其次是Na2SO4; 而K2SO4、Na HSO4、Fe SO4·7H2O、Na2C2O4和(NH4)2SO4的效果基本一致,但仍可大幅提高硬石膏的水化率。若以KAl(SO4)2· 12H2O为激发剂,成型过程中会产生大量气泡,这是因为硬石膏中含有少量碳酸盐矿物,KAl(SO4)2·12H2O水解后生成H＋将与CO2－3作用产生CO2气体;煅烧明矾KAl(SO4)2中含有活性Al2O3和K2SO4,均对硬石膏有激发作用。对硬石膏来说,选择KAl(SO4)2、Na2SO4和K2SO4作激发剂较合适。
硬石膏与激发剂摩尔比为100∶1时,激发剂对硬石膏自流平地面材料抗折、强压强度和凝结时间的影响见表3。
由表3可见,适量复合激发剂改善了硬石膏自流平地面材料的物理性能,Na2SO4和K2SO4按1∶1摩尔比复合使用,硬石膏自流平地面材料的综合物理性能较好。
根据前述实验结果,在添加适量硫酸盐激发剂后,在硬石膏中分别添加硅酸盐、铝酸盐和早强快硬硫铝酸盐水泥,水泥掺量对硬石膏基自流平地面材料抗压强度的影响见图3。
由图3可以看出,随水泥掺量增加,硬石膏-水泥体系抗压强度逐渐提高;在相同掺量下,硬石膏-硅酸盐水泥体系和硬石膏-铝酸盐水泥体系的抗压强度基本一致,而硬石膏-硫铝酸盐水泥体系的抗压强度明显提高;对于硬石膏-硫铝酸盐水泥体系,当水泥掺量低于40%时,抗压强度随水泥掺量增大而大幅提高,当水泥掺量为40%时,其绝干抗压强度为27.2 MPa,之后继续增加水泥掺量,抗压强度基本稳定不变。
2.2减水剂对硬石膏自流平地面材料性能的影响
对于硬石膏,聚羧酸类减水剂在掺量较低的情况下具有较好的流动度[7],密胺树脂类减水剂即使增大掺量,分散效果也差于聚羧酸类减水剂。在上述实验基础上对硬石膏添加适量复合激发剂后,研究减水剂对硬石膏自流平地面材料流动度的影响(水膏比为0.21),结果见图4。
由图4可知,对于1#减水剂,当掺量为0.35%才达到其饱和掺量,流动度仅为110 mm;对于2#减水剂,当掺量为0.25%达到其饱和掺量,流动度为250 mm;对于3#减水剂,当掺量为0.225%达到其饱和掺量,流动度为280 mm。显然,对硬石膏而言,3#减水剂减水效果优于1#和2#减水剂。聚羧酸类减水剂之所以拥有良好的分散性和高效减水效果,是因为其分子结构设计是在分子主链或侧链上引入强极性基团,使分子具有梳形结构,这样就可以通过调节聚合物的分子质量来提高减水性,通过调节侧链分子质量增加立体位阻作用而提高分散性[8]。在本实验中,添加了适量Liquiment 5581F减水剂的硬石膏具有良好的流动性。
2.3胶粉对硬石膏自流平地面材料性能的影响
胶粉能够改善自流平地面材料的一系列性能,如和易性、 流平性、耐磨性、柔韧性和与基底的粘结性能等。在上述实验基础上对硬石膏添加适量复合激发剂、减水剂后,研究胶粉对硬石膏自流平地面材料性能的影响,结果见表4。
由表4可以发现,随胶粉掺量增加,硬石膏自流平地面材料的绝干抗折强度和拉伸粘结强度逐渐提高。对5044N胶粉,随其掺量增加绝干抗压强度和试块绝干质量逐渐降低;对5011L胶粉,随其掺量增加绝干抗压强度基本稳定不变,绝干抗折强度和绝干质量逐渐增大。通过绝干质量可知,5011L胶粉降低了硬石膏自流平地面材料的含气量,使空隙率下降,导致抗压强度提高,因此,随其掺量增加绝干抗压强度并没有降低。当胶粉掺量超过2%时,反而会对地面材料基本性能产生不利影响,因此适宜添加量应控制在2%左右。在本实验中, 添加了适量5011L胶粉,改善了砂浆的力学性能。
