石膏砂浆（精选四篇）
石膏砂浆 篇1
我国能源相对缺乏,随着经济建设的高速发展,房地产业发展得如火如荼,建筑业也进入了鼎盛时期。但是建筑能耗因其消耗大、增长快、能源浪费严重,已占全国能耗的20%多[1],这严重地阻碍了国家实施创建节能型可持续发展的步伐。因此,必须加快推进建筑节能。
磷石膏是生产湿法磷酸时排出的副产品,主要成分为二水硫酸钙,通常每生产1 t磷酸(以P2O5计)副产4.5～5.0 t磷石膏。目前,世界湿法磷酸年总产量约2.6亿t(以P2O5计),副产磷石膏约1.5亿t,利用率仅4.3%～4.6%[1]。预计到2015年中国磷肥需求量将达1.3亿t[2],磷石膏年排放量将超过2000万t,而目前对磷石膏的利用率仅为2%～3%[3]。国家环保总局已将磷石膏列入危险排放品,这将对磷肥企业造成更大的压力。虽然我国对磷石膏的开发利用做了大量工作,但由于种种因素制约,其利用率仍然很低。
本文主要利用磷石膏作为主要胶凝材料,辅以水泥、矿渣粉等胶凝材料制备保温砂浆胶粉料,以改善磷石膏内部结构和优化产物,配制出磷石膏基保温砂浆胶粉料,以期能为磷石膏的有效利用提供一种新途径。
1 试验
1.1 原材料
磷石膏:贵州天峰化工有限责任公司湿排废渣,经试验室煅烧为白色粉末状固体。其技术指标见表1。
水泥:贵州水泥厂生产的乌江牌P·O42.5水泥。
矿渣:市售S95级矿渣粉。
石灰:市售石灰粉。
外加剂S:为自配复合外加剂,具有缓凝减水作用。
水:城市自来水。
1.2 仪器设备
水泥净浆搅拌机、BC-300D抗折抗压试验机、凝结时间测定仪等。
2 试块制备及试验过程
2.1 试块制备
将称量好的水倒入搅拌容器中,再加入磷石膏、水泥、矿渣、石灰和外加剂S,以3 r/min的速度搅拌,使料浆保持悬浮状态至料浆开始稠化,将料浆成型试件;放入温度为(20±2)℃、相对湿度为(90±5)%的试验室环境中进行养护,至龄期进行力学性能测试。
2.2 性能测试
2.2.1 抗压强度测试
每个配合比成型40 mm×40 mm×160 mm的试件3块,在试验室标准条件下养护28 d,在50℃的烘箱中干燥48 h,进行抗压强度测试。
2.2.2 软化系数
每个配合比成型40 mm×40 mm×160 mm的试件6块,在试验室标准条件下养护28 d,其中3块浸入水中浸泡48 h,取出后将表面水擦干进行抗压强度测试;另3块在50℃的烘箱中干燥48 h,进行抗压强度测试。计算软化系数。
3 试验结果分析及讨论
3.1 配合比正交试验
本试验以磷石膏100为基准,采用外掺法,选取水泥、矿渣、石灰、外加剂S作为影响因素进行正交试验研究。正交试验方案见表2。试验结果见表3。正交试验结果分析如表4和表5所示。
通过表4正交试验分析得到,影响抗压强度的次序为:D>C>A>B。即外加剂掺量是影响胶粉料抗压强度的主要因素。随着外加剂S掺量的增加,抗压强度逐渐降低,在外加剂掺量为1%时,抗压强度较高,继续增加外加剂S掺量抗压强度下降较快。这主要是由于外加剂S中缓凝成分的增加,延长凝结时间,影响磷石膏早期硬化,导致强度降低。
通过表5分析可以看出,影响软化系数的次序为:A、B>D>C。即矿渣和石灰掺量是影响磷石膏基保温砂浆胶粉料软化系数的主要因素。随着矿渣掺量的增加,胶粉料软化系数有所增加,在矿渣掺量为20%时,软化系数较低,继续增加矿渣掺量软化系数增大,当矿渣掺量为30%时,软化系数最高。这主要是由于加入的矿渣和石灰与水泥的水化产物发生二次反应,反应生成的产物提高了磷石膏密实度,进而改善胶粉料软化系数。
综合考虑各方面因素,得出磷石膏基保温砂浆胶粉料的适宜配合比为A3B2C1D1。
3.2 配合比验证
为了说明优化效果,采用对比试验,同时成型相同尺寸试件,养护至7 d和28 d测试其性能,结果见表6。
从表6可以看出,经过优化的配比,强度在早期变化不明显,但后期增长较大;软化系数在后期有很大的提高。
4 结论
影响磷石膏基保温砂浆胶粉料抗压强度的次序依次为外加剂S、水泥、矿渣和石灰;影响磷石膏基保温砂浆胶粉料软化系数的次序依次为矿渣、石灰、外加剂S和水泥。综合考虑各方面因素,得出磷石膏基保温砂浆胶粉料的适宜配比为A3B2C1D1,即磷石膏为54%,矿渣掺量为30%,石灰掺量为5%,水泥掺量为10%,外加剂S掺量为1%。经测试,该配方与基准配比相比,28 d抗压强度与软化系数都有较大幅度提高。
参考文献
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[2]林乐.我国磷肥工业发展现状和展望[J].磷肥与复肥,2004,19(1):1-5.
