本文關(guān)鍵詞：離子對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與性能的影響研究

  更多相關(guān)文章： 離子 二水石膏 結(jié)晶結(jié)構(gòu) 形貌 緩凝劑

【摘要】：副產(chǎn)石膏是工業(yè)生產(chǎn)中由化學(xué)反應(yīng)生成的以二水硫酸鈣或無(wú)水硫酸鈣為主要成分的廢棄物。利用副產(chǎn)石膏生產(chǎn)建筑石膏粉,制備石膏基建筑材料是其有效利用途徑之一。然而由于副產(chǎn)石膏中大量的雜質(zhì)(Na~+、K~+、Mg~(2+)、Al~(3+)、F~-、Cl-及磷酸鹽)對(duì)其性能與應(yīng)用的不利影響,使得副產(chǎn)石膏資源化利用率難以提高。二水石膏是石膏基建筑材料主要的水化產(chǎn)物,其結(jié)構(gòu)與形貌是材料性能的主要決定因素,針棒狀二水石膏晶體有利于緊密搭接,對(duì)制品抗折強(qiáng)度有利;短柱狀二水石膏晶體有利于緊密堆積,對(duì)制品抗壓強(qiáng)度有利。石膏基建筑材料的生產(chǎn)中,都會(huì)加入緩凝劑來(lái)提高施工可操作性,但緩凝劑的加入使得針棒狀的二水石膏晶體變?yōu)榘鍫�、片�?導(dǎo)致晶體之間搭接程度降低、內(nèi)部孔隙率增大、制品強(qiáng)度降低。本文利用XRD、SEM等測(cè)試表征方法,系統(tǒng)研究了Na~+、K~+、Mg~(2+)、Al~(3+)、F~-、Cl-及PO_4~(3-)等離子種類與摻量,對(duì)二水石膏結(jié)晶結(jié)構(gòu)、形貌的影響;研究了檸檬酸與三聚磷酸鈉兩種緩凝劑對(duì)建筑石膏的緩凝機(jī)理,并制備出一種高性能復(fù)合緩凝劑。結(jié)論如下:(1)Na~+、K~+、Mg~(2+)、Al~(3+)等陽(yáng)離子會(huì)選擇性的吸附到石膏晶體(020)晶面,對(duì)其衍射峰強(qiáng)度及位置造成一定的影響,使其結(jié)晶度與晶面間距發(fā)生不同程度變化;相同摻量的K~+、Mg~(2+)、Al~(3+)對(duì)石膏晶體(020)晶面衍射峰強(qiáng)度及位置偏移的影響作用排序?yàn)镵~+Al~(3+)Mg~(2+),這是由于Mg~(2+)與Ca~(2+)離子半徑最為接近、價(jià)態(tài)相同,Mg~(2+)很可能代替Ca~(2+)進(jìn)入石膏晶格,對(duì)石膏晶體結(jié)構(gòu)影響程度最小;(2)Na~+、K~+摻量大于1.0%時(shí),出現(xiàn)少量片狀的二水石膏晶體,這是由于Na~+、K~+會(huì)與石膏晶體表面Ca~(2+)、SO_4~(2-)生成不穩(wěn)定的復(fù)鹽顆粒,附著在石膏晶體(020)晶面表面,復(fù)鹽顆粒分解形成的二次硫酸鈣,可以作為二水石膏晶種誘導(dǎo)石膏晶體在該方向的生長(zhǎng);而Mg~(2+)、Al~(3+)對(duì)針棒狀的二水石膏晶體影響程度不大;(3)F~-、Cl-、PO_4~(3-)等陰離子會(huì)與晶體表面的Ca~(2+)化學(xué)反應(yīng),生成CaF2、Ca3(PO4)2沉淀,覆蓋在(111)晶面,抑制晶體c軸方向的生長(zhǎng),使針棒狀的石膏晶體變?yōu)榘鍫�、片狀、塊狀等不規(guī)則的晶體外形;而(020)晶面的相對(duì)生長(zhǎng)速率變大,結(jié)晶度提高;相同摻量下,磷酸鹽對(duì)石膏結(jié)晶結(jié)構(gòu)與生長(zhǎng)抑制作用的影響排序?yàn)镻O_4~(3-)HPO_4~(2-)H_2PO_4~-;(4)檸檬酸與三聚磷酸鈉的加入,都會(huì)使針棒狀的石膏晶體變?yōu)殚L(zhǎng)徑比很小的厚板狀、塊狀等疏松的晶體外形;二者的緩凝機(jī)理不同,XRD分析表明檸檬酸與石膏晶體表面的Ca~(2+)絡(luò)合反應(yīng)生成穩(wěn)定的絡(luò)合物檸檬酸鈣,覆蓋在二水石膏晶體表面,抑制了二水石膏晶體的長(zhǎng)大過(guò)程;而三聚磷酸鈉與石膏晶體表面的Ca~(2+)化學(xué)反應(yīng)生成難溶的磷酸鈣沉淀,覆蓋在半水石膏晶體與二水石膏晶核的表面,抑制了半水石膏的溶解以及二水石膏臨界晶核的形成過(guò)程,完全抑制了半水石膏的水化;(5)三種緩凝劑對(duì)建筑石膏緩凝效果排序?yàn)?檸檬酸三聚磷酸鈉骨膠,骨膠對(duì)石膏硬化體的強(qiáng)度影響較小;正交試驗(yàn)得出的高性能復(fù)合緩凝劑配比為:檸檬酸0.06%、三聚磷酸鈉0、骨膠0.2%,該復(fù)合緩凝劑在延長(zhǎng)建筑石膏凝結(jié)時(shí)間的同時(shí),石膏硬化體7d抗壓強(qiáng)度不會(huì)降低。