2.4保水剂对硬石膏自流平地面材料性能的影响
保水剂能够有效解决自流平材料因失水过快而导致材料水化不充分、强度降低、表面脱粉、干裂等问题[9]。由于保水剂本身具有增稠增黏作用[10],对于自流平地面流动度会产生不利影响,因此,应严格控制保水剂种类和添加量。在上述实验基础上对硬石膏添加适量复合激发剂、减水剂和胶粉后,研究保水剂对硬石膏自流平地面材料保水率的影响,结果见表5。
从表5可以看出,当未掺保水剂时,料浆保水率较低,仅为78.4%;当保水剂掺量为0.05%时,料浆保水率为90.0%,此时浆体均匀性、自愈合性能良好,并且没出现离析沉降;当掺量为0.10%时,料浆保水率为92.1%。综合考虑,对硬石膏自流平地面材料保水剂Starvis 3003F适宜掺量为0.05%。
2.5细骨料对硬石膏性能的影响
粉煤灰作为细骨料会影响硬石膏基地面材料基本性能, 在上述实验基础上对硬石膏添加适量复合激发剂、减水剂、胶粉和保水剂后,研究粉煤灰对硬石膏自流平地面材料性能的影响,结果见表6。
由表6可知,粉煤灰掺量为3%时比不掺加粉煤灰的料浆流动度增大了7 mm。
3硬石膏地面材料性能测试
综合考虑,配方设计为:硬石膏60%~90%,复合激发剂(早强快硬硫铝酸盐水泥和适量硫酸盐激发剂)10%~40%,聚羧酸类减水剂0.25%~1.00%,胶粉0~3%,保水剂0.05%~0.10%, 粉煤灰0~5%。
经过一系列探索试验,对硬石膏配方设计进行优化,制得的硬石膏自流平地面材料性能均符合日本住宅公团标准要求,其性能测试结果见表7。
4结论
(1)以硬石膏为主要材料,通过添加各种外加剂和细骨料可制成硬石膏基自流平地面材料。配方设计为:硬石膏60%~ 90%,复合激发剂(早强快硬硫铝酸盐水泥和适量硫酸盐激发剂)10%~40%,聚羧酸类减水剂0.25%~1.00%,胶粉0~3%,保水剂0.05%~0.10%,粉煤灰0~5%。
(2)通过配方优化后,制成的硬石膏基自流平地面材料流动度达220 mm,绝干抗折强度为7.3 MPa,绝干抗压强度为16.7 MPa,拉伸粘结强度为0.57 MPa,收缩率为0.045%,基本性能符合日本住宅公团标准要求,具有广阔的推广和应用前景。
摘要：以硬石膏为主要材料,添加不同外加剂、骨料等对其进行改性处理,制得硬石膏自流平地面材料。配方设计为:硬石膏60%~90%,激发剂10%~40%,减水剂0.25%~1.00%,胶粉0~3%,保水剂0.05%~0.10%,粉煤灰0~5%。经测试,硬石膏自流平地面材料的流动度达220 mm,抗折强度为7.3 MPa,抗压强度为16.7 MPa,拉伸粘结强度为0.57 MPa,收缩率为0.045%,性能符合日本住宅公团标准要求。
石膏材料 篇8
我国是产棉大国, 每年棉花秸秆 (以下简称棉秆) 的产量也十分丰富, 但棉秆除就地焚烧及回埋还田外, 只有少量被用作制备生物燃料[8,9]、吸附剂[10,11,12]、纤维素[13]及保温材料[14]等。棉秆含有丰富的纤维, 棉秆纤维是自然界丰富的天然高分子材料, 自然界中每年生长的棉秆纤维素总量多达几十亿吨。棉秆纤维的形态特点是长径比大、比强度高、比表面积大、密度低及可生物降解等, 其强度在大部分情况下可满足增强材料的要求。
