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无机外加剂提升脱硫石膏耐水性能研究

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第39卷第12期 2017年12月 低温建筑技术 LOW TEMPERATURE ARCHITECTURE TECHNOLOGY DOI:10.13905/j.cnki.dwjz.2017.12.001 无机外加剂提升脱硫石膏耐水性能研究 李扬涛, 马玉薇,李刚,蓝明菊, 张伟杰,杨文,邓智中,卫云飞 (石河子大学水利建筑工程学院。 石河子832003 J 【摘要】脱硫石膏制品普遍存在遇水后强度下降很快的缺陷,严重制约其使用功能。以铝酸盐水泥和普通 硅酸盐水泥按一定比例配制而成的元机外加剂掺入脱硫石膏中,改善脱硫石膏的耐水性能,研究不同外加剂掺入 量条件下脱硫石膏的力学性能和耐水性能的变化规律。结果表明,与不/J ̄#l'/Jn剂相比,当掺入5%的外加剂时,脱 硫石膏的吸水率为0.23,降低了23.33%;脱硫石膏的绝干、吸水饱和抗压强度分别为21.25MPa和9.43 MPa,脱 硫石膏的抗折、抗压软化系数分别为0.49和0.44,分别提高了16.94%、39.30%、23.25%、37.60%。 【关键词】脱硫石膏;无机外加剂;强度;耐水性 【中图分类号】TU528.47 【文献标识码】A 【文章编号】1001—6864(2017)12—0001—03 THE STUDY oN D oRGANIC ADDITIVE nIPROVING WATER RESISTANCE OF FGD GYPSUM LI Yangtao,MA Yuwei,LI Gang,LAN Mingju,ZHANG Weijie, YANG Wen,DENG ZHizhong,WEI Yunfei (College of Water Conservancy and Architecture,Shihezi Univ.,Xinjiang Shihezi 832003,China) Abstract:The FGD gypsum product generally has the drawback of rapid decline in strength after meeting water,which seriously limits its using function.The inorganic additive consisting of aluminate cement and ordinary Portland cement was put into FGD gypsum for improving the water resistance of FGD gypsum.Then the changes of mechanical properties and water resistance of FGD gypsum under dif- ferent additive conditions are studied.The results showed that when the dosage of the additive is 5%. the water absorption rate of FGD gypsum is 0.23,which is 23.33%lower than no additive;the con・ pressive strength of dry and saturated water are 2 1.25 MPa and 9.43 MPa respectively;the flexural and compressive softening coeficifents are 0.49 and 0.44,improving 16.94%,39.30%,23.25%and 37.60%respectively,compared with no additive. Key words ̄FGD gypsum;inorganic admixture;strength;water resistance 0 引言 制品的破坏,李建权等将防水材料涂于石膏外表面, 在石膏外部形成隔水层,减缓了石膏遇水后的强度下 降 ;三是,将无机材料作为外加剂内掺到石膏,利用 无机材料水化形成较稳定结构体系的特点,提高石膏 脱硫石膏主要由CaSO ・2H O组成,其所含杂质 较少且颗粒较细,煅烧后与水的水化反应程度更高, 故其性能在一定程度要优于天然石膏 。