[3]夏举佩,阳超琴,苏毅.磷石膏基复合胶凝材料的制备[J].云南化工,2005,15(1):21-23.
石膏砂浆 篇2
传统保温砂浆以水泥基胶结材、膨胀聚苯乙烯颗粒为轻骨料,收缩率大,抗裂性差,防火性能差。脱硫石膏基保温砂浆属无机保温材料,无放射性、无污染,用作内墙保温材料比有机聚苯板、聚苯颗粒保温砂浆更舒适、更健康。该新型保温砂浆在内墙尤其是在分户墙以及楼梯间隔墙中的使用既可以有效解决同一建筑体内单体温度差异而导致的内流热损失,还因大量使用了工业废弃脱硫石膏,在推动环保工作的同时带动了绿色建材的发展[1,2,3]。
脱硫石膏基保温砂浆以级配良好、导热系数小、耐火度高的玻化微珠为轻骨料,克服了传统聚苯颗粒和普通膨胀珍珠岩轻骨料保温砂浆中的诸多缺陷和不足,如聚苯颗粒保温砂浆耐温差、强度低、遇火高温下产生有害气体和抗老化性能差、施工中易反弹等;膨胀珍珠岩轻骨料吸水性强、易粉化、体积收缩率大、后期强度小、综合保温性能不高等[4]。本实验以脱硫石膏为胶凝材料,膨胀玻化微珠为隔热组分,用缓凝剂、乳胶粉、纤维素醚以及纤维等聚合物进行改性,研究各组分对其性能的影响,最终形成适宜的制备参考依据。
1 实验
1.1 原材料及性能
1.1.1 脱硫石膏
随着我国火力发电厂废烟脱硫技术的广泛应用,脱硫石膏产量迅猛增加,截止到2010年底,全国年产脱硫石膏已超过3790万t[5],弃之不用则会堆积如山污染环境,综合利用则可以造福于民。重庆市珞璜电厂采用湿式石灰石/石膏法(FGD)生产工艺进行生产,所得脱硫建筑石膏性能见表1。
1.1.2 膨胀玻化微珠
玻化微珠是一种新型绝热材料,河南信阳平桥中原珍珠岩厂将膨胀珍珠岩经粉碎、脱水(结晶水)、气化膨胀、玻化等工艺,加工生产出膨胀玻化微珠。其颗粒外形比较规则,呈微球形,表面连续光滑,孔隙封闭。其表观密度为100～200kg/m3,常温下当表观密度为180kg/m3时,热导率小于0.0465W/(m·K),吸湿率小,吸水性大。膨胀玻化微珠的具体物理力学性能见表2。
1.1.3 其它添加剂
(1)可再分散乳胶粉
乳胶粉是水泥、石膏基干粉料中最主要的一种粘结剂,可提高砂浆的内聚力、柔韧性以及与基底的粘结力,有效抑制或延缓裂纹的产生和发展[6]。德国瓦克胶粉有限公司采用喷雾干燥等处理工序将高分子聚合物乳液制成粉状热塑性树脂制备出可再分散乳胶粉,本实验采用的产品型号为5044N。
(2)羟丙基甲基纤维素醚
纤维素醚是由纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物,它在砂浆中起到保水增稠作用,能明显改善砂浆的施工性能,提高砂浆的保水性、流动性和抗垂性[7]。本实验采用山东泰安瑞泰纤维素有限公司生产的型号为60 RT100000的羟丙基甲基纤维素醚。
(3)聚丙烯纤维
聚丙烯纤维经改性后掺入砂浆中可以有效提高砂浆的抗拉强度、抗渗性,减少砂浆硬化过程中产生的微裂纹并阻止其发展,增强砂浆的断裂韧性[8,9,10]。实验表明[11],砂浆掺入纤维的合适长度为6mm。本实验采用武汉中鼎经济发展有限责任公司生产的聚丙烯纤维。
(4)柠檬酸
可操作时间是石膏基产品性能的重要指标,延长可操作时间的主要措施是掺加缓凝剂[12]。目前常用的石膏缓凝剂主要有碱性磷酸、柠檬酸、酒石酸等,本实验采用云南燃二化工有限公司生产的柠檬酸。
1.2 保温浆料的制备工艺
用圆盘式强制搅拌机制备拌合物,搅拌物体积不少于搅拌机容量的20%,不多于80%。加入胶粉料后,边搅拌边加水,搅拌2min;加入玻化微珠骨料,再搅拌2min后测定拌合物稠度,控制在60～70mm。
1.3 实验方法
按照GB/T20473-2006《建筑保温砂浆》制备拌合物,测定砂浆干密度和含水率。
按照GB5486.2-2001《无机硬质绝热制品试验方法》测定砂浆抗压强度。
按照GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》测定砂浆导热系数。
按照JGJ70-1990《建筑砂浆基本性能试验方法》测定砂浆线收缩率。
砂浆压剪粘结强度参照GB/T17371-1998《硅酸盐复合绝热涂料》执行。
2 结果与讨论
2.1 确定脱硫石膏与膨胀玻化微珠的配比
