0引言建筑石膏是二水石膏在干燥空气条件下加热到110℃~ 170℃,脱水形成的以β-半水石膏(熟石膏)为主要成分的胶凝材料。

近年来,建筑石膏越来越广泛地应用于建筑内墙表面抹灰,与传统的水泥抹灰相比,石膏抹灰有着节能减排、凝结硬化快、施工周期短、施工质量好、性能优异等优势[1]。

但是,单纯的建筑石膏凝结硬化很快,大约在1min内明显失去流动性,5min内初凝,15min内终凝,并且在此过程中快速放热,早期强度较高,硬化体结构却存在大量缺陷,晶体发育不成熟,内部气体无法及时排出造成孔隙率较高,影响最终的绝干强度[2]。

为解决这一问题,目前广泛使用木质素磺酸盐、糖、磷酸盐或有机酸类缓凝剂。

这些缓凝剂大多应用于硅酸盐水泥中,但由于石膏和硅酸盐水泥凝结硬化的过程、条件以及机理不完全相同,后者属于强碱性环境,而前者水化则处于弱碱性的体系。

因此,在硅酸盐水泥中表现优良的缓凝剂,应用于石膏体系中往往存在效果不稳定、对强度影响大等缺陷,在实际使用过程中引发了较多的工程问题,给建筑石膏的市场口碑带来一定负面影响[3]。

本文试验对比研究了一种新型蛋白类复合缓凝剂与传统缓凝剂对建筑石膏相关性能的作用效果,并对其作用机理进行了一些探讨,为建筑石膏凝结时间技术问题的解决提供了新的思路。

1试验原材料、仪器与方法1.1试验原材料1.1.1建筑石膏本试验所使用的建筑石膏为山东鲁润脱硫石膏,控制其细度小于200μm(过0.2mm筛),参照《建筑石膏净浆物理性能的测定》GB/T17669.4-1999、《建筑石膏力学性能的缓凝剂对建筑石膏凝结与力学性能的影响及其机理孔祥付,孙德文,徐文(江苏苏博特新材料股份有限公司,江苏南京211103)[摘要]试验研究了葡萄糖、六偏磷酸钠、柠檬酸、蛋白类复合缓凝剂对建筑脱硫石膏凝结时间与力学性能的影响。

结果表明,葡萄糖缓凝效果很弱,六偏磷酸钠与柠檬酸缓凝效果较好,但高掺量下严重影响石膏硬化后强度,蛋白类复合缓凝剂则兼具凝结时间可调范围大(0~500min)、对强度影响小(降低≤20%)的优点。

微观形貌观测结果显示,蛋白类复合缓凝剂的掺入,使得石膏晶体有充分时间和空间持续生长,改善了其凝结时间与强度,但高掺量下晶体过度生长又给石膏硬化后的力学性能带来了不利影响。

[关键词]脱硫石膏;缓凝剂;凝结时间;强度;晶体生长[中图分类号]TU528.3[文献标识码]A[文章编号]1005-6270(2019)01-0088-03Effects of Retarders on the Setting and Mechanical Properties of BuildingGypsum and Its MechanismKONG Xiang-fu SUN De-wen XU Wen(Jiangsu Sobute New Materials Co.,Ltd,Nanjing Jiangsu211103China)Abstract:The effects of glucose,sodium hexametaphosphate,citric acid and protein type compound retarders on the setting time and mechanical properties of desulfurization gypsum were eperimental studied in this paper. The results showed that the retardation effect of sodium hexametaphosphate and citric acid is much better than that of glucose,but the strength of plaster after setting significantly reduced at high content of them.The protein type compound retarder has a larger adjustable range of setting time(0~500min),moreover,the strength reduction was smaller(≤20%).The microstructure morphology analysis indicated that the incorporation of protein type compound retarder gave gypsum crystals sufficient time and space to grow continuously,which improved its setting time and strength.However,the excessive growth of crystals under higher dosage of protein type compound retarder resulted in adverse effects on the mechanical properties of gypsum after setting. Key words:desulfurized gypsum;retarder;setting time;strength;crystal growth[收稿日期]2018⁃12⁃10[作者简介]孔祥付(1983.8-),江苏苏博特新材料股份有限公司,工程师。

表1脱硫建筑石膏的物理性能》GB/T17669.3-1999《》GB/T28627-2012得的主要物理性能如表1所示。

1.1.2缓凝剂本实验所用的缓凝剂包括葡萄糖、六偏磷酸钠、柠檬酸和蛋白类复合缓凝剂4种,均为陶氏化学提供。

1.2试验仪器与方法1.2.1试验仪器本试验所用到的试验仪器有无锡市爱立康仪器设备有限公司产AEC-201压力试验机、天津三思试验仪器制造有限公司产水泥标准稠度仪(维卡仪)、美国FEI 公司quanta 250扫描电子显微镜、电热鼓风干燥箱、4cm ×4cm ×16cm 三联试模等。

1.2.2试验方法选用山东鲁润石膏为原料,对比试验研究不同掺量下,葡萄糖、六偏磷酸钠、柠檬酸、蛋白类复合缓凝剂对其初、终凝时间及抗压、抗折强度的影响,试验配合比如表2所示。

