減水劑對建筑石膏作用效果影響因素的研究
關(guān)鍵詞:建筑石膏;高效減水劑;細(xì)度;摻法;pH值
0 前言
石膏建材具有質(zhì)輕、節(jié)能、變形小、對人體親和而無害、可回收循環(huán)利用等特點(diǎn),是綠色建筑材料。建筑石膏成型時需水量高達(dá)65%-80%,采用減水劑降低水膏比是改善石膏基材料的最有效途徑之一。近年來,國內(nèi)外在減水劑對建筑石膏性能影、減水劑吸附特性、減水劑作用機(jī)理同方面進(jìn)行過較廣泛的研究。但有關(guān)減水劑對建筑石膏作用效果影響因素方面的研究很缺乏,應(yīng)用中往往盲目采用減水劑在混凝土中的應(yīng)用技術(shù),使減水劑效能得不到充分發(fā)揮,制約了減水劑在石膏基材料中的更廣泛和更有效的應(yīng)用。本文著重研究了建筑石膏細(xì)度、減水劑摻法、pH值對減水劑作用效果的影響,對其影響規(guī)律和內(nèi)在原因進(jìn)行了分析。
1 原材料與實(shí)驗方法
建筑石膏為重慶市璧山石膏公司生產(chǎn)。其SO3 、結(jié)晶水含量分別為41.9%、16.5%,標(biāo)準(zhǔn)稠度水膏比0.63,比表面積4122cm2/g。減水劑包括萘系FDN、多羧酸系HP、三聚氰胺SM,均為市售商品。吸附量采用紫外吸收光譜法測定,δ 電位采用JS94F微電泳儀測定。建筑石膏流動度、標(biāo)準(zhǔn)稠度、強(qiáng)度的測定方法參照GB9776—88《建筑石膏》進(jìn)行。
2 實(shí)驗結(jié)果與討論
2.1 建筑石膏細(xì)度的影響
細(xì)度是膠凝材料的重要性能指標(biāo),它影響膠凝材料稠度、凝結(jié)、水化、硬化、強(qiáng)度等一系列物理力學(xué)性能。半水石膏的溶解速率與其分散度有關(guān),分散度越大,溶解越快,相應(yīng)的過飽和度也越大,水化速率越快。同時,石膏細(xì)度不同,對減水劑的吸附量也會有差異,從而最終對減水效果產(chǎn)生影響。因此,研究細(xì)度對減水劑作用效果的影響,有助于發(fā)揮減水劑的最佳作用效果。
實(shí)驗測定了建筑石膏細(xì)度(比表面積)對摻FDN時石膏減水率的影響,結(jié)果見圖1。
FDN的減水效果隨建筑石膏細(xì)度增加而提高。比表面積從4122cm2/g增加到8130cm2/g。FDN摻量0.5%時,減水率從14.7%提高到20% ;摻量2.5%時,減水率從23.7%提高到32.8%。即增加建筑石膏細(xì)度,有利于減水劑分散作用的發(fā)揮。當(dāng)建筑石膏細(xì)度超過8130cm2/g,進(jìn)一步增加細(xì)度,減水率不再明顯增加,甚至降低。
表1為石膏細(xì)度和FDN的摻量對建筑石膏強(qiáng)度的影響。由表1可見,細(xì)度在6800cm2/g以內(nèi),建筑石膏強(qiáng)度隨細(xì)度增加而提高,進(jìn)一步增加建筑石膏細(xì)度,其強(qiáng)度降低。即比表面積在6800cm2/g以內(nèi),增加建筑石膏細(xì)度,可提高減水劑的使用效率和建筑石膏強(qiáng)度。
2.2 摻法對減水劑作用效果的影響
考察了三種常見摻法對減水劑作用效果的影響,結(jié)果見表2、表3。
先摻:減水劑先以粉劑形式與石膏混合均勻,再加水?dāng)嚢瑁?/DIV>
同摻:減水劑先加入水中溶解,再加入石膏攪拌;
后摻:石膏加水30 s后加入減水劑。
三種摻法中,先摻法對建筑石膏的分散效果和增強(qiáng)作用均優(yōu)于同摻法和后摻法。
先摻法、同摻法和后摻法中減水劑的作用均是促進(jìn)建筑石膏顆粒在水中均勻分散而提高流動性,但不同摻法減水劑的作用機(jī)制并不相同。主要表現(xiàn)為:先摻法主要是吸附一分散作用,即減水劑有機(jī)陰離子首先被建筑石膏顆粒吸附,形成穩(wěn)定的具有一定δ 電位的膠粒,從而阻止和減少絮狀體結(jié)構(gòu)的形成,使拌和物的流動性提高;后摻法主要是吸附一膠溶一分散作用,即摻減水劑之前絮狀結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成,減水劑被吸附后不斷破壞這些凝聚結(jié)構(gòu),釋放自由水,從而提高流動性;同摻法中,減水劑先溶于水,在水中形成穩(wěn)定的膠束團(tuán),加入建筑石膏后,石膏一方面與水爭奪減水劑,另一方面與水形成凝聚結(jié)構(gòu)。綜上所述,正是由于這三種摻法的分散過程不同,建筑石膏對減水劑的吸附量不同,δ電位絕對值不同,從而作用效果不同。FDN吸附量與δ電位測試結(jié)果支持上述分析,見表4。
先摻法減水劑的吸附量和δ電位絕對值最大,其次是后摻法,同摻法最小,故先摻法的分散性最好,減水劑適宜于先摻使用。
2.3 pH值對減水劑作用效果的影響
目前普遍使用的減水劑均為陰離子表面活性劑,其主要功能基團(tuán)為磺酸基、氨基、羧基等。減水劑主要靠這些基團(tuán)吸附在石膏顆粒的表面發(fā)揮分散作用。這些基團(tuán)的活性對溶液的酸堿度比較敏感,酸堿度的變化可引起其電離程度的變化,從而影響減水劑的吸附以及固液界面電荷密度,并最終對其減水效果產(chǎn)生影響。試驗考查了摻入0.5%減水劑時,pH值對建筑石膏強(qiáng)度、流動度的影響,結(jié)果見表5、圖2。 pH值可影響減水劑的分散性。在中性及弱堿條件下,減水劑分散效果較好,石膏硬化體強(qiáng)度較高(表5)。表6表明在弱堿性條件下SM吸附量比酸性與中性環(huán)境要大。HP在pH值為10.5時有最好的流動性。這主要與pH值對羧基的影響有關(guān)。羧基可以與鈣離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成穩(wěn)定的絡(luò)合物,而pH值對絡(luò)合物的穩(wěn)定性將產(chǎn)生影響。在堿性環(huán)境下,羧基電離程度高,生成的絡(luò)合物更穩(wěn)定。同時,pH值對減水劑分子構(gòu)象也會產(chǎn)生影響。高pH值下,分子鏈段在液相中更為伸展,空間位阻更強(qiáng)。
3 結(jié)論
建筑石膏比表面積在8130cm2/g以內(nèi),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。 |
原作者: 彭家惠 操雪榮 瞿金東 張建新 謝厚禮 |
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