评价保温材料的基本指标分别是抗压强度及导热系数,它们与保温材料组成有直接的关系。要配制出性能优越的保温砂浆,就必须首先确定混合主材的配比值。图1为膨胀玻化微珠掺量对保温砂浆干密度和立方抗压强度的影响。
由图1(a)可见,随着膨胀玻化微珠与脱硫石膏的体积质量比的增大,砂浆拌合物干表观密度呈线性降低。当达到4.5L∶1kg时,干密度达到GB/T 20473-2006中Ⅱ类保温砂浆的要求,且干密度降低曲线趋于平缓。图1(b)表明,当膨胀玻化微珠与脱硫石膏的体积质量比在5.5L∶1kg以上时,抗压强度小于0.2MPa,不再满足标准要求。配制性能优异的保温性砂浆,首先要保证保温隔热组分具有足够的比例,而强度的不足完全可以通过掺入外加剂进行调节。因此,玻化微珠与脱硫石膏的比例可控制在4.5L∶1kg左右。
2.2 柠檬酸对脱硫石膏性能的影响
对柠檬酸用于脱硫石膏材料进行定量实验,结果如表3所示。
由表3可知,脱硫石膏空白样初凝时间只有很短的10min,随着柠檬酸掺量的增加,初凝和终凝时间都延长,需水量不断减少,强度损失不断增大。但掺量高于0.1%时,需水量减及强度损失幅度趋于稳定。综合考虑施工要求和成本需求等实际因素,柠檬酸的掺量应在保证满足砂浆可操作时间的情况下,能少用尽量少用,建议适宜掺量取值为脱硫石膏质量的0.1%左右。
2.3 乳胶粉掺量对保温砂浆性能的影响
乳胶粉和柠檬酸等外加剂掺量按占脱硫石膏质量的百分比计。固定骨料与脱硫石膏的体积质量比为4.5L∶1kg,柠檬酸掺量为0.05%,研究乳胶粉掺量对保温砂浆干密度及压折比的影响,结果如表4所示。
随着乳胶粉掺量的增加,保温砂浆的干密度和压折比都呈降低态势,当掺量大于1.5%时,下降幅度趋缓和。
由图2(a)可见,当胶粉掺量为2%时,保温砂浆的压剪粘结强度大于50kPa,达到标准要求值。图2(b)表明,当胶粉掺量低于1%时,保温砂浆的立方抗压强度随胶粉掺量的增加有所减小,这是由于胶粉在搅拌时引入少量气泡所致。当掺量超过1%时,保温砂浆的立方抗压强度随胶粉掺量的增加不断增长,直到掺量超过2.5%,这是因为随着砂浆的搅拌,胶粉成膜凝结增强保温砂浆结构内聚力的作用要强于气泡对抗压强度的弱化作用,但掺量越大,引入的气泡越多,从而减弱胶粉料补充抗压强度的效果,导致抗压强度减小。综合考虑性能获取与成本,建议石膏基玻化微珠保温砂浆中乳胶粉的掺量为1.5%～2%。
2.4 纤维素醚掺量对保温砂浆性能的影响
固定骨料与石膏的体积质量比为4.5L∶1kg,柠檬酸掺量为0.05%,胶粉掺量为1%,研究纤维素醚对保温砂浆性能的影响,结果如图3所示。纤维素醚是起增稠保水作用的外加剂,可防止砂浆离析,从而获得均匀一致的可塑体。由图3可见,随着纤维素醚掺量的增加,保水率不断上升,但掺量高于0.6%时,保水率增长趋于平缓。
2.5 聚丙烯纤维掺量对保温砂浆性能的影响
固定骨料与石膏的体积质量比为4.5L∶1kg,柠檬酸掺量为0.05%,胶粉掺量为1%,纤维素醚掺量为0.5%,研究聚丙烯纤维对保温砂浆性能的影响,结果如图4所示。
聚丙烯纤维有较强的抗拉强度和柔韧性,纤维在砂浆中杂散排列可以有效消化内部各个方向收缩产生的应力,从而增强砂浆韧性、抗裂和抗冲击的作用。由图4可见,随着聚丙烯纤维掺量的增加,压折比明显降低,三点弯曲试验断裂时的变形量和断裂能增大,表明保温砂浆的韧性抗裂和抗冲击的性能由于砂浆中纤维网络的连接作用得到较大改善。当聚丙烯纤维掺量超过0.6%时,保温砂浆的压折比、极限变形量和断裂能的变化都趋于平缓,影响弱化。当掺量达到0.3%以上时,保温砂浆56d收缩率降低到0.3%以下,满足保温砂浆标准要求。当掺量高于0.6%时,砂浆的线性收缩率趋于平缓。聚丙烯纤维虽然可以有效提高砂浆的抗开裂性,降低其收缩率,但是由于纤维易于团聚,过多的掺入会使保温砂浆浆料抱团,导致施工性变差。因此,应在保证其抗开裂性的同时将掺量控制在较低的水平,综合以上分析,聚丙烯纤维的掺量宜控制在0.6%。
3 结论
(1)脱硫建筑石膏凝结时间用柠檬酸调节,柠檬酸的适宜掺量为石膏质量的0.1%左右。
(2)当玻化微珠和胶凝材料的体积质量比为4.5L∶1kg时,保温砂浆干密度达到建筑保温砂浆的标准要求。
(3)乳胶粉适宜掺量为2.0%,此掺量下的砂浆粘结强度大于50kPa。
(4)纤维素醚适宜掺量为0.6%,此掺量下砂浆的保水性提高到98%。
(5)随聚丙烯纤维掺量的增加,砂浆的断裂能增大,脆性降低,韧性增强,砂浆的抗裂性提高,聚丙烯纤维的适宜掺量为0.6%。
