復合膠凝材料的物理力學性能實驗分析

宋世軍

（信陽職業技術學院 河南 信陽 464000）

1 引言

隨著我國社會的發展，使用膠凝材料的范圍越來越廣。膠凝材料就是一種能夠把漿液的物體變成固體狀態的物質，并且可以通過對不同的膠凝材料進行混合，形成強度更強的復合固體物質[1]。由于無機復合膠凝材料的物理和化學特性不同，會產生有機復合膠凝和無機復合膠凝這兩種材料，無機復合膠凝材料由于物理和硬化環境條件的不同，無機膠凝材料在不同環境下會產生不同的物理性質，其中物理性質最強的就是高溫煅燒石膏膠凝材料[2]。石膏經過脫硫煅燒得到膠凝性能較強的膠凝材料，在這種膠凝材料中加入礦渣和激發劑等材料，成為性能更好的復合膠凝材料。本文中的復合膠凝材料以脫硫石膏復合凝膠材料為主，研究復合膠凝材料的物理力學性能。

2 材料和方法

2.1 實驗原材料

以脫硫石膏為主要材料，分別選取水膠比、水泥和粉煤灰3種材料，選取符合國家標準質量的生石灰、礦粉以及硅灰等材料摻入到脫硫石膏中，把甲基硅酸鈉和聚乙烯醇等材料混合形成改性外加劑。分析建筑脫硫石膏的性能指標，見表1；分析水泥的性能指標，見表2；分析粉煤灰的性能指標，見表3。

表1 建筑脫硫石膏的性能指標

表2 普通硅酸鹽水泥的性能指標

表3 粉煤灰的性能指標

通過對脫硫石膏、普通硅酸鹽水泥和粉煤灰的性能進行分析，確定3種材料性能的穩定性，在材料性能一定的基礎上通過添加不同比例的材料，測試復合膠凝材料的物理力學性能。

2.2 實驗配比

前期通過查找大量的文獻資料，進行實驗配比參考。在本次實驗中，分別取4%的生石灰、2%的礦粉以及0.8%的硅灰，依次摻入到膠凝材料中，取膠凝材料6%的摻量加入由甲基硅酸鈉和聚乙烯醇等材料混合形成改性外加劑，將水泥設置為9%～35%的變化因素和范圍、粉煤灰設置為15%～35%的變化因素和范圍以及水膠比設置為0.4～1的變化因素和范圍。分別設置對照組進行實驗，對膠凝材料中水泥、粉煤灰和水膠比不同摻量進行實驗配比分析，分別見表4、表5。

表4 脫硫石膏復合膠凝材料水泥摻量實驗配比 單位：%

表5 脫硫石膏復合膠凝材料粉煤灰摻量實驗配比 單位：%

分別設置不同比列的水泥、粉煤灰以及水膠比的摻量，在進行這3種膠凝材料摻量的配比時，要保證脫硫石膏中其他膠凝材料的摻量不變，進行其中一種對照實驗中，確保其他兩種材料的摻量也保持不變，分別配比3組不同材料占比的脫硫石膏復合膠凝材料，給3種膠凝材料分別設置3組對照組。測試同種材料摻入不同量，得到復合膠凝材料的物理力學性質也會不一樣。

2.3 實驗方法

在測試復合膠凝材料抗壓強度的時候，可以根據混凝土砌塊和磚的實驗方法來實施，在測試過程中需要對膠凝材料制成的試件進行養護，其中蒸汽養護可以得到更好的膠凝材料，本研究選取其中的蒸汽養護促進試件成型。

3 實驗結果分析

3.1 水泥摻量對抗壓強度的影響

通過測試不同摻量的水泥對脫硫石膏復合材料的物理力學性能的影響，了解到不同摻量的水泥對復合膠凝材料的抗壓程度有不同的影響。

不同含量的水泥參數，對復合膠凝材料反映出來的物理力學性能不同。當水泥含量的參數為16%時，我們可以從圖中看出脫硫石膏復合膠凝材料的抗壓強度在9 Pa左右可以達到，當脫硫石膏復合膠凝材料的抗壓強度在15 Pa左右時，水泥含量持續上升，當增加水泥的成本達到一定限額時，發現水泥在脫硫石膏中占有32%的含量，其脫硫石膏復合膠凝材料的抗壓程度可以達到17 Pa左右。水泥摻量對復合膠凝材料有正向影響，在復合膠凝材料中適當添加水泥摻量有利于增強復合膠凝材料的抗壓能力。

