β型模具石膏增強(qiáng)技術(shù)的多維度探究與實(shí)踐應(yīng)用一、引言1.1研究背景1.1.1β型模具石膏應(yīng)用現(xiàn)狀石膏作為一種重要的建筑材料，在建筑、雕塑、工藝品制作等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在建筑領(lǐng)域，石膏常用于制造模具，以便生產(chǎn)混凝土和其他建筑材料；在雕塑與工藝品制作中，石膏能夠幫助藝術(shù)家將創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為實(shí)體作品。在模具制作中，模具石膏憑借成本低、成型周期短、精度高等優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了相當(dāng)大的比例。模具石膏主要分為β型和α型，其中β型模具石膏由于其獨(dú)特的性能特點(diǎn)，應(yīng)用更為廣泛。β型模具石膏的晶型結(jié)構(gòu)為規(guī)則的片狀晶體，這種結(jié)構(gòu)使其具有一些特殊的性質(zhì)。它的比表面積大，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大，與水混合后水化反應(yīng)能力強(qiáng)，初凝時(shí)間短，這使得它在一些對(duì)成型速度有要求的工藝中具有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，其模型的氣孔率、吸水率高，這一特性使其在陶瓷注漿成形等工藝中得到廣泛應(yīng)用，因?yàn)檫@些工藝需要模具具有良好的吸水性能，以便將陶瓷坯料和漿料中的水分排除。例如在日用陶瓷的異型大件和小件、全部的衛(wèi)生陶瓷和藝術(shù)陶瓷、特種陶瓷中的理化瓷注漿件以及陶瓷燒成用的一些窯具、架托等的生產(chǎn)中，注漿成形是主要的生產(chǎn)方法，而β型模具石膏由于其良好的吸水性，成為制作這些注漿成形模型的理想材料。在建筑裝飾領(lǐng)域，β型模具石膏也常用于制作各種復(fù)雜的裝飾構(gòu)件，如石膏線條、石膏花飾等，其成本低和成型周期短的特點(diǎn)能夠滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，并且可以通過精細(xì)的模具制作出高精度的裝飾產(chǎn)品，提升建筑的美觀度。1.1.2強(qiáng)度提升需求的緊迫性盡管β型模具石膏在眾多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，但其強(qiáng)度不足的問題嚴(yán)重限制了其進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用范圍的拓展。在實(shí)際使用過程中，β型模具石膏面臨著諸多挑戰(zhàn)，由于其強(qiáng)度較低，在壓力和振動(dòng)的作用下，很容易出現(xiàn)破裂和磨損的情況。在建筑施工中，用于制造混凝土構(gòu)件的β型石膏模具，當(dāng)受到混凝土澆筑時(shí)的沖擊力以及后續(xù)振搗過程中的振動(dòng)作用時(shí)，模具可能會(huì)發(fā)生破裂，這不僅會(huì)影響混凝土構(gòu)件的成型質(zhì)量，還可能導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，增加生產(chǎn)成本和施工周期。在陶瓷生產(chǎn)中，石膏模具需要反復(fù)使用，在搬運(yùn)與成形過程中的磕碰、摩擦、擠壓等物理變化，以及模具與坯料、漿料之間的化學(xué)變化，都會(huì)嚴(yán)重影響模具的耐磨性和耐溶蝕性，進(jìn)而影響模具使用壽命。目前，注漿成形石膏模具使用壽命小于100次，這使得陶瓷生產(chǎn)廠家需要頻繁更換模具，大大提高了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。隨著現(xiàn)代化建筑對(duì)建筑材料性能要求的不斷提高，以及制造業(yè)對(duì)模具精度和耐用性的更高追求，傳統(tǒng)強(qiáng)度較低的β型模具石膏已無(wú)法滿足這些日益增長(zhǎng)的需求。在高級(jí)建筑和大型工程建設(shè)中，對(duì)模具的強(qiáng)度和耐用性提出了更為嚴(yán)苛的要求，β型模具石膏若不能有效提升強(qiáng)度，將難以在這些高端領(lǐng)域得到應(yīng)用。在制造業(yè)中，隨著生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高，模具在生產(chǎn)過程中承受的壓力和摩擦更大，對(duì)其強(qiáng)度和韌性的要求也相應(yīng)提高。