本实验通过改变棉秆纤维掺量、分布及对棉秆纤维进行预处理等, 研究棉秆纤维对脱硫石膏-棉秆纤维复合墙体材料物理力学性能影响, 并对其导热系数进行研究, 以期制备物理力学性能及保温性能良好的脱硫石膏-棉秆纤维复合墙体材料。
1 实验
1.1 实验原料与化学试剂
脱硫石膏由江苏八菱海螺水泥有限公司提供, 微黄色粉末, 其化学成分见表1, 矿物成分主要为二水硫酸钙 (Ca SO4·2H2O) 。Na OH购自天津博迪化学试剂有限公司, 分析纯。将脱硫石膏在150℃温度下煅烧3 h得到脱硫建筑石膏, 冷却至室温备用。脱硫建筑石膏主要成分为半水石膏 (Ca SO4·0.5H2O) , 脱硫石膏与脱硫建筑石膏的XRD图谱见图1。棉秆为盐城亭湖农村收集而来, 自制成长度为2~5 mm棉秆纤维, 干燥备用。
%
1.2 实验过程
1.2.1 棉秆纤维预处理
称取适量长度为2~5 mm棉秆纤维浸入浓度为5%~10%的Na OH溶液中浸泡2 h, 取出后, 用蒸馏水洗净棉秆纤维表面, 晾干, 备用。
1.2.2 试样制备
称取1000 g脱硫建筑石膏粉和适量棉秆纤维, 搅拌均匀后, 再准确量取700 ml水倒入混合物中, 然后搅拌均匀, 倒入尺寸为40 mm×40 mm×160 mm试模中振动成型, 1 h后脱模, 将试块置入 (40±2) ℃电热鼓风恒温干燥箱中烘干备用。
1.2.3 性能测试
脱硫石膏-棉秆纤维复合墙体材料的物理力学性能参照GB/T 17669.3—1999《建筑石膏力学性能的测定》进行测试, 采用XTL-3A型体视显微镜观察复合墙体材料的断面形貌, 采用DRP-4型平板导热系数测定仪对复合墙体材料的保温性能进行测试。
2 结果与分析
2.1 棉秆纤维掺量对复合墙体材料强度的影响
采用未处理棉秆纤维作为脱硫石膏基复合墙体材料增强纤维, 棉秆纤维掺量对复合墙体材料强度的影响见图2。
由图2可以看出, 随着棉秆纤维掺量的增加, 复合墙体材料的抗折和抗压强度先提高后降低。当棉秆纤维掺量为3%时, 复合墙体材料的抗折、抗压强度较大, 分别为7.3、13.7 MPa, 较未掺棉秆纤维的空白样分别提高35.2%、7.0%;棉秆纤维掺量大于3%后, 复合墙体材料的抗折、抗压强度迅速下降, 棉秆纤维掺量为5%时, 复合墙体材料的抗折、抗压强度分别降低至4.7、11.3 MPa, 低于空白样。从强度方面考虑, 棉秆纤维的最佳掺量为3%。
针对上述现象, 王裕银等[15]采用纤维阻裂效应来解释:当棉秆纤维含量适中时 (棉秆纤维为3%) , 纤维分散均匀, 一方面试样受力时, 长纤维将跨越裂缝起到传递荷载的桥梁作用, 使得微裂纹尖端的应力集中钝化, 裂缝的进一步扩展受到约束;另一方面短纤维将迫使裂纹改变延伸方向或生成更多微裂纹, 显著增大微裂缝扩展的能量消耗, 表现为试样的抗折和抗压强度均达到最大值。
图3为棉秆纤维掺量为3%时复合墙体材料断面的体视显微镜照片。
由图3可见, 试样断面基本没有大的裂缝, 说明复合墙体材料试样断裂时, 适量棉秆纤维 (3%) 能够有效阻止裂纹的扩展。另外, 试样断裂必须先克服棉秆纤维与脱硫石膏之间的胶结作用, 使纤维与脱硫石膏之间剥离, 表现为图3中被剥离出的棉秆纤维部分与水平面垂直, 这对提高试样的强度有利。
