激發(fā)劑在石膏膠凝材料中的應(yīng)用

徐月龍

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司建筑技術(shù)研究所，重慶400039）

激發(fā)劑在石膏膠凝材料中的應(yīng)用

徐月龍

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司建筑技術(shù)研究所，重慶400039）

石膏膠凝材料是以石膏為主要原料復(fù)合其他礦物摻合料用于生產(chǎn)砌塊等建筑材料的一種新型石膏資源化利用的材料。石膏膠凝材料體系通常加入適量的礦物摻合料，并且大量使用石膏產(chǎn)品，這樣以來在改善石膏膠凝材料制品性能的同時(shí)，可以大量使用工業(yè)副產(chǎn)品。但是，在沒有堿性激發(fā)劑的情況下，石膏制品的強(qiáng)度和耐久性都相對較差。該文研究總結(jié)了激發(fā)劑對石膏制品性質(zhì)的影響，重點(diǎn)總結(jié)了化學(xué)激發(fā)劑硫酸鹽和氯鹽對石膏體系的性能影響。通過研究表明，化學(xué)激發(fā)劑的適量加入可以有效地改善石膏體系制品的物理力學(xué)性能和耐久性。

石膏膠凝材料；化學(xué)激發(fā)劑；力學(xué)性能；耐久性

0 引言

石膏制品是利用天然石膏或者工業(yè)副產(chǎn)品石膏生產(chǎn)的一種節(jié)能環(huán)保的建筑材料，具有質(zhì)輕、吸噪音等良好的性能，并且在制造使用中無毒害作用，但由于石膏制品的耐水性低、遇水后其他性能變差，導(dǎo)致其只能在室內(nèi)及干燥環(huán)境中使用，這樣就很大程度上限制了石膏制品的使用范圍。為了改善石膏制品的耐水性能，并且提高石膏制品的強(qiáng)度等，研究人員發(fā)現(xiàn)，在石膏膠凝材料體系中加入適量的礦物摻合料可以顯著提高制品的物理性能，同時(shí)也使石膏制品的應(yīng)用范圍得到擴(kuò)大[1]。

礦物摻合料加入混凝土等材料中可以有效改善材料的性能，因此在建筑材料行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。所以受到啟發(fā)，人們開始研究在石膏體系中加入礦物摻合料用以提高制品的性能，得到了較好的效果。Kun Ni等[2]研究了粉煤灰和脫硫石膏膠砂的性能，結(jié)果表明，脫硫石膏摻量的增加，漿體的流動度會變小，當(dāng)脫硫石膏的摻量為20%時(shí)，試件28d的抗壓和抗折強(qiáng)度最高，并且收縮也較小；劉芳[3]等將半水石膏和黃磷爐渣使用不同的比例混合，檢測了制品的強(qiáng)度和耐水性，結(jié)果表明，石膏制品2h的抗壓、抗折強(qiáng)度隨著黃磷爐渣摻量增大而降低，將制品在水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，這時(shí)試件制品的強(qiáng)度隨著黃磷爐渣摻量增大而提高，黃磷爐渣作為摻合料可以改善石膏體系制品的耐水性能。

在此基礎(chǔ)之上，很多人研究了堿性激發(fā)劑對石膏體系制品性質(zhì)的影響，黎元良等[4]研究了堿對石膏-礦渣膠凝材料的激發(fā)作用，研究結(jié)果表明，堿性激發(fā)劑的摻量需要控制在一定比例，并不是越多越好，當(dāng)堿的摻量為0.5%時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)度和軟化系數(shù)均達(dá)到最高；Manjit Singh等[5]研究了硫酸鹽激發(fā)劑和堿性激發(fā)劑分別對石膏-礦渣體系制品的性能影響，研究結(jié)果表明，當(dāng)摻入氫氧化鈣、Na2SO4·10H2O、FeSO4·7H2O等激發(fā)劑時(shí)，石膏膠凝體系的材料吸水率會變小、抗壓強(qiáng)度會提高、同時(shí)體積穩(wěn)定性也增強(qiáng)；由此可見，化學(xué)激發(fā)劑的加入可以提高石膏膠凝材料制品的性能。

通過以上分析可知，在石膏體系中加入適量的礦物摻合料可以有效提高石膏制品的產(chǎn)品性能和質(zhì)量，但是引入激發(fā)劑之后，可以使石膏制品的性能更加優(yōu)異。因此，本文在此基礎(chǔ)之上研究了不同化學(xué)激發(fā)劑對石膏體系的影響，并且研究了摻量、激發(fā)劑的種類等因素對石膏制品力學(xué)性能和耐久性的影響。