因此，研究β型模具石膏的增強(qiáng)技術(shù)已成為當(dāng)下迫切需要解決的問題，對(duì)于推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。1.2研究目的與意義1.2.1目的本研究旨在深入探索有效增強(qiáng)β型模具石膏強(qiáng)度的方法和技術(shù)，通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究與理論分析，明確不同增強(qiáng)手段對(duì)β型模具石膏性能的影響規(guī)律。具體而言，將研究各類添加劑（如減水劑、增強(qiáng)劑、纖維等）的添加種類、添加量以及添加方式對(duì)β型模具石膏強(qiáng)度的提升效果，分析不同的制備工藝（如煅燒溫度、煅燒時(shí)間、粉磨工藝等）如何影響β型模具石膏的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀強(qiáng)度。同時(shí)，還將探究環(huán)境因素（如濕度、溫度等）對(duì)增強(qiáng)后的β型模具石膏性能穩(wěn)定性的作用。通過這些研究，期望能夠找到一種或多種高效、可行的增強(qiáng)β型模具石膏強(qiáng)度的方案，從而顯著提高其在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)和使用壽命。1.2.2理論意義從理論層面來看，本研究對(duì)材料科學(xué)理論體系的完善具有重要貢獻(xiàn)。β型模具石膏作為一種氣硬性膠凝材料，其強(qiáng)度形成機(jī)制和增強(qiáng)原理的研究相對(duì)不足。通過深入研究β型模具石膏的增強(qiáng)技術(shù)，能夠進(jìn)一步揭示其在微觀層面的水化反應(yīng)過程、晶體生長(zhǎng)規(guī)律以及微觀結(jié)構(gòu)演變與宏觀強(qiáng)度之間的內(nèi)在聯(lián)系。這不僅可以豐富和深化對(duì)氣硬性膠凝材料性能調(diào)控的理論認(rèn)識(shí)，還能為其他類似材料的增強(qiáng)研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。例如，在研究減水劑對(duì)β型模具石膏強(qiáng)度的影響時(shí)，可以從減水劑與石膏顆粒的相互作用機(jī)理出發(fā)，探討其如何改變石膏的水化進(jìn)程和孔結(jié)構(gòu)，從而為其他膠凝材料在使用減水劑進(jìn)行性能優(yōu)化時(shí)提供參考。在分析纖維增強(qiáng)β型模具石膏的機(jī)制時(shí)，能夠深入了解纖維與石膏基體之間的界面結(jié)合特性、應(yīng)力傳遞方式等，這對(duì)于拓展纖維增強(qiáng)材料在其他領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的理論指導(dǎo)意義。1.2.3實(shí)際應(yīng)用價(jià)值在實(shí)際應(yīng)用方面，增強(qiáng)后的β型模具石膏將在多個(gè)行業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在建筑行業(yè)中，強(qiáng)度提升后的β型模具石膏可以用于制造更加復(fù)雜、大型的建筑構(gòu)件模具，提高建筑施工的效率和質(zhì)量，減少模具的更換頻率，從而降低建筑成本。在陶瓷生產(chǎn)中，增強(qiáng)的β型模具石膏能夠延長(zhǎng)模具的使用壽命，減少因模具損壞導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷，提高陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和成品率，降低生產(chǎn)成本。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前注漿成形石膏模具使用壽命小于100次，若通過增強(qiáng)技術(shù)將其使用壽命提高到200次，對(duì)于陶瓷生產(chǎn)廠家來說，每年在模具采購(gòu)和更換上的成本將大幅降低。在工藝品制作和雕塑領(lǐng)域，高強(qiáng)度的β型模具石膏可以制作出更精細(xì)、更大型的作品，滿足藝術(shù)家和市場(chǎng)對(duì)高品質(zhì)工藝品的需求，同時(shí)也能減少因模具強(qiáng)度不足而導(dǎo)致的作品損壞，提高生產(chǎn)效益。