不同外加剂匹配对建筑石膏－粉煤灰胶凝体系的影响*

刘俊龙

(浙江建设职业技术学院建筑工程系，杭州310000)

石膏由于自身的环保、节能等特点，被认为是21世纪的绿色建材。发达国家石膏的80%用于建筑制品，水泥工业用量相对较少，我国石膏多用于水泥缓凝剂，随着我国经济建设的发展，石膏的消费结构也将不断发生变化，其改性激发研究符合了我国的基本国策，也顺应了世界科技发展的潮流和我国科技发展的中长期规划[1][2]。建筑石膏作为石膏建材中的主要产品之一，是二水石膏在一定的温度下脱水并磨细而制成的，其主要的成分为β－半水石膏，还含有少量的二水石膏和β－Ш型无水石膏。β－半水石膏是二水石膏在120℃ ～180℃的非饱和蒸汽介质中脱水而成的[3][4]。不同外加剂的匹配能产生不同的影响，使建筑石膏胶凝材料体系的各种性能发生一些变化。本文通过几种不同激发剂与不同缓凝剂的配比组合，研究其对建筑石膏胶凝材料的各种性能的影响。

1 试验

1.1 试验原材料

建筑石膏:产地应城，性能参照 GB9776－88《建筑石膏》测定，标准稠度用水量为61%，初凝时间8min、终凝时间12min，0.08mm 筛筛余为6.79%，比表面积为483m2/kg。

粉煤灰:辉虹牌Ⅱ级粉煤灰，武汉青源电力集团干灰公司生产，比表面积为479m2/kg，化学成分及物理参数见表1。

水泥:P·O52.5硅酸盐水泥，比表面积为330m2/kg，化学成分及物理参数见表1。

表1 矿物掺合料化学成分及物理参数 /%

1.2 试验配方

如表2所示，设置不同外加剂匹配条件。

表2 试验配合比 /%

1.3 测试方法

建筑石膏胶凝材料流动度的测定方法参照GB9776－88《建筑石膏》标准执行，所使用筒体的规格为:(50±0.1)mm，高(100 ±0.1)mm，铜质。力学性能的测定参照GB9776－88《建筑石膏》标准执行，将相应配比的胶凝材料加水拌合后制成40mm×40mm×160mm的试件，在(20±2)℃的温度下自然养护，测试试件的3d、28d抗压、抗折强度。X射线衍射分析用来鉴定不同石膏胶凝材料试样的水化产物，采用日本产D/MAX－Ⅲ型X－ray衍射仪进行测试。

2 试验结果分析

2.1 强度分析

图1 不同激发剂/缓凝剂复掺对建筑石膏3d、28d抗压强度的影响

图2 不同激发剂/缓凝剂复掺对建筑石膏3d、28d抗折强度的影响

图1、2分别为表2中矿物掺合料与不同缓凝剂相复合的配比组分对建筑石膏的3d、28d抗压和抗折强度影响图。两图均分为四区，每区均为同种缓凝剂与不同的激发剂组分复掺，Ⅰ区为多聚磷酸钠，Ⅱ区为葡萄糖酸钠，Ⅲ区为柠檬酸，Ⅳ为木质磺酸钠。由图1、2可以看出，总体上掺蛋白质类GJ缓凝剂组分的28d抗压强度为最大，该种体系中最大强度组分的11#配比，其28d的抗压、抗折强度分别的达到了8.0MPa和1.80MPa左右，最小的则分别达到了 5.90MPa和1.4 0MPa左右;在28d抗压、抗折强度中，掺有多聚磷酸钠和柠檬酸的胶凝材料体系，其强度随着激发剂的加入而增加，有激发剂加入的石膏－粉煤灰胶凝材料体系的28d抗压、抗折最大;而葡萄糖酸钠和木质磺酸钠2种缓凝剂加入的体系，激发剂的加入则会使体系28d的抗压抗折强度有所降低，该2种体系中，未加激发剂的粉煤灰单掺体系28d的强度比掺加激发剂的大。在3d的抗压强度中，掺加多聚磷酸钠和木质磺酸钠两种缓凝剂体系的强度随激发剂的加入而减小，掺其他2种缓凝剂的体系其强度随着激发剂和水泥的加入变化不大;在3d的抗折强度中，除了掺柠檬酸的胶凝体系之外，其他3种体系的强度随着不同矿物掺合料的加入而减小。在有激发剂加入的4种体系中，掺木质磺酸钠的体系其28d的抗压强度为最大，而掺葡萄糖酸钠的28d抗压、抗折强度则为最小。

