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| 石膏復合膠凝材料的研究進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-12-03 11:29:22 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）石膏作為一種氣硬性膠凝材料，被廣泛用于生產(chǎn)各種石膏制品，這些產(chǎn)品在使用過(guò)程中不僅質(zhì)輕而且具有良好的隔音隔熱、防火性能、抗震性能和裝飾性等優(yōu)點(diǎn)，并可以調節空氣濕度，提高居住舒適度。但是耐水性差、強度不高的缺點(diǎn)致使石膏制品在某些場(chǎng)合中的應用受到了較大的限制。
提高石膏制品的力學(xué)性能及耐水性是當前研究與生產(chǎn)石膏制品領(lǐng)域關(guān)注的問(wèn)題。單純提高石膏制品耐水性，可以在表面涂抹防水劑或者在其中添加防水材料，前者在制品表面破損的情況下，防潮效果將大大降低，后者成本太高，而且會(huì )降低石膏砌塊的機械性能。
因此，國內外許多研究者開(kāi)展了大量的摻合料配制石膏復合膠凝材料的研究，力求從根本上解決石膏制品強度和耐水性較低的問(wèn)題。
1 石膏復合膠凝材料研究進(jìn)展
石膏復合膠凝材料是由石膏和外加摻合料，在相應的激發(fā)劑作用下，以一定比例混合而成，兼具氣硬性和水硬性的膠凝特點(diǎn)。選擇的摻合料主要有生石灰、水泥、礦渣、粉煤灰等。
1.1 石膏－石灰復合膠凝材料研究進(jìn)展
摻加生石灰是最早用于改性石膏的方法，主要是生石灰磨細后，比表面積小，摻入石膏后，相比需水量少，從而保證能達到高密度，獲得較高的強度; 而且生石灰的存在使石膏的溶解度降低， 因為石灰在空氣中碳化轉變成碳酸鈣，碳酸鈣溶解度遠小于石膏，此時(shí)石膏細粒為不溶于水的碳酸鈣所包覆，石膏－ 石灰復合膠凝材料的耐水性大幅度提高，尤其表現在提高石膏的耐凍水溶蝕性能上。但是生石灰的摻量需控制在一定的范圍，對提高強度而言，以10% 摻量為好; 對抗凍水溶蝕而言以摻加25%的最好。
1.2 石膏－水泥復合膠凝材料研究進(jìn)展
采用硅酸鹽水泥作為建筑石膏的摻合料，主要是水泥中的鋁酸三鈣與石膏發(fā)生反應生成具有膠凝性且耐水性較好的三硫型水化硫鋁酸鈣，即鈣礬石，而且水泥的本身含有硅酸三鈣與硅酸二鈣發(fā)生水化反應生成具有凝膠性能的C－S－H( 水化硅酸鈣凝膠) ，C－S－H 的生成有利于石膏制品力學(xué)性能的提高。
然而，若石膏水泥配合比不合適，水泥摻量過(guò)高，其反應生成的水化鋁酸鈣數量增多，形成的鈣礬石數量也增多，鈣礬石的體積增大，會(huì )導致石膏結晶結構網(wǎng)的破壞，增加制品裂紋，反而降低制品的強度、提高其吸水率、降低制品耐水性，嚴重的造成石膏試件的破壞。由于水泥品種多樣性，不同水泥品種、摻量和水化環(huán)境，所形成的鈣礬石的結構、數量不同，因此對混合體系的性能也不相同。其中，硫鋁酸鹽水泥和硅酸鹽水泥對石膏適應性較好。
曲烈，趙素寧等研究了磨細水泥及普通細度水泥對β 型半水脫硫石膏－ 水泥復合材料力學(xué)性能及結構特征的影響。結果表明，隨著(zhù)半水脫硫石膏用量減少和水泥用量增加，抗壓強度增加。水灰比為0.28，脫硫石膏摻量55%，水泥與磨細水泥優(yōu)化比例為1: 4，采密封室溫養護，其28d 的抗壓強度可達48.84MPa，抗折強度達到9.38MPa。
1.3 石膏－礦渣/粉煤灰復合膠凝材料研究進(jìn)展
石膏中摻加粉煤灰或高爐礦渣等水硬性摻合料，必須在堿性激發(fā)下發(fā)揮作用。建筑石膏中的半水石膏溶解形成二水石膏，并析出晶體形成結構骨架，使漿體凝結硬化，提供早期強度; 礦渣/粉煤灰在堿與二水石膏的共同作用下水化產(chǎn)生水化硅酸鈣與鈣礬石，分布在二水石膏晶體周?chē)?，未水化的粉煤?礦渣顆粒則作為微集料填充于空隙中，完善網(wǎng)絡(luò )結構骨架。這種結構，使石膏復合膠凝材料具有較好的耐水性，耐水性差的二水石膏晶體被大量溶解度低的水硬性鈣礬石晶體包裹，阻止了水分對二水石膏晶體的侵蝕; 而侵入的水分既使部分二水石膏發(fā)生溶解侵蝕，對硬化體結構產(chǎn)生破壞，又能促進(jìn)未水化粉煤灰進(jìn)一步水化，有利于硬化體的修復與發(fā)展。