2.2 棉秆纤维预处理对复合墙体材料物理力学性能的影响
棉秆纤维增强脱硫石膏作为一种复合材料, 其复合效应的发挥在很大程度上取决于棉秆纤维与脱硫石膏基体之间界面结合情况以及纤维掺量与分布等情况。棉秆纤维与脱硫石膏基体之间胶结作用较弱, 需对其表面进行改性, 以提高复合墙体材料性能, 特别是物理力学性能。碱浓度对复合墙体材料 (棉秆纤维掺量为3%) 强度的影响见图4。
从图4可以看出, 复合墙体材料的强度随碱浓度的增加先提高后降低, 碱浓度为8%时, 复合墙体材料的抗折和抗压强度达到最大值, 分别为9.0、16.6 MPa。
碱浓度为8%时, 棉秆纤维掺量为3%的复合墙体材料试样断面体视显微镜照片见图5。
由图5可以看出, 与未处理试样相比 (见图3) , 8%碱处理试样断裂后棉秆纤维仍牢牢与脱硫石膏基体胶结在一起, 说明经碱处理后棉秆纤维与脱硫石膏基体之间胶结力更强[16]。这是由于棉秆纤维经碱处理后, 纤维表面果胶和其它一些物质被除去, 且纤维表面可能粘附其它物质, 使得表面粗糙度增大, 棉秆纤维与脱硫石膏之间胶结能力增强[17], 有利于提高脱硫石膏-棉秆纤维复合墙体材料的物理力学性能。
2.3 复合墙体材料的保温性能
脱硫石膏-棉秆纤维复合墙体材料制品干燥后, 其内部含有大量的孔隙, 因此保温性能较一般的墙体材料要高很多。另外, 随着棉秆纤维的增加, 复合墙体材料内部孔隙率增多, 孔隙越多, 复合材料导热系数越小, 保温性能越好。使用经8%Na OH溶液浸泡处理后的棉秆纤维制备的脱硫石膏-棉秆纤维复合墙体材料的导热系数见表2。
由表2可知, 脱硫石膏-棉秆纤维复合墙体材料的导热系数随棉秆纤维掺量的增加而降低, 且纤维掺量较少时, 导热系数降低幅度较大。造成这种现象的原因是由于少量的棉秆纤维能够在复合材料内部造成大量微小封闭气孔, 故导热系数较小, 保温性能得到提高;当棉秆纤维掺量较多时, 制品内部气孔孔径变大, 对热量的阻隔效应降低, 导致导热系数随棉秆纤维掺量的增加而降低不明显。棉秆纤维掺量为5%时, 复合墙体材料的导热系数较低, 为0.105 W/ (m·K) 。
3 结语
(1) 脱硫石膏-棉秆纤维复合墙体材料抗折和抗压强度随棉秆纤维掺量的增加先提高后降低, 棉秆纤维掺量3%时复合墙体材料抗折、抗压强度较高, 比空白样分别提高35.2%和7%。
(2) 棉秆纤维经碱处理后, 与脱硫石膏之间胶结能力增强, 有利于提高脱硫石膏-棉秆纤维复合墙体材料的物理力学性能。复合墙体材料强度随碱浓度的增大先增加后降低, 碱浓度为8%时, 复合墙体材料的抗折、抗压强度达到最大, 分别为9.0、16.6 MPa。
(3) 掺加棉秆纤维能够在脱硫石膏基复合墙体材料内部形成大量封闭微孔, 故导热系数较小, 保温性能得到提高, 且纤维掺量较少时导热系数下降较快。棉秆纤维掺量为5%时, 复合墙体材料的导热系数较低, 为0.105 W/ (m·K) 。
摘要：以棉花秸秆纤维作为脱硫石膏的增强材料, 研究不同棉花秸秆纤维掺量、碱处理浓度对脱硫石膏-棉花秸秆纤维复合墙体材料物理力学性能及保温性能的影响。结果表明, 棉花秸秆纤维掺量3%的试样强度较高, 抗折和抗压强度分别较空白样提高35.2%和7.0%。棉花秸秆纤维经碱溶液处理后, 与脱硫石膏之间胶结能力增强, 有利于提高脱硫石膏-棉花秸秆纤维复合墙体材料的物理力学性能, 采用8%碱溶液处理的试样抗折和抗压强度分别可增至9.0、16.6 MPa。掺加棉花秸秆纤维能够增加脱硫石膏基复合墙体材料孔隙率, 导热系数最低可降至0.105 W (/m.K) , 保温性能得到提高。
