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减水剂对建筑石膏性能的影响与作用机理研究 2015-01-04

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建筑石膏强度普遍较低,一个重要原因就是其实际拌和用水量远远大于其理论水化需水量,导致硬化体孔隙率增加,强度下降。掺加减水剂可以同时保证石膏良好的浆体流变性和较高的硬化体强度,是建筑石膏改性切实有效的途径。如同混凝土减水剂给混凝土带来高强高性能一样,石膏减水剂的开发应用必将对高性能石膏基材料和制品产生积极而深刻的影响。然而由于缺乏石膏减水剂理论的指导,应用中往往盲目使用混凝土减水剂,普遍存在“高效”减水剂低性能,造成高效减水剂的减水率低、流动度经时性损失大、增强效果不明显等缺陷。减水剂适应性差,使用效率低,极大地制约了它在石膏基材料中的广泛应用,也阻碍了石膏建材的发展。针对以上问题,本课题立足于基础研究,对减水剂在石膏应用中的一些基本理论和关键技术问题展开了系统的研究。对石膏外加剂分子结构与性能的关系、外加剂吸附特性、吸附膜结构与性能、外加剂对水化速率与硬化体微结构的影响进行深入、系统的研究,揭示石膏外加剂的作用本质及其内在规律。深入研究外加剂复合的互补、增强行为,揭示复合外加剂超叠效应的本质,建立石膏外加剂复配原理,为石膏高效多功能复合外加剂的研究与开发指明方向。明确外加剂的使用范围和使用方法,指导人们更加科学合理地使用外加剂。通过研究不同种类的减水剂对建筑石膏的浆体流变性和硬化体强度的影响,找到了适合石膏体系的减水剂,并揭示了减水剂对石膏强度的影响规律;通过研究石膏流动度经时变化,找到了石膏流动度损失的原因及抑制措施;通过研究影响减水剂作用效果的因素(石膏细度、PH值、减水剂掺法等),为减水剂的合理应用提供了理论指导。通过UV紫外-可见光谱对减水剂在石膏颗粒表面的吸附量及吸附等温曲线的测定,发现减水剂在石膏颗粒表面的吸附基本符合Langmuir吸附规律,存在一个饱和吸附量。通过对不同减水剂的吸附量、吸附层厚度比较,并结合Zeta-电位测试结果,揭示了不同减水剂与石膏的作用机理,认为FDN、SM等是静电斥力起作用,而AN3000等新型减水剂则使空间位阻和静电斥力共同作用。在对微观机理充分认识的基础上,论文作者提出了合成石膏减水剂的初步构想,具有一定的可行性。石膏硬化体的SEM晶体形貌和孔结构研究结果表明,减水剂对石膏晶体形貌基本没有影响,其影响主要是晶体之间搭接更密实,石膏硬化体的孔隙率大幅度降低,孔径明显细化,最终导致硬化体强度的提高。研究还表明,建筑石膏的强度与其孔隙率有密切的关系,而降低孔隙率的最佳途径就是掺加减水剂,降低石膏浆体拌合用水量。研究表明,减水剂并不与石膏发生化学反应生成新的水化产物,其作用机理主要为减水剂在固-液界面的吸附,改变了固-液界面的性质,产生静电斥效应或空间位阻效应而使颗粒分散,其中空间位阻效应分散效果更佳,且具有较强的流动性保持能力。
Study on Effect of Water Reducer on the Performance of Building Gypsum and Its Action Mechanism
作者
凯旋
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