3.2 粉煤灰摻量對抗壓強度的影響

通過測試不同摻量的粉煤灰對脫硫石膏復合膠凝材料的物理力學性能的影響，了解到粉煤灰摻量的不同影響膠凝材料的抗壓程度，見圖1。

圖1 不同粉煤灰摻量的復合膠凝材料抗壓強度

由圖1可知，當粉煤灰的含量在4%～8%，可以看出曲線傾斜角度較大，根據計算得到復合膠凝材料抗壓強度的平均值為19 Pa；當粉煤灰含量在8%～33%，圖中的曲線相對比較平緩，且兩點之間的差值為15 Pa左右。根據計算得到在粉煤灰含量在8%～33%時，平均的抗壓強度在15 Pa左右。當煤灰含量在33%～40%，曲線急速下降，且兩點之間的差值可以達到6 Pa，差值達到最大。所以，在復合膠凝材料中摻入適量的粉煤灰有利于增強復合膠凝材料的抗壓能力。

3.3 水膠比對抗壓強度的影響

由于不同水膠比的含量，嚴重影響著脫硫石膏復合膠凝材料的物理力學性能，根據對比不同摻量的水膠比影響膠凝材料的抗壓程度可得圖2。

圖2 不同水膠比摻量的復合膠凝材料抗壓強度

由圖2可知，隨著水膠比摻量的不斷提高，脫硫石膏復合凝膠材料的耐熱和抗壓性能也會不斷得到改善，當水膠比含量在0.6%時，脫硫石膏復合膠凝材料的抗壓性能將保持在9 Pa左右；當水膠比含量在0.6%～0.8%，圖中曲線的傾斜角度最大，根據計算得到兩端含量點之間的差值為7 Pa；當水膠比含量在0.8%時，脫硫石膏復合膠凝材料的抗壓能力在17 Pa左右，從圖中的曲線可以明顯看出，抗壓曲線呈上升趨勢。水膠比摻量對脫硫石膏復合膠凝材料具有正向影響，在復合膠凝材料中適當添加水膠比摻量有利于增強復合膠凝材料的抗壓性。

4 結果討論

通過上面的實驗可知，在脫硫石膏膠凝材料中增加硅酸鹽水泥可以提高復合膠凝材料的抗壓性能，其能改變復合膠凝材料的物理力學性能，由于對成本的考慮，建議合成復合膠凝材料中的水泥摻量為25%，有利于在保證成本的條件下，其抗壓能力效果較好[3]。在實驗中發現，粉煤灰的摻量與脫硫石膏膠凝材料的抗壓性能成反比，粉煤灰對脫硫石膏膠凝材料中的吸水率產生一定的影響，所以需要根據吸水率來決定粉煤灰摻量，經過反復實驗得到最合適的粉煤灰摻量，其摻量為20%。復合膠凝材料中的水膠比對抗壓性有一定正向影響，但是水膠比的摻量也會影響到脫硫石膏復合膠凝材料的干容重，水膠比對脫硫石膏膠凝材料有負向影響，每當水膠比摻量增加0.1%，干容重平均大概下降10 kg/m3，所以考慮水膠比對干容重的影響，選取適量的水膠比摻量極為重要，建議選取0.6%的水膠比摻量最為合適。通過對上述實驗的測試，本文找到脫硫石膏復合膠凝材料的最優物理力學性能，在脫硫石膏中加入25%的水泥、20%的粉煤灰和0.6%的水膠比，把礦粉、硅灰和生石灰的摻量分別設為2%、0.8%和4%，還需要加入6%的添加劑，這個時候的脫硫石膏復合膠凝性能最好。

5 結語

本文發現在脫硫石膏中摻入不同比例的材料對復合膠凝材料的物理力學性能有一定的影響，在脫硫石膏中摻入合適的材料以及材料用量，會增強復合膠凝材料的性能。本文只涉及脫硫石膏復合膠凝材料的實驗分析，沒有對其他類型的復合膠凝材料進行分析，希望在下次實驗中拓展對復合膠凝材料的研究范圍。