硅酸盐水泥对建筑石膏强度和耐水性的影响

硅酸盐水泥对建筑石膏强度和耐水性的影响

付　建*

（攀枝花学院 土木与建筑工程学院，四川 攀枝花　617000）

研究硅酸盐水泥对建筑石膏强度、软化系数和吸水率的影响。试验结果表明：硅酸盐水泥提高了建筑石膏摘　要　以硅酸盐水泥为改性剂，

的强度和软化系数，降低了建筑石膏的吸水率。硅酸盐水泥掺量为15%，建筑石膏抗压强度、软化系数和吸水率分别为24.5 MPa、0.65和14.8%，相对于不掺硅酸盐水泥的建筑石膏，抗压强度和软化系数分别增加了.4%和62.5%，吸水率降低了28.5%。硅酸盐水泥水化生成的C-S-H凝胶和钙矾石，包裹并填充在石膏晶体表面和空隙中，使得建筑石膏内部结构变得更加致密，从而提高了建筑石膏强度和耐水性。

建筑石膏；耐水性；软化系数关键词　硅酸盐水泥；

TQ177.3　文献标志码：A　　文章编号：1000-8098(2019)05-0039-03中图分类号：

Effect of Portland Cement on Strength and Water Resistance of Building Gypsum

Fu Jian*

(Department of Civil Engineering and Architecture, Panzhihua University, Panzhihua, Sichuan　617000)

Abstract　In this paper, Portland cement was used as a modifier to study the effect of Portland cement on the strength, softening coefficient

and water absorption of building gypsum. The experimental results show that the Portland cement improves the strength and softening coefficient and reduces the water absorption of the building gypsum. The Portland cement content is 15%, the compressive strength, softening coefficient and water absorption of building gypsum are 24.5 MPa, 0.65 and 14.8% respectively. Comparing with pure building gypsum, the compressive strength and softening coefficient increase by .4% and 62.5% respectively, and the water absorption decreases by 28.5%. The C-S-H gel and ettringite formed by hydration of Portland cement are wrapped and filled on the surface and void of gypsum crystals, making the internal structure of building gypsum become denser, thus enhancing the strength and water resistance of building gypsum.

Key words　portland cement; building gypsum; water resistance; softening coefficient

石膏制品具有轻质、保温、隔热、吸声、防火等优异性能，是一种被广泛应用在建筑工程上的建筑材料。但石膏是一种气硬性胶凝材料，不耐水，强度低，不适合在潮湿环境下使用，特别是受潮后石膏的强度使得石膏在会显著降低，并且极易发生翘曲变形[1]，我国常年湿度较大的南方地区及建筑物室内厨卫部分的应用受到严重[2]。如何提高石膏的强度和耐水性能已成为石膏领域和从事建材研究的专家学者们关注的重点课题。目前国内外学者在这方面也做了大量的研究工作。黄麒等[3]在建筑石膏中掺入高铝水泥，显著提高了建筑石膏的强度，降低了建筑石膏的吸水率。易伟等[4]将铝酸盐水泥加入到石膏材料中，降低了石膏的标准稠度需水量和浆体黏度，提高了石膏的抗压强度和抗折强度，增大了石膏的密度和耐水性能。Camarini等[5]研究了高炉矿渣硅酸

盐水泥对石膏性能的影响，试验结果表明，掺入高炉矿渣硅酸盐水泥后，石膏的性能得到改善，暴露在外这种复合胶凝界环境下3年的粉刷效果无明显变化，材料具有较好的耐久性。

本试验分别采用不同掺量的硅酸盐水泥取代建筑石膏，研究硅酸盐水泥对建筑石膏强度、软化系数和吸水率的影响。并采用D/max2200型X射线衍射仪和Sirion型场发射扫描电子显微镜分析硅酸盐水泥对建筑石膏内部水化产物的物相组成和微观形貌的影响。探究硅酸盐水泥对建筑石膏强度和耐水性影响的机理。