趙前、李文杰研究發(fā)現高鋁水泥的加入可以有效提高磷石膏－礦渣－鋼渣磷石膏基水硬性膠凝材料體系的早期強度，并縮短凝結時(shí)間，使水化產(chǎn)物鈣礬石生成量明顯增加，從而有效提高該材料的水化性能; 當摻6%的高鋁水泥時(shí)，該膠凝材料的3d 抗壓強度達到4.5MPa， 28d 抗壓強度達35MPa。
單衛良等將半水石膏與礦渣微粉復合，在堿性激發(fā)條件下制備出一種新型石膏( GS) 復合膠凝材料。相比于基準石膏，該石膏復合膠凝材料的強度和耐水性能均有很大提高， 14d 強度提高109%; 海水浸蝕7d的軟化系數提高158%。
樊先平等研究了水泥在石膏復合膠凝材料體系中的作用，水泥對石膏復合膠凝材料的性能有很大影響，摻量過(guò)少不能有效激發(fā)礦渣活性，摻量過(guò)多易引起安定性不良，水泥的最佳摻量范圍為7% ～ 10%。
1.4 石膏復合膠凝材料的應用研究進(jìn)展
隨著(zhù)石膏復合膠凝材料研究的不斷深入，目前已經(jīng)有很多建筑產(chǎn)品使用了石膏基復合膠凝材料，實(shí)際應用過(guò)程中取得了很好的成效。
葉蓓紅等以氟石膏、脫硫石膏、礦渣粉為主要組分開(kāi)發(fā)了一種石膏復合膠凝材料，并以其配制石膏防潮砂漿; 經(jīng)工程應用，該砂漿上墻后無(wú)收縮裂縫; 具有良好的耐水性，可直接用于潮濕環(huán)境下外墻內側與內隔墻的找平。而且其成本略低于水泥抹灰砂漿，具有經(jīng)濟適用性及較好的市場(chǎng)推廣應用前景。
孫振平等利用脫硫石膏、礦渣粉、少量水泥和激發(fā)劑制備的脫硫石膏基復合膠凝材料，配以?；⒅闉檩p質(zhì)集料開(kāi)發(fā)了一種建筑保溫砂漿。結果表明，這種保溫砂漿各項性能指標均達到相關(guān)標準的要求;同時(shí)，因原材料中采用了大量工業(yè)廢棄物，這種砂漿產(chǎn)品的環(huán)境效益和社會(huì )效益極佳，市場(chǎng)前景廣闊。
施惠生等利用化工廢石膏－ 粉煤灰制備了一種新型道路建筑材料，具有較高的力學(xué)性能和優(yōu)異的抗硫酸鹽侵蝕性能。
2 石膏復合膠凝材料存在問(wèn)題
目前國內研究者通過(guò)礦物摻合料或者復合外加劑對石膏的改性已取得了一些進(jìn)展，但石膏復合膠凝材料研究中還存在很多問(wèn)題:
(1) 目前對石膏復合膠凝材料的研究主要關(guān)注在石膏復合膠凝材料物理性或工作性的某一方面，研究不夠系統深入;
(2) 對各種礦物摻合料在同等條件下對建筑石膏物理性能的影響、礦物摻合料特別是激發(fā)劑與外加劑在石膏中的相容性等研究較少;
(3) 以建筑石膏為主要原材料的石膏基復合膠凝材料中，建筑石膏水化極快，參與復合的其他礦物摻合料在缺乏堿性激發(fā)劑和水的時(shí)候，會(huì )嚴重影響后期水化過(guò)程，從而會(huì )導致材料的整體強度偏低。研究表明一定的養護條件下，能改善石膏復合膠凝材料的強度及耐水性，但是這必將帶來(lái)成本和能源問(wèn)題。
(4) 石膏復合膠凝材料在很大程度上解決了石膏的耐水性問(wèn)題，但是對于以石膏復合膠凝材料為基材的石膏建筑產(chǎn)品的耐水性問(wèn)題研究還不夠深入，這些制品的耐水性是否也同樣得到解決，有待進(jìn)一步試驗
隨著(zhù)生態(tài)建筑和綠色建材的概念日益為人們所接受，以石膏為主體的綠色生態(tài)建材將越來(lái)越受到建筑行業(yè)的青睞。無(wú)論是從生態(tài)建筑、環(huán)境保護還是從資源開(kāi)發(fā)和工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化利用來(lái)看，石膏建材包括石膏基復合膠凝材料都是值得大力發(fā)展的綠色建筑材料。
在我國由于石膏強度低、耐水性差這兩大缺陷的存在，導致石膏建材在我國建筑市場(chǎng)占有的份額還是很低。所以，以石膏為基材的石膏復合膠凝材料的研究在我國還有更大的空間; 并且在石膏復合膠凝材料研究的基礎上，大力開(kāi)展石膏復合膠凝材料為主要成分的石膏建材新產(chǎn)品將有廣闊的前景。
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