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高强石膏的凝结膨胀性能研究

孟雪桦  
【摘要】:在近几年中,α高强石膏材料在精密铸造、汽车、飞机等复杂零件及一些新拓展的应用领域中得到了广泛的使用,通过调查发现这些新兴领域对石膏的凝固膨胀性能要求比较严格,除一些特殊要求高膨胀率外,均不希望膨胀率过高。找到高强石膏凝固膨胀率的影响因素,根据影响规律减小石膏凝结膨胀率等问题的解决极为迫切。本课题采用新型实验设备对α高强石膏材料的凝固膨胀率进行测量、采用维卡仪测试、强度测试、水化率分析、扫描电镜等手段研究其初终凝时间大小、强度发展过程与水化规律以及硬化后的亚微观结构关系。系统的研究了不同粒度、混水率和不同外加剂(缓凝剂和减水剂)对α高强石膏材料凝固膨胀率的影响规律,以及高强石膏的凝结膨胀机理。成功的建立了高强石膏的初终凝时间、2h抗折强度、3h水化率、硬化体形貌等性能与其凝固膨胀率的影响关系。通过本实验研究可以得到以下结论: 1、实验中使用的α型高强石膏的颗粒小,且粒径分布相对集中;水化膨胀率在0.4%左右;它的水化产物形貌相对比较复杂,绝大部分呈不规则短柱状,抗压强度超过了60MPa,其他各项性能指标均远超过JC/T2038-2010《α型高强度石膏》中所规定的要求。 2、随着材料粒径的减小,石膏粉细颗粒增多,石膏的凝结时间急剧下降,其抗折强度却呈逐渐增大趋势。石膏的凝固膨胀率随着石膏粒度的降低也逐渐增大,其原因主要是由于石膏粒径越小水化越充分,水化后的晶体形貌搭接越完好,晶体结构也相对密实,因此石膏的强度和凝固膨胀率也会随着增大。 3、高强石膏在标稠范围内水化充分、晶体结晶完好而且晶体之间交叉搭接也很紧密,此时石膏的凝固膨胀率最大。以标稠为基点混水率减小或增大都会降低石膏的凝固膨胀率,但随着混水率的增大,石膏的初终凝时间增加,2h抗折强度降低。 4、同一种缓凝剂随着掺量的增加,高强石膏的凝固膨胀率不断减小,缓凝剂的添加使石膏的晶核数量降低,从而降低硬化体系的致密度,降低硬化体强度,从而影响石膏的凝固膨胀率。但是不同的缓凝剂作用机理不同,对石膏的凝固膨胀率影响效果也不同,试验中使用了柠檬酸、焦磷酸钠、酒石酸、石膏专用缓凝剂1和石膏专用缓凝剂2五种缓凝剂,其中酒石酸对膨胀率的影响效果最明显。 5、随着SM减水剂掺量的增加,石膏的凝固膨胀率先降低后增大。当掺量为0.2%时出现最小值,在掺量大于0.2%时,随着掺量的进一步增加,膨胀率逐渐增大。这是由于大量酸性分子以化学吸附的形式吸附在晶体表面上,降低了晶体表面的自由能,导致晶体的粗化,使石膏的抗折强度明显降低,因此石膏的凝固膨胀率在SM掺量超过一定量后反而有所提高。


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