石膏材料 篇9
随着国家对建筑防火、保温性能要求的提高, 多孔轻质无机发泡建筑材料成为非承重墙体材料的首选[1,2,3]。在众多的多孔轻质无机发泡材料中, 发泡石膏材料具有质量轻、凝结时间快、早期强度高、不需要蒸压养护等特点, 逐渐受到建筑施工人员的青睐[4,5]。但在使用过程中, 由于发泡石膏孔隙率大、相对强度较低, 在运输、施工过程中易破损, 墙体表面处理困难[6]。针对此问题, 现在出现了复合墙体, 即利用装饰板材构建壳体, 将发泡石膏现场灌注其中凝结硬化而成, 这种墙体成型方式对发泡石膏材料和工艺提出了更高的要求[7,8]。
本文利用经高温处理的脱硫石膏, 采用物理发泡的方式制备出现浇脱硫石膏发泡轻质墙体材料, 并研究了发泡剂、稳泡剂、改性剂对其制备及性能的影响。
1 试验材料及方法
1.1试验材料与制备
1.1.1脱硫石膏
采用太原二电厂的脱硫石膏, 灰白色, 粉末状, 在175 ℃ 下煅烧2 h, 利用球磨机粉磨40 min, 过0. 1 mm筛。其主要物相组成为Ca SO4·0. 5H2O和无水石膏 ( 见图1) , 化学组成见表1。将煅烧脱硫石膏粉体加入0. 1% 的三聚磷酸钠, 制备脱硫建筑石膏粉 ( DS) , 其基本性能见表2。
1. 1. 2 发泡剂
采用自制的松香皂液[9]。将一定量的Na OH和水加入三口瓶中, 在90℃水浴中加热, 再加入一定量的松香 (松香∶氢氧化钠∶水=6∶1∶80) , 边加入边搅拌, 直至松香完全溶解, 并在90℃水浴中继续加热2.5 h, 即得松香皂液, 其密度为1.02 g/cm3。
1.1.3稳泡剂
羧甲基纤维素钠 (CMC) , 市售, 白色粉末, 内含细小絮状物。易溶于水, 形成具有一定黏度的溶液。
1.1.4缓凝剂
三聚磷酸钠, 市售, 白色粉末。
1.1.5快硬硫铝酸盐水泥
山西潞城国庆水泥厂生产的漫流河牌R·SAC42. 5 级快硬硫铝酸盐水泥, 满足GB 20472—2006《硫铝酸盐水泥》的要求。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 绝干密度的测定
按比例称取脱硫建筑石膏和缓凝剂, 按设定水膏比量取自来水, 将水、脱硫建筑石膏、添加剂按顺序倒入搅拌锅内, 迅速搅拌, 得到均匀的料浆, 然后加入制备好的泡沫继续搅拌, 以使泡沫和石膏浆混合均匀。将料浆倒入涂有矿物油的40 mm ×40 mm ×160 mm三联试模内, 用刮刀刮去溢出的料浆使模具表面平整。将试样在室温中自然养护4 h后脱模, 置于温度为40 ~ 60 ℃的干燥箱中烘干至恒重 ( m) , 用游标卡尺测量各边尺寸, 计算可得体积 ( V) 。其表观密度按 ( 1) 式计算, 取3 条试块所测结果的算术平均值为最终数据。
1. 2. 2 凝结时间的测定
按照GB /T 17669. 4—1999《建筑石膏净浆物理性能的测定》进行测定。
1. 2. 3 抗折强度和抗压强度的测定
按照GB /T 17669. 3—1999《建筑石膏力学性能的测定》进行测定。