1 激發(fā)劑對石膏膠凝材料力學(xué)性能的影響

脫硫石膏的主要成分是CaSO4·2H2O，自身不具有膠凝性，礦渣粉是粒化高爐鋼鐵工業(yè)的工業(yè)副產(chǎn)物，其本生是具有潛在活性的；研究結(jié)果表明[6-10]，石膏是可以激發(fā)粒化高爐礦渣粉的內(nèi)在活性的，但是效果不顯著，在化學(xué)激發(fā)劑的作用下效果更顯著。

1.1 KAl（SO4）2·12H2O對石膏體系材料力學(xué)性能的影響

圖1 KAl（SO4）2·12H2O摻量對材料抗壓強(qiáng)度的影響

圖2 養(yǎng)護(hù)方式對材料抗壓強(qiáng)度的影響

從圖1可以看出，隨著KAl（SO4）2·12H2O摻量的提高，試件的抗壓強(qiáng)度明顯提高，在各個(gè)齡期，抗壓強(qiáng)度均比未摻激發(fā)劑的組別高，但是隨著齡期的增長，可以看出，強(qiáng)度的提高會隨著KAl（SO4）2·12H2O摻量的提高逐漸趨于穩(wěn)定，并且在7d齡期時(shí)強(qiáng)度出現(xiàn)下降的趨勢，因此可以看出，KAl（SO4）2·12H2O的摻量控制在1.0%左右是最好的。從養(yǎng)護(hù)方式上看，潮濕的環(huán)境對試件強(qiáng)度的提高不利，試件的強(qiáng)度出現(xiàn)先增加后降低的趨勢主要是因?yàn)镵Al（SO4）2·12H2O的加入，使得溶液中鋁離子和硫酸根離子的含量增加，這對鈣礬石的形成十分有利，當(dāng)摻量過多時(shí)會產(chǎn)生結(jié)晶壓力，強(qiáng)度會下降。

圖3 試樣在28d齡期時(shí)的XRD圖譜

從圖3可以看出，石膏膠凝體系中主要的水化產(chǎn)物是鈣礬石和二水石膏，由此可見在28d齡期時(shí)，在XRD圖譜上沒有Ca（OH）2的特征峰，這說明礦渣粉水化消耗了Ca（OH）2。

1.2 Al2（SO4）3·18H2O對石膏體系材料力學(xué)性能的影響

圖4 Al2（SO4）3·18H2O摻量對材料抗壓強(qiáng)度的影響

圖5 養(yǎng)護(hù)方式對材料抗壓強(qiáng)度的影響

從圖4可以看出，石膏膠凝體系的材料抗壓強(qiáng)度隨著Al2（SO4）3·18H2O摻量的提高先出現(xiàn)增大而后降低，這說明Al2（SO4）3·18H2O摻量過多，會對體系的強(qiáng)度產(chǎn)生不利的影響，通過實(shí)驗(yàn)表明，摻量為1.0%時(shí)，抗壓強(qiáng)度值最高，并且可以看出，激發(fā)劑對試件早期的強(qiáng)度影響較大，對后期強(qiáng)度的影響較小。從養(yǎng)護(hù)方式對強(qiáng)度的影響上看，潮濕環(huán)境依舊對石膏制品強(qiáng)度有著不利的影響。

圖6 摻有Al2（SO4）3·18H2O的試樣在28d水化齡期的XRD圖譜

由圖6的水化產(chǎn)物分析可知，摻入Al2（SO4）3·18H2O激發(fā)劑對鈣礬石的生成具有較大的促進(jìn)作用，并且加速了礦渣的水化，使鈣礬石的生成量增加，鈣礬石衍射峰因此增強(qiáng)。

2 激發(fā)劑對石膏體系材料的耐久性的影響

2.1 KAl（SO4）2·12H2O對石膏體系材料耐久性的影響

從圖7可以看出，當(dāng)1.0%的KAl（SO4）2·12H2O摻入可以抑制石膏材料體系的體積膨脹，特別是在早期抑制作用十分明顯，但是隨著齡期的增長，這種抑制作用逐漸趨于穩(wěn)定；從吸水率來看，摻有激發(fā)劑的試件吸水率明顯低于空白組，但是摻有1.5%的KAl（SO4）2·12H2O的組別吸水率略高于摻量為1.0%的，由此可以看出選擇KAl（SO4）2·12H2O作為激發(fā)劑時(shí)，摻量為1.0%是最合適的，這是由于摻入KAl（SO4）2·12H2O后，試樣在早期水化生成了較多的鈣礬石，試件體積膨脹。

