聚合物和纤维对石膏基材料早期水化与浆体微结构的影响

研究石膏基材料的早期水化与浆体微结构对于理解不同外加剂对石膏基材料的作用机理以及改善石膏基材料浆体的工作性能都具有十分重要的意义。本工作采用水化热测试、动态流变测试以及液氮冷冻与环境扫描电镜测试相结合等方法,系统研究了聚乙烯醇(PVA)、丁苯橡胶(SBR)、聚乙烯醇纤维(PVAF)和聚丙烯纤维(PPF)对石膏基材料早期水化过程和浆体微观结构变化的影响。结果表明:石膏基材料的早期水化主要包括半水石膏颗粒溶解、二水石膏晶体成核、生长发育以及晶体网络结构形成四个过程;PVA一方面吸附在半水石膏颗粒表面,阻碍颗粒间有效接触和溶解,另一方面分散到浆体间隙溶液中,吸收大量自由水分并使有效水膏比降低,从而加快晶体成核;SBR吸附到石膏颗粒表面会使絮凝结构解体,同时阻碍颗粒溶解、晶体成核、生长发育以及晶体网络结构形成;两种纤维分散到石膏颗粒间可以促进絮凝网络结构形成,同时亲水性PVAF表面还吸附了大量自由水分和Ca^(2+),使晶体优先在其表面成核,从而改善纤维与浆体的界面和粘接性能。

稻草纤维+矿渣微粉增强磷石膏基材料性能的研究

为了探究矿渣微粉和稻草纤维的掺入给磷石膏基复合材料带来的性能变化情况,采用定量分析方法,改变矿渣微粉、稻草纤维、生石灰的掺入比例及稻草纤维长度,对试验结果进行分析。结果表明:加入矿渣,改善了磷石膏基复合材料的吸水率以及力学性能;稻草纤维的掺入虽然会使得磷石膏基复合材料的抗压性能降低,但会增强磷石膏基复合材料在抗折方面的性能,同时减轻矿渣增加的自重。因此,掺入矿渣微粉和稻草纤维能解决磷石膏制品的物理性能低劣的问题,为建筑行业提供一种性能符合要求的复合材料。

3D打印石膏基材料制备与性能研究进展

利用3D打印制备异形石膏构件已成为国内外研究的热点。本文主要介绍3D粉末打印(3DP)和三维自动注浆成型(3DR)两种3D打印技术在石膏基材料中的应用与优势,重点综述了国内外关于3DR石膏基材料组成设计、材料制备以及性能表征等方面的研究进展。

石膏基材料耐水性指标及测试方法

分析了研究石膏基材料耐水性指标和实验方法的必要性,讨论了软化系数的局限性和试验误差,提出了相应改进意见.研究了几种溶蚀率测定方法及其与自然环境下材料受雨水溶蚀的相关性,并提出了比表面溶蚀率概念.

铝酸盐水泥对石膏基材料强度及耐水性的改善

石膏在水中的溶解度高,导致其使用范围受到限制.为了改善石膏基材料的耐水性,拟用铝酸盐水泥对其进行改性实验,分析铝酸盐水泥掺量对石膏基材料标准稠度用水量、强度、吸水率及软化系数的影响.结果表明,铝酸盐水泥掺量为25%时,石膏基材料的抗压强度和抗折强度均达到最高,分别为6.25 MPa和2.30 MPa,比不掺水泥者分别提高了69%和43.7%.铝酸盐水泥掺量为30%时,石膏基材料的软化系数最大可达0.60,比不掺水泥者提高了50%.铝酸盐水泥与石膏结合,形成具有水硬性的钙矾石(AFt),因此大幅度改善了石膏基材料的强度和耐水性.

三维立方周期阵列石膏基材料吸波性能仿真与实验研究

基于三维立方周期阵列结构,以乙炔炭黑为吸波剂,设计了一种具有宽频特性的石膏基吸波材料。HFSS(High frequency structure simulator)仿真结果显示,三维周期阵列单元的边长、高度、基层厚度及炭黑质量分数会对材料的吸波性能及有效频段产生显著影响。试验结果显示,对于周期阵列单元边长为10 mm、高度为5 mm、基层厚度为10 mm、炭黑含量为2%的试样,其在4.2~18 GHz范围内的反射率低于-10 dB,有效频带宽度可达13.8 GHz以上。试验结果与仿真结果具有较高的吻合度。该材料的电磁波损耗主要来自于乙炔炭黑的电阻损耗和三维周期阵列的结构效应。