1　试验部分

济南鸿图化工有限公司生产，1.1　原料　建筑石膏，

终凝13 min，标准稠度为0.56，2 h抗折和初凝6 min，

抗压强度分别为2.5 MPa和6.8 MPa。建筑石膏的化45.43；SO3，52.30；SiO2，0.65；学组成（w/%）为：CaO，0.32；Fe2O3，0.37；K2O，0.12；MgO，0.80；晶格水，Al2O3，5.26。

收稿日期：2019-06-25

基金项目：四川省教育厅2017年度科研项目（17ZB0232）。*

通信作者，E-mail：xifeng205615@163.com。

硅酸盐水泥，江南小野田公司生产的P·II 52.5型硅酸盐水泥，硅酸盐水泥的化学组成（w/%）为：CaO，- 39 -

第42卷第5期 非金属矿 2019年9月

.35；SiO2，20.56；Al2O3，4.56；Fe2O3，3.；SO3，2.46；MgO，2.34；K2O，0.45；Na2O，0.23；烧失量，0.72。其物理力学性能见表1。

表1　硅酸盐水泥的物理力学性能

标准稠度比表面积/凝结时间/min抗折强度/MPa抗压强度/MPa用水量/%(m2/kg)初凝终凝3 d28 d3 d28 d27.8

369.5

136

185

7.6

9.8

39.7

63.5

2.2　硅酸盐水泥对建筑石膏吸水率的影响　硅酸盐

水泥对建筑石膏吸水率的影响，见表3。从表3可看出，硅酸盐水泥降低了建筑石膏的吸水率。随着硅酸盐水泥掺量的增加，建筑石膏的吸水率先降低后升高，当硅酸盐水泥掺量为15%时，建筑石膏吸水率降到最低，2 h和24 h吸水率分别为14.2%和14.8%，相对于纯建筑石膏，2 h和24 h吸水率分别降低了31.1%和28.5%。随后随着硅酸盐水泥掺量的继续增加，建筑石膏吸水率逐渐增大。

表3　硅酸盐水泥对建筑石膏吸水率的影响

掺量/%051015202530

2 h吸水率/%

20.618.016.614.216.717.818.5

24 h吸水率/%

20.718.416.814.817.018.018.9

1.2　试样制备　分别用不同掺量的硅酸盐水泥取代

建筑石膏，按标准稠度进行拌和。将拌和后的浆体添加到40 mm×40 mm×160 mm标准三联模中，待浆体凝结硬化后脱模，将试块放在实验室条件下分别自然养护3 d、7 d和28 d，随后将试块放入电热鼓风恒温干燥箱中，在（40±2） ℃条件下干燥至恒重，然后测试其强度、吸水率和软化系数。

吸水率和软化1.3　测试与表征　建筑石膏的强度、

系数等物理力学性能分别参照GB/T 17669.3-1999《建筑石膏力学性能的测定》和JC/T 698-2010《石膏砌块》进行测试。微观分析：试样水化至规定龄期，用无水乙醇终止试样水化，真空干燥，分别采用D/max2200型X射线衍射仪和Sirion型场发射扫描电子显微镜分析建筑石膏内部水化产物物相组成和微观形貌。2　结果与讨论

2.1　硅酸盐水泥对建筑石膏强度的影响　硅酸盐水泥对建筑石膏强度的影响，见表2。从表2可看出，硅酸盐水泥增大了建筑石膏的强度。随着硅酸盐水泥掺量的增加，建筑石膏的强度先增大后减小，当硅酸盐水泥掺量为15%时，建筑石膏强度达到最高。28 d抗折和抗压强度分别为8.8 MPa和24.5 MPa，相对于纯建筑石膏，抗折和抗压强度分别增加了46.7%和.4%，随后随着硅酸盐水泥掺量的继续增加，建筑石膏强度逐渐下降。