2.2 流动度分析

图3 不同激发剂/缓凝剂复掺对建筑石膏流动度的影响

图3 为表2中矿物掺合料与不同缓凝剂相复合的配比组分对建筑石膏流动度的影响图。由图3可以看出，在多聚磷酸钠和柠檬酸2种缓凝剂掺加的体系中，激发剂的加入均能够增加胶凝材料的流动度;而在葡萄糖酸钠掺加的体系中，激发剂加入却使体系的流动度减小，即在激发剂和葡萄糖酸钠复合掺加的情况下，对流动度起的是负作用;在木质磺酸钠掺入的体系中，激发剂的加入，对体系的流动度几乎的没有影响。在无激发剂掺加的粉煤灰单掺体系中，流动度最大的为掺葡萄糖酸钠体系，其4#配比组分的流动度达到了近250mm，最小的为掺木质磺酸钠体系，其流动度尚未超100mm;在有激发剂掺加的粉煤灰单掺和粉煤灰－水泥复掺2种体系中，流动度大小的顺序为:掺多聚磷酸钠体系＞掺柠檬酸体系＞掺葡萄糖酸钠体系＞掺木质磺酸钠体系。由图中可以看出，掺木质磺酸钠缓凝剂体系的3种组分配比中，所有的配比胶凝材料流动度均未超过100mm，萘系与木质磺酸钠复配效应不佳。

2.3 XRD 分析

图4 不同建筑石膏－粉煤灰胶凝材料体系XRD分析

图4 (a)、(b)两图为表2中几种配比组分水化试样不同龄期的XRD图。由(a)图可以看出，3#配比28d水化试样中除了二水石膏峰之外，难以见着钙矾石峰，更见不到Ca(OH)2峰，证明了该配比组分28d龄期时粉煤灰几乎的未发生激发反应;而4#和7#配比组分28d水化试样中则能看见微弱的钙矾石(Aft)峰和强烈的Ca(OH)2峰[5]，说明了在该2种不同缓凝剂掺入的体系中，在激发剂掺入的情况下，28d龄期时，粉煤灰发生了水化反应;7#配比组分的3d水化试样的也未发现钙矾石峰，但其Ca(OH)2峰却比28d水化试样的要强烈的多，说明了在葡萄糖酸钠掺入体系中，在仅有激发剂掺入激发的情况下，3d龄期时粉煤灰同样的未发生水化，而28d龄期时激发剂促进了粉煤灰的水化反应。由(b)图可以看出，在多聚磷酸钠、葡萄糖酸钠和柠檬酸3种缓凝剂掺入的体系中，激发剂掺入的粉煤灰－水泥复掺配比组分2#、5#、8#的28d水化试样中能够看见很明显的钙矾石峰，且其峰强度要强于同种缓凝剂掺入的有激发剂的粉煤灰单掺配比组分。而在2#、5#、8#3种配比组分中，2#配比组分试样28d的钙矾石峰要强于5#和8#配比的同龄期试样，这说明了2#配比组分中粉煤灰被激发的水化反应程度更强烈些。同样的，8#配比试样3d龄期的Ca(OH)2峰要强于28d龄期的试样，在水泥存在的情况下，掺葡萄糖酸钠体系里，激发剂同样产生作用。

3 结论

(1)在不同缓凝剂－矿物掺合料的建筑石膏－粉煤灰胶凝材料体系中，总体上掺木质磺酸钠体系的28d强度最大。掺多聚磷酸钠和柠檬酸2种缓凝剂的体系，其28d强度随着一定量激发剂的作用而增加，而葡萄糖酸钠和木质磺酸钠两种缓凝剂的体系，其强度则随着一定量激发剂的加入而降低。

(2)激发剂对掺多聚磷酸钠和柠檬酸2种缓凝剂体系的流动度具有延长效应，而对掺葡萄糖酸钠体系的流动度则具有减弱作用。水泥的加入，对柠檬酸体系的流动度具有增加作用，而对葡萄糖酸钠体系的则影响不大。

(3)激发剂与缓凝剂的复掺对建筑石膏胶凝材料体系强度的影响与体系中二水石膏晶体形状以及粉煤灰的激发效果有关。体系中二水石膏晶体晶粒形状与Ca(OH)2晶体形状越接近，则激发剂对体系强度的负作用越小，激发剂对粉煤灰的激发效果越强，则对体系强度的增强作用越大。

[1]尹连庆等.脱硫石膏品质影响因素及其资源化利用[J].电力环境保护，2008，24(01):28 －30.

[2]位建强，刘巧玲等.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(04):9－12.

[3]郭泰民.工业副产石膏应用技术[M].北京:中国建材工业出版社，2010:1－140.

[4]吴敏，施惠生.钢渣及脱硫石膏－粉煤灰复合胶凝材料的改性研究[J].水泥.2008，(7):l－6.

[5]向才旺.建筑石膏及其制品[M].北京:中国建材工业出版社.1998，(9):1－112.