新型氟石膏基充填材料性能及水化机理研究

目的针对矿山充填材料成本高,工业固废堆积占地等问题,研制了一种含工业固废的新型矿山充填材料。方法用氟石膏和粉煤灰代替水泥作为胶凝材料,通过正交实验法探究氟石膏基充填材料的最优配比,并对其力学特性、水化产物、水化作用机理和微观结构进行研究。结果结果表明,最优配比材料充填体的1,7,28 d强度分别可以达到1.41,4.11,6.47 MPa,可满足矿山充填基本要求;膏体坍落度、扩散度、泌水率分别为22.7 cm,42.6 cm,2.58%,膏体流动性较好,便于运输。氟石膏含量、粉煤灰含量和浆料浓度为材料配比中的3个变量因素,其中对充填体1 d强度影响最大的因素为浆料浓度,对充填体7,28 d强度和泌水率影响最大的因素为粉煤灰含量,对膏体坍落度和扩散度影响最大的因素为氟石膏含量。充填体的单轴破坏形式为剪切破坏,破坏后内聚力和内摩擦角分别为2.02 MPa,32.6°。水化产物包含钙矾石、二水硫酸钙和水化硅酸钙凝胶,水化过程中氟石膏固结体由无水相转化为二水相,其中钙矾石和水化硅酸钙凝胶的增多会形成致密结构,有利于提升充填体抗压强度。结论用氟石膏和粉煤灰替代水泥制备的充填材料具备可行性,且成本较低,固废用量占比90%以上,有显著的经济效益,应用前景广阔。

木纤维增强石膏基复合材料的耐水增韧改性

【目的】木纤维增强石膏基复合材料的耐水性和韧性较差,限制了其在建筑领域进一步的发展,针对此材料上述2种缺点开展木纤维增强石膏基复合材料的耐水增韧改性研究,扩展石膏基复合材料的应用领域,提高其经济效益。【方法】以硅酸盐水泥为无机改性剂、聚乙烯醇溶液(PVA)为增韧剂,探究两者协同对木纤维增强石膏基复合材料力学性能和耐水性能的影响,通过X-射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的微观结构进行了表征。【结果】硅酸盐水泥和PVA在复合材料中产生了协同作用,可以弥补单掺水泥强度低和单掺PVA耐水性差的缺点。复合材料抗折强度和抗压强度分别为5.56和10.01 MPa,较改性前分别提升了40%和63%,2 h吸水率和24 h吸水率分别为19.83%和20.14%,比改性前分别降低了10.17%和11.97%,软化系数提高了0.4。XRD、FT-IR、SEM结果显示水泥与石膏的水化反应产生了钙钒石和硅酸钙凝胶等水化物,水化物填充水泥石膏基体。孔结构分析结果显示,水泥和PVA的加入降低了复合材料的孔隙率,减少超大孔的出现,复合材料的耐水性和力学性能得到提升。【结论】硅酸盐水泥的加入使复合材料内部水化反应受到影响,导致复合材料的力学强度受到影响。加入PVA后的复合材料内部物质连接紧密,提高了复合材料的力学性能,但是耐水性较差。硅酸盐水泥和PVA协同能提高复合材料的力学性能和耐水性能,弥补了单掺硅酸盐水泥复合材料力学下降和单掺PVA复合材料耐水性差的缺点。

短切碳纤维分散方式及对纤维增强石膏基复合材料力学性能的影响

采用H_(2)O_(2)和NaClO对短切碳纤维进行表面氧化处理,并采用PCE、HPMC以及超声对其进行分散处理,制备短切碳纤维增强石膏基复合材料,并对其力学性能进行研究。结果表明:经过氧化处理后,短切碳纤维表面亲水含氧官能团羟基和羰基含量增多,表面粗糙度增大;氧化处理后的短切碳纤维在PCE溶液中分散效果最好;短切碳纤维的加入有效提高石膏硬化体的抗压强度,当掺1%采用PCE分散处理的6 mm短切碳纤维时,石膏硬化体强度最高,较未掺时提高72.4%,这是由于PCE在短切碳纤维表面的吸附性和PCE与石膏颗粒反应形成的空间位阻效应双重作用提高了短切碳纤维在石膏浆体中的分散性,进而提高了短切碳纤维增强石膏基复合材料的抗压强度。

