第29卷第6期
西藏秘史硅 酸 盐 通 报 Vo.l 29 N o .6 2010年12月 BULLET IN O F TH E C H I NESE CERAM I C S O CIETY D ece m ber ,2010
李书琴，刘利军，王珍吾，李久明，阮启坊
(井冈山大学工学院新型低碳环保建材研究所，吉安 343009)
摘要：本文研究了膨胀珍珠岩、短切维尼纶纤维、水泥熟料对石膏 粉煤灰基胶凝材料抗折、抗压、软化系数和表观密度的影响。结果表明，半水石膏 粉煤灰胶结材硬化体的强度随着粉煤灰掺量的增加而降低；添加水泥熟料作为粉 煤灰的激发剂，可使石膏 粉煤灰复合材料的耐水性能提高；以珍珠岩作为轻骨料的复合材料，随着珍珠岩质量分
数的增加，对复合材料的力学性能影响不是很大，复合材料的密度大大减小；短切维尼纶纤维对复合材料的对抗压
强度贡献不大，只可以增强制品的抗折强度。
关键词：石膏 粉煤灰胶凝材料；珍珠岩；短切维尼纶纤维；强度
中图分类号:TU 528 文献标识码:A 文章编号:1001 1625(2010)06 1484 04
Study on Perform ance of G ypsu m fl y A sh based Co mposites
LI Shu qin,LI U L i jun,WANG Zhen w u,LI J iu m ing,RUAN Q i fang
(N e w Lo w carbon G reen Bu il d i ng M ateri als I n stitute ,Engi n eeri ng C ollege ,J i nggangshan Un i versity ,Jia 'n 343009,Ch i na)
Abst ract :The effects o f d ifferent expanded perlite and c hopped v i n y lon fi b er content and ce m en t cli n ker content on t h e flexura l strength ,co m pressive streng th ,so ftening coefficien,t and density o f gypsum fly ash based co m posite m a terials are st u died .The resu lts show ed tha t t h e streng t h of har dened ce m ent m ateri a l decrese w ith fly ash content increases ;add ce m ent c li n ker as the activator of fl y ash could i m prove the
w ater resistance of gypsum fly ash based co m posites .W ith the i n creasi n g of perlite ,the m ec
刘震云
han ica l properties of co m posites is no t lar ge ,g reatl y reduced the density o f co m posites ;fiber could enhance the
flexura l strength o f the conposites and contri b ute little to the co m pressive streng th of co mposites .
K ey w ords :gypsum fl y ash based co m posite m aterials ;perlite ;short v i n y lon fiber ;strength
作者简介：李书琴(1958 )，女，副教授.主要从事新型环保建材研究.E m ai:l jgsxy l sq @ m
1 引 言
石膏 粉煤灰具有其它墙体材料所无可比拟的优点[1,2]
，此外石膏 粉煤灰类墙体材料的原料都取自于工
业废渣[3,4]，符合我国目前正推行的节约能耗、降低污染和循环经济的政策，因此对新型石膏 粉煤灰基墙体材料的研究很有现实意义。但是石膏也有其致命的两大问题[5 7]，使石膏新型墙体材料得不到很好的推广和应用。鉴于此，本文将系统地研究珍珠岩和短切维尼纶短切维尼纶纤维对石膏 粉煤灰复合材料的强度和软化系数影响，为工业生产提供借鉴意义。2 实 验
2.1 材料制备
2.1.1 基础配方的确定
第6期李书琴等：石膏 粉煤灰基复合材料性能研究1485