脱硫石膏 制品普遍存在遇水后强度下降很快的缺点,严重制约 其使用功能 ]。如何有效解决脱硫石膏制品遇水后 的强度下降问题,成为该材料的主要研究方向 。 目前常采用三种方法来提高石膏的耐水性能。一是, 的强度及耐水性能。张翔等以不同量的粉煤灰和水 泥作为无机外加剂掺入脱硫石膏中,制备并研究了脱 硫石膏的力学性能和耐水性能 。表面外涂防水材 料和掺入有机防水材料两种防水措施在短期内的防 水效果较好,使得石膏试件的2 h吸水率只有4%左 右 ;但是由于长期受到使用环境的影响,表面喷涂 将有机防水材料掺入石膏中,降低石膏对水的亲和 力,直接提高了材料的耐水性能。李国忠等把有机乳 液作为石膏的化学改性剂,用于降低石膏制品的亲水 性,提升其耐水性能 ;二是,通过在石膏表面涂刷有 机防水材料,将水和石膏隔离开来,减少了水对石膏 的防水材料很容易脱落,而有机材料的掺入也会造成 石膏力学强度的下降 ,因此两者的长期防水效果均 不理想 。而无机外加剂在使石膏制品耐水性得到 [基金项目]兵团重大科技项目(2016JB02);石河子大学优秀中青年骨干教师培养支持计划;大学生创新计划项目(201710759043) 2 低温建筑技术 第39卷 有效提高的同时,还使制品的耐久性得到提升,故其 长期防水效果更好。因此采用由两种水泥按一定比 例配制而成的外加剂 来改善脱硫石膏的耐水性能, I 研究不同外加剂掺入量下脱硫石膏的软化系数、抗压 及抗折强度等指标的变化。 1 试验部分 龆 锲 1.1 原材料 试验原材料主要包括水、外加剂和脱硫石膏。脱 硫石膏来自石河子天富热电厂,含水率15%,经煅烧 工艺处理后,水膏比为0.6,初凝时间8min,终凝时间 外加剂掺量,% 为16min。外加剂由普通硅酸盐水泥和铝酸盐水泥按 67.5%:32.5%的比例配制而成,根据脱硫石膏初凝时 间的变化,对外加剂的配比进行了改进,使得外加剂 的初凝时间和脱硫石膏初凝时间基本匹配。 2.2试验方案设计 脱硫石膏在350 ̄C的条件下煅烧3h,待冷却后备 用。参照GB/T 9776—2008(建筑石膏》进行试件的制 备 。将制备好的试件取一半放入温度为(40±2)℃ 的烘干箱中烘干24h,至重量不再变化;另一半放入水 中浸泡24h,至重量不再变化。以GB/T 17899.3— 1999(建筑石膏力学性能的测定》作为脱硫石膏性能 测试的标准 。试验原料配比见表1。 表1 试验原料配合 匕 2试验结果与分析 2.1 表观密度 外加剂的掺入量对脱硫石膏表观密度的影响曲 线如图1所示。可以看出,脱硫石膏表观密度的变化 趋势与掺入外加剂的量基本呈现正相关,当外加剂掺 入量为30%时,脱硫石膏表观密度达到1191 kg/m , 比不加入外加剂时增加了5.90%。这是因为外加剂 由两种水泥配制而成,水泥本身的密度要高于脱硫石 膏,同时水泥水化生成的钙矾石等物质起到填充脱硫 石膏内部孑L隙的作用,增强了脱硫石膏整体的密实度。 2.2吸水率 见外加剂的掺入量对脱硫石膏吸水率的影响曲 线见图2。可看出,当掺入外加剂的量逐渐增加时,脱 图1外加剂掺量对脱硫石膏表观密度的影响 硫石膏吸水率呈现先上升后下降的趋势。当掺入外 加剂的量为5%时,吸水率下降至0.23,与不加外加剂 相比,减少了23.33%。这是因为外加剂水化后形成 的产物具有致密性好、吸水率低的特点,填充在脱硫 石膏的内部孔隙中,阻止了部分水进入材料内部,有 旃 效降低了脱硫石膏的吸水率。但当掺入外加剂的量 继续增加时,吸水率再次呈现上升趋势,这是因为在 水饱和状态下,掺人的外加剂进一步水化,产生大量 钙矾石,在脱硫石膏的孔隙中产生较大膨胀,使脱硫 石膏出现轻微开裂,更多的水进入材料内部。 外加剂掺量 图2外加剂掺量对脱硫石膏吸水率的影响 2.3强度 外加剂掺量对脱硫石膏抗压强度的影响曲线见 图3。可看出,当外加剂掺量增加时,脱硫石膏的绝t 抗压强度呈先上升后下降的趋势。