從社會(huì)效益角度來看，增強(qiáng)β型模具石膏的應(yīng)用有助于推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，減少資源浪費(fèi)，促進(jìn)就業(yè)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究將圍繞β型模具石膏的增強(qiáng)展開多方面的深入探究，具體內(nèi)容如下：增強(qiáng)材料的篩選與研究：系統(tǒng)研究多種可能的增強(qiáng)材料對(duì)β型模具石膏性能的影響。一方面，針對(duì)外加劑，如減水劑、緩凝劑、增強(qiáng)劑等，探究不同外加劑的種類（如聚羧酸系減水劑、萘系減水劑等不同類型的減水劑，檸檬酸、酒石酸等不同類型的緩凝劑）對(duì)β型模具石膏強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、耐水性等性能的影響。通過實(shí)驗(yàn)，確定不同外加劑的最佳添加量，分析外加劑與β型模具石膏之間的相互作用機(jī)理。另一方面，研究纖維材料（如聚丙烯纖維、玻璃纖維、碳纖維等）對(duì)β型模具石膏的增強(qiáng)效果。分析纖維的長(zhǎng)度、直徑、摻量以及纖維與石膏基體的界面結(jié)合情況對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能（包括抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、韌性等）的影響。同時(shí)，考慮耐磨填料（如石英砂、石墨、二硫化鉬等）在β型模具石膏中的應(yīng)用，研究其對(duì)模具石膏耐磨性、硬度等性能的提升作用。增強(qiáng)機(jī)理的深入分析：運(yùn)用微觀測(cè)試手段，如掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）、壓汞儀（MIP）等，深入研究增強(qiáng)材料與β型模具石膏之間的微觀作用機(jī)制。通過SEM觀察添加增強(qiáng)材料后β型模具石膏的微觀結(jié)構(gòu)變化，包括晶體形態(tài)、孔隙結(jié)構(gòu)、界面結(jié)合情況等。利用XRD分析增強(qiáng)材料的加入是否改變?chǔ)滦湍＞呤嗟奈锵嘟M成和晶體結(jié)構(gòu)。借助MIP測(cè)試石膏硬化體的孔徑分布和孔隙率，研究增強(qiáng)材料對(duì)石膏孔結(jié)構(gòu)的影響。從微觀層面揭示增強(qiáng)材料如何提高β型模具石膏的強(qiáng)度、韌性和耐磨性等性能，為增強(qiáng)技術(shù)的優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。性能測(cè)試與綜合分析：對(duì)增強(qiáng)后的β型模具石膏進(jìn)行全面的性能測(cè)試。力學(xué)性能測(cè)試方面，通過抗壓強(qiáng)度測(cè)試、抗折強(qiáng)度測(cè)試、拉伸強(qiáng)度測(cè)試等，評(píng)估增強(qiáng)后β型模具石膏在不同受力狀態(tài)下的承載能力。耐久性測(cè)試方面，進(jìn)行耐水性測(cè)試（如浸泡在水中一定時(shí)間后觀察強(qiáng)度變化和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性）、抗凍性測(cè)試（模擬凍融循環(huán)環(huán)境，測(cè)試材料性能變化）、抗化學(xué)侵蝕性測(cè)試（如抵抗酸堿溶液侵蝕的能力），分析增強(qiáng)后的β型模具石膏在不同惡劣環(huán)境下的性能穩(wěn)定性。同時(shí)，考慮實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)增強(qiáng)后的β型模具石膏進(jìn)行模擬使用測(cè)試，如在建筑模具、陶瓷模具等實(shí)際工況下的性能表現(xiàn)，綜合評(píng)估其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和優(yōu)勢(shì)。制備工藝對(duì)增強(qiáng)效果的影響研究：探究不同的制備工藝對(duì)β型模具石膏增強(qiáng)效果的影響。研究煅燒溫度、煅燒時(shí)間對(duì)β型半水石膏晶體結(jié)構(gòu)和性能的影響，確定最佳的煅燒工藝參數(shù)，以獲得性能優(yōu)良的β型半水石膏原料。分析粉磨工藝（如粉磨時(shí)間、粉磨設(shè)備、助磨劑的使用等）對(duì)β型模具石膏顆粒細(xì)度和比表面積的影響，進(jìn)而研究其對(duì)增強(qiáng)材料分散性和增強(qiáng)效果的作用。此外，研究混合攪拌工藝（如攪拌速度、攪拌時(shí)間、加料順序等）對(duì)增強(qiáng)材料在β型模具石膏中均勻分散的影響，優(yōu)化制備工藝，提高增強(qiáng)效果和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。