氟石膏自流平材料的制备范文

《建筑砌块与砌块建筑杂志》2014年第二期

1实验原料与方法

1.1实验原料氟石膏：取自山东某氟化工工厂，粉末状，呈灰白色。试验时，先将氟石膏置于45℃条件下进行预干燥处理，以除去氟石膏中含有的自由水。氟石膏的主要化学成分见表1。再生石膏：实验所用再生石膏为再生脱硫石膏，由实验室自制。活性激发剂：因氟石膏水化过程相当缓慢，适宜的激发剂能够激发其活性，加速其水化过程和强度的发挥。本实验所用激发剂为复合型活性激发剂，由本实验室自制，主要成分为硫酸盐和碳酸盐。减水剂：为了提高氟石膏自流平材料的密实度和强度，在保持自流平材料良好流动性的条件下，加适量减水剂是必要的。本试验采用萘系减水剂。保水剂：自流平材料在地面基层上施工，且施工厚度较薄，水分易被地面基层吸收，导致材料水化不充分，表面产生裂纹，强度降低。本试验选用纤维素类保水剂。

1.2实验方法将初始的氟石膏在60℃下烘至绝干，再经过破碎、粉磨得到符合细度要求的氟石膏粉料。按配比在氟石膏中加入复合型活性激发剂、减水剂、保水剂、再生石膏等，搅拌均匀形成干混料，待用。量取适量水倒入搅拌锅中，将干混料在30s内均匀地撒入水中，湿润后用料勺搅拌1min，然后用搅拌机慢速搅拌2min，得到均匀的料浆。再将料浆注入40mm×40mm×160mm三联模内成型，作为进行性能测试的试件。

1.3材料性能测试氟石膏自流平材料的流动度测试，采用内径（30±0.1）mm、高（50±0.1)mm的金属空心圆柱试模，要求料将流动度达到(145±5)mm。按《石膏基自流平砂浆》JC/T1023-2007对氟石膏自流平材料的力学性能进行测试。

2试验结果和讨论

2.1再生石膏对氟石膏性能的影响前期的试验研究表明：在复合型活性激发剂掺量为1.5%时，氟石膏试样的初、终凝时间分别为7.5h、9.5h，7d抗折、抗压强度分别为8.0MPa和44.0MPa。根据JC/T1023-2007《石膏基自流平砂浆》的标准要求，石膏基自流平材料的初凝时间应≥1h，终凝时间应≤6h，故经改性后的氟石膏材料的凝结时间尚未达到要求。我们在实验室采用掺加再生石膏的方式，来促进氟石膏的凝结硬化。再生石膏对氟石膏性能的影响如图1所示。由图1可以看出，再生石膏的掺加明显缩短了氟石膏的初、终凝时间，但降低了其强度。随着再生石膏掺量的增加，自流平浆料的初、终凝时间呈现持续缩短的趋势，当再生石膏掺量大于2.0%时，氟石膏的初、终凝时间基本趋于稳定；随着再生石膏掺量的增加，氟石膏试样的7d抗折强度略微降低，而7d抗压强度降低比较明显。综合考虑材料的初、终凝时间及力学强度，选择再生石膏的最佳掺量为2.0%，此时氟石膏自流平浆料试样的初、终凝时间分别为3.6h与4.9h，7d抗折、抗压强度分别为7.1MPa和32.4MPa。图2为改性前后氟石膏水化产物的微观形貌图。由图2（a）可以看出，未掺加复合型活性激发剂与再生石膏的氟石膏空白试样，水化晶体多为颗粒状或不规则多面体，且晶体较细小，晶体间搭接相对疏松；掺加了复合型活性激发剂与再生石膏的氟石膏试样后，晶体多呈现柱状，这主要是因为再生石膏的掺入，促进了氟石膏的水化凝结，同时复合型活性激发剂的存在改变了氟石膏晶体的生长习性，使得二水石膏晶体在a轴和b轴的生长速度明显快于c轴生长速度，故氟石膏水化硬化晶体呈现柱状或少量板状。

2.2减水剂对氟石膏性能的影响自流平石膏是指石膏浆料在早期要能够自动流平，因此流动度是关键。欲获得流动度很好的氟石膏浆体，单靠加大用水量必然引起氟石膏硬化体强度的下降，甚至出现泌水现象，使表层松软、掉粉、无法使用。因此，必须通过掺加减水剂来提高氟石膏料浆的流动度。本实验以改性后的氟石膏为研究主体，研究萘系减水剂对氟石膏自流平材料流动度的影响。具体结果如图3所示。从图3可以看出，掺加萘系减水剂能显著改善氟石膏料浆的流动度。当萘系减水剂掺量小于2.0%时，随着萘系减水剂掺量的增加，氟石膏料浆的流动度呈现不断增加趋势；当萘系减水剂掺量大于2.0%后，随着萘系减水剂掺量的增加，氟石膏料浆的流动度基本趋于稳定。这表明萘系减水剂的最佳掺量为2.0%，此时氟石膏料浆的流动度为142mm，满足JC/T1023-2007标准要求（145±5）mm的规定。将萘系减水剂加入到氟石膏料浆中，萘系减水剂分子会定向吸附于氟石膏颗粒表面，使得氟石膏颗粒表面带有负电荷，发生静电排斥反应，促使氟石膏颗粒之间相互分散，释放出被包裹部分的自由水，从而增加氟石膏浆体的流动性。同时，萘系减水剂属于线型离子聚合物减水剂，减水剂分子吸附在石膏颗粒表面时，分子结构中-SO3-基团的存在，会引起石膏颗粒固液界面能的降低，从而使得分散体系的热力学稳定性提高，有利于氟石膏颗粒的分散，宏观上表现为氟石膏料浆流动度的进一步增大。

3氟石膏自流平材料的最佳配比及工艺流程

在试验室对氟石膏改性研究的基础上，确定了氟石膏自流平材料的原料配比为：氟石膏复合活性激发剂掺量1.5%（占氟石膏质量，下同），再生石膏掺量2.0%，减水剂掺量2.0%，保水剂掺量0.2%。氟石膏自流平材料的生产工艺过程主要包括氟石膏原料的破碎、粉磨、称量；各类外加剂的计量称重；氟石膏原料与各类外加剂的预混合（预混合要求均匀，以确保氟石膏自流平材料技术性能和可操作性能的稳定）；送样检测；成品包装。其具体生产工艺过程如图4所示，生产中所用生产设备如图5所示。氟石膏原料的破碎、粉磨、计量，外加剂计量，干料预混合，成品包装等工艺均由设备完成，并由计算机统一控制，整个生产过程机械化、自动化程度高，满足氟石膏自流平材料规模化生产的要求。所生产氟石膏自流平材料的主要性能指标为：流动度142mm，初、终凝时间分别为3.6h、4.9h，绝干抗折、抗压强度分别为10.7MPa和35.1MPa。

4小结

以氟石膏为主要原料，通过掺加复合型活性激发剂对其进行改性，并在减水剂、再生石膏、保水剂作用下，可以工业化生产氟石膏自流平材料，其产品各项性能指标均满足JC/T1023-2007《石膏基自流平砂浆》的要求。利用氟石膏生产自流平材料不仅能够创造一定的经济效益，而且其符合国家资源综合利用、循环经济的产业政策，具有显著的环保意义。

作者：杜传伟李国忠朱江单位：济南大学材料科学与工程学院