【關(guān)鍵詞】：離子 二水石膏 結(jié)晶結(jié)構(gòu) 形貌 緩凝劑
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ177.37
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 石膏的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變及應(yīng)用的研究12-15
• 1.2.1 石膏的組成與結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 石膏的分類與轉(zhuǎn)變13
• 1.2.3 石膏的應(yīng)用13-15
• 1.3 離子對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與形貌的影響研究15-17
• 1.3.1 Na~+、K~+、Mg~(2+)、Al~(3+)等陽(yáng)離子對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與形貌的影響15-16
• 1.3.2 F~-、Cl~-、PO_4~(3-)等陰離子對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與形貌的影響16-17
• 1.4 緩凝劑對(duì)建筑石膏凝結(jié)硬化的影響研究17-20
• 1.4.1 建筑石膏水化理論18
• 1.4.2 檸檬酸類緩凝劑對(duì)建筑石膏凝結(jié)硬化的影響18
• 1.4.3 磷酸鹽類緩凝劑對(duì)建筑石膏凝結(jié)硬化的影響18-19
• 1.4.4 蛋白類緩凝劑對(duì)建筑石膏凝結(jié)硬化的影響19-20
• 1.5 目前研究存在的主要問(wèn)題20-21
• 1.6 主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線21-23
• 1.6.1 主要研究?jī)?nèi)容21
• 1.6.2 技術(shù)路線21-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)原料與實(shí)驗(yàn)方法23-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料23-25
• 2.2 試樣制備方法25-26
• 2.2.1 摻離子二水石膏試樣的制備25-26
• 2.2.2 石膏硬化體試樣的制備26
• 2.3 測(cè)試方法26-28
• 2.3.1 X射線衍射分析26
• 2.3.2 SEM掃描電鏡分析26
• 2.3.3 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定26-27
• 2.3.4 建筑石膏抗折抗壓強(qiáng)度的測(cè)定27
• 2.3.5 建筑石膏吸水率的測(cè)定27
• 2.3.6 建筑石膏軟化系數(shù)的測(cè)定27-28
• 第三章 無(wú)機(jī)離子對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與形貌的影響研究28-49
• 3.1 Na~+、K~+對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與形貌的影響28-32
• 3.1.1 Na~+、K~+對(duì)石膏晶體結(jié)晶度的影響28-29
• 3.1.2 Na~+、K~+對(duì)石膏晶體晶面間距的影響29-30
• 3.1.3 Na~+、K~+對(duì)石膏晶體形貌的影響30-32
• 3.2 Mg~(2+)、Fe~(2+)對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與形貌的影響32-36