環(huán)境因素對(duì)增強(qiáng)β型模具石膏性能的影響：考察濕度、溫度等環(huán)境因素對(duì)增強(qiáng)后的β型模具石膏性能的影響。研究不同濕度條件下（如高濕度、低濕度環(huán)境），增強(qiáng)β型模具石膏的強(qiáng)度變化、吸濕特性以及微觀結(jié)構(gòu)演變。分析溫度變化（如高溫、低溫環(huán)境）對(duì)增強(qiáng)β型模具石膏力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性的影響。通過加速老化實(shí)驗(yàn)，模擬長(zhǎng)期使用過程中的環(huán)境變化，評(píng)估增強(qiáng)β型模具石膏的性能耐久性和使用壽命，為其在不同環(huán)境條件下的應(yīng)用提供指導(dǎo)。1.3.2研究方法為了實(shí)現(xiàn)上述研究?jī)?nèi)容，本研究將綜合運(yùn)用多種研究方法：實(shí)驗(yàn)研究法：這是本研究的核心方法。首先，進(jìn)行原材料準(zhǔn)備，選取符合標(biāo)準(zhǔn)的β型模具石膏原料以及各類增強(qiáng)材料，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理和性能檢測(cè)。接著，按照設(shè)計(jì)好的配合比，制備一系列添加不同增強(qiáng)材料、不同添加量的β型模具石膏試件。在制備過程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，如溫度、濕度、攪拌速度和時(shí)間等。然后，對(duì)制備好的試件進(jìn)行各種性能測(cè)試，包括凝結(jié)時(shí)間測(cè)試（采用標(biāo)準(zhǔn)稠度與凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試）、強(qiáng)度測(cè)試（抗壓強(qiáng)度測(cè)試采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，按照標(biāo)準(zhǔn)的加載速率對(duì)規(guī)定尺寸的試件進(jìn)行加載直至破壞，記錄破壞荷載并計(jì)算抗壓強(qiáng)度；抗折強(qiáng)度測(cè)試采用抗折試驗(yàn)機(jī)，通過三點(diǎn)彎曲法測(cè)定試件的抗折強(qiáng)度）、吸水率測(cè)試（將試件烘干至恒重后，浸泡在水中一定時(shí)間，取出擦干表面水分后稱重，計(jì)算吸水率）、微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試（將試件進(jìn)行切割、打磨、拋光等處理后，利用掃描電子顯微鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)）等。通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析不同因素對(duì)β型模具石膏性能的影響規(guī)律。理論分析法：結(jié)合材料科學(xué)、物理化學(xué)等相關(guān)學(xué)科的理論知識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析。從化學(xué)角度，分析外加劑與β型模具石膏之間的化學(xué)反應(yīng)過程，解釋外加劑對(duì)石膏水化反應(yīng)、凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響機(jī)制。從物理角度，研究纖維與石膏基體之間的界面結(jié)合力、應(yīng)力傳遞方式以及纖維對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻礙作用，闡明纖維增強(qiáng)β型模具石膏的力學(xué)原理。運(yùn)用材料微觀結(jié)構(gòu)理論，分析微觀結(jié)構(gòu)（如孔隙率、孔徑分布、晶體形態(tài)等）與宏觀性能之間的關(guān)系，為增強(qiáng)機(jī)理的研究提供理論支持。此外，利用數(shù)學(xué)模型和統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合和回歸分析，建立性能與影響因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，預(yù)測(cè)β型模具石膏在不同條件下的性能變化趨勢(shì)。對(duì)比分析法：在實(shí)驗(yàn)研究中，設(shè)置對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比分析。