圖7 KAl（SO4）2·12H2O摻量對材料體積膨脹的影響

圖8 KAl（SO4）2·12H2O摻量對吸水率的影響

2.2 Al2（SO4）3·18H2O對石膏體系材料耐久性的影響

從圖9可以看出，Al2（SO4）3·18H2O可以很好的抑制石膏制品的體積膨脹，而且時(shí)間在較短的時(shí)間內(nèi)體積膨脹可以趨于穩(wěn)定，這樣對試件后期的穩(wěn)定性十分有利；從圖10可以看出，摻有Al2（SO4）3·18H2O的石膏制品在早期的吸水率是十分迅速的，但是在短期內(nèi)吸水率就會達(dá)到平衡。

圖9 Al2（SO4）3·18H2O摻量對材料體積膨脹的影響

圖10 Al2（SO4）3·18H2O摻量對材料吸水率的影響

3 結(jié)束語

本文主要研究了使用化學(xué)激發(fā)劑KAl（SO4）2·12H2O和Al2（SO4）3·18H2O對石膏體系制品力學(xué)性能和耐久性的影響，通過研究表明，加入這兩種化學(xué)激發(fā)劑以后，石膏體系制品的力學(xué)性能會有顯著提高。適量加入KAl（SO4）2·12H2O和Al2（SO4）3· 18H2O可以提高制品的長期穩(wěn)定性，這對石膏制品的耐久性有較大的影響，但是化學(xué)激發(fā)劑的摻量需要控制在一定的范圍內(nèi)，否則會起到相反的作用。因此，研究化學(xué)激發(fā)劑對石膏體系的影響還有待深入研究，這對工業(yè)副產(chǎn)品脫硫石膏的資源化利用有積極的作用。

[1]陳燕，岳文海，董若蘭.石膏建筑材料[M].北京:中國建材工業(yè)出版社，2003.

[2]ShiyunZhong，Kun Ni，Jinmei Li.Properties of mortars made by uncalcined FGD gypsum-fly ash-ground granulated blast furnace slag composite binder[J].Waste Management，2012（32）:1468-1472.

[3]劉芳，吳建華，王沖.黃磷爐渣-磷石膏復(fù)合膠凝材料性能研究[J].材料導(dǎo)報(bào)，2007，21（5A）:510-512.

[4]黎良元，石宗利，艾永平.石膏-礦渣膠凝材料的堿性激發(fā)作用[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2008，36（3）:405-410.

[5]Manjit Singh，MriduiGarg.ACTIVATION OF GYPSUM ANHYDRITE-SLAG MIXTURES[J].Cement and Concrete Research，1995，25（2）:332-338.

[6]李立坤，唐修仁.堿-礦渣膠凝材料水化機(jī)理及動力學(xué)特征[J].硅酸鹽通報(bào)，1994，13（3）:49-52.

[7]董風(fēng)芝，劉家弟.脫硫石膏粉煤灰膠結(jié)材研究[J].非金屬礦，2005，28（4）:34-35.

[8]袁瑞章，高瓊英，歐陽世翕.礦渣結(jié)構(gòu)與水硬性活性及其激發(fā)機(jī)理[J].武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1987，3:297-303.

[9]王峰，張耀君，宋強(qiáng)，等. NaOH堿激發(fā)礦渣地質(zhì)聚合物的研究[J].非金屬礦，2008，31（3）:9-11.

[10]何廷樹，李毅，張偉，等.石膏種類對礦渣的助磨效果及其性能的影響[J].非金屬礦，2011，34（3）:51-54.

責(zé)任編輯：孫蘇

Research of Activator in Gypsum Cementitious Material

Gypsum cementitious materialis a new gelled materialproduced with mostgypsum materialand other mineraladmixtures to produce building materials like building blocks.The adding of proper mineraladmixtures into gypsum cementitious material can improve material performance and use plenty of industrialby-product as well.However,the strength and durability of gypsum products are relatively poor in the absence of alkaline activator. The impactof activator on the properties ofgypsum products are summarized,especially the impacts ofchemicalactivators like sulfate and chlorine salt on the properties.The study shows that proper amount of chemical activator can effectively improve the physical and mechanical properties as well as durability of gypsum products.

gypsum cementitious materials；chemicalactivator；mechanicalproperties；durability

TU522

A

1671-9107（2014）10-0050-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.10.050

2014-07-22

徐月龍（1986-），男，吉林省吉林人，研究生，助理工程師，從事綠色建筑和綠色建筑材料研究。