减水剂对α半水石膏水化硬化过程的影响研究

论文摘要

在过去几十年中,提高胶凝材料性能的努力被放在外加剂的使用上而非材料本身,且研究对象主要集中在水泥和混凝土体系,对石膏体系的研究远远落后。在石膏体系中又主要局限于研究β半水石膏。然而石膏中的另一种形式——α半水石膏拥有更高的使用价值,对它的使用特性和改性增强有待进一步研究和开发。本文首先研究了α半水石膏的水化硬化过程,使用热重分析、强度测试、扫描电镜及氮气全吸附等手段揭示其水化速度、强度发展过程及硬化后亚微观结构,并着重分析了关键因素——水膏比的影响。然后,用高效减水剂——密胺树脂(EM)和复合性羧酸聚酯(EC)分别对α半水石膏改性,由测试最大减水率确定最佳掺量后,分析了它们对α半水石膏的水化硬化过程的影响,而后通过X光电子能谱测定它们在石膏表面的吸附量及吸附形式,讨论其作用机理。最后,将EM和EC复配以改善α半水石膏的使用特性,最佳配比通过对石膏2h强度提高的效果比较得到,并分析了复配改性对α半水石膏水化硬化过程的影响及作用机理。EM改性α半水石膏时的最佳掺量为0.5wt%,EC为0.3wt%,它们都通过化学吸附在石膏表面起到分散减水作用,减水率为15.6%。EM能加快α半水石膏的水化速率,而EC则能减缓水化过程。掺加EM或EC后的石膏强度发展的五个阶段均受到影响,2h湿强度和绝干强度被显著提升。EM的增强效果最好,可使石膏2h湿抗折强度提高38%,2h湿抗压强度提高29%;绝干抗折强度提高20%,绝干抗压强度提高27%。石膏硬化体结构中二水石膏晶体增多,由针状变为短柱状和板状,长径比明显减小,有害孔的孔径减小并均化至3～4nm。EM与EC复配使用时,最佳配比为EM 0.3wt%,EC 0.1wt%。复配改性同时具有EM的早强作用和EC的缓凝作用,使石膏硬化体总孔隙率减小60%以上,但导致石膏在1～4d内的抗折强度更低。将消泡剂、EM和EC三者复配以改性α半水石膏,可使石膏绝干抗折强度大于20MPa,绝干抗压强度大于72MPa;凝结时间适中,改性效果最佳。EM和EC主要通过减水作用显著增大了α半水石膏水化硬化后的强度,通过复配改性可以有效提高α半水石膏的使用性能和强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题来源
• 1.3 研究意义与主要研究内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 半水石膏的水化硬化
• 2.1.1 半水石膏的水化反应
• 2.1.2 石膏浆体的硬化与强度发展过程
• 2.1.3 石膏硬化浆体的结构与性质
• 2.2 高效减水剂
• 2.2.1 高效减水剂的作用原理
• 2.2.2 几种高效减水剂及其复配使用
• 2.3 石膏减水剂的研究进展
• 2.4 本章小结
• 第3章 实验设计
• 3.1 材料与装置
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验流程
• 3.2 仪器和设备
• 3.3 研究方法
• 3.3.1 实验环境
• 3.3.2 测试方法
• 第4章 α半水石膏水化硬化过程
• 4.1 α半水石膏的水化速率
• 4.2 α半水石膏的强度发展
• 4.3 α半水石膏的亚微观结构
• 4.4 水膏比对α半水石膏水化硬化过程的影响
• 4.4.1 对α半水石膏水化速度的影响
• 4.4.2 对石膏凝结时间的影响
• 4.4.3 对石膏强度的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 减水剂对α半水石膏水化硬化过程的影响
• 5.1 高效减水剂EM对α半水石膏水化硬化过程的影响
• 5.1.1 EM改性α半水石膏的最佳掺量
• 5.1.2 掺加EM对α半水石膏水化速度的影响
• 5.1.3 掺加EM对石膏强度发展过程的影响
• 5.1.4 掺加EM对石膏亚微观结构的影响
• 5.1.5 EM改性α半水石膏的作用机理
• 5.2 高效减水剂EC对α半水石膏水化硬化过程的影响
• 5.2.1 EC改性α半水石膏的最佳掺量
• 5.2.2 掺加EC对α半水石膏水化速度的影响
• 5.2.3 掺加EC对石膏强度发展过程的影响
• 5.2.4 掺加EC对石膏亚微观结构的影响
• 5.2.5 EC改性α半水石膏的作用机理
• 5.2.6 消泡剂的配合使用
• 5.3 本章小结
• 第6章 外加剂复配对α半水石膏水化硬化过程的影响
• 6.1 EM和EC复配改性α半水石膏的最佳配比
• 6.2 EM和EC复配对α半水石膏水化速度的影响
• 6.3 EM和EC复配对石膏强度发展过程的影响
• 6.4 EM和EC复配对石膏亚微观结构的影响
• 6.5 EM和EC复配改性α半水石膏的作用机理
• 6.6 EM、EC和消泡剂复配改性α半水石膏
• 6.7 本章小结
• 第7章 结论与问题
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 建议与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