缓凝剂对磷建筑石膏性能的影响

-.z.﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡﹡材料创新设计实验题目缓凝剂对磷建筑石膏性能的影响学号姓名专业班级指导教师缓凝剂对磷建筑石膏的影响摘要：通过在磷建筑石膏中掺入一定量缓凝剂，研究不同缓凝剂对磷建筑石膏的凝结时间和及其抗折、抗压强度的影响。结果说明，掺入少量的缓凝剂可对磷建筑石膏的凝结时间起到延缓作用，但同时会对其强度造成不利影响，在实验所用的缓凝剂中，以柠檬酸钠的影响作用最为明显。关键词：磷建筑石膏；缓凝剂；凝结时间；强度1.引言石膏是一种蕴藏丰寓、广泛存在的矿产资源，其应用有着悠久的历史。它在自然界中以二水石膏(CaS04·2H2O)和无水硬石膏(CaS04)存在。建筑石膏是由天然二水石膏或化学石膏经煅烧脱水，形成以ß一半水石膏为主要成分的胶凝材料。磷石膏是磷化工企业废弃物,每年数千万吨的磷石膏不仅制约了磷化工企业的开展,而且占用土地、污染环境。因此,给磷石膏找出路是磷化工企业科技开发的重要问题。建筑石膏的凝结硬化比拟快，其凝结时间一般只有6—30min，可操作时间只有3-5min，往往不能满足施工和操作的要求，故而需用缓凝剂延长其凝结时间。由于磷石膏自身特性(成分复杂、颜色较差、制品孔洞率高等)的影响，磷石膏产品很难使用于建筑行业外的其它行业，但建筑石膏是建筑工程的必备材科，其产品质量和技术性能对施工与工程质量有较大影响。缓凝剂对石膏作用效果的影响因素是多方面的，包括水膏比、温度、PH值、石膏颗粒细度、杂质的含量和种类等。本文在一定温度、标准稠度用水量、石膏细度和石膏品种的前提下研究不同掺入量缓凝剂对石膏的凝结时间和强度的影响。2.实验原材料磷石膏：细度为0.2mm方孔筛筛余量为1.6%，标准稠度用水量为71%缓凝剂：本实验用到的缓凝剂有柠檬酸钠、六偏磷酸钠和多聚磷酸钠3.实验过程3.1缓凝剂对磷建筑石膏凝结时间的影响实验方案和数据处理称取试样200g,水=200×71%=142g，和相应掺入量的缓凝剂，缓凝剂的掺表1缓凝剂掺入量参量〔%〕00.10.20.3质量(g)00.20.40.6将试样和缓凝剂按标准稠度用水量水，倒入搅拌碗中。在5s内将试样参加水中，搅伴30s,得到均匀的料浆，倒人搅拌碗中。为了排除料浆中的空气，将玻璃底板抬高约10mm，上下震动5次。用刮刀刮去溢浆.使其与环模上外表齐平。将装满料浆的环模连同玻璃底板放在仪器的钢针下.使针尖与料浆的外表相接触并离开环模边大于10mm,迅速放松杆上的固定螺丝，钢针即自山插入料桨中。针的插入和升起每隔30s重复一次，每次都应改变插点，并将针擦记录从试样与水接触升始.到钢针第一次碰不到玻玻璃底板所经历的时，此即试样的初凝时间。记录从试样与水接触开场，到钢针插人料桨的深度不大于Imm所经厉的时间，此即试样的终凝时间。凝结时间以min计，带有零数及30s时进作1min。所测得的不同掺入量、不同缓凝剂的各组数据如表2。表2凝结时间表序号缓凝剂名称掺量〔%〕初凝时间(min)终凝时间(min)1无0582柠檬酸钠0.19133柠檬酸钠0.213164柠檬酸钠0.314205六偏磷酸钠0.17106六偏磷酸钠0.28157六偏磷酸钠0.313178多聚磷酸钠0.16119多聚磷酸钠0.271210多聚磷酸钠0.31115实验结果分析由表2可以看出，缓凝剂柠檬酸钠、六偏磷酸钠和多聚磷酸钠都具有比拟明显的缓凝效果，并且随着缓凝剂掺量的增加，凝结时间持续延长。三种缓凝剂对磷建筑石膏的凝结时间的缓凝效果依次是柠檬酸钠>六偏磷酸钠>多聚磷酸钠，柠檬酸钠缓凝剂对于磷建筑石膏的缓凝效果最好，在0.3％掺量时即可使磷建筑石膏的终凝时间到达20min;六偏磷酸钠缓凝剂的缓凝效果相对不明显，0.1%掺入量时初凝时间仅为6min。3.2缓凝剂对磷建筑石膏强度的影响实验方案和数据处理称取试样1000g,水=1000×71%=710g，和相应掺入量的缓凝剂，缓凝剂的掺入量如表表3缓凝剂掺入量参量〔%〕00.10.20.3质量(g)01.02.03.0在试模内侧薄薄地涂上一层矿物油，并使连接缝封闭，以防止料浆流失。从密封容器内取出枯燥试样，充分拌匀。称取试样1000g,并按标准稠度用水量量水，再把已称量的建筑石膏和相应质量的缓凝剂倒入其中，静置1min，然后用拌和棒在30s内搅拌30圈。接着，以3r/min一边慢慢搅拌，一边把料浆舀人试模中。将试模的前端抬起约10mm，再使之落下，如此重复五次以排除气泡。当从溢出的料浆判断已经初凝时，用刮平刀刮去溢浆，但不必反复刮抹外表。终凝后，在试件外表作上标记，并拆模。遇水后2h就将作力学性能试验的试件，脱模后存放在试验室环境中。