在此基础上,优选出性能最为优异的蛋白类复合缓凝剂,使用扫描电子显微镜对石膏晶体生成情况进行了观测,以探讨缓凝剂对建筑石膏性能影响背后的作用机理。

2试验结果与分析2.1缓凝剂种类与掺量对脱硫石膏凝结时间的影响葡萄糖、六偏磷酸钠、柠檬酸、蛋白类复合缓凝剂对山东鲁润石膏初、终凝时间影响试验结果如图1和图2所示。

葡萄糖作为应用较早的缓凝剂,在掺量较小的情况下,其缓凝作用没有表现出来,甚至令初凝、终凝时间有所下降;六偏磷酸钠和柠檬酸均属于有机酸类缓凝剂,随着掺量的增加,缓凝效果越发显著,变化趋势较为类似,是性能优良的缓凝剂;蛋白类复合缓凝剂效果最佳,在0.04%的极低掺量下,初、终凝时间已超过100min ,掺量增加至0.10%,初、终凝时间骤升至450min 以上,呈现出指数增长的特点。

2.2缓凝剂种类与掺量对脱硫石膏力学性能的影响单一的缓凝时间不能全面判断缓凝剂的好坏,因此,试验研究了葡萄糖、六偏磷酸钠、柠檬酸、蛋白类复合缓凝剂对山东鲁润石膏力学性能的影响,试验结果如图3所示。

如图3(a )所示,对比空白样,当葡萄糖掺量为0.04%、0.1%、0.3%和0.5%时,脱硫石膏的1d 和绝干抗折、抗压强度变化较小,与凝结时间的变化规律相近。

如图3(b )所示,六偏磷酸钠属于磷酸盐类缓凝剂,当掺量不超过0.1%时,对脱硫石膏强度影响较小,甚至略有增加;但掺量提高至0.3%及以上时,虽然缓凝时间大幅延产地颜色纯度/%标稠/%凝结时间/min 1d 强度/MPa 绝干强度/MPa 初凝终凝抗折初凝终凝抗折山东淡黄96.757.56.510.03.68.25.213.7表2缓凝剂种类与掺量对脱硫石膏性能影响试验配合比编号缓凝剂种类掺量/%1234葡萄糖六偏磷酸钠柠檬酸蛋白类复合缓凝剂0、0.04、0.10、0.30、0.500、0.04、0.10、0.30、0.500、0.04、0.10、0.30、0.500、0.02、0.025、0.03、0.035图1不同种类与掺量缓凝剂对建筑石膏初凝时间影响图2不同种类与掺量缓凝剂对建筑石膏终凝时间影响图3不同种类与掺量缓凝剂对建筑石膏力学性能影响,,。

致命的缺点,也是众多缓凝剂存在的问题,即随着掺量增加,石膏凝结时间增长,强度却大幅度降低,限制了这一类缓凝剂的应用。

如图3(c)所示,羟基羧酸类柠檬酸是羟基羧酸类缓凝剂中效果最好的一种,在石膏基建筑材料中广泛使用。

从本试验结果来看,其对石膏力学性能的影响规律与六偏磷酸钠较为类似,但二者作用机理有所不同。

六偏磷酸钠主要是与二水石膏形成一层薄膜覆盖于石膏晶核表面,不仅阻碍了半水石膏溶于水的过程,也抑制了晶核的形成和长大;柠檬酸则是与钙离子形成络合物,限制了离子向二水石膏晶体附近的扩散,阻止了二水石膏的成核长大过程。

随着掺量的增加,六偏磷酸钠对石膏的成核长大过程造成了不可恢复的影响,因此导致了高掺量下石膏绝干抗压强度急剧下降[4]。

如图3(d)所示,对比上述3种缓凝剂,蛋白类复合缓凝剂表现出最为优异的效果。

极低掺量下,石膏凝结时间即显著延长至100min以上,而强度却未见降低;即使提高掺量使得石膏凝结时间近500min,其强度仍能满足国家标准《抹灰石膏》GB/T28627-2012的要求。

2.3不同缓凝剂掺量下石膏晶体的成核与生长为进一步探讨蛋白类复合缓凝剂对建筑脱硫石膏凝结时间与力学性能影响的机理,使用扫描电子显微镜观察其掺量分别为0、0.02%、0.03%和0.04%情况下,脱硫建筑石膏凝结硬化后的微观形貌,如图4所示。

通过扫描电子显微镜观察可以发现,在10000倍的放大倍率下,不加缓凝剂的脱硫建筑石膏凝结硬化后晶体成形较小且形状不规则,宏观表现为凝结时间较短,绝干硬化体强度较高。

当加入少量蛋白类复合缓凝剂后,在液相过饱和度有所下降的情况下[5],晶体得以有充分时间和空间持续,,,有增长,尤其是0.03%掺量下,晶体多呈现为较为规整的柱状,硬化体绝干状态下强度增长较大。

但随着缓凝剂掺量的进一步增加,晶体体积继续生长变大,尺寸粗化,致密度降低,过大的结晶体又给石膏硬化后的力学性能带来了不利影响,使得强度从掺量较低时的有所升高转为持续下降。

试验中使用的复合缓凝剂是一种由多种氨基酸混合而成的天然高分子多肽蛋白质,溶于水后可形成胶体,覆盖在二水石膏晶体表面,使晶核不易形成,而且分子结构中的一些活性基团,例如肽键、羟基在石膏表面上产生化学吸附,降低了晶核的表面能,同时抑制了晶核的形成和长大,两方面的作用导致了其对石膏的缓凝作用[6]。