摘要：以脱硫石膏及膨胀玻化微珠为研究对象,通过对比选取和交叉试验的方法,首先考察了脱硫石膏与膨胀玻化微珠的配比对保温砂浆的表观密度和抗压强度的影响,再利用柠檬酸、乳胶粉、纤维素醚和聚丙烯纤维等掺合物对保温砂浆进行改性试验,重点研究了各添加剂对保温砂浆的保水率、压折比、极限变形量、断裂能和线性收缩率的影响。结果表明,要配制性能优异的脱硫石膏基保温砂浆,应将玻化微珠和胶凝材料的体积质量比控制在4.5L∶1kg,必须掺入石膏质量0.1%左右的柠檬酸调节凝结时间,乳胶粉、纤维素醚和聚丙烯纤维的掺量分别控制为胶凝材料质量的2%、0.6%和0.6%。
关键词：脱硫石膏,膨胀玻化微珠,保温砂浆
参考文献
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石膏砂浆 篇3
随着燃煤电厂烟气脱硫改造的完成,脱硫石膏的高效利用与处置面临严峻考验。脱硫石膏粉强度很高[1],完全能满足生产粉刷石膏的要求,将其用于外墙内侧、内隔墙及顶棚的抹灰层,不仅可弥补传统抹灰砂浆裂缝、起壳及开裂等通病,还能消耗大量脱硫石膏,解决脱硫石膏资源化综合利用的难题。
1 原材料
1.1 脱硫石膏
采用湿法脱硫废渣原料经煅烧所生成的半水石膏,其性能指标见表1。
1.2 轻骨料
轻骨料分别采用2种不同密度的玻化微珠和膨胀珍珠岩,其性能指标见表2。
1.3 纤维素醚
采用陶氏化学有限公司的羟丙基甲基纤维素醚(MHPC),黏度分别为15 000、20 000、30 000 m Pa·s,其性能指标见表3。
1.4 引气剂
采用上海建筑科学研究院自行研制的白色粉末状引气剂,有效物含量不低于92%,活性成分含量不低于90%,堆积密度220~250 kg/m3。
1.5 缓凝剂
采用上海建筑科学研究院自行研制的SC高效缓凝剂,淡黄色粉末状,其性能指标见表4。
2 轻质石膏砂浆的配合比研究
用于外墙内侧、内隔墙及顶棚补充节能的轻质石膏砂浆属抹灰砂浆,直接用于墙面的找平层,故须具有适当的强度,同时又要兼具良好的保温性能。初步确定抗压强度大于2.5 MPa及导热系数小于0.15 W/(m·K)为主要目标进行轻质石膏砂浆的配合比研究[2,3]。
2.1 玻化微珠品种及掺量对轻质石膏砂浆性能的影响
玻化微珠是一种无机玻璃质矿物材料,经过特殊生产技术加工而成,呈不规则球状体颗粒,内部为多孔空腔结构,表面玻化封闭,光泽平滑,具有质轻、绝热、防火、耐高低温、抗老化、吸水率小等优异特性[4]。本研究采用2种不同颗粒形态的玻化微珠(见图1)。图1(a)的玻化微珠堆积密度为100~110kg/m3,颗粒粗大,内部多封闭空腔结构,表面玻化率高,光泽平滑;图1(b)的玻化微珠堆积密度为140~150 kg/m3,颗粒细小,粉状偏多,表面玻化率低。
将以上2种不同堆积密度的玻化微珠1 L分别与不同比例的脱硫建筑石膏进行复配,固定纤维素醚掺量为石膏量的0.3%,引气剂掺量为总粉料的1.0%保持不变,调整SC缓凝剂的用量,使石膏砂浆的初凝时间保持在(180±20)min。不同堆积密度玻化微珠配制的砂浆密度与抗压强度的关系见图2。
由图2可知,堆积密度较大的玻化微珠表面玻化率较低,表面积的增加,使砂浆的用水量上升,从而导致石膏砂浆强度降低,但由于玻化微珠中粉状偏多,其密度反而较大。而堆积密度较小的玻化微珠由于颗粒粗大且多为封闭空腔,用水量小、密度小,同时强度也比较高。故应优先考虑堆积密度较小,表面玻化率高的玻化微珠作为轻质石膏砂浆的填充骨料。
确定玻化微珠品种,固定纤维素醚与引气剂掺量保持不变,调整SC缓凝剂的用量,使石膏砂浆的初凝时间保持在(180±20)min,玻化微珠用量对轻质石膏砂浆密度及抗压强度的影响分别见图3、图4。
由图3、图4可知,随着玻化微珠掺量的增加,轻质石膏砂浆的密度及抗压强度逐渐下降;随着密度的下降,其保温效果较掺砂的粉刷砂浆保温效果更好。
考虑不同玻化微珠及脱硫建筑石膏性能的差异,初步确定玻化微珠掺量为石膏量的20%~35%,控制其密度在500~800 kg/m3。
2.2 膨胀珍珠岩掺量对轻质石膏砂浆性能的影响
膨胀珍珠岩是传统的轻骨料,其堆积密度和导热系数均低于玻化微珠,是较为理想的轻骨料。固定纤维素醚与引气剂掺量保持不变,当掺入不同比例的膨胀珍珠岩后,调整SC缓凝剂的用量,使石膏砂浆的初凝时间保持在(180±20)min,测试其密度和抗压强度,结果分别见图5、图6。
