复合胶凝材料的物理力学性能实验分析

宋世军

（信阳职业技术学院 河南 信阳 464000）

1 引言

随着我国社会的发展，使用胶凝材料的范围越来越广。胶凝材料就是一种能够把浆液的物体变成固体状态的物质，并且可以通过对不同的胶凝材料进行混合，形成强度更强的复合固体物质[1]。由于无机复合胶凝材料的物理和化学特性不同，会产生有机复合胶凝和无机复合胶凝这两种材料，无机复合胶凝材料由于物理和硬化环境条件的不同，无机胶凝材料在不同环境下会产生不同的物理性质，其中物理性质最强的就是高温煅烧石膏胶凝材料[2]。石膏经过脱硫煅烧得到胶凝性能较强的胶凝材料，在这种胶凝材料中加入矿渣和激发剂等材料，成为性能更好的复合胶凝材料。本文中的复合胶凝材料以脱硫石膏复合凝胶材料为主，研究复合胶凝材料的物理力学性能。

2 材料和方法

2.1 实验原材料

以脱硫石膏为主要材料，分别选取水胶比、水泥和粉煤灰3种材料，选取符合国家标准质量的生石灰、矿粉以及硅灰等材料掺入到脱硫石膏中，把甲基硅酸钠和聚乙烯醇等材料混合形成改性外加剂。分析建筑脱硫石膏的性能指标，见表1；分析水泥的性能指标，见表2；分析粉煤灰的性能指标，见表3。

表1 建筑脱硫石膏的性能指标

表2 普通硅酸盐水泥的性能指标

表3 粉煤灰的性能指标

通过对脱硫石膏、普通硅酸盐水泥和粉煤灰的性能进行分析，确定3种材料性能的稳定性，在材料性能一定的基础上通过添加不同比例的材料，测试复合胶凝材料的物理力学性能。

2.2 实验配比

前期通过查找大量的文献资料，进行实验配比参考。在本次实验中，分别取4%的生石灰、2%的矿粉以及0.8%的硅灰，依次掺入到胶凝材料中，取胶凝材料6%的掺量加入由甲基硅酸钠和聚乙烯醇等材料混合形成改性外加剂，将水泥设置为9%～35%的变化因素和范围、粉煤灰设置为15%～35%的变化因素和范围以及水胶比设置为0.4～1的变化因素和范围。分别设置对照组进行实验，对胶凝材料中水泥、粉煤灰和水胶比不同掺量进行实验配比分析，分别见表4、表5。

表4 脱硫石膏复合胶凝材料水泥掺量实验配比 单位：%

表5 脱硫石膏复合胶凝材料粉煤灰掺量实验配比 单位：%

分别设置不同比列的水泥、粉煤灰以及水胶比的掺量，在进行这3种胶凝材料掺量的配比时，要保证脱硫石膏中其他胶凝材料的掺量不变，进行其中一种对照实验中，确保其他两种材料的掺量也保持不变，分别配比3组不同材料占比的脱硫石膏复合胶凝材料，给3种胶凝材料分别设置3组对照组。测试同种材料掺入不同量，得到复合胶凝材料的物理力学性质也会不一样。

2.3 实验方法

在测试复合胶凝材料抗压强度的时候，可以根据混凝土砌块和砖的实验方法来实施，在测试过程中需要对胶凝材料制成的试件进行养护，其中蒸汽养护可以得到更好的胶凝材料，本研究选取其中的蒸汽养护促进试件成型。

3 实验结果分析

3.1 水泥掺量对抗压强度的影响

通过测试不同掺量的水泥对脱硫石膏复合材料的物理力学性能的影响，了解到不同掺量的水泥对复合胶凝材料的抗压程度有不同的影响。

不同含量的水泥参数，对复合胶凝材料反映出来的物理力学性能不同。当水泥含量的参数为16%时，我们可以从图中看出脱硫石膏复合胶凝材料的抗压强度在9 Pa左右可以达到，当脱硫石膏复合胶凝材料的抗压强度在15 Pa左右时，水泥含量持续上升，当增加水泥的成本达到一定限额时，发现水泥在脱硫石膏中占有32%的含量，其脱硫石膏复合胶凝材料的抗压程度可以达到17 Pa左右。水泥掺量对复合胶凝材料有正向影响，在复合胶凝材料中适当添加水泥掺量有利于增强复合胶凝材料的抗压能力。

