膨润土在高水材料凝固硬化中的作用.docx

膨润土在高水材料凝固硬化中的作用张彩文魏庆敏(材料工程系)摘要研究了膨润土在高水材料凝固硬化中的作用机理。由于膨润土在水中易分散为大量极微小的薄片,与棱柱状水化产物AFt一起构成絮凝结构网,封闭自由水,促使浆体凝固。絮凝结构形成后,膨润土因妨碍晶体连生而对强度发展不利。关键词膨润土钙矾石絮凝结构高水材料《中国图书资料分类法》分类号TQ17014言引0本实验高水材料的水体积比高达80%～90%。该材料分为A、B两组,A组分主要为硫铝酸盐水泥熟料、钠基膨润土、少量的速凝剂与微量的缓凝剂,B组分为适当比例的二水石膏、Β2半水石膏、天然硬石膏和调整浆体pH值用的少量石灰。使用时将A、B高水浆体按一定比例分别以管道泵送到需要填充的空间。若将这两种浆体单独放置,24小时内不会凝固,一旦混合,3分钟后即失去流动性,15分钟凝固。2小时抗压强度达到0.68MPa,一天为4.83MPa,三天后强度已达到6MPa以上,以后强度增长幅度很小。该材料水化产物主要是钙矾石AFt。实验表明,即使AFt形成速度很快,若材料中不引入膨润土,颗粒沉降速度总是大于材料固化速度,而且,膨润土的种类对凝固硬化也有很大影响。本文将探讨膨润土在高水材料凝固硬化过程中的作用机理。实验11.1实验材料实验用钠基膨润土取自浙江临安,胶质价98.2ml?15g,吸兰量24.8g?100g。钙基膨润土取自河北宣化,胶质价88.6ml?15g,吸兰量为25.4g?100g。这两种膨润土的颗粒组成见表1。表1膨润土的颗粒组成数(%)5～1Λm重量10～5Λm百分膨润土种类10Λm1Λm钠基膨润土85.7钙基膨润土73.31.2膨润土作用效果试验本文收到日期:1996-09-0442河北理工学院学报1997年第19卷第1期分别将不含膨润土、含钠基膨润土和钙基膨润土的A浆体与B浆体按一定比例混合,水体积比为85%,置于烧杯中搅拌1分钟后开始观察。表2为混合效果。表2浆体(A+B)混合效果比较(A+B)混合浆体失去流动性或浆体A预搅拌时间上层清液的高度(毫米)浆体A种类(小时)沉降下来需要的时间04122′2′2′10″140.51401514015不含膨润土04125′05″3′29″3′2.500含钠基膨润土04128′20″6′13″5′02″13.5815210含钙基膨润土1.3测试项目(1)乙二醇一甲醇法1测这三种混合浆体不同龄期的AFt生成量。萃取剂乙二醇与甲醇之比取1:3(体积比),测试结果均以不含膨润土为基准计算。(2)用Ca(OH)2调节介质pH值,测不同pH条件下钠基膨润土和钙基膨润土的Φ电位和膨胀倍。制备钙矾石,测钙矾石、石灰、硫铝酸盐水泥熟料、各类石膏及速凝剂的Φ电位电性。(3)改变高水材料中钠基膨润土的掺加量,测各龄期试体强度。2结果与讨论2.1高水材料的凝固硬化机理2.1.1絮疑结构空间网的形成固相粒子分散在水中,形成胶体系统,凝固就是胶体系统由溶胶向凝胶转变的过程。要使浆体凝固,就必须使浆体中固相粒子相互搭接成网状结构,封闭自由水,如图1所示。因此,浆体变稠凝固的过程实际上就是浆体微观结构变化的过程,而微观结构状态取决于系统中各种力的平衡。图1溶胶向凝胶转变示意图浆体中固相粒子之间存在着各种相互作用力。范氏力是一种分子间的近程作用力,它具有加和性,大量分子组成的胶粒之间的范氏力随距离增大而衰减的速度减慢,其大小也可与系统中其他作用力相抗衡。胶体粒子是带电的,Φ电位为胶粒运动时固液相滑动面上的电位,当系统中同时存在几种胶体粒子时,电性相同的胶粒之间出现静电斥力,只有当范氏力足以克服由|Φ1Φ2|决定的静电斥力时胶粒才可能凝聚。显然,|Φ1Φ2|越高,势垒越高,凝聚越困难。电性相反的粒子之间存在静电引力,异性胶体粒子将在静电引力和范氏43膨润土在高水材料凝固硬化中的作用——张彩文魏庆敏力的共同作用下产生异性近程凝聚。此时,|Φ1Φ2|越大,凝聚结构形成速度越快。絮凝结构空间网的形成还与固相粒子的浓度、分散度和不等度性有关。粒子浓度越大或分散度越高,则浆体中粒子数越多,粒子间距越小,在吸引力的作用下粒子越容易聚集。由于粒子的棱角处是液体介质容易流失的部位,因此粒子最容易沿这些部位搭接成网。粒子的不等度性越大,粒子相互接触机会越多,而且搭接成的网络结构越空旷,能容纳的自由水就越多。2.1.2水化产物的最佳选择本实验高水材料选择以AFt为主体水化产物,不仅是因为AFt本身可拥有30～32个结晶水,其所占空间达AFt总体积的81.2%,以重量计也可达AFt的45.9%。而且更重要的是,AFt属三方晶系,其形貌取决于生长空间和离子供应情况。在高水条件下只要控制适当的液相组成,AFt就能以理想的棱柱状形态迅速从液相中大量析出,有利于形成空旷的絮凝结构网。从表3可知,加不加膨润