摘 要:摻加適量的明礬、Na2 SO4 或Na2CO3 激發(fā)劑,可以顯著提高氟石膏的抗壓強度。摻加適量的甲基纖維素、羧甲基纖維素或糊精保水劑,可以顯著降低氟石膏的濾紙吸水率和擴展直徑,提高其保水性能,三種保水劑的保水效果順序為:甲基纖維素>糊精>羧甲基纖維素。摻加適量的萘系減水劑、氨基磺酸系減水劑、磺化三聚氰胺系減水劑、多羧酸系減水劑或木質(zhì)素磺酸鈣減水劑,顯著提高氟石膏的減水率,達到提高氟石膏制品強度的目的。
關(guān)鍵詞:氟石膏;激發(fā)劑;保水劑;減水劑
1 前言
我國每年約產(chǎn)生300萬t的氟石膏。大量的土地用于堆放氟石膏,土地受到雨水沖洗會導致堆砌場上大量氟石膏的流失,氟石膏殘留的硫酸和可溶性有害物質(zhì)可能會污染地表水以及地下水;氟石膏堆積經(jīng)日曬后,風吹以粉末狀飄散于大氣中以及沉降到可能接觸到的外物表面,既污染環(huán)境又威脅健康。通過提高氟石膏的性能,對其進行綜合利用,不僅可以變廢為寶、保護環(huán)境,也可為企業(yè)減輕巨大的經(jīng)濟負擔,促進企業(yè)健康持續(xù)發(fā)展[ 1～4 ] 。
石膏抹面材料上墻后,墻體的吸水顯著影響了二水石膏的水化進程,造成部分未完全水化的石膏,以惰性粉末的形態(tài)存在于基體里,使體系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)、不均勻,產(chǎn)生收縮、開裂和粉化等“干態(tài)缺陷”。作為一種建筑抹面材料,氟石膏也存在這一缺點。摻加保水劑,可以減少或減緩氟石膏中的水分轉(zhuǎn)移到墻體,保證氟石膏能夠有足夠的水分來進行水化反應[5～10 ]。
半水石膏是氟石膏的主要成分和膠凝相,它水化的理論水膏比約為18. 6% ,但其實際用水量卻高達65%～80%[ 11 ] 。如此高的水膏比導致氟石膏成型時較大,制品的烘干能耗較高,硬化后制品強度較低,從而影響了制品的成本、質(zhì)量與檔次[ 12 ] 。通過摻加減水劑,可以使氟石膏在保持一定流動度的情況下減少拌和用水,從而有效地降低氟石膏硬化體的孔隙率,達到提高氟石膏制品強度的目的。常用的石膏減水劑是各種類型的有機表面活性物質(zhì)。它們能夠有效地拆散絮凝狀結(jié)構(gòu),使石膏粒子互相分散,釋放出受阻游離水,增加自有游離水的含量。因此,在達到相同氟石膏料漿標準稠度時,用水量可大幅度減少,產(chǎn)生較好的減水效果。
2 實驗
本實驗采用的氟石膏是山東某化工廠提供的,外觀呈白色粉末,其主要組成及主要性能指標分別如表1和表2所示,其X - 射線衍射圖如圖1所示。所用的激發(fā)劑有:硫酸鈉,化學純,天津市博迪化工有限公司;明礬,分析純,淄川程鵬化工廠;碳酸鈉,分析純,廊坊亞太龍興化工有限公司;均為市售試劑。所用的保水劑有:甲基纖維素,分析純,天津市科密歐化學試劑開發(fā)中心;羧甲基纖維素,分析純,任丘市高科化工有限公司;均購于濟南市化工市場。糊精(淀粉簡易糊化后的產(chǎn)物) ,分析純,天津市科密歐化學試劑開發(fā)中心。選用的減水劑有:萘系減水劑、氨基磺酸系減水劑、磺化三聚氰胺系減水劑、多羧酸系減水劑,為市售工業(yè)級減水劑,木質(zhì)素磺酸鈣減水劑為化學純試劑。