当外加剂的掺量 为5%时,脱硫石膏的绝干抗压强度为21.25MPa,和 不加外加剂相比,提高了16.94%;当掺人量增大剑 10%时,脱硫石膏绝干抗压强度达到最大值 22.92MPa。这是由于外加剂水化之后形成的钙矾石 等物质与脱硫石膏紧密结合,提升了整体结构的强度 与稳定性。但是当掺入量超过10%时,过多的外加剂 会继续水化,产生大量钙矾石,在石膏孔隙中产生较 大膨胀,会对以石膏为主的内部框架结构造成破坏, 造成整体结构强度下降。石膏在吸水饱和状态下的 第12期 李扬涛等:无机外加剂提升脱硫石膏耐水性能研究 3 抗压强度并未表现出明显规律性,当掺入外加剂的量 Bd善 嚼幽辗 为5%时,脱硫石膏的吸水饱和抗压强度达到 9.43MPa,和不加外加剂相比,提高了39.30%。当掺 入不同量的外加剂时,脱硫石膏的吸水饱和抗压强度 芝 鹃 均有所提高,说明外加剂的掺入可有效改善脱硫石膏 的耐水性。 外加剂掺量,% 图3外加剂掺量对脱硫石膏抗压强度的影响 外加剂掺量对脱硫石膏抗折强度的影响曲线见 图4。可以看出,当外加剂掺人量逐渐增多时,脱硫石 膏的绝干抗折强度呈现下降趋势。这是因为脱硫石 膏的抗折强度与其内部的组织结构复杂程度和颗粒 间结合的牢固程度有关 。虽然外加剂水化产生的 钙矾石具有一定的强度,但是同时它的形成也增加了 石膏晶体内部结构的复杂程度,而且各种成分结合后 的粘结力相比于单一成分间的粘结力会减小,导致脱 硫石膏绝干抗折强度随着外加剂掺量增加而下降。 从图3还可看出,脱硫石膏吸水饱和抗折强度呈 现先上升后下降的趋势,这是因为在水饱和状态下, 外加剂还会进一步水化,起到填充脱硫石膏内部孔隙 的作用,使结构整体稳定性得到提高。当掺人5%的 外加剂时,脱硫石膏抗折强度为3.06MPa,和未加外加 剂相比,提高了l5.04%。当掺入10%时的外加剂,其 性能与掺人量为5%时基本持平,当外加剂掺入量超 过10%后,脱硫石膏吸水饱和抗折强度开始下降,这 是因为在水饱和状态下,更多的外加剂参与水化反 应,生成大量钙矾石,在脱硫石膏孔隙中膨胀,对已形 成的结构体系产生破坏作用,导致其抗折强度下降。 2.4软化系数 外加剂掺量对脱硫石膏软化系数的影响曲线见 图5。可看出,当外加剂掺入量逐渐增加时,脱硫石膏 的抗折和抗压软化系数均呈先上升后下降趋势。当 掺入5%的外加剂时,的抗折软化系数为0.49,与不加 外加剂相比,提高了23.25%;脱硫石膏抗压软化系数 为0.44,与不加外加剂相比,提高了37.60%。这主要 是因为外加剂的水化产物难溶于水,填充在脱硫石膏 辖 外加剂掺量 图4外加剂掺量对脱硫石膏抗折强度的影响 内部孑L隙中,有效增加了脱硫石膏在吸水饱和状态下 的强度,从而使脱硫石膏的耐水性能得到改善。当外 加剂掺量过多时,会有外加剂剩余,多余的外加剂会 与水继续发生水化反应,生成的钙矾石对结构有破坏 作用,使得脱硫石膏软化系数下降。综合考虑,取外 加剂掺人量为5%时,脱硫石膏的软化系数达到最优。 裰 祭 外加剂掺量,% 图5外加剂掺量对脱硫石膏软化系数的影响 3结语 外加剂的掺人,可有效提升脱硫石膏的强度和耐 水性能。当掺人5%的外加剂时,其吸水率降低至 0.23,与不加外加剂相比,降低了23.30%;脱硫石膏 的抗折软化系数、抗压软化系数分别达到0.49、0.44, 与不加外加剂相比,提高了23.25%、37.60%;其绝 干、吸水饱和抗压强度分别为21.25MPa和9.43 MPa, 与不加外加剂相比,提高了16.94%和39.30%。 参考文献 [1]刘俊飞,孙吉书,李兵.缓凝剂对建筑石膏强度性能影响的 试验[J].低温建筑技术,2012,34(12):4—6. [2]钱耀丽,叶蓓红.耐水石膏砂浆的配制及性能研究[J].低温 建筑技术,2014,36(10):16—18. (下转第7页) 第l2期 勇等:SBR胶乳高旧料热再生沥青混合料性能研究 7 加再生剂)相比,再生混合料(再生剂+SBR胶乳)的 TSR值更高,说明SBR胶乳增强了沥青与集料之间的 粘结力,进一步提升了再生混合料的抗水损害性能。 表5 冻融劈裂试验结果 可以使高旧料掺量的热再生沥青混合料的路用性能 达到新沥青混合料的要求。 