减水剂对建筑石膏作用效果影响因素的研究
2006-07-25 00:00
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关键词：建筑石膏；高效减水剂；细度；掺法；pH值
0 前言
石膏建材具有质轻、节能、变形小、对人体亲和而无害、可回收循环利用等特点，是绿色建筑材料。建筑石膏成型时需水量高达65%-80%，采用减水剂降低水膏比是改善石膏基材料的最有效途径之一。近年来，国内外在减水剂对建筑石膏性能影、减水剂吸附特性、减水剂作用机理同方面进行过较广泛的研究。但有关减水剂对建筑石膏作用效果影响因素方面的研究很缺乏，应用中往往盲目采用减水剂在混凝土中的应用技术，使减水剂效能得不到充分发挥，制约了减水剂在石膏基材料中的更广泛和更有效的应用。本文着重研究了建筑石膏细度、减水剂掺法、pH值对减水剂作用效果的影响，对其影响规律和内在原因进行了分析。
1 原材料与实验方法
建筑石膏为重庆市璧山石膏公司生产。其SO3 、结晶水含量分别为41．9%、16．5%，标准稠度水膏比0．63，比表面积4122cm2／g。减水剂包括萘系FDN、多羧酸系HP、三聚氰胺SM，均为市售商品。吸附量采用紫外吸收光谱法测定，δ 电位采用JS94F微电泳仪测定。建筑石膏流动度、标准稠度、强度的测定方法参照GB9776—88《建筑石膏》进行。
2 实验结果与讨论
2．1 建筑石膏细度的影响
细度是胶凝材料的重要性能指标，它影响胶凝材料稠度、凝结、水化、硬化、强度等一系列物理力学性能。半水石膏的溶解速率与其分散度有关，分散度越大，溶解越快，相应的过饱和度也越大，水化速率越快。同时，石膏细度不同，对减水剂的吸附量也会有差异，从而最终对减水效果产生影响。因此，研究细度对减水剂作用效果的影响，有助于发挥减水剂的最佳作用效果。
实验测定了建筑石膏细度（比表面积）对掺FDN时石膏减水率的影响，结果见图1。
 FDN的减水效果随建筑石膏细度增加而提高。比表面积从4122cm2／g增加到8130cm2／g。FDN掺量0．5%时，减水率从14．7%提高到20% ；掺量2．5%时，减水率从23．7%提高到32．8%。即增加建筑石膏细度，有利于减水剂分散作用的发挥。当建筑石膏细度超过8130cm2/g，进一步增加细度，减水率不再明显增加，甚至降低。
 表1为石膏细度和FDN的掺量对建筑石膏强度的影响。由表1可见，细度在6800cm2／g以内，建筑石膏强度随细度增加而提高，进一步增加建筑石膏细度，其强度降低。即比表面积在6800cm2／g以内，增加建筑石膏细度，可提高减水剂的使用效率和建筑石膏强度。
2．2 掺法对减水剂作用效果的影响
考察了三种常见掺法对减水剂作用效果的影响，结果见表2、表3。
 先掺：减水剂先以粉剂形式与石膏混合均匀，再加水搅拌；
同掺：减水剂先加入水中溶解，再加入石膏搅拌；
后掺：石膏加水30 s后加入减水剂。
三种掺法中，先掺法对建筑石膏的分散效果和增强作用均优于同掺法和后掺法。
先掺法、同掺法和后掺法中减水剂的作用均是促进建筑石膏颗粒在水中均匀分散而提高流动性，但不同掺法减水剂的作用机制并不相同。主要表现为：先掺法主要是吸附一分散作用，即减水剂有机阴离子首先被建筑石膏颗粒吸附，形成稳定的具有一定δ 电位的胶粒，从而阻止和减少絮状体结构的形成，使拌和物的流动性提高；后掺法主要是吸附一胶溶一分散作用，即掺减水剂之前絮状结构已经形成，减水剂被吸附后不断破坏这些凝聚结构，释放自由水，从而提高流动性；同掺法中，减水剂先溶于水，在水中形成稳定的胶束团，加入建筑石膏后，石膏一方面与水争夺减水剂，另一方面与水形成凝聚结构。综上所述，正是由于这三种掺法的分散过程不同，建筑石膏对减水剂的吸附量不同，δ电位绝对值不同，从而作用效果不同。FDN吸附量与δ电位测试结果支持上述分析，见表4。
 先掺法减水剂的吸附量和δ电位绝对值最大，其次是后掺法，同掺法最小，故先掺法的分散性最好，减水剂适宜于先掺使用。
2．3 pH值对减水剂作用效果的影响
目前普遍使用的减水剂均为阴离子表面活性剂，其主要功能基团为磺酸基、氨基、羧基等。减水剂主要靠这些基团吸附在石膏颗粒的表面发挥分散作用。这些基团的活性对溶液的酸碱度比较敏感，酸碱度的变化可引起其电离程度的变化，从而影响减水剂的吸附以及固液界面电荷密度，并最终对其减水效果产生影响。试验考查了掺入0．5%减水剂时，pH值对建筑石膏强度、流动度的影响，结果见表5、图2。    pH值可影响减水剂的分散性。在中性及弱碱条件下，减水剂分散效果较好，石膏硬化体强度较高（表5）。表6表明在弱碱性条件下SM吸附量比酸性与中性环境要大。HP在pH值为10．5时有最好的流动性。这主要与pH值对羧基的影响有关。羧基可以与钙离子发生络合反应生成稳定的络合物，而pH值对络合物的稳定性将产生影响。在碱性环境下，羧基电离程度高，生成的络合物更稳定。同时，pH值对减水剂分子构象也会产生影响。高pH值下，分子链段在液相中更为伸展，空间位阻更强。
3 结论
建筑石膏比表面积在8130cm2／g以内，减水剂吸附量、分散性与建筑石膏比表面积正相关，适当增加建筑石膏比表面积可提高提高减水剂的使用效率。减水剂先掺法效果最好，滞后掺次之，同掺法最差。pH值对减水剂分散效果有一定影响，在弱碱性条件下减水剂分散效果最好。 |
| 原作者： 彭家惠 操雪荣 瞿金东 张建新 谢厚礼 |
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