一方面，將添加增強(qiáng)材料的β型模具石膏試件與未添加增強(qiáng)材料的普通β型模具石膏試件進(jìn)行對(duì)比，直觀地評(píng)估增強(qiáng)材料的增強(qiáng)效果。另一方面，對(duì)添加不同種類、不同添加量增強(qiáng)材料的β型模具石膏試件進(jìn)行相互對(duì)比，分析不同增強(qiáng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，篩選出最佳的增強(qiáng)材料和添加量。同時(shí)，對(duì)比不同制備工藝下β型模具石膏的性能差異，確定最佳的制備工藝參數(shù)。通過對(duì)比分析，能夠更清晰地揭示各種因素對(duì)β型模具石膏性能的影響，為研究提供有力的證據(jù)。二、β型模具石膏概述2.1β型模具石膏的基本特性2.1.1化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)β型模具石膏的主要化學(xué)成分是β型半水硫酸鈣（β-CaSO??1/2H?O），它是由天然二水石膏（CaSO??2H?O）在107-170℃的常壓下加熱脫水而成。在這個(gè)脫水過程中，二水石膏失去部分結(jié)晶水，轉(zhuǎn)化為β型半水石膏。從微觀結(jié)構(gòu)來看，β型半水石膏的晶體呈松散聚集的微孔隙固體。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其比表面積較大，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大。較大的比表面積意味著β型模具石膏與水接觸時(shí)，能提供更多的反應(yīng)位點(diǎn)，從而使其水化反應(yīng)能力較強(qiáng)。然而，其晶體缺陷較多，這在一定程度上影響了其強(qiáng)度等性能。例如，在電子顯微鏡下觀察β型模具石膏的微觀結(jié)構(gòu)，可以清晰地看到其晶體之間的孔隙和裂紋，這些微觀缺陷在受力時(shí)容易成為應(yīng)力集中點(diǎn)，導(dǎo)致材料在較低的應(yīng)力下就發(fā)生破壞。此外，β型半水石膏的晶體形態(tài)為片狀并有裂紋，結(jié)晶較細(xì)，這種晶體形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征也對(duì)其物理性能和應(yīng)用產(chǎn)生了重要影響。2.1.2常規(guī)物理性能β型模具石膏具有一系列獨(dú)特的常規(guī)物理性能。其密度通常在2.3-2.4g/cm3之間，這個(gè)密度相對(duì)較低，使得β型模具石膏在一些對(duì)重量有要求的應(yīng)用場(chǎng)景中具有優(yōu)勢(shì)，如在建筑裝飾中制作輕質(zhì)的裝飾構(gòu)件時(shí)，可以減輕結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)。其硬度一般較低，莫氏硬度大約在1.5-2之間，這使得β型模具石膏易于加工和成型，可以通過簡(jiǎn)單的切割、雕刻等工藝制作出各種復(fù)雜的形狀。β型模具石膏的吸水率較高，一般在25%-35%之間，這一特性使其在陶瓷注漿成形等工藝中得到廣泛應(yīng)用，因?yàn)檩^高的吸水率能夠快速吸收陶瓷坯料和漿料中的水分，促進(jìn)坯體的成型。但是，較高的吸水率也會(huì)導(dǎo)致β型模具石膏在潮濕環(huán)境下容易吸濕，從而影響其尺寸穩(wěn)定性和強(qiáng)度。另外，β型模具石膏的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量較大，通常為60%-80%，這是由于其微觀結(jié)構(gòu)中存在大量的孔隙和較大的比表面積，需要更多的水分來包裹和填充這些孔隙，以形成具有良好可塑性的漿體。過多的需水量在石膏硬化后會(huì)留下較多的孔隙，進(jìn)一步降低了其強(qiáng)度。2.1.3凝結(jié)硬化特性β型模具石膏的凝結(jié)硬化過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程。當(dāng)β型模具石膏與水混合后，首先發(fā)生的是半水石膏的溶解。半水石膏迅速溶于水，形成飽和溶液。隨著時(shí)間的推移，半水石膏與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成二水石膏膠體微粒。此時(shí)，原半水石膏溶液由飽和狀態(tài)變?yōu)椴伙柡蜖顟B(tài)，促使半水石膏繼續(xù)溶解。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水化生成的二水石膏微粒總表面積急劇加大，漿體逐漸變稠，可塑性減小，開始進(jìn)入凝結(jié)階段。