1. 2. 4 吸水率的测试
按照JG/T 266—2011《泡沫混凝土》进行测定。
2 试验结果与分析
2. 1 CMC掺量对泡沫稳定性的影响
松香皂类发泡剂虽然具有很大的发泡能力, 但其泡沫稳定性差, 易破裂。本研究在利用松香皂液发泡时加入CMC, 使其产生的泡沫在石膏凝固之前不发生破裂。CMC掺量 ( 发泡母液的质量分数) 对泡沫量 ( 加入15 ml松香皂液搅拌) 及泡沫的半消时间的影响见表3。
CMC的掺入对发泡剂发泡性能的影响不大, 但增加了泡沫壁的韧性, 使其不易破裂, 提高了泡沫的持久性。当CMC掺量为0. 042% 时, 其泡沫的半消时间已达到59 min, 大于脱硫建筑石膏初凝时间, 可保证泡沫石膏具有足够的稳定性。本试验中选定CMC掺量为发泡母液质量的0. 04% 。
2. 2 泡沫掺量对发泡石膏性能的影响
为了研究泡沫掺量对发泡石膏性能的影响, 按不同比例将搅拌好的泡沫与300 g石膏粉料混合搅拌制作发泡石膏试样并测试其性能, 结果见表4。
由表4 可知, 随着泡沫掺量的增加, 发泡石膏的绝干质量持续降低, 而且其抗折强度和抗压强度也相应地降低, 以致当泡沫掺量达到3. 5 ml/g时, 因发泡石膏中泡沫过多, 造成坍塌而无法成型。随着泡沫掺量的增加, 发泡石膏中存在的孔状结构增多, 导致其吸水率增加, 同时也降低了其抗折强度和抗压强度。当泡沫掺量达到3. 0 ml/g时, 制得绝干密度低至308 kg /m3的现浇脱硫石膏发泡轻质材料, 其密度为不发泡时的26. 5% 。同时, 发泡石膏气孔均匀地分布在石膏料浆中 ( 如图2 所示) , 气孔闭合完整, 通孔较少, 吸水率较低, 在测试吸水率时浮于水面, 需要用重物将其压入水中。
2. 3 快硬硫铝酸盐水泥对发泡石膏强度的影响
为解决发泡石膏抗折强度和抗压强度低而影响其应用的问题, 采取掺加少量快硬硫铝酸盐水泥对其增强。为防止外加物质对发泡石膏的影响, 本研究特意选用了与石膏的凝结时间相匹配的快硬硫铝酸盐水泥。在脱硫建筑石膏中掺入不同量的快硬硫铝酸盐水泥制作发泡石膏, 养护1 d对试样的强度进行测试, 结果见表5。
由表5可知, 随着快硬硫铝酸盐水泥掺量的增加, 发泡石膏的抗折强度和抗压强度均逐渐增大。当快硬硫铝酸盐水泥掺量超过20%时, 发泡石膏的干密度和强度分别增加了13.96%和169.3%, 满足JG/T 266—2011《泡沫混凝土》中C0.3等级要求。此时现浇脱硫石膏发泡轻质墙体材料的最佳工艺为:将自制皂化松香发泡剂和稳泡剂CMC按1∶0.04%混合充分搅拌制备泡沫, 按脱硫建筑石膏粉与快硬硫铝酸盐水泥4∶1的比例混合制备粉体混合料, 然后按照泡沫掺量为3 ml/g的比例充分混合泡沫和粉体制备现浇脱硫石膏发泡轻质墙体材料。
3 结论
3. 1CMC可以改善皂化松香发泡剂的稳定性, CMC的合理掺量为0. 04% 。
3. 2 快硬硫铝酸盐水泥可以提高发泡石膏的抗压强度, 其在粉体混合料中的最佳掺量为20% 。
3. 3 通过优化配比, 可以制备满足JG / T 266—2011《泡沫混凝土》中C0. 3 等级要求的现浇脱硫石膏发泡轻质墙体材料。
参考文献
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