緩凝劑對脫硫建筑石膏性能影響的研究

（鎮江建科建設科技有限公司，江蘇 鎮江 212100）

隨著石膏基材料在我國的建筑生產中的大量應用，建筑石膏原料凝結時間過快的問題突顯出來，一般脫硫石膏的凝結時間在 3～10min 以內，無法滿足現場施工的要求。同時，現場施工對石膏的保水性、觸變性等有著不同的要求，因此，各種建筑化學外加劑的使用，對材料本身應用的優化有著不可替代的作用。

常用的建筑化學外加劑一般有緩凝劑、增稠劑、觸變潤滑劑、減水劑這四種。除緩凝劑外，其余三種主要是通過改變石膏體系的用水量來提高其施工性，對石膏的強度影響較小，而緩凝劑對石膏的凝結時間和力學性能影響極大，因此，本文選擇不同種類的緩凝劑，通過摻量試驗，來研究其應用方式和緩凝機理。

1 緩凝劑原材料的選擇

本文所用的脫硫建筑石膏為前期試驗所得最佳值，即在煅燒溫度為 180℃、煅燒時間為 3h、陳化時間為10d 情況下，制備而成的脫硫建筑石膏。

樣品的基本性能指標見表 1，滿足國家現行標準GB/T 9776—2008《建筑石膏》中 3.0 的要求。

表1 樣品的基本力學性能指標

2 緩凝劑的影響

2.1 緩凝劑的選擇

根據市場調研，現階段緩凝劑的品種較多，主要包含：蛋白類、酒石酸及其鹽類、糖類、有機膦類等，本研究選擇其中較為常見且性價比較高的檸檬酸（CA）、SG-12、葡萄糖酸鈉和六偏磷酸鈉（SHMP）這四種常用的石膏緩凝劑，其性狀如表 2 所示。

表2 緩凝劑性狀

2.2 試驗方法

為了研究緩凝劑對脫硫建筑石膏性能的影響，選取每種緩凝劑的摻量分別為石膏樣品重量的 0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%，測定緩凝劑種類及摻量對脫硫建筑石膏凝結時間、力學性能及微觀形貌的影響，從而確定最佳的緩凝劑種類和用量。

2.3 不同緩凝劑用量對緩凝時間的影響

摻雜不同緩凝劑后的樣品初終凝時間見表 3 和圖1。由圖表可知，隨著緩凝劑用量的增加，四種緩凝劑對樣品的緩凝效果均呈現增加的趨勢，其中，SG-12 對樣品的緩凝效果最佳，CA 略差，二者的緩凝效果遠遠優于葡鈉和 SHMP。緩凝效果順序為：SG-12＞CA＞SHMP＞葡鈉。

由圖 1 可以看出，CA 和 SG-12 在小摻量情況下，即 0.05%～0.1%，就能產生很強的緩凝效果，而葡鈉和SHMP 直到 0.25% 摻量時，尚未達到一個良好的緩凝效果。

2.4 不同緩凝劑用量對力學性能的影響

緩凝劑的加入延長了樣品的初、終凝時間，但是也會對樣品的力學性能帶來負面影響，因此，需要平衡樣品的初、終凝時間和力學性能，使得可操作時間和強度均能滿足標準和現場施工要求。按照試驗目的做了抗折抗壓試驗，試驗結果如表 4 和圖 2 所示。

表3 不同緩凝劑對初凝時間的影響

圖1 不同緩凝劑對樣品初、終凝時間的影響

由表 4 和圖 2 可知，隨著緩凝劑用量的增加，四個樣品的抗折抗壓強度均呈現下降的趨勢。其中，SG-12的強度損失最低，CA 和葡鈉次之，強度損失最大的是SHMP。

因此，綜合來看，蛋白類的 SG-12 力學性能損失最少，緩凝效果最佳，是一種適宜的高性能石膏緩凝劑。

2.5 強度損失機理

根據表 4 作力學性能損失率圖，見圖 3。

表4 不同緩凝劑對樣品強度的影響

圖2 不同緩凝劑對樣品力學性能的影響

一般來說，緩凝劑的摻量和強度損失率并非呈現正比關系，而是存在一個臨界值。當該種緩凝劑的摻量達到一定數值時，其強度損失率快速增長。由表 4 可以看出，對于抗折強度，當 SHMP 和葡鈉的摻量達到 0.05%時，石膏的強度損失就已經達到 15.58% 和 10.65%，當摻量達到 0.25% 時，其強度損失已經高達 55.32% 和52.47%；其余兩組緩凝劑，在低摻量時，強度損失和SHMP 相差不大，隨著摻量的增加，其強度損失增長率相對 SHMP 和葡鈉較小。這說明對于抗折強度，糖類的葡萄糖酸鈉和無機鹽類的六偏磷酸鈉對其影響較大。對于抗壓強度，除蛋白類的 SG-12，其余三種緩凝劑在摻量超過 0.05% 之后，其強度損失增長率都極高，在0.25% 摻量時，分別達到 46.57%（CA）、50.87%（葡鈉）以及 53.16%（SHMP），而同摻量下的 SG-12，其強度損失只有 17.40%。