在這個(gè)階段，漿體逐漸失去流動(dòng)性，開始形成具有一定強(qiáng)度的固體結(jié)構(gòu)。隨著反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，漿體繼續(xù)變稠，二水石膏晶體交錯(cuò)共生，多余水分揮發(fā)，靠二水石膏晶體間摩擦力增加強(qiáng)度，最終完成硬化過程。影響β型模具石膏凝結(jié)時(shí)間和硬化程度的因素眾多。首先，水膏比是一個(gè)關(guān)鍵因素。水膏比越大，即用水量相對(duì)石膏量越多，凝結(jié)時(shí)間會(huì)越長(zhǎng)，硬化后的強(qiáng)度也會(huì)越低。這是因?yàn)檫^多的水分會(huì)稀釋半水石膏溶液，減緩水化反應(yīng)的速度，同時(shí)在硬化后留下更多的孔隙，降低了結(jié)構(gòu)的致密性。其次，溫度對(duì)凝結(jié)硬化過程也有顯著影響。一般來說，溫度升高會(huì)加快水化反應(yīng)的速率，使凝結(jié)時(shí)間縮短，硬化程度提高。在較高溫度下，分子運(yùn)動(dòng)加劇，半水石膏與水的反應(yīng)更加迅速，能夠更快地生成二水石膏晶體，從而加速凝結(jié)硬化過程。外加劑的種類和摻量也會(huì)對(duì)β型模具石膏的凝結(jié)硬化特性產(chǎn)生重要影響。例如，緩凝劑可以延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間，它通過吸附在半水石膏顆粒表面，阻礙其與水的接觸和反應(yīng)，從而延緩水化進(jìn)程。而促凝劑則相反，它能夠加速水化反應(yīng)，縮短凝結(jié)時(shí)間。此外，石膏的細(xì)度也會(huì)影響凝結(jié)硬化，較細(xì)的石膏顆粒比表面積大，與水的反應(yīng)更加充分，凝結(jié)時(shí)間相對(duì)較短，硬化程度也可能更高。2.2β型模具石膏的應(yīng)用領(lǐng)域與需求2.2.1建筑領(lǐng)域應(yīng)用及強(qiáng)度要求在建筑領(lǐng)域，β型模具石膏有著廣泛的應(yīng)用，主要用于制作各類建筑構(gòu)件的模具。在預(yù)制混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)中，β型模具石膏常用于制造梁、板、柱等構(gòu)件的模具。由于其成本低、成型周期短的特點(diǎn)，能夠滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求。在一些建筑裝飾工程中，β型模具石膏用于制作復(fù)雜的裝飾線條、花飾等模具，通過精細(xì)的模具制作，可以將設(shè)計(jì)圖紙上的精美圖案準(zhǔn)確地復(fù)制到建筑裝飾構(gòu)件上，提升建筑的美觀度。然而，建筑領(lǐng)域?qū)Ζ滦湍＞呤嗟膹?qiáng)度有著較高的要求。在混凝土澆筑過程中，模具需要承受混凝土的壓力和振搗過程中的振動(dòng)作用。如果β型模具石膏強(qiáng)度不足，很容易在這些外力作用下發(fā)生破裂、變形等問題，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件的尺寸偏差、表面缺陷等質(zhì)量問題。在高層建筑中，預(yù)制混凝土構(gòu)件的尺寸和重量較大，對(duì)模具的強(qiáng)度要求更為嚴(yán)苛。在制作大型預(yù)制梁的模具時(shí)，β型模具石膏需要具備足夠的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，以確保在多次使用過程中能夠承受混凝土的重量和澆筑時(shí)的沖擊力。同時(shí)，建筑模具通常需要反復(fù)使用，這就要求β型模具石膏具有良好的耐久性和耐磨性，能夠在長(zhǎng)期的使用過程中保持其形狀和尺寸的穩(wěn)定性。因此，為了滿足建筑領(lǐng)域的應(yīng)用需求，提高β型模具石膏的強(qiáng)度是至關(guān)重要的。2.2.2陶瓷行業(yè)應(yīng)用及特殊需求在陶瓷行業(yè)，β型模具石膏主要用于制作陶瓷成型模具，特別是在注漿成形工藝中應(yīng)用廣泛。日用陶瓷的異型大件和小件、全部的衛(wèi)生陶瓷和藝術(shù)陶瓷、特種陶瓷中的理化瓷注漿件以及陶瓷燒成用的一些窯具、架托等，大多采用注漿成形方法生產(chǎn)，而β型模具石膏因其良好的吸水性成為制作這些注漿成形模型的理想材料。在衛(wèi)生陶瓷的生產(chǎn)中，需要將陶瓷漿料注入石膏模具中，通過模具吸收漿料中的水分，使陶瓷坯體逐漸成型。β型模具石膏較高的吸水率能夠快速有效地吸收水分，促進(jìn)坯體的成型，并且可以保證坯體的均勻性和質(zhì)量。陶瓷行業(yè)對(duì)β型模具石膏有著一些特殊的需求。除了要求具有較高的吸水率以滿足注漿成形工藝的需要外，還對(duì)其氣孔率有一定要求。