• 3.2.1 Mg~(2+)、Fe~(2+)對(duì)石膏晶體結(jié)晶度的影響32
• 3.2.2 Mg~(2+)、Fe~(2+)對(duì)石膏晶體晶面間距的影響32-34
• 3.2.3 Mg~(2+)、Fe~(2+)對(duì)石膏晶體形貌的影響34-36
• 3.3 Al~(3+)對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與形貌的影響36-39
• 3.3.1 Al~(3+)對(duì)石膏晶體結(jié)晶度的影響36-37
• 3.3.2 Al~(3+)對(duì)石膏晶體晶面間距的影響37-38
• 3.3.3 Al~(3+)對(duì)石膏晶體形貌的影響38-39
• 3.4 F~-、Cl~-對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與形貌的影響39-43
• 3.4.1 F~-、Cl~-對(duì)石膏晶體結(jié)晶度的影響39-40
• 3.4.2 F~-、Cl~-對(duì)石膏晶體晶面間距的影響40-41
• 3.4.3 F~-、Cl~-對(duì)石膏晶體形貌的影響41-43
• 3.5 PO_4~(3-)、H_2PO_4~-、HPO_4~(2-)對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與形貌的影響43-47
• 3.5.1 PO_4~(3-)、H_2PO_4~-、HPO_4~(2-)對(duì)石膏結(jié)晶度的影響43-44
• 3.5.2 PO_4~(3-)、H_2PO_4~-、HPO_4~(2-)對(duì)石膏晶體形貌的影響44-47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 第四章 緩凝劑離子對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與形貌的影響研究49-55
• 4.1 檸檬酸對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與形貌的影響49-52
• 4.1.1 檸檬酸對(duì)石膏晶體結(jié)晶度的影響49
• 4.1.2 檸檬酸對(duì)石膏晶體晶面間距的影響49-51
• 4.1.3 檸檬酸對(duì)石膏晶體形貌的影響51-52
• 4.2 三聚磷酸鈉對(duì)石膏結(jié)構(gòu)與形貌的影響52-54
• 4.2.1 三聚磷酸鈉對(duì)石膏礦物組成的影響52
• 4.2.2 三聚磷酸鈉對(duì)石膏晶體形貌的影響52-54
• 4.3 本章小結(jié)54-55
• 第五章 緩凝劑對(duì)石膏應(yīng)用性能的影響研究55-66
• 5.1 緩凝劑單摻對(duì)建筑石膏性能的影響55-58
• 5.1.1 緩凝劑單摻對(duì)建筑石膏凝結(jié)時(shí)間的影響55-56
• 5.1.2 緩凝劑單摻對(duì)石膏硬化體強(qiáng)度的影響56-58
• 5.1.3 緩凝劑單摻對(duì)石膏硬化體吸水率與軟化系數(shù)的影響58
• 5.2 復(fù)合緩凝劑對(duì)建筑石膏性能的影響58-63
• 5.2.1 復(fù)合緩凝劑對(duì)建筑石膏凝結(jié)時(shí)間的影響59-60
• 5.2.2 復(fù)合緩凝劑對(duì)石膏硬化體強(qiáng)度的影響60-61
• 5.2.3 復(fù)合緩凝劑對(duì)石膏硬化體吸水率與軟化系數(shù)的影響61-63
• 5.3 緩凝劑對(duì)建筑石膏性能影響機(jī)理分析63-65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 第六章 結(jié)論及今后的工作建議66-68
• 6.1 主要結(jié)論66-67
• 6.2 論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)67
• 6.3 今后的工作建議67-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間所取得的研究成果73-74
• 致謝74-75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：649395