需要在其他水化龄期后作强度试验的试件，脱模后立即存放于封闭处。在整个水化期间，封闭处空气的温度为20℃士20C、相对湿度为90％士5%。每一类建筑石膏试件都应规定试件龄期。到达规定龄期后，用于测定湿强度的试件应立即进展强度测定。用于测定干强度的试件先在40℃士4℃的烘箱中枯燥至恒重，然后迅速进展强度测定。每一类试块的试件至少应保存三条，用于抗折强度的测定。做完抗折强度测定后得到的不同试件上的六块半截试件用作抗压强度测定表4空白组实验强度试件编号123平均值抗折强度〔KN〕0.920.940.960.94抗压强度〔KN〕8.17.56.97.47.76.87.2抗折强度R，按式〔1〕计算：〔1〕=0.00234×0.94×1000=2.20MPa式中：Rf—抗折强度，MPa;P—断裂荷载，N；M—弯矩，N·mm；b—试件方形截面边长，b=40mm.抗压强度R。按式〔2〕计算：〔2〕=7.4×1000÷2500=2.96式中：Rc—抗压强度，MPa;P—破坏荷载，N;S—试件受压面积，2500mm2表5柠檬酸钠组实验强度掺量〔%〕0.10.20.3编号123123123抗折〔KN〕0.820.840.820.650.660.680.470.490.45抗压〔KN〕6.05.75.64.24.54.33.23.13.45.85.85.94.24.44.53.43.33.2表6多聚磷酸钠组实验强度掺量〔%〕0.10.20.3编号123123123抗折〔KN〕0.900.940.920.780.780.780.560.620.64抗压〔KN〕6.96.86.75.15.45.34.24.34.36.67.26.95.25.35.24.34.24.2根据表4、表5、表6的数据，按照公式〔1〕和〔2〕计算出不同缓凝剂不同掺入量的实验抗折和抗压强度值，整理如表7：表7各组实验强度值缓凝剂名称掺量〔%〕抗折平均值〔KN〕抗压平均值〔KN〕抗折强度〔MPa〕抗压强度〔MPa〕无00.947.42.202.94柠檬酸钠0.10.835.81.942.32柠檬酸钠0.20.664.41.521.76柠檬酸钠0.30.473.31.081.32多聚磷酸钠0.10.926.82.122.72多聚磷酸钠0.20.785.21.792.08多聚磷酸钠0.30.614.21.401.68实验结果分析由表7可以看出，随着缓凝剂掺量的增加，磷建筑石膏的抗压和抗折强度均呈下降趋势。掺量一样时，缓凝剂柠檬酸钠对磷建筑石膏的抗折强度影响最大，抗折强度下降最为明显，在掺入量为0.1%，抗压强度损失为21.9%，掺入量为0.2%，其强度损失达40%；缓凝剂多聚磷酸钠对磷建筑石膏的抗压强度影响最较小，在掺入量为0.1%，抗压强度损失为7.5%，在掺入量为0.2%时，其强度损失29.2%。4.缓凝剂对磷建筑石膏的缓凝作用机理本文实验采用的3种缓凝剂可分为两大类，其缓凝作用机理也各不一样。柠檬酸钠属于有机酸类缓凝剂，六偏磷酸钠和多聚磷酸钠属于多聚磷酸盐系列缓凝剂。有机酸柠檬酸钠的缓凝机理主要在于柠檬酸钠中的基团与钙发生配位络合，形合物，吸附在过饱和溶液中形成的晶核外表，阻碍了晶核的长大，使半水石膏晶体结晶缓慢，水化过程自然得到了延缓，而正是这种缓凝过程，使形成的石膏晶体粗大，结晶接触点少，孔构造恶化，宏观强度也随之降低。多聚磷酸盐系列缓凝剂的缓凝机理主要是多聚磷酸盐与石膏形成了*种沉淀膜覆盖在半水石膏和二水石膏晶核外表，既阻碍了半水石膏的溶解，延缓了晶核的形成，同时还抑制了晶核的长大。5.结论〔1〕随着缓凝剂掺量的增加，建筑磷石膏的凝结时间持续增加，缓凝效果依次是柠檬酸钠>六偏磷酸钠>多聚磷酸钠，掺量为0.1%时缓凝剂的缓凝效果不太明显，掺量为0.3%时其缓凝作用有明显变化。〔2〕随着缓凝剂掺量的增加，磷建筑石膏的强度损失加大，在掺量一样的条件下，缓凝剂柠檬酸钠对磷建筑石膏强度的影响最大。〔3〕本文采用的3种缓凝剂缓凝中，综合考虑其对凝结时间和强度的影响，柠檬酸钠的掺量应控制在1%左右，多聚磷酸钠的掺量应控制在1%-2%左右。在实验过程中，有很多因素会对实验结果造成影响，其中以磷石膏中的杂质影响作用最大。由于磷石膏与磷矿的来源、磷矿的组成以及生产磷酸的工艺条件而存在差异，使得磷石膏所含的杂质组分相当复杂。磷石膏中杂质有P2O5、Al2O3、F-、Fe2O3、SiO2有机物及重金属铂、铜等，以及放射性的铀、镭、镉等，这些杂质的存在会对磷石膏的凝结时间和强队造成较大影响。参考文献[1]曹青,*铬,郝艳.缓凝剂对脱硫石膏水化的影响及其缓凝机理研究[J].新型建筑材料，2021(6)[2]纪罗军,陈强.我国磷石膏资源化利用现状及开展前景综述[J].硫磷设计与粉体工程，2006(5)[3]李庚英.建筑石膏缓凝剂的