半水石膏 粉煤灰制品的强度主要由半水石膏水化后生成的二水石膏晶体来提供，从强度方面考虑，半水石膏的比例不能太小，否则必将影响到制品的强度、特别是早期强度，进而影响到脱模工艺等环节。粉煤灰的掺量因产地不同而可能有所不同。根据有关资料表明，粉煤灰满足放射性指标要求的最大掺量一般在30%左右。因此，确定了试验中的粉煤灰最大掺量30%。考虑到早期强度等因素并参考相关文献[8]，通过实验确定基础配方为石膏 粉煤灰=80 20，碱性激发剂以占混合组分质量分数外掺计量。水灰比的大小决定了石膏硬化体的强度，并影响其它性能。在低水灰比下，石膏浆体的流动性小；密实度高、强度高；制品容重大。在大水灰比情况下，石膏浆体的流动性大；石膏浆体的密实度低、强度低；制品的容重小，存在泌水的可能性。由于试验用半水石膏的标准稠度用水量在0.7~0.75之间，确定试验的水灰比为0.7。
2.1.2 石膏 粉煤灰基复合材料的制备
将石膏和粉煤灰按质量百分数80 20计量并搅拌混合均匀；按水灰比0.7(质量比)量取相应的拌和水用
量；称取所需用量的复合碱性激发剂(占灰分的质量百分数)外掺；珍珠岩(或短切维尼纶纤维)按灰分质量百分数称取；先将复合碱性激发剂溶解在量取好的拌和水中，并不断搅拌至完全充分溶解为止。再将称取好的珍珠岩(或短切维尼纶纤维)加入到拌和水中，先静置数分钟，然后在强力搅拌机下搅拌几分钟，再静置数分钟让珍珠岩(或短切维尼纶纤维)分散均匀。最后将拌和均匀的组合灰分加入到拌和水中并静置1m i n 左右，让水完全浸润粉体，再在强力搅拌机下强力搅拌1m i n左右，即得到石膏 粉煤灰胶结材浆体。并迅速注入到40mm40mm160mm三联模中成型，并上下震动消除浆体中的气泡。在试样块体完全终凝硬化后脱模标准养护至规定龄期(28d)。将标准养护至规定龄期的试样在40!2∀温度下(没特别说明情况下)烘干至恒重(规定每隔1h，块体质量变化不超过0.5g即为恒重)，进行性能测试。
2.2 测试方法
2.2.1 抗折强度( b)测定
取3块干燥试样分别在DKZ 5000型电动抗折试验机上测抗折强度并计算:
b=3FL
2B H2
(1)
式中: b为抗折强度M Pa;F为试样的断裂载荷N;L试样支承跨距mm;B、H分别是试样的宽和高度，均取40mm。
2.2.2 抗压强度( c)测定
用做完抗折试验后的6个半块试样在YA 600电液式压力试验机上测抗压强度，用特制的专门夹具进行。夹具与试件接触面积为40mm40mm，表示试样受压面积为1600mm2。抗压强度按下式计算，试验结果取平均值。
c=F
S
(2)
式中: c为抗压强度M Pa;F为试样的破坏载荷N;S为试样承压面积mm2。
2.2.3 软化系数(S c)测定
取6块干燥试样，其中3个试样浸泡在20∀水中72h后取出，用湿毛巾擦去试样表面的浮水，在YA 600电液式压力试验机上分别测干抗压强度、湿抗压强度。用下列公式计算其软化系数:
S c= cs
cg
100%(3)
式中:S c为材料的软化系数; cs为试样的湿抗压强度MPa; cg为试样的干抗压强度MPa。
2.2.4 表观密度 测定
取3块养护后干燥至恒重试样，称重，计平均值，用下列公式计算:
=G
V
(4)
1486 试验与技术
硅酸盐通报 第29卷式中: 为材料表观密度g /c m 3;G 为试样质量g ;V 为试样体积c m 3。
3 结果与讨论
3.1 珍珠岩掺量对石膏 粉煤灰复合材料物理力学性能影响
为减轻制品的容重，扩大其使用范围，采用珍珠岩作为轻集料，通过实验确定其最佳掺量。称量不同质量分数的珍珠岩加入基础配方，制作试样，标准养护干燥后测量其性能，结果见图1。
图1是基础配方石膏 粉煤灰=80 20，膨胀珍珠岩质量分数对复合材料力学性能的测试结果，可以看出，复合材料的抗折强度、抗压强度和吸水24h 抗压强度均随着珍珠岩质量分数的增加而降低，当复合材料中膨胀珍珠岩质量分数达到15%时，复合材料的抗折强度、抗压强度为2MPa 和5MPa 。这说明膨胀珍珠岩对复合材料的强度削弱并不大。因为复合材料的强度主要来自于基体，强度降低是因为粒状的珍珠岩占据了一定的体积，使基体之间的接触点减少,
即有效承载面积减少。
图1 珍珠岩掺量对石膏 粉煤灰复合材料力学性能的影响
国产DVD播放机
F i g .1
重商主义
G ypsu m fl y ash based composites m echan ics
property changes w ith d ifferent per lite conten
t 图2 珍珠岩对复合材料密度的影响F i g .2 G ypsu m fl y ash based composites density chang es w ith diff e rent pe rlite content