由图5、图6可知,随着膨胀珍珠岩掺量的增加,轻质石膏砂浆的密度及抗压强度均逐渐下降;随着密度的下降,其保温效果也比一般粉刷砂浆要好。
考虑不同膨胀珍珠岩及脱硫建筑石膏性能的差异,初步确定膨胀珍珠岩掺量为石膏量的15%~25%,控制其密度在500~800 kg/m3。
2.3 纤维素醚对轻质石膏砂浆性能的影响
纤维素醚是石膏砂浆的主要外加剂,具有保水增稠、降低砂浆分层度、提高砂浆与墙体之间粘结力及改善砂浆施工性能的作用。同时,纤维素醚能向砂浆中引入大量的气泡,降低砂浆表观密度,是影响轻质石膏砂浆总体性能的一种重要添加剂。本试验研究选用黏度在15 000~30 000 m Pa·s的羟丙基甲基纤维素醚。
2.3.1 纤维素醚掺量对轻质石膏砂浆保水性的影响
固定玻化微珠掺量为石膏量的25%,纤维素醚采用陶氏MKX30000,改变纤维素醚用量,调整用水量。纤维素醚掺量对轻质石膏砂浆保水率的影响见图7。
由图7可知,当纤维素醚掺量达到石膏量的0.2%左右时,砂浆保水率曲线趋于平缓。考虑不同纤维素醚性能及黏度差异对砂浆保水率的影响,确定纤维素醚掺量为石膏量的0.2%~0.3%,且当轻骨料掺量增加时,应适当上调纤维素醚用量。
2.3.2 纤维素醚掺量对轻质石膏砂浆拉伸粘结强度的影响
纤维素醚的作用是提高保水率,目的是减少石膏浆体内所含的水分在砂浆凝结硬化前被墙体基材吸收,保证界面处石膏浆体的完全水化反应,从而保证界面的粘结强度。
固定玻化微珠掺量为石膏量的25%,纤维素醚采用陶氏MKX15000,改变纤维素醚用量,调整用水量。纤维素醚掺量对轻质石膏砂浆拉伸粘结强度的影响见图8。
由图8可知,随着纤维素醚掺量的增加,虽然用水量上升将使抗压、抗折强度降低,但其拉伸粘结强度逐渐增大,轻质石膏砂浆对基材的粘结力提高。当纤维素醚掺量继续增加时,由于用水量进一步上升,使得其拉伸粘结强度下降。考虑不同的纤维素醚及脱硫建筑石膏性能的差异,故纤维素醚掺量不应高于石膏量的0.4%。
综上所述,初步确定纤维素醚掺量为石膏量的0.2%~0.4%。应根据轻骨料掺量、实际工程情况进行适当调整。
2.4 引气剂对轻质石膏砂浆性能的影响
引气剂在砂浆搅拌过程中能引入大量分布均匀的微小气泡,降低砂浆中调配水的表面张力,从而导致更好的分散性,减少砂浆拌合物的泌水、离析现象。另外,细微而稳定的空气泡引入,降低了砂浆的密度,同时提高了轻质石膏砂浆的施工性能[5]。
保持脱硫石膏与玻化微珠的比例为360 g∶1 L,纤维素醚掺量保持不变,引气剂用量对石膏基保温砂浆密度和强度的影响分别见图9、图10。
由图9、图10可知,随着引气剂掺量的增加,轻质石膏砂浆的密度、抗折和抗压强度逐渐下降。当其掺量大于1.0%后,强度下降趋于平缓,引气效果不再显著。由此,初步确定引气剂掺量为粉料总量的0.6%~1.2%。
引气剂掺量为总粉料的1.0%时,轻质石膏砂浆硬化体截面见图11。
由图11可知,由于适量纤维素醚及引气剂的掺入,使浆体在凝结硬化前具有细小而稳定的气泡,这将使轻质石膏砂浆硬化体的密度降低,但并不显著降低其强度。
2.5 轻质石膏砂浆的凝固膨胀与干燥收缩
2.5.1 轻质石膏砂浆的凝固膨胀
当半水石膏与水混合产生水化作用最终形成了一定强度的二水石膏硬化体,会产生膨胀现象。而不同的半水石膏最终产生的凝固膨胀值不同。本试验研究脱硫建筑石膏与普通天然石膏凝固膨胀的差别。
将标准稠度用水量的水与相应石膏粉混合搅拌,形成均匀浆料,将浆料完全充满槽并从刻度计中测得长度。在试样上放1片橡胶薄膜,尽量减少水分蒸发。在终凝前1 min读取最初值,将试样的一端无约束的膨胀2 h,读取最后的读值,并测得其长度的变化。试验结果见表5。
由表5可知,脱硫建筑石膏的膨胀率比天然建筑石膏大,2号试样的膨胀率达0.552%。在制备轻质石膏砂浆时,轻骨料的掺入将减少砂浆的凝固膨胀,但为了避免砂浆上墙硬化后的膨胀变形,可通过掺入一定量的减胀剂,但这样做并不十分经济。
2.5.2 缓凝剂对脱硫建筑石膏凝固膨胀率的影响
由于缓凝剂会延缓石膏的初、终凝时间,故取浆料完全充满槽后开始凝结硬化时初始读数。在试样上放1片橡胶薄膜,尽量减少水分蒸发。将试样的一端无约束地膨胀24 h,比较掺0.25%SC缓凝剂的脱硫建筑石膏凝固膨胀率与不掺SC缓凝剂时的差别,结果见图12。