按照GB 9776 - 88《建筑石膏》標準,測量氟石膏硬化體的絕干抗壓強度。實驗條件為:平均氣溫25 ℃,平均濕度90%。絕干強度的養(yǎng)護條件為:試件成形后在室溫下靜置1天,再放入40 ±2 ℃的恒溫箱中烘至恒重。
參照法國的濾紙測定法,測量氟石膏的保水性能。將拌和的漿體堆放在幾層濾紙上,以濾紙吸收氟石膏漿體的水分多少來衡量保水性能,濾紙的吸水率越小,保水性越好,具體方法如下: ( 1)一層直接與漿體接觸的快速定性濾紙; ( 2)五層慢速定性濾紙; (3)一個塑料圓板作為托板,把它直接放在桌子上; ( 4 ) 稱量塑料圓板和慢速定性濾紙的重量(m0) ; (5)將氟石膏加水拌和成漿體后, 5 min后倒入一個鋪有濾紙的圓筒內(nèi)(內(nèi)徑56 mm,高55 mm) ;(6)漿體與濾紙接觸15 min后,重新稱量慢速定性濾紙和托板的重量(m1) ; (7)用慢速定性濾紙的每平方厘米吸收面積所吸收水分的重量表示氟石膏漿體的保水性,計算公式為:吸水率= (m1 - m0) /24. 63式中:m1、m0 的單位為mg; 吸水率的單位為mg/ cm2。
3 實驗結(jié)果與分析
3. 1 摻加激發(fā)劑對氟石膏性能的影響
露天堆放的氟石膏沒有活性,硬化之后沒有強度。研究了摻加明礬、Na2 SO4 或Na2 CO3 激發(fā)劑,對氟石膏抗壓強度的影響。分別選擇了不同摻量的明礬、Na2 SO4 或Na2 CO3 激發(fā)劑,加入氟石膏中,測定了氟石膏的3天抗壓強度,測定結(jié)果見表3。為了更加的說明摻加激發(fā)劑對氟石膏抗壓強度的影響,根據(jù)表3的數(shù)據(jù)繪制了圖2。
通過分析表3和圖2可以發(fā)現(xiàn):摻加三種激發(fā)劑的氟石膏的絕干抗壓強度,隨激發(fā)劑摻量的增加而增加。當摻加量小于0. 15%時,三種激發(fā)劑對抗壓強度影響的大小順序為:明礬>硫酸鈉>碳酸鈉;當其摻加量大于0. 15%而小于0. 25%時,三種激發(fā)劑對抗壓強度影響的大小順序為:硫酸鈉>明礬>碳酸鈉;當其摻加量大于0. 25%時,三種激發(fā)劑對抗壓強度影響的大小順序為:明礬>硫酸鈉>碳酸鈉。當激發(fā)劑的摻加量小于0. 4%時,氟石膏硬化體的絕干抗壓強度增加顯著,此時隨著明礬、硫酸鉀和碳酸鈉的加入,氟石膏的抗壓強度相對于空白試樣,其抗壓強度分別約提高了27倍、22. 6倍和16. 8倍。當激發(fā)劑的摻加量大于0. 4%時,氟石膏抗壓強度的增加趨勢,隨明礬摻加量的增加逐漸減緩;此時,碳酸鈉和硫酸鈉的加入對氟石膏強度幾乎沒有影響。
3. 2 摻加保水劑對氟石膏性能的影響
考察了三種保水劑,甲基纖維素、羧甲基纖維素和糊精對氟石膏保水性能的影響,結(jié)果如表4所示,為了更加形象地說明摻加保水劑對氟石膏性能的影響,根據(jù)表4的實驗數(shù)據(jù)繪制了圖3和圖4。