合適的氣孔率能夠保證模具的吸水性和透氣性，有利于坯體中水分的排出和氣體的逸出，從而避免坯體出現(xiàn)氣泡、變形等缺陷。β型模具石膏的強(qiáng)度也是關(guān)鍵因素。在陶瓷成型過程中，模具需要反復(fù)使用，并且在搬運(yùn)、裝填漿料等操作過程中會(huì)受到碰撞、擠壓等外力作用。如果模具強(qiáng)度不足，很容易損壞，影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在大型衛(wèi)生陶瓷模具的使用中，由于模具體積較大，重量較重，在搬運(yùn)和安裝過程中需要承受較大的外力，因此對(duì)β型模具石膏的強(qiáng)度要求更高。此外，陶瓷模具在使用過程中還會(huì)與陶瓷漿料中的化學(xué)物質(zhì)接觸，因此要求β型模具石膏具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠抵抗?jié){料的侵蝕，保證模具的使用壽命。2.2.3其他領(lǐng)域應(yīng)用簡(jiǎn)述除了建筑和陶瓷行業(yè)，β型模具石膏在其他領(lǐng)域也有一定的應(yīng)用。在工藝品制作領(lǐng)域，β型模具石膏常用于制作各種精美的工藝品模具。在制作石膏雕像、石膏裝飾品等工藝品時(shí)，β型模具石膏可以通過精密的模具制作，將藝術(shù)家的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為具體的作品。由于其成本較低，成型方便，能夠滿足工藝品批量生產(chǎn)的需求。同時(shí)，β型模具石膏還具有良好的可塑性，可以制作出各種復(fù)雜的形狀和細(xì)節(jié)，使得工藝品更加精美。在醫(yī)療領(lǐng)域，β型模具石膏也有應(yīng)用，主要用于制作醫(yī)療模型。在口腔醫(yī)學(xué)中，β型模具石膏可用于制作牙齒模型，幫助醫(yī)生進(jìn)行診斷、治療方案設(shè)計(jì)和牙齒矯正器的制作。通過患者口腔的印模，利用β型模具石膏制作出精確的牙齒模型，醫(yī)生可以更直觀地了解患者牙齒的情況，制定更合適的治療方案。在骨科領(lǐng)域，β型模具石膏可以用于制作骨折部位的固定模型，輔助醫(yī)生進(jìn)行骨折復(fù)位和固定。此外，在一些醫(yī)學(xué)教學(xué)中，β型模具石膏制作的人體器官模型可以幫助學(xué)生更好地理解人體結(jié)構(gòu)和生理功能。雖然在這些領(lǐng)域β型模具石膏的應(yīng)用相對(duì)較少，但對(duì)于一些特定的需求來說，其獨(dú)特的性能特點(diǎn)使其成為不可或缺的材料。三、增強(qiáng)材料與技術(shù)研究現(xiàn)狀3.1外加劑增強(qiáng)研究3.1.1緩凝劑的作用與影響緩凝劑在β型模具石膏中起著調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的關(guān)鍵作用，常見的緩凝劑種類繁多，主要包括有機(jī)酸及其鹽類、磷酸鹽類和蛋白質(zhì)類等。其中，有機(jī)酸及其鹽類緩凝劑如檸檬酸、檸檬酸鈉、酒石酸、酒石酸鉀等應(yīng)用較為廣泛。檸檬酸作為一種典型的有機(jī)酸緩凝劑，其分子結(jié)構(gòu)中含有羥基的多羧酸結(jié)構(gòu)，能與石膏表面的鈣元素發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的檸檬酸鈣絡(luò)合物。這種絡(luò)合物吸附在半水石膏顆粒表面，在一定程度上阻礙了半水石膏的溶解，降低了液相過飽和度，減緩了石膏水化誘導(dǎo)期階段晶核形成的速度，從而達(dá)到緩凝的目的。然而，隨著檸檬酸摻量的增加，雖然凝結(jié)時(shí)間顯著延長(zhǎng)，但石膏硬化體的強(qiáng)度會(huì)大幅度下降。有研究表明，當(dāng)檸檬酸摻量大于0.07%時(shí)，干抗折強(qiáng)度急劇降低；摻量大于0.05%時(shí)，干抗壓強(qiáng)度急劇降低。這是因?yàn)闄幟仕釋?duì)水化過程的各個(gè)階段均產(chǎn)生明顯影響，改變了晶體結(jié)晶習(xí)性，使微觀結(jié)構(gòu)變得松散，硬化體的孔結(jié)構(gòu)惡化。磷酸鹽類緩凝劑如六偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉等也具有重要作用。以多聚磷酸鈉為例，它具有與金屬離子（如鈣離子、鎂離子等）生成難溶性鹽的性質(zhì)。在石膏體系中，多聚磷酸鈉與液相中的鈣離子結(jié)合，形成磷酸鈣難溶鹽覆蓋在半水石膏表面，阻礙其溶解，從而大大降低了過飽和度，使二水石膏晶體成核概率減小。