復(fù)合膠凝材料的物理力學(xué)性能實驗分析

宋世軍

（信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南 信陽 464000）

1 引言

隨著我國社會的發(fā)展，使用膠凝材料的范圍越來越廣。膠凝材料就是一種能夠把漿液的物體變成固體狀態(tài)的物質(zhì)，并且可以通過對不同的膠凝材料進(jìn)行混合，形成強(qiáng)度更強(qiáng)的復(fù)合固體物質(zhì)[1]。由于無機(jī)復(fù)合膠凝材料的物理和化學(xué)特性不同，會產(chǎn)生有機(jī)復(fù)合膠凝和無機(jī)復(fù)合膠凝這兩種材料，無機(jī)復(fù)合膠凝材料由于物理和硬化環(huán)境條件的不同，無機(jī)膠凝材料在不同環(huán)境下會產(chǎn)生不同的物理性質(zhì)，其中物理性質(zhì)最強(qiáng)的就是高溫煅燒石膏膠凝材料[2]。石膏經(jīng)過脫硫煅燒得到膠凝性能較強(qiáng)的膠凝材料，在這種膠凝材料中加入礦渣和激發(fā)劑等材料，成為性能更好的復(fù)合膠凝材料。本文中的復(fù)合膠凝材料以脫硫石膏復(fù)合凝膠材料為主，研究復(fù)合膠凝材料的物理力學(xué)性能。

2 材料和方法

2.1 實驗原材料

以脫硫石膏為主要材料，分別選取水膠比、水泥和粉煤灰3種材料，選取符合國家標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的生石灰、礦粉以及硅灰等材料摻入到脫硫石膏中，把甲基硅酸鈉和聚乙烯醇等材料混合形成改性外加劑。分析建筑脫硫石膏的性能指標(biāo)，見表1；分析水泥的性能指標(biāo)，見表2；分析粉煤灰的性能指標(biāo)，見表3。

表1 建筑脫硫石膏的性能指標(biāo)

表2 普通硅酸鹽水泥的性能指標(biāo)

表3 粉煤灰的性能指標(biāo)

通過對脫硫石膏、普通硅酸鹽水泥和粉煤灰的性能進(jìn)行分析，確定3種材料性能的穩(wěn)定性，在材料性能一定的基礎(chǔ)上通過添加不同比例的材料，測試復(fù)合膠凝材料的物理力學(xué)性能。

2.2 實驗配比

前期通過查找大量的文獻(xiàn)資料，進(jìn)行實驗配比參考。在本次實驗中，分別取4%的生石灰、2%的礦粉以及0.8%的硅灰，依次摻入到膠凝材料中，取膠凝材料6%的摻量加入由甲基硅酸鈉和聚乙烯醇等材料混合形成改性外加劑，將水泥設(shè)置為9%～35%的變化因素和范圍、粉煤灰設(shè)置為15%～35%的變化因素和范圍以及水膠比設(shè)置為0.4～1的變化因素和范圍。分別設(shè)置對照組進(jìn)行實驗，對膠凝材料中水泥、粉煤灰和水膠比不同摻量進(jìn)行實驗配比分析，分別見表4、表5。

表4 脫硫石膏復(fù)合膠凝材料水泥摻量實驗配比 單位：%

表5 脫硫石膏復(fù)合膠凝材料粉煤灰摻量實驗配比 單位：%

分別設(shè)置不同比列的水泥、粉煤灰以及水膠比的摻量，在進(jìn)行這3種膠凝材料摻量的配比時，要保證脫硫石膏中其他膠凝材料的摻量不變，進(jìn)行其中一種對照實驗中，確保其他兩種材料的摻量也保持不變，分別配比3組不同材料占比的脫硫石膏復(fù)合膠凝材料，給3種膠凝材料分別設(shè)置3組對照組。測試同種材料摻入不同量，得到復(fù)合膠凝材料的物理力學(xué)性質(zhì)也會不一樣。

2.3 實驗方法

在測試復(fù)合膠凝材料抗壓強(qiáng)度的時候，可以根據(jù)混凝土砌塊和磚的實驗方法來實施，在測試過程中需要對膠凝材料制成的試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，其中蒸汽養(yǎng)護(hù)可以得到更好的膠凝材料，本研究選取其中的蒸汽養(yǎng)護(hù)促進(jìn)試件成型。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 水泥摻量對抗壓強(qiáng)度的影響

通過測試不同摻量的水泥對脫硫石膏復(fù)合材料的物理力學(xué)性能的影響，了解到不同摻量的水泥對復(fù)合膠凝材料的抗壓程度有不同的影響。

不同含量的水泥參數(shù)，對復(fù)合膠凝材料反映出來的物理力學(xué)性能不同。當(dāng)水泥含量的參數(shù)為16%時，我們可以從圖中看出脫硫石膏復(fù)合膠凝材料的抗壓強(qiáng)度在9 Pa左右可以達(dá)到，當(dāng)脫硫石膏復(fù)合膠凝材料的抗壓強(qiáng)度在15 Pa左右時，水泥含量持續(xù)上升，當(dāng)增加水泥的成本達(dá)到一定限額時，發(fā)現(xiàn)水泥在脫硫石膏中占有32%的含量，其脫硫石膏復(fù)合膠凝材料的抗壓程度可以達(dá)到17 Pa左右。水泥摻量對復(fù)合膠凝材料有正向影響，在復(fù)合膠凝材料中適當(dāng)添加水泥摻量有利于增強(qiáng)復(fù)合膠凝材料的抗壓能力。