植物纤维-石膏基复合材料研究进展

随着全球对可持续发展和“双碳”目标的日益重视,植物纤维和石膏作为绿色低碳环保型的建材原料,其复合材料的研究与应用备受关注。首先对石膏、植物纤维进行概述,特别是对掺入植物纤维后的石膏基复合材料的性能变化及其机理进行凝练性总结;其次对竹纤维、菌草纤维在石膏基复合材料中的应用效果,以及植物纤维-石膏基复合材料产业化与工程应用问题进行探讨;最后提出以产业化为目标导向的结论与建议,指出产业化亟须解决的关键问题,并对未来的研究趋势及发展前景进行了展望。

石膏基自流平材料所用原材料对其性能影响研究综述

石膏基自流平材料具有优异的流动性、均匀性、平整度、抗裂性等特点,硬化后强度较高,可充分利用脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等工业废弃物作为石膏基料,是一种绿色环保、经济高效的地面找平用建筑材料。本文综述了石膏基自流平材料所用原材料对其性能的影响,分析相关作用机理,探讨当前石膏基自流平材料研究中存在的不足,并对后续研究提出合理建议。

磷石膏基3D打印材料制备及性能研究

研究了微硅粉及缓凝剂对磷石膏基3D打印材料可打印性及力学性能的影响。结果表明,随着微硅粉掺量增加,材料流动度先增大后减小,高度保留率逐渐减小,强度变化不大;微硅粉掺量4%时,材料的可挤出性得到改善且抗压强度较高。从可打印性来看,200P、SG12X缓凝剂对材料初始时的可打印性影响较小,但材料的可打印时间较短,且二者掺量较高,影响材料早期强度发展;GR200缓凝剂对材料初始可打印性的影响相对较大,但材料的可挤出性保持时间较长;从强度来看,200P对强度基本无影响,GR200引起的强度损失较小,而SG12X造成的强度损失较大。综合考虑,宜选择GR200作为磷石膏基3D打印材料的缓凝剂,其掺量控制在0.15%~0.20%。从打印效果来看,加入微硅粉后材料的可挤出性显著改善,DY3组材料初始流动度176 mm、初始高度保留率88.7%,可打印性良好。

基于响应曲面法的石膏基复合材料性能研究

基于Box-Behnken响应曲面法,以陶瓷粉掺量5%~15%、普通硅酸盐水泥掺量10%~20%、生石灰掺量5%~15%为考虑因素,通过Design-Expert 8.0.6软件设计三因素三水平试验,探究各因素对龄期为7,28 d石膏基复合胶凝材料抗压强度和软化系数的影响。通过二次回归拟合模型方差分析各因素对抗压强度和软化系数的显著性,确定各因素掺量影响程度大小和最优配合比。结果表明:陶瓷粉和水泥的掺量对7,28 d抗压强度影响具有极显著性,生石灰次之;陶瓷粉掺量对软化系数具有显著性,生石灰次之,水泥最次。最优配合比为:陶瓷粉掺量10.88%、水泥掺量15.51%、生石灰10.65%,通过试验验证预测误差不超过10%。研究成果为进一步优化石膏基复合胶凝材料的施工性、自保温性、耐久性提供了试验基础。

玄武岩纤维对磷石膏基复合材料耐久性能的影响

通过在磷石膏基复合材料(PGC)中掺入不同直径、长度和掺量的玄武岩纤维(BF),探究BF对PGC耐久性能的影响。结果表明,BF的掺入能显著降低PGC的溶蚀率。随着BF掺量的增加,试样干湿循环和冻融循环强度整体提高,且与绝干强度变化机制类似,其中干湿循环的抗压和抗折强度较空白组分别提高了约22.3%和100.3%,冻融循环的抗压和抗折强度则分别提高了近46.5%和124.0%。同时,PGC的干湿循环与冻融循环强度系数整体随着BF掺量的增多而增大,干湿循环抗压和抗折强度系数分别上升至0.95和0.92,冻融循环抗压和抗折强度系数分别增长至0.71和0.62,这表明PGC耐久性能得到显著改善。此外,BF直径对PGC耐久性能的影响并不显著。本研究结果可以为纤维改性石膏基复合材料的耐久性能研究提供一定的参考。

碳酸钙晶须对脱硫石膏基复合胶凝材料性能的影响

在脱硫石膏基复合胶凝材料(DGCM)中加入不同掺量的碳酸钙晶须,探究了碳酸钙晶须对DGCM的力学性能、耐水性能及耐候性能的影响,并从微观角度揭示碳酸钙晶须的作用机理。结果表明,掺入碳酸钙晶须可以有效改善DGCM的力学性能,随着晶须掺量的增加,硬化体7 d与28 d的绝干抗压强度先缓慢上升后下降又逐渐上升,而绝干抗折强度呈现波动状态;掺入碳酸钙晶须对DGCM耐水性能的提升效果不明显,当掺量大于1%后,大多数试样的吸水率都较空白组有所上升,而软化系数有所下降;碳酸钙晶须有助于提升DGCM的耐干湿性能和耐冻融性能,当掺量为1%时,基体的干湿循环溶蚀率最小达到0.22%,冻融循环强度系数最大达到0.75,试件的耐候性能较好。