由图12可知,该脱硫建筑石膏在掺入0.25%SC缓凝剂后的膨胀率为0.27%,比未掺入缓凝剂时的膨胀率0.52%缩小近一半。故通过掺入SC缓凝剂不但延缓了砂浆凝结时间,更减少了砂浆的凝固膨胀,避免了砂浆硬化后的起鼓现象。
2.5.3 轻质石膏砂浆的干燥收缩
石膏基砂浆与一般水泥基砂浆略有不同,石膏基砂浆凝结时间一般在3 h左右,较水泥基砂浆快得多,而且是气硬性材料,有凝固膨胀。当其凝固膨胀稳定后,就会在一定时间内产生收缩。
本试验参考JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》测试轻质石膏砂浆的收缩率,测试试件成型后6 h及24 h拆模后的初始长度,并按JC/T 517—2004《粉刷石膏》中的养护条件进行养护,测试不同龄期试件的长度,结果见表6。
%
由表6可知,脱硫建筑石膏砂浆在28 d内的收缩率不大于0.020%。6 h拆模后石膏砂浆的收缩率测试值比24 h拆模的石膏砂浆收缩率测试值略微偏大。由于石膏的水化时间在24 h内基本完成,为不影响硬化体强度,建议成型24 h后拆模,并测试其初始长度。同时,石膏砂浆在拆模后1个月内的收缩值未见增加,7 d后的收缩率测试值基本稳定。故仅需取7 d后长度作为轻质石膏砂浆收缩率。
试验还表明,轻质石膏砂浆的干燥收缩值很小,小于凝固膨胀值,故总体而言,轻质石膏砂浆硬化后体积仍略有膨胀,没有传统水泥砂浆收缩、开裂等问题。
2.6 轻质石膏砂浆配方确定及性能测试
通过大量试验研究,最终确定轻质石膏砂浆配方见表7,测试结果见表8。
kg
注:(1)黏度为15 000 m Pa·s;(2)轻骨料为玻化微珠,堆积密度105kg/m3;(3)轻骨料为膨胀珍珠岩,堆积密度70 kg/m3。
3 轻质石膏砂浆保温效果分析
轻质石膏砂浆抹灰墙体的特征是增加居住建筑的外墙保温和分户墙保温,在原有的建筑节能设计中,未考虑外墙内保温和分户墙保温。现以混凝土隔墙,采用轻质石膏砂浆代替传统水泥砂浆进行双面抹灰并计算其平均传热系数。墙体平面示意如图13所示。
混凝土、水泥砂浆导热系数λ按照GB 50176—93《民用建筑热工设计规范》附录四取值,各取1.74、0.87 W/(m·K),轻质石膏砂浆导热系数取0.12 W/(m·K),根据上述规范需乘以修正系数1.2。根据热阻计算值Rn=δ/λc计算各材料的热阻,结果见表9。
根据GB 50176—93附录二计算如下:
墙体的平均传热阻按照Rp=R1+R2+…Rn计算。隔墙的传热阻按照R0=Ri+Rp+Re计算,其中内、外表面换热阻Ri、Re按照附表2.2取值,均为0.11 m2·K/W。
当对混凝土隔墙采用水泥砂浆抹灰时,隔墙的平均传热系数计算过程如下:
当对混凝土隔墙采用轻质石膏砂浆抹灰时,隔墙的平均传热系数计算过程如下:
由此可知,对于混凝土隔墙,采用水泥砂浆抹灰时,墙体的传热系数为2.625 W/(m2·K),未达到节能50%对分户墙传热系数不大于2.0 W/(m2·K)的要求(上海市工程建设规范DG/TJ 08—205—2008《居住建筑节能设计标准》)。而采用轻质石膏砂浆抹灰时,墙体的传热系数为1.631 W/(m2·K)。其保温效果较传统水泥砂浆抹灰的墙体提高38%。
4 结语
(1)用于外墙内侧、分户墙及顶棚补充节能的轻质石膏砂浆宜选择表面玻化率高、密度小的玻化微珠作为轻骨料,其掺量为石膏量的20%~35%,当采用膨胀珍珠岩作为轻骨料时,其掺量为石膏量的15%~25%。纤维素醚掺量一般为石膏量的0.2%~0.4%,且黏度应适中。引气剂的掺量为粉料总量的0.6%~1.2%。
(2)虽然脱硫建筑石膏的凝固膨胀比天然建筑石膏大,但将其用于轻质石膏砂浆的制备时,可消减一部分凝固膨胀值,同时,缓凝剂的掺入及后期的干燥收缩也将抵消砂浆的部分凝固膨胀值,故避免了砂浆硬化后起鼓现象,同时又解决了传统水泥砂浆收缩、开裂等通病。
(3)轻质石膏砂浆强度适中,保温性能较好。抹灰后无须另作护面。
(4)采用20 mm厚轻质石膏砂浆代替传统水泥砂浆对200mm厚混凝土隔墙进行双面抹灰后,保温效果可提高38%,有利于建筑物的补充保温。
(5)用于外墙内侧、分户墙及顶棚补充节能的轻质石膏砂浆是脱硫石膏的高效利用,解决了脱硫废渣处置难题,是符合循环经济的绿色低碳建材。
