磷石膏基干混砂浆的研制及外加剂影响机理

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我国每年排放大量磷石膏,其二水硫酸钙含量超过90%,因杂质影响导致利用率很低,我国仅达到30%左右,亟待拓宽利用途径。磷石膏煅烧制备磷建筑石膏,凝结时短、强度较天然石膏低,难以直接应用,需掺入缓凝剂、保水剂等调控性能。外加剂种类及掺量选择是石膏建材制备的核心技术之一,不仅改善石膏浆体性能,同时严重影响石膏硬化体强度。鉴于此,文章以磷建筑石膏粉、玻化微珠、柠檬酸钠(SC)及甲基纤维素(MC)配制磷石膏基轻质抹灰石膏,分析外加剂及玻化微珠掺量对配制轻质抹灰石膏物理性能影响规律。结果表明:柠檬酸钠掺入增大抹灰石膏浆体流动度,延缓浆体凝结,保水率则先增大后减小,抗折强度先减小后增大,拉伸粘结、抗压强度变化趋势与之相反。甲基纤维素掺量增大,浆体流动度降低、凝结时间延长,保水率明显增大,硬化体抗折强度呈先减小后增大趋势变化,抗压强度变化相反,拉伸粘结强度与掺量呈正相关变化。玻化微珠轻骨料含量增大,浆体流动度减小,缩短凝结时间,保水率呈先增大后减小趋势变化,抗折、抗压均以先增大后减小趋势变化,拉伸粘结强度呈正相关增大。根据影响规律得到磷建筑石膏:玻化微珠:SC:MC=97?93:3.0?7.0:0.7?1.2:0.1?0.5,样品性能符合GB/T 28627-2012《抹灰石膏》要求。其次,以磷建筑石膏、降解聚酰胺钙盐(PE)、羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)、聚乙烯醇(PVA)为原料制备性能优良的粘结石膏,分析外加剂掺量对粘结石膏物理性能的影响规律。结果表明:PE缓凝剂掺量增大,粘结石膏凝结时间及初-终凝间隔均随之增大,低掺量提升硬化体力学强度,掺量增大则明显降低硬化强度性能。掺入纤维素醚显著提高石膏制品的拉伸粘结强度,但是掺量增大会导致样品的抗折、抗压强度降低。增大石膏中PVA掺量,浆体标稠用水量、抗折强度随逐渐减小,抗压强度则为先增大后减小,拉伸粘结强度先增大后减小。根据外加剂影响规律,优化出符合JC/T1025-2007《粘结石膏》性能要求的配比,即磷建筑石膏:PE缓凝剂:纤维素醚:PVA=100:0.05?0.20:0.05?0.20:0.10?0.50,最优配比抗折、抗压、拉伸粘结强度分别约为5.41MPa、16.80MPa、1.07MPa。最后,在此研究基础上,选择五种缓凝剂、三种保水剂,研究单掺、复掺对磷建筑石膏性能的影响,通过水化产物XRD、水化液相钙离子浓度、硬化体微观形貌、X射线光电子能谱等表征分析缓凝剂和保水剂对磷建筑石膏影响机理。结果表明:仅柠檬酸(CA)、90%CA+10%MC、SC、PE增大降低浆体流动度,其余样品流动度降低;缓凝剂延长浆体凝结时间;保水剂增大浆体保水率,并加快浆体凝结,复掺样品缓凝效果下降;外加剂降低磷建筑石膏水化硬化强度,水化残留半水相持续水化膨胀,导致其7d强度降低。PE在磷建筑石膏中缓凝效果最佳,且强度损失较小,甚至可增强石膏强度。缓凝剂效果越好,样品水化初期液相钙离子浓度越高,且随时间降低越缓慢;柠檬酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠明显改变二水石膏的晶体生长习性,晶体由长针状转变成短柱、板状,其余外加剂样品仍以针状为主,其中保水剂掺入促使不同取向针状晶体形成,改变水化产物晶体间搭接程度。八种外加剂样品XPS分析Ca2+结合能均发生偏移,表明外加剂基团与钙离子之间发生了一定程度化学反应,由于选择性吸附,改变晶体生长习性及形貌。PE通过抑制溶液中Ca2+和SO42-的成核达到缓凝目的。
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