磷石膏基材料的宏观性能与孔结构的关系

用压汞法测量孔隙分布、孔隙率和体积、特征孔隙尺寸、孔隙比表面积,描述了磷石膏基材料的连续相、分散增强相和分散劣化相在其空间内的多维渗流关系,研究了这些参数对不同掺量下试件抗压强度的影响。结果表明,磷石膏基材料在低含水量条件下水化不充分,孔隙压力大,易出现连通的大毛细孔和微裂纹,导致强度降低;各原料添加量的不同改变孔渗流作用,导致磷石膏基材料在3-200 nm和200 nm-8μm区间出现明显的孔隙分布峰;试件的抗压强度与孔在三维空间出现渗流通路的临界点强度比随着水灰比的增加而降低,且其比值与孔形状因子和体积分数大致符合幂律概率分布规律,即σP/σ0=AXBφ;本孔结构强度模型σP=σ0(1-∑βjSi)n拟合曲线表现出一定的相关性,弥补了现有几种模型中不同孔结构范围预测值与实际值偏离较大的不足。

水泥掺量对脱硫石膏基自流平材料的影响

主要研究了水泥掺量对石膏基自流平材料力学性能、工作性能、尺寸变化率、微观结构和孔结构的影响。结果表明:在石膏基自流平材料中掺入一定量的水泥,可以优化其孔结构,提高密实度,随着水泥掺量的增加,孔径逐渐细化;当水泥添加量为8%时,自流平材料的工作性能与力学性能达到最优。随着水泥掺量的增加,材料表现出收缩的趋势。

填充石膏基轻质材料的冷弯型钢复合墙体受剪承载力分析

为研究填充石膏基轻质材料的冷弯型钢复合墙体受剪承载力的计算方法,对2片空腔墙体和9片填充式墙体足尺试件进行低周往复加载试验,研究墙体在水平荷载作用下的破坏模式,结果表明:空腔墙体的破坏模式为墙面板与龙骨之间的螺钉连接破坏,进而导致墙面板蒙皮作用的失效;填充式墙体的失效模式分为两种:填充材料角部的受压破坏和冷弯型钢立柱的弯曲破坏。基于上述破坏模式,考虑墙面板蒙皮作用和填充材料支撑作用的影响,根据极限平衡理论,提出基于叠加法的受剪承载力计算模型,建立受剪承载力计算公式,该模型能反映自攻螺钉连接强度、填充材料强度和冷弯型钢龙骨强度对墙体受剪承载力的影响;理论计算值与试验值的比值在0.947~1.112,结果吻合较好。

大掺量工业废石膏制备石膏基胶凝材料的性能研究

通过热养护的方式,制备了一种废石膏掺量达65%以上的石膏基复合胶凝材料,对材料的力学性能、耐久性能进行了测试。结果表明,大掺量石膏基复合胶凝材料具有良好的力学性能和耐水性,较大的收缩率导致材料抗冻性能不理想。石膏基复合胶凝材料的水化产物主要为钙矾石和C-S-H凝胶,早期生成的钙矾石晶体组成胶凝材料的基本骨架,通过C-S-H凝胶的不断生成,胶凝材料逐渐致密化,有助于强度的增长和耐久性的提高。

改性秸秆纤维增强石膏基复合材料性能

采用碱处理法和丙烯酸包覆法对秸秆纤维表面进行改性.考察了改性秸秆纤维增强石膏基复合材料的力学性能和耐水性能,考察了石蜡乳液的影响.采用扫描电子显微镜、红外光谱仪、压汞仪分析了秸秆纤维的表面改性效果和改性秸秆纤维增强石膏基复合材料的微观形貌、结构,探讨了改性秸秆纤维和石蜡乳液的改进机理.结果表明:掺石蜡乳液的丙烯酸包覆改性秸秆纤维增强石膏基复合材料的力学性能和耐水性能明显提高.经碱处理和丙烯酸包覆处理后,秸秆纤维的表面粗糙度都有不同程度的提高,从而提高了复合材料的力学性能;石蜡乳液可填充石膏硬化体中的孔隙,改善石膏和改性秸秆纤维之间的界面黏结,从而显著提高复合材料的耐水性能.