摘要：轻质石膏砂浆作为粉刷石膏的一个新品种,主要用于墙面的找平层,同时对外墙内侧、分户墙及顶棚具有补充节能的作用。配制时宜选择表面玻化率高、密度小的玻化微珠作为轻骨料,其掺量为石膏量的20%～35%;当采用膨胀珍珠岩作为轻骨料时,其掺量为石膏量的15%～25%;纤维素醚掺量一般为石膏量的0.2%～0.4%;引气剂的掺量为粉料总量的0.6%～1.2%。按m(石膏)∶m(玻化微珠)∶m(纤维素醚)∶m(引气剂∶)m(SC缓凝剂)=770.0∶215.0∶4.1∶5.0∶2.3制备的轻质石膏砂浆导热系数为0.12 W/(m.K),通过计算,采用20 mm厚轻质石膏砂浆代替传统水泥砂浆,对200 mm厚混凝土隔墙进行双面抹灰后,保温效果提高38%。
关键词：轻质石膏砂浆,分户墙节能,补充节能
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石膏砂浆 篇4
厚层石膏基自流平砂浆通常施工在旧混凝土或砂浆基面,一次施工厚度大于20 mm,与基面的粘结强度、抗分层性能和流动度有严格的要求以满足施工需要。减水剂和可再分散乳胶粉是影响厚层石膏基自流平砂浆性能的重要添加剂,本文旨在通过测试减水剂和可再分散乳胶粉对厚层石膏基自流平砂浆物理力学性能的影响,并通过微观分析揭示可再分散乳胶粉提高石膏基自流平砂浆力学性能的作用原理,为更好应用可再分散乳胶粉提供参考。
1 实验
1.1 原材料
建筑石膏:β 型,甘孜州安远矿业有限责任公司,物理力学性能见表1。
白水泥:P·W32.5,阿尔博波特兰(安庆)有限公司;重钙:325 目,四川江油;石英砂:70~140 目,绵阳市龙门石英砂厂。
聚羧酸减水剂:减水剂A为Melflux 2651F,巴斯夫(中国)有限公司,减水剂B、C、D为市售,4 种减水剂的基本性能见表2。
注:1减水剂掺量均占胶凝材料质量的0.4%。
可再分散乳胶粉(以下简称胶粉):Vinnapas 4115N,瓦克化学(中国)有限公司;消泡剂:AGITAN P 803,德国明凌化工集团;抗沉淀剂:WALOCEL MT400 PFV,陶氏化学(中国)有限公司;抗离析剂:O-87,广东龙湖科技股份有限公司;缓凝剂,P-10,广东龙湖科技股份有限公司。
混凝土板:200 mm×400 mm×40 mm,上海增司工贸有限公司。
1.2 物理性能测试方法
1.2.1 流动度
按配比称取2 kg试样,将水倒入胶砂搅拌机中,缓慢倒入石膏基自流平粉料,慢速搅拌1 min后再快速搅拌1 min至均匀。
将符合JC/T 1023—2007《石膏基自流平砂浆》的流动度环放置在玻璃板中央,将搅拌均匀的浆料灌满流动度环,分别在2 s内和15 min提起流动度环,保持10~15 s,使浆料自由流动,待流动停止4 min后测试垂直方向的直径,取平均值为初始流动度和15 min流动度。
1.2.2 抗折、抗压强度
按配比称取3 kg试样,按照1.2.1 搅拌方法搅拌至均匀。将浆料灌入预先涂有脱模剂的40 mm×40 mm×160 mm胶砂试模中,浆料充满后用刮刀刮平,待试件终凝后1 h脱模,同时制备2 组试件。一组试件在标准状态下养护24 h,另一组试件在40 ℃烘箱中烘干至恒重,在标准状态下冷却至室温。采用抗折、抗压试验机测试绝干抗折、抗压强度。
1.2.3 粘结强度
按配比称取1 kg试样,按照1.2.1 搅拌方法搅拌至均匀。将硅胶试模放置于混凝土板成型面上,将制备的浆料倒入成型框中,抹平,放置24 h后脱模,制成50 mm×50 mm×5 mm石膏基自流平试件,10 个试件为1 组。试件放置标准养护室中养护6 d,用砂纸除去表面浮浆,然后用环氧树脂胶将拉拔头粘结在试件成型面上,在标准试验条件下继续放置24 h,采用拉拔仪测试粘结强度,取10 个试件测试结果的算术平均值作为粘结强度。粘结强度成型框及试件成型示意分别见图1、图2。
2 结果与讨论
厚层石膏基自流平砂浆采用表3 基础配比,测试减水剂和可再分散乳胶粉对石膏基自流平砂浆性能的影响。
%
注:其它材料包括胶粉、减水剂、消泡剂和抗沉淀剂。
2.1 减水剂对厚层石膏基自流平砂浆性能的影响
减水剂是石膏基自流平砂浆的主要添加剂,具有改善石膏基自流平砂浆流动性和强度的作用。选用减水剂A和市面常见的聚羧酸减水剂B、C、D进行对比测试,减水剂掺量均为0.18%,测试结果如表4 所示。