表2　硅酸盐水泥对建筑石膏强度的影响

掺量/%051015202530

3 d强度/MPa抗折5.15.96.87.86.25..8

抗压12.715.119.022.718.81513.5

7 d强度/MPa抗折5.56.37.28.36.66.05.1

抗压13.815.720.123.619.61614.5

28 d强度/MPa抗折6.06.97.88.87.26.55.4

抗压14.916.520.524.520.616.715.3

2.3　硅酸盐水泥对建筑石膏软化系数影响　硅酸盐

水泥对建筑石膏软化系数的影响，见表4。从表4可看出，硅酸盐水泥提高了建筑石膏的软化系数。随着硅酸盐水泥掺量的增加，建筑石膏的软化系数先上升后下降。当硅酸盐水泥掺量为15%时，建筑石膏的软化系数最高，达到0.65，与纯建筑石膏相比，软化系数增加了0.25。随后随着硅酸盐水泥掺量的继续增加，建筑石膏软化系数逐渐下降。

表4　硅酸盐水泥对建筑石膏软化系数的影响

掺量/%051015202530

绝干强度/MPa

14.916.520.524.520.616.715.3

饱水强度/MPa

6.07.810.715.910.38.06.4

软化系数0.400.470.520.650.560.480.42

2.4　建筑石膏内部水化产物XRD分析　建筑石膏内部水化产物的XRD图，见图1。从图1可看出，纯建筑石膏的水化产物仅为二水石膏，掺入硅酸盐水泥后，建筑石膏内部的水化产物有二水石膏、钙矾石、水化硅酸钙（C-S-H）凝胶和氢氧化钙，硅酸盐水泥掺量- 40 -

付　建 硅酸盐水泥对建筑石膏强度和耐水性的影响

越多，钙矾石和氢氧化钙的衍射峰越来越强，二水石膏的衍射峰越来越弱，说明硅酸盐水泥不断发生了水化，并与石膏反应生成了钙矾石，C-S-H凝胶和钙矾石的生成，增大了建筑石膏的强度，提高了建筑石膏的耐水性。但是硅酸盐水泥掺量过高，与石膏反应生成了过多的钙矾石，钙矾石发生膨胀[6-9]，导致建筑石膏内部结构发生破坏，从而降低了建筑石膏强度和耐水性。

3　结论

1.硅酸盐水泥掺入建筑石膏中，提高了建筑石膏的强度和软化系数，降低了建筑石膏的吸水率。当硅酸盐水泥掺量为15%，建筑石膏强度和软化系数达到最大，吸水率最低，硅酸盐水泥改善了建筑石膏的强度和耐水性。

2.硅酸盐水泥掺入建筑石膏中水化生成了钙矾石和和C-S-H凝胶，C-S-H凝胶包裹着二水石膏晶体、钙矾石晶体且晶体之间相互搭接，晶体之间孔隙较小，结构变得更加致密，从而使建筑石膏强度增加，吸水率减小，软化系数增大。但硅酸盐水泥掺量过高，硅酸盐水泥会水化生成过多的钙矾石，钙矾石发生膨胀，导致建筑石膏内部结构发生破坏，会降低建筑石膏强度和耐水性。参考文献：

图1　建筑石膏内部水化产物的XRD图

2.5　建筑石膏内部水化产物SEM分析　分别掺入0、15%、30%硅酸盐水泥的建筑石膏内部水化产物微观形貌，见图2。从图2可看出，纯建筑石膏内部二水石膏晶体呈针状、纤维状和薄片状，晶体之间相互交叉搭接，形成网状结构体，结构疏松。掺入15%硅酸盐水泥的建筑石膏内部絮凝状的C-S-H凝胶包裹并填充到二水石膏晶体、钙矾石晶体孔隙中且晶体之间相互搭接，晶体内孔隙较小，结构致密，所以掺入15%硅酸盐水泥后建筑石膏强度和软化系数增大，吸水率降低。掺入30%硅酸盐水泥的建筑石膏内部由于生成大量的钙矾石[6-11]，钙矾石发生膨胀，石膏内部产生内应力，破坏了石膏内部的致密结构，从而导致石膏强度和软化系数下降，吸水率增大。

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