3.2 粉煤灰摻量對抗壓強(qiáng)度的影響

通過測試不同摻量的粉煤灰對脫硫石膏復(fù)合膠凝材料的物理力學(xué)性能的影響，了解到粉煤灰摻量的不同影響膠凝材料的抗壓程度，見圖1。

圖1 不同粉煤灰摻量的復(fù)合膠凝材料抗壓強(qiáng)度

由圖1可知，當(dāng)粉煤灰的含量在4%～8%，可以看出曲線傾斜角度較大，根據(jù)計算得到復(fù)合膠凝材料抗壓強(qiáng)度的平均值為19 Pa；當(dāng)粉煤灰含量在8%～33%，圖中的曲線相對比較平緩，且兩點之間的差值為15 Pa左右。根據(jù)計算得到在粉煤灰含量在8%～33%時，平均的抗壓強(qiáng)度在15 Pa左右。當(dāng)煤灰含量在33%～40%，曲線急速下降，且兩點之間的差值可以達(dá)到6 Pa，差值達(dá)到最大。所以，在復(fù)合膠凝材料中摻入適量的粉煤灰有利于增強(qiáng)復(fù)合膠凝材料的抗壓能力。

3.3 水膠比對抗壓強(qiáng)度的影響

由于不同水膠比的含量，嚴(yán)重影響著脫硫石膏復(fù)合膠凝材料的物理力學(xué)性能，根據(jù)對比不同摻量的水膠比影響膠凝材料的抗壓程度可得圖2。

圖2 不同水膠比摻量的復(fù)合膠凝材料抗壓強(qiáng)度

由圖2可知，隨著水膠比摻量的不斷提高，脫硫石膏復(fù)合凝膠材料的耐熱和抗壓性能也會不斷得到改善，當(dāng)水膠比含量在0.6%時，脫硫石膏復(fù)合膠凝材料的抗壓性能將保持在9 Pa左右；當(dāng)水膠比含量在0.6%～0.8%，圖中曲線的傾斜角度最大，根據(jù)計算得到兩端含量點之間的差值為7 Pa；當(dāng)水膠比含量在0.8%時，脫硫石膏復(fù)合膠凝材料的抗壓能力在17 Pa左右，從圖中的曲線可以明顯看出，抗壓曲線呈上升趨勢。水膠比摻量對脫硫石膏復(fù)合膠凝材料具有正向影響，在復(fù)合膠凝材料中適當(dāng)添加水膠比摻量有利于增強(qiáng)復(fù)合膠凝材料的抗壓性。

4 結(jié)果討論

通過上面的實驗可知，在脫硫石膏膠凝材料中增加硅酸鹽水泥可以提高復(fù)合膠凝材料的抗壓性能，其能改變復(fù)合膠凝材料的物理力學(xué)性能，由于對成本的考慮，建議合成復(fù)合膠凝材料中的水泥摻量為25%，有利于在保證成本的條件下，其抗壓能力效果較好[3]。在實驗中發(fā)現(xiàn)，粉煤灰的摻量與脫硫石膏膠凝材料的抗壓性能成反比，粉煤灰對脫硫石膏膠凝材料中的吸水率產(chǎn)生一定的影響，所以需要根據(jù)吸水率來決定粉煤灰摻量，經(jīng)過反復(fù)實驗得到最合適的粉煤灰摻量，其摻量為20%。復(fù)合膠凝材料中的水膠比對抗壓性有一定正向影響，但是水膠比的摻量也會影響到脫硫石膏復(fù)合膠凝材料的干容重，水膠比對脫硫石膏膠凝材料有負(fù)向影響，每當(dāng)水膠比摻量增加0.1%，干容重平均大概下降10 kg/m3，所以考慮水膠比對干容重的影響，選取適量的水膠比摻量極為重要，建議選取0.6%的水膠比摻量最為合適。通過對上述實驗的測試，本文找到脫硫石膏復(fù)合膠凝材料的最優(yōu)物理力學(xué)性能，在脫硫石膏中加入25%的水泥、20%的粉煤灰和0.6%的水膠比，把礦粉、硅灰和生石灰的摻量分別設(shè)為2%、0.8%和4%，還需要加入6%的添加劑，這個時候的脫硫石膏復(fù)合膠凝性能最好。

5 結(jié)語

本文發(fā)現(xiàn)在脫硫石膏中摻入不同比例的材料對復(fù)合膠凝材料的物理力學(xué)性能有一定的影響，在脫硫石膏中摻入合適的材料以及材料用量，會增強(qiáng)復(fù)合膠凝材料的性能。本文只涉及脫硫石膏復(fù)合膠凝材料的實驗分析，沒有對其他類型的復(fù)合膠凝材料進(jìn)行分析，希望在下次實驗中拓展對復(fù)合膠凝材料的研究范圍。