珍珠岩对复合材料的密度影响见图2，由于珍珠岩作为轻集料加入基体中，在成型过程中吸水膨胀，试样干燥以后，原有的水分蒸发，留下微小的空隙，可以使制品的密度大大降低。珍珠岩含量超过10%后，密度变小的趋势减缓，由断面分析发现，掺加10%和15%的试样断面珍珠岩所占面积相差无几，这说明珍珠岩并不能无限度的掺加到基体中，当超过10%以后，在制作试样过程中多余的珍珠岩会被刮掉。
3.2
水泥熟料对添加轻骨料材料性能的影响
图3 水泥熟料对材料物理力学性能的影响
F i g .3
G ypsu m fl y ash based composites m echanics property chang es w ith d iffe rent ce m ent c li nke r content
石膏 粉煤灰胶结材通常采用水泥熟料、C a O 作为碱性激发剂。水泥熟料掺量对石膏硬化体的性能有明显影响。以下是水泥熟料质量分数对基础配方力学性能的影响，试验结果见图3。
第6期李书琴等：石膏 粉煤灰基复合材料性能研究1487 由图3知，随着水泥掺量的增大，抗折强度变化不大，抗压强度明显提高，软化系数变化幅度较大。水泥水化后形成的钙矾石延缓了石膏的水化，其作用机理可能有两个:(1)水化铝酸钙形成钙矾石，消耗了一定
的石膏，降低了溶液中的[SO 2 4]、[Ca 2+]的浓度积，二水石膏的饱和度降低，延迟了晶核的形成;(2)钙矾石
沉积在半水石膏颗粒表面，阻碍了半水石膏与水的相互作用。同时粉煤灰在有硫酸盐存在的碱性条件下，其中具有火山灰活性的各种氧化物与水泥熟料中的Ca(OH )2发生反应,
透解祛瘟颗粒获批临床使用
生成水化硅酸钙和水化硫铝酸钙等水图4 短切维尼纶纤维对石膏基复合材料力学性能的影响F i g .4 G yps um fl y ash based composites m echanics property changes w ith d ifferent short v i nylon fi bre content
化产物，这些产物包裹在石膏水化产物表面生成网络
结构，提高了强度，阻止了二水石膏与水的接触，增强
了耐水性。当水泥熟料超过6%时，对石膏 粉煤灰复
合材料强度与软化系数的贡献不大，考虑到经济与环
境因素，选择水泥熟料最佳质量分数为6%。
3.3 短切维尼纶短切维尼纶纤维对复合材料的影响
从图4可以看出，短切维尼纶纤维质量分数0~
1%变化时，对复合材料的抗压强度和吸水24h 后抗
压强度影响不大，只能对其抗折强度有微小提高。当
短切维尼纶纤维质量分数大于1%时短切维尼纶纤维
在基体中易成团，难以分散均匀，以短切维尼纶纤维团
的形式在基体中分布，从而导致复合材料的力学性能
教师是园丁
降低。4 结 论
(1)半水石膏 粉煤灰胶结材硬化体的强度随着粉煤灰掺量的增加而降低;
(2)添加水泥熟料作为粉煤灰的激发剂，可使石膏 粉煤灰复合材料的耐水性能提高，水泥掺量不宜超过6%;
(3)以珍珠岩作为轻骨料的复合材料，随着珍珠岩质量分数的增加，对复合材料的力学性能影响不是很大，复合材料的密度大大减小；短切维尼纶纤维对复合材料的对抗压强度贡献不大，只可增强其抗折强度(断裂荷载)。
参
考文献[1]
杜 婷.浅析我国绿墙体材料的发展方向和途径[J].砖瓦世界,2006,6:16 19.[2]
田贺盅.燃煤电厂烟气脱硫石膏综合利用途径及途径分析[J].中国电力,2006,39(2):64 69.[3]
周万良，龙靖华，詹炳根.熟料 无水石膏系统与粉煤灰 石灰 无水石膏系统的水化产物[J].硅酸盐通报,2009,3:558 562.[4]
冯春花，李延报，李东旭.脱硫石膏取代石灰石低温制备水泥熟料的研究[J].硅酸盐通报,2009,28(1):10 15.[5]
M an jit S .T reati ng w as t e phos phogyp s um for ce m ent and plast er m anufacture[J].C e m ent and C oncrete Rese arch,2002,32:1033 1038.[6]
Shen W G ,Zhou M K,Zh ao Q L .S t udy on li m e fl y as h phosphogypsu m b i nd er[J].C onst ruction and Bu il d ing M a t eri a ls ,2007,21(7):1480 1485.[7]
Sun ilK.F l y as h li m e phos phogypsum hollo w block s f or w alls and partiti ons[J].Bu il d ing and Env iro m ent ,2003,38:291 295.[8]孟丽丰，刘东辉，王传平.提高建筑石膏抗折强度和表面硬度的研究[J].硅酸盐通报,2009,5:919 925.