参考文献 Zaumanis M,Mallick R B.Review of Ve y Hih—Contentg Reclaimed Asphalt Use in Plant-Producd ePavements:State fo the Art[J].In— temational Journal of Pavement Engineering,2015,16(1):39-55. West R C,Willis J R,Marasteanu M 0.Improved Mix Design,E- valuation,and Materils Managementa Practices for Hot mix Asphalt with Hih gReclaimed Asphalt Pavement Content[M].Trnsaporta- tion Research Board,2013. 耿九光.沥青老化机理及再生技术研究[D].西安:长安大 学,2009. 4结语 心 (1) 再生剂对老化沥青主要起软化作用,部分 ] ] ] ] Tran N,Taylor A,Willis R.Effect of Rejuvenator on Performance 1 ] ropPerties of HMA Mixtures with Hi【h RAP agnd RAS Contents [J].Auburn,AL:National Center for Aslohah Technology,2012. 恢复了老化沥青的性能,但对老化沥青的高温性能有 着不利影响;SBR胶乳可以同时改善老化沥青(添加 再生剂)的高低温性能,弥补了再生剂的不足。 (2) 添加再生剂的再生沥青混合料由于再生剂 胡林.沥青路面厂拌热再生关键技术研究[D].南京:东南大 学,2013. 谭忆秋,郭猛,曹丽萍.常用改性剂对沥青粘弹特性的影响 [J].中国公路学报,2013,26(4):7—15. Ahmed A,Aziz S R,Hossain M,et a1.Evaluation of Semicircu— lar Bending Test for Assessing Cracking Potentil oaf Superpave 的软化效用,其高温性能较差,加入SBR胶乳后,再生 混合料的高温性能得到了明显改善。 (3) 再生剂对再生混合料的低温性能改善幅度 有限,同时加入再生剂和SBR胶乳可以大幅改善再生 混合料的低温抗裂性能。 (4) 再生混合料的抗水损害性能好于新沥青混 合料,加入SBR胶乳的再生混合料具有比仅加入再生 Mixtures with His【h Reclaimed Asphalt Pavement Content[C]// Airielfd and Highway Pavements,2015:1—8. 潘勤学,钱国平,刘宏富,等.沥青混合料水稳定性指标控 制值适用性分析[J].中外公路,2014,(3):065. [收稿日期]2017—09一l1 [作者简介】 b勇(1977一),男,江苏邗江人,高级工程师,从 事高速公路建设与养护工作。 剂的混合料更好的抗水损害性能。TSR值在评价再生 混合料的抗水损害性能方面有一定的局限性。 (5)含有再生剂和SBR胶乳的50%RAP料掺 量的热再生沥青混合料性能试验结果表明:SBR胶乳 o●0o●o0●0o●00●oo●00●0o●o0◆0o●o0●00●oo●00●0o●o0●00●o0●00●oo●00●o0●00●00●00●oo●00●oo●o0●00●0o●00●0o●o0◆0o●00●0o●o0●0o●o0●0o●o0●00●oo●o0●00●o (上接第3页) [3]剐家斌.脱硫石膏基材新型砌块性能及综合评价研究[D]. 西安:西安建筑科技大学,2015. [4] 刘丽娟,张秋霞,徐红英,等.提高脱硫石膏的湿强度来改善 石膏材料的耐水性能[C].青岛:全国石膏生产与应用技术交 流大会,2008. 济南大学学报:自然科学版,2006,20(2):116—120. [11]关淑君.耐水建筑石膏的试验研究[J].新型建筑材料,2005, (2):1—3. [12]莫甲新,张群朝,蒋涛.硅丙乳液对石膏耐水性和强度的影响 研究[J].胶体与聚合物,2014,(4):153—155. 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