由表4 可见,4 种聚羧酸减水剂在相同掺量时,掺减水剂A的砂浆流动度最高,其次是掺减水剂D的砂浆,掺减水剂B的砂浆流动度较差。掺减水剂A、B、C的砂浆24 h强度相差不大,掺减水剂D的砂浆24 h强度最低。掺减水剂A的砂浆绝干强度最高,掺其余3 种减水剂的砂浆绝干强度相差不大。综合看,减水剂A更适合应用于厚层石膏基自流平砂浆中。
4 种聚羧酸减水剂的红外图谱见图3。
由图3 可以看出,4 种聚羧酸减水剂在1110、1250、1350、1460、1580 cm-1处均有明显吸收峰,表明均存在磺酸基、羧基、酰胺基、醚基等主要官能团;但4 种减水剂的结构也存在明显差异,减水剂A在1726 cm-1位置没有吸收峰,而减水剂B、C、D在该位置表现的酯羧基收缩振动峰明显,从而说明官能团对聚羧酸减水剂的性能起到关键作用[3,4]。
2.2 胶粉对厚层石膏基自流平砂浆性能的影响
可再分散乳胶粉是一种应用广泛的有机粘结剂,应用于石膏基建材中可提高制品的性能。测试了不同胶粉掺量(占石膏基自流平砂浆干粉质量)对石膏基自流平砂浆性能的影响,结果见表5。
由表5 可知,厚层石膏基自流平砂浆的初始流动度随着胶粉掺量增加先增大后减小。原因在于胶粉溶解水中具有一定的黏度,当掺量较低时,浆体黏度的提升提高了浆体对填料的悬浮能力,有利于浆体的流动;当胶粉掺量继续增加时,浆体黏度的提升导致浆体黏性增大,流动度呈现下降趋势。胶粉掺量对砂浆的15 min流动度几乎没有影响。
胶粉作为一种有机粘结剂,强度的发展依赖于浆体水分的蒸发、成膜形成粘结强度,厚层石膏自流平砂浆浇筑24 h后仍然具有较高的含水率,胶粉的强度没有得到发展,表现为石膏基自流平砂浆24 h强度随着胶粉掺量增加呈现降低趋势。胶粉掺量为2.0%时,砂浆的24 h抗折、抗压强度较未掺胶粉的分别下降25.5%、11.9%。绝干状态下石膏基自流平砂浆中水分蒸发,胶粉能形成连续膜,具有了较好的粘结力,表现为石膏基自流平砂浆的绝干强度随着胶粉掺量增加而提高,胶粉掺量为2.0%时,砂浆的绝干抗折、抗压强度较未掺胶粉的分别提高了63.5%、36.8%。
未掺胶粉和胶粉掺量为2.0%的石膏基自流平砂浆的SEM照片见图4、图5。
由图4、图5 可见,未掺加胶粉的石膏基自流平砂浆中有大量棒状、柱状二水石膏晶体和不规则填料。二水石膏晶体之间以及二水石膏晶体与填料之间交错搭接在一起,通过不规则紧密堆积在一起使石膏基自流平砂浆产生强度。掺入2.0%可再分散乳胶粉的石膏基自流平砂浆中,胶粉在石膏基自流平砂浆中形成丝状连接,在二水石膏晶体与填料,晶体与晶体之间形成有机架桥[见图5(a)],二水石膏晶体上形成有机膜,将二水石膏晶体之间的搭接部位包裹和连接[见图5(b)],从而增加了石膏基自流平砂浆的内聚力和粘结力,提高了石膏基自流平砂浆的强度。
胶粉在砂浆中具有成膜性,能提高干燥砂浆的内聚力和粘结强度[5]。胶粉在二水石膏晶体与填料间的成膜物对二水石膏晶体之间以及填料间形成有效粘结,提高了二水石膏晶体与填料间的内聚力,从而在宏观上提高了石膏基自流平砂浆的粘结强度。由表5 可知,胶粉掺量2.0%时,砂浆的粘结强度较未掺胶粉的提高了46.5%。
通过上述研究,得到了厚层石膏基自流平砂浆的最佳配比(见表6),按此配比配制的石膏基自流平砂浆一次施工厚度可达80 mm,无离析、泌水现象,物理力学性能如表7 所示。
%
3 结语
(1)减水剂是影响厚层石膏基自流平砂浆流动度的重要因素,同时对强度也有一定的影响。综合考虑,减水剂Melflux2651F更适合应用于厚层石膏基自流平砂浆中。
(2)可再分散乳胶粉能显著提高厚层石膏基自流平砂浆的绝干强度和粘结强度。胶粉掺量为2.0%时,砂浆的绝干抗折、绝干抗压和粘结强度较未掺胶粉的分别提高了63.5%、36.8%和46.5%。
(3)可再分散乳胶粉在厚层石膏基自流平砂浆中形成连续膜,在二水石膏晶体之间、二水石膏与填料之间形成有机架桥,提高晶体之间与填料之间的作用力,从而提高了厚层石膏基自流平砂浆的力学强度。
(4)研究得到了厚层石膏基自流平砂浆的最佳配比,按此配比配制的石膏基自流平砂浆一次施工厚度可达80 mm,可满足多种基面的找平施工,各项物理力学性能达到地面找平要求。
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