減水劑對(duì)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(duì)人體親和而無(wú)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(shí)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(lái)，國(guó)內(nèi)外在減水劑對(duì)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(guò)較廣泛的研究。但有關(guān)減水劑對(duì)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(duì)減水劑作用效果的影響，對(duì)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(yàn)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(cè)定，δ 電位采用JS94F微電泳儀測(cè)定。建筑石膏流動(dòng)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度、強(qiáng)度的測(cè)定方法參照GB9776—88《建筑石膏》進(jìn)行。2 實(shí)驗(yàn)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(guò)飽和度也越大，水化速率越快。同時(shí)，石膏細(xì)度不同，對(duì)減水劑的吸附量也會(huì)有差異，從而最終對(duì)減水效果產(chǎn)生影響。因此，研究細(xì)度對(duì)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(yàn)測(cè)定了建筑石膏細(xì)度對(duì)摻FDN時(shí)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(shí)，減水率從14．7%提高到20% ；摻量2．5%時(shí)，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(guò)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(duì)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(duì)減水劑作用效果的影響考察了三種常見摻法對(duì)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?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(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(zhēng)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(guò)程不同，建筑石膏對(duì)減水劑的吸附量不同，δ電位絕對(duì)值不同，從而作用效果不同。FDN吸附量與δ電位測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)其減水效果產(chǎn)生影響。試驗(yàn)考查了摻入0．5%減水劑時(shí)，pH值對(duì)建筑石膏強(qiáng)度、流動(dòng)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(shí)有最好的流動(dòng)性。這主要與pH值對(duì)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(duì)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(shí)，pH值對(duì)減水劑分子構(gòu)象也會(huì)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(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。

原作者：彭家惠操雪榮瞿金東張建新謝厚禮