建筑石膏減水劑與緩凝劑作用機(jī)理研究.pdf

1、石膏基材料是國(guó)際上推崇發(fā)展的綠色材料。我國(guó)是石膏資源大國(guó)，但石膏工業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平非常落后。外加劑技術(shù)是提升石膏基材料技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平、推動(dòng)石膏行業(yè)科技進(jìn)步的有效途徑，也是高性能石膏基材料的核心技術(shù)。 對(duì)石膏外加劑分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系、外加劑吸附特性、吸附膜結(jié)構(gòu)與性能、外加劑對(duì)石膏水化進(jìn)程與硬化體微結(jié)構(gòu)及性能影響、緩凝劑負(fù)面影響及其作用機(jī)制、流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失及其抑制方法、減水劑助磨分散效應(yīng)、外加劑作用效果的影響因素、外加劑復(fù)合效應(yīng)進(jìn)行

2、了系統(tǒng)、深入的研究。 減水劑吸附量、分散性與建筑石膏比表面積正相關(guān)，適當(dāng)增加建筑石膏比表面積可提高減水劑的使用效率。減水劑先摻法效果最好，滯后摻次之，同摻法最差。pH值對(duì)減水劑分散效果有一定影響，在弱堿性條件下減水劑分散效果最好。FDN為物理吸附，吸附熱為14.71kJ/mol，吸附量較大，其飽和吸附量達(dá)12.67mg/g，但吸附穩(wěn)定性較差；HC為化學(xué)吸附，吸附熱為20.85kJ/mol，吸附量較小，其飽和吸附量為4.42mg/

3、g，但吸附穩(wěn)定性較好。FDN在石膏表面為平躺吸附，阻礙石膏顆粒間聚集的空間位阻較小，其分散作用主要依靠ら電位的靜電斥力，而ら電位則取決于FDN在石膏表面的首層吸附量。石膏快速水化形成的二水石膏晶體對(duì)靜電斥力的屏蔽和FDN脫附使其分散能力迅速降低，宏觀上表現(xiàn)為石膏流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失嚴(yán)重。HC在石膏表面為梳狀吸附，吸附層支鏈的空間位阻較大，其分散作用為空間位阻與靜電斥力效應(yīng)協(xié)同作用，空間位阻受石膏水化影響較小，其分散穩(wěn)定性較好，宏觀上表現(xiàn)為石膏

4、流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失較小。 減水劑吸附改變了石膏顆粒界面結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性質(zhì)，通過雙電層斥力效應(yīng)和空間位阻效應(yīng)發(fā)揮分散作用。直鏈結(jié)構(gòu)的減水劑在石膏表面為平躺吸附，其分散作用主要依靠靜電斥力。具有特殊支鏈結(jié)構(gòu)的減水劑為梳狀吸附，其分散作用為空間位阻效應(yīng)與靜電斥力效應(yīng)的協(xié)同作用。靜電分散作用決定于ら電位大小，而ら電位決定于減水劑分子結(jié)構(gòu)與首層吸附量。靜電分散的穩(wěn)定性較差，空間位阻分散的穩(wěn)定性較好，空間位阻與靜電分散的協(xié)同作用可顯著提高減水劑的

5、分散能力和分散穩(wěn)定性。 減水劑磨前摻入不僅具有良好的助磨作用，而且可顯著提高石膏顆粒的吸附能力，改善石膏流變性和硬化體孔結(jié)構(gòu)。這為減水劑作為功能組分制備高品質(zhì)建筑石膏和石膏基材料提供了依據(jù)和工藝路線。 減水劑對(duì)石膏水化進(jìn)程、水化產(chǎn)物形貌影響甚微，但可明顯改善硬化體孔結(jié)構(gòu)，使孔隙率降低，孔徑細(xì)化，這正是減水劑增強(qiáng)的原因所在。 檸檬酸、多聚磷酸鈉、骨膠對(duì)建筑石膏有顯著的緩凝效果。pH值對(duì)緩凝劑作用效果有一定影響，檸檬

6、酸在弱堿性條件下緩凝效果最好，多聚磷酸鈉則適宜于堿性條件下使用，骨膠的緩凝作用對(duì)pH值不太敏感。建筑石膏細(xì)度增加，其凝結(jié)時(shí)間縮短，緩凝劑的緩凝效果變差，緩凝劑摻量應(yīng)相應(yīng)增加。緩凝劑對(duì)不同品種建筑石膏的緩凝效果存在顯著差異，緩凝劑對(duì)天然石膏制備的建筑石膏的緩凝效果優(yōu)于化學(xué)石膏，不同品種建筑石膏的適宜緩凝劑摻量應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定。緩凝劑延緩石膏的水化放熱的加速階段，延長(zhǎng)水化誘導(dǎo)期，使水化放熱峰值出現(xiàn)的時(shí)間推遲。緩凝劑降低建筑石膏早期水化率，但對(duì)

7、最終水化率幾乎沒有影響。 緩凝劑降低膠結(jié)材液相過飽和度，特別是早期過飽和度，使二水石膏晶體粗化，削弱晶體間的接合，大孔比例明顯增加，最可幾孔徑增大，孔結(jié)構(gòu)惡化。晶體粗化和孔結(jié)構(gòu)劣化是緩凝劑引起強(qiáng)度降低的根本原因。緩凝劑摻量與強(qiáng)度的關(guān)系并非線性，一般存在一個(gè)臨界摻量，在該摻量以內(nèi)，對(duì)強(qiáng)度影響較小，超過該摻量，強(qiáng)度損失顯著加大。檸檬酸的臨界摻量為0.05％，多聚磷酸鈉為0.1％。蛋白質(zhì)類緩凝劑對(duì)強(qiáng)度影響最小。提高液相過飽和度、采用復(fù)

8、合緩凝技術(shù)、與減水劑復(fù)合，緩凝劑改性是克服緩凝劑降低強(qiáng)度的有效措施。 檸檬酸與二水石膏晶核(111)面鈣離子絡(luò)合，在晶核表面形成化學(xué)吸附層，抑制晶核生長(zhǎng)，減緩其水化進(jìn)程。磷酸鹽類無(wú)機(jī)緩凝劑在水化初期與Ca2+形成難溶鹽，覆蓋在半水石膏和二水石膏晶核表面，阻礙半水石膏溶解和抑制二水石膏晶核生長(zhǎng)。緩凝劑對(duì)石膏晶體(111)晶面的選擇性吸附，改變了二水石膏晶體生長(zhǎng)習(xí)性，c軸方向的生長(zhǎng)被強(qiáng)烈抑制，使二水石膏晶體由針狀變?yōu)槎讨鶢?。有機(jī)緩凝