圖3 不同緩凝劑作用下樣品力學性能損失率

2.5.1 SEM 晶型分析

通過 SEM 對晶型的檢測，得出了不同緩凝劑下不同含量下的石膏 SEM 晶型組圖，經過對多張 SEM 晶型圖的分析發現 10μm 下的石膏晶型圖變化差異最直觀可見最易分析，因此本次試驗選取 10μm 級下的 SEM圖。按照兩種分析方法對不同緩凝劑下不同含量下的石膏 SEM 晶型圖進行分析比較，最終得出相應結論。兩種分析方法如下：

（1）對同種緩凝劑不同摻量下的石膏 SEM 晶型圖進行分析對比。本次對比方法分別按加入不同摻量（0%、0.05%、0.15%、0.25%）的 CA、SG-12、葡鈉和 SHMP，做出 4 組對比組圖，見圖 4～7。

圖4 不同摻量 CA 緩凝劑石膏樣本的 SEM 圖

圖5 不同摻量 SG-12 緩凝劑石膏樣本的 SEM 圖

圖6 不同摻量葡鈉緩凝劑石膏樣本的 SEM 圖

圖7 不同摻量 SHMP 緩凝劑石膏樣本的 SEM 圖

由圖 4～7 晶型對比圖可以看出，未加入緩凝劑的石膏樣本晶型多為針狀且細長，少量為板狀，晶體之間橋連緊密，總體呈現出晶體連接緊密形狀細長的狀態。加入四種緩凝劑后的石膏樣本晶型多為短小體態，同時隨著加入緩凝劑含量的增多，晶體產生粗化和連接松散現象，且粗化程度、連接松散程度和加入緩凝劑含量多少成正比關系，總體呈現出晶體短小粗化且晶體之間連接稀疏松散、間隙較大的狀態。將此 SEM 對比的結果和之前的四種緩凝劑強度試驗測試結果做比較，進一步驗證了之前強度測試得出的隨緩凝劑含量的增加石膏強度不斷降低結論具有可靠性。

（2）對四種不同緩凝劑在 0.05%、0.15%、0.25%摻量下石膏的 SEM 晶型圖進行分析對比。

通過對圖 4～7 b)、c)、d) 組的分析，可以發現摻入SG-12 緩凝劑的晶型圖在 0.05%、0.15%、0.25% 摻量下的晶體之間間隙最小、橋連點最多，晶體較未添加緩凝劑晶體樣本形狀的變形程度最小、緊密度最高。同時通過圖可見在 0.05%、0.15% 的摻量下 SG-12 石膏晶體的緊密程度較其他摻量相對較高，晶體之間的連接點較多，晶體之間的空隙較小。綜合之前試驗和生產需要綜合考慮，選擇摻量 0.15% 的 SG-12 添加劑作為最佳緩凝劑具有可靠性。

3 結語

通過本文的試驗分析得出：

（1）蛋白類的 SG-12 緩凝劑對石膏緩凝時間的影響最顯著，四種緩凝劑的緩凝效果順序為：SG-12＞CA＞SHMP＞葡鈉。

（2）隨著緩凝劑用量的增加，四種緩凝劑的抗折抗壓強度均呈現下降的趨勢。其中，對抗折強度來說，SG-12 的強度損失最低，CA 和葡鈉次之，強度損失最大的是 SHMP；對抗壓強度來說，SG-12 的強度損失也是最低，CA 和葡鈉次之，強度損失最大的是 SHMP。因此，綜合來看，蛋白類的 SG-12 力學性能損失最小。

（3）綜合以上試驗結論再配合SEM斷面分析，得出摻量在 0.15% 的 SG-12 緩凝劑為最佳緩凝劑選擇。

（4）在工廠的實際生產過程中，可以參考本文所得最優緩凝劑和緩凝劑的最佳摻量進行添加，以達到最優的生產效果。