通過分析表4和圖3、圖4可以發(fā)現(xiàn):在一定摻量范圍內(nèi),摻有三種保水劑的試樣的濾紙吸水率和料漿的擴展直徑均隨著保水劑摻量增大而下降,并有隨著摻量增加而呈不斷下降的趨勢;在摻量達到0. 5%后,下降趨勢減緩,甚至不再下降。說明摻量小于0. 5%時,石膏試樣的保水性隨保水劑摻量增加不斷提高,在摻量高于0. 5%后,保水性不再隨其摻量增加提高。從三種保水劑的濾紙吸水率和料漿擴展直徑曲線對比來看,無論低摻量還是高摻量下,摻有三種保水劑的石膏試樣的濾紙吸水率和擴展直徑大小順序為:羧甲基纖維素>糊精>甲基纖維素,所以三種保水劑的保水效果順序為:甲基纖維素>糊精>羧甲基纖維素。
3. 3 摻加減水劑對氟石膏性能的影響
研究了萘系減水劑、氨基磺酸系減水劑、磺化三聚氰胺系減水劑、多羧酸系減水劑和木質(zhì)素磺酸鈣減水劑五種減水劑,在不同摻加量下對氟石膏減水率的影響,實驗結(jié)果如表5所示。為了更加形象地說明摻加減水劑對氟石膏性能的影響,根據(jù)表5的數(shù)據(jù)繪制了圖5。
通過分析表5和圖5,可以看出:減水率隨著五種減水劑摻量增大均是提高,并有隨著摻量增加而減水率不斷上升的趨勢。從五種減水劑的減水率曲線對比來看,無論低摻量還是高摻量下,木質(zhì)素磺酸鹽系系減水劑的減水率都是最低的。在摻加量小于0. 5%的條件下,五種減水劑的減水率大小順序為:磺化三聚氰胺系>萘系>氨基磺酸系>多羧酸系>木質(zhì)素磺酸鹽系;在摻加量大于0. 5%小于0. 85%的情況下,減水率大小順序為:多羧酸系>萘系>磺化三聚氰胺系>氨基磺酸系>木質(zhì)素磺酸鹽系;在摻加量大于0. 85%小于1. 30%的情況下,減水率大小順序為:多羧酸系>萘系>氨基磺酸系>磺化三聚氰胺系>木質(zhì)素磺酸鹽系; 當摻量大于1. 30%后,減水率比較為:多羧酸系>萘系氨基磺酸系>萘系>磺化三聚氰胺系>木質(zhì)素磺酸鹽系。從減水率曲線的增長趨勢來看,無論在小摻量還是大摻量條件下,多羧酸系的減水率隨摻量增長最快,其次是氨基磺酸系減水劑。在較小的摻量下,萘系、磺化三聚氰胺系和木質(zhì)素磺酸鹽系的減水率隨摻量增加很快,但當摻量大于0. 5%后,減水率隨摻量增加趨于緩慢,因而在使用它們時增加摻量并不一定達到預期效果。
4 結(jié)論
(1)摻加適量的明礬、Na2 SO4 或Na2 CO3 ,可以顯著提高氟石膏的抗壓強度。當激發(fā)劑摻加量大于0. 4%時,繼續(xù)摻加激發(fā)劑對氟石膏的抗壓強度影響不顯著。
(2)摻加適量的甲基纖維素、糊精或羧甲基纖維素,可以顯著提高氟石膏的保水性能。三種保水劑的保水效果順序為:甲基纖維素>糊精>羧甲基纖維素。
(3)摻加適量的萘系減水劑、氨基磺酸系減水劑、磺化三聚氰胺系減水劑、多羧酸系減水劑或木質(zhì)素磺酸鈣減水劑,可以顯著提高氟石膏的減水率。其中,木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑的減水率是最低的;多羧酸系的減水率隨摻量增長最快;當摻量大于0. 5%后,萘系、磺化三聚氰胺系和木質(zhì)素磺酸鹽系減水率的增加趨勢趨于緩慢。
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