3.2 粉煤灰掺量对抗压强度的影响

通过测试不同掺量的粉煤灰对脱硫石膏复合胶凝材料的物理力学性能的影响，了解到粉煤灰掺量的不同影响胶凝材料的抗压程度，见图1。

图1 不同粉煤灰掺量的复合胶凝材料抗压强度

由图1可知，当粉煤灰的含量在4%～8%，可以看出曲线倾斜角度较大，根据计算得到复合胶凝材料抗压强度的平均值为19 Pa；当粉煤灰含量在8%～33%，图中的曲线相对比较平缓，且两点之间的差值为15 Pa左右。根据计算得到在粉煤灰含量在8%～33%时，平均的抗压强度在15 Pa左右。当煤灰含量在33%～40%，曲线急速下降，且两点之间的差值可以达到6 Pa，差值达到最大。所以，在复合胶凝材料中掺入适量的粉煤灰有利于增强复合胶凝材料的抗压能力。

3.3 水胶比对抗压强度的影响

由于不同水胶比的含量，严重影响着脱硫石膏复合胶凝材料的物理力学性能，根据对比不同掺量的水胶比影响胶凝材料的抗压程度可得图2。

图2 不同水胶比掺量的复合胶凝材料抗压强度

由图2可知，随着水胶比掺量的不断提高，脱硫石膏复合凝胶材料的耐热和抗压性能也会不断得到改善，当水胶比含量在0.6%时，脱硫石膏复合胶凝材料的抗压性能将保持在9 Pa左右；当水胶比含量在0.6%～0.8%，图中曲线的倾斜角度最大，根据计算得到两端含量点之间的差值为7 Pa；当水胶比含量在0.8%时，脱硫石膏复合胶凝材料的抗压能力在17 Pa左右，从图中的曲线可以明显看出，抗压曲线呈上升趋势。水胶比掺量对脱硫石膏复合胶凝材料具有正向影响，在复合胶凝材料中适当添加水胶比掺量有利于增强复合胶凝材料的抗压性。

4 结果讨论

通过上面的实验可知，在脱硫石膏胶凝材料中增加硅酸盐水泥可以提高复合胶凝材料的抗压性能，其能改变复合胶凝材料的物理力学性能，由于对成本的考虑，建议合成复合胶凝材料中的水泥掺量为25%，有利于在保证成本的条件下，其抗压能力效果较好[3]。在实验中发现，粉煤灰的掺量与脱硫石膏胶凝材料的抗压性能成反比，粉煤灰对脱硫石膏胶凝材料中的吸水率产生一定的影响，所以需要根据吸水率来决定粉煤灰掺量，经过反复实验得到最合适的粉煤灰掺量，其掺量为20%。复合胶凝材料中的水胶比对抗压性有一定正向影响，但是水胶比的掺量也会影响到脱硫石膏复合胶凝材料的干容重，水胶比对脱硫石膏胶凝材料有负向影响，每当水胶比掺量增加0.1%，干容重平均大概下降10 kg/m³，所以考虑水胶比对干容重的影响，选取适量的水胶比掺量极为重要，建议选取0.6%的水胶比掺量最为合适。通过对上述实验的测试，本文找到脱硫石膏复合胶凝材料的最优物理力学性能，在脱硫石膏中加入25%的水泥、20%的粉煤灰和0.6%的水胶比，把矿粉、硅灰和生石灰的掺量分别设为2%、0.8%和4%，还需要加入6%的添加剂，这个时候的脱硫石膏复合胶凝性能最好。

5 结语

本文发现在脱硫石膏中掺入不同比例的材料对复合胶凝材料的物理力学性能有一定的影响，在脱硫石膏中掺入合适的材料以及材料用量，会增强复合胶凝材料的性能。本文只涉及脱硫石膏复合胶凝材料的实验分析，没有对其他类型的复合胶凝材料进行分析，希望在下次实验中拓展对复合胶凝材料的研究范围。