三聚磷酸鈣還會(huì)通過與二水石膏晶核表面鈣元素的化學(xué)作用，吸附在二水石膏晶核表面，使晶核表面能降低，成核勢(shì)壘增大，晶核達(dá)到臨界成核尺寸的時(shí)間延長(zhǎng)，宏觀上表現(xiàn)為石膏的誘導(dǎo)期和凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。在二水石膏晶核大量形成、結(jié)晶開始的時(shí)候，三聚磷酸鈉有限選擇吸附在c軸方向上，降低該晶面的表面能，使該晶面的生長(zhǎng)緩慢，從而改變晶體各個(gè)晶面的相對(duì)生長(zhǎng)速率，使三個(gè)晶面生長(zhǎng)速率接近，導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)習(xí)性的變化，晶體由針狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎讨鶢詈桶鍫?，孔結(jié)構(gòu)惡化，強(qiáng)度降低。但相較于檸檬酸，多聚磷酸鈉對(duì)強(qiáng)度的影響相對(duì)較小。蛋白質(zhì)類緩凝劑如骨膠蛋白，其緩凝機(jī)理主要是蛋白緩凝劑溶于水后可形成膠體，能夠吸附在水化離子的表面，降低系統(tǒng)的自由能，推遲粒子積聚成核，減緩了臨界晶核的形成，或吸附在已形成的晶核表面，降低晶核的表面能，使晶核在一定的時(shí)間段內(nèi)難以長(zhǎng)大。所以在水化開始后的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)過飽和度仍能維持在初始值狀態(tài)，從而延緩了石膏水化的誘導(dǎo)期，在宏觀上表現(xiàn)為凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。骨膠蛋白緩凝劑對(duì)半水石膏的溶解、過飽和溶液的形成不產(chǎn)生影響，過飽和溶液的初始值與純石膏樣相當(dāng)，處于高度過飽和的介穩(wěn)狀態(tài)。晶體形貌呈現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)的針狀，相互交錯(cuò)共生，結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)緊密，孔結(jié)構(gòu)較小，分布均勻，結(jié)晶狀況良好，在微觀形貌上與純石膏樣沒有明顯的區(qū)別，這使得摻加骨膠蛋白緩凝劑的樣品強(qiáng)度損失較小。不同緩凝劑對(duì)β型模具石膏凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響存在顯著差異。研究表明，在緩凝效果方面，檸檬酸、SC緩凝劑有著較好的緩凝效果，檸檬酸鹽的緩凝效果次之，當(dāng)加入量相同時(shí)，某些鹽類的緩凝效果明顯比檸檬酸和SC要差，蔗糖的緩凝效果比檸檬酸、SC均要差，磷酸鹽緩凝效果相對(duì)較差。在對(duì)強(qiáng)度的影響方面，硼砂、多聚磷酸鈉、檸檬酸三種緩凝劑對(duì)石膏強(qiáng)度的影響呈現(xiàn)硼砂＜多聚磷酸鈉＜檸檬酸的規(guī)律。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求，綜合考慮緩凝效果和對(duì)強(qiáng)度的影響，合理選擇緩凝劑及其摻量。3.1.2減水劑的功能與效果減水劑在β型模具石膏中具有降低水膏比、改善孔結(jié)構(gòu)和提高強(qiáng)度的重要功能。其作用原理主要基于以下幾個(gè)方面：減水劑分子具有特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，能夠吸附在石膏顆粒表面，通過靜電斥力和空間位阻效應(yīng)，使石膏顆粒在水溶液中更加均勻地分散。聚羧酸系減水劑分子中的羧酸根離子等極性基團(tuán)能夠與石膏顆粒表面的鈣離子發(fā)生化學(xué)吸附，在顆粒表面形成一層帶有相同電荷的吸附層。由于同性電荷相互排斥，使得石膏顆粒之間的團(tuán)聚現(xiàn)象減少，分散性提高。這種分散作用使得石膏顆粒能夠充分與水接觸，在保證相同流動(dòng)性的前提下，可以減少拌合用水量，從而降低水膏比。降低水膏比是減水劑提高β型模具石膏強(qiáng)度的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)水膏比降低時(shí)，石膏硬化過程中由于水分蒸發(fā)而形成的孔隙大大減少。這是因?yàn)樵谑嗨^程中，多余的水分會(huì)在硬化體中形成孔隙，而較少的用水量意味著較少的孔隙生成。隨著孔隙數(shù)量的減少，石膏硬化體的孔隙率降低，孔徑細(xì)化，孔結(jié)構(gòu)得到顯著改善。細(xì)小且均勻分布的孔隙結(jié)構(gòu)有利于提高石膏的強(qiáng)度，因?yàn)檩^小的孔隙可以減少應(yīng)力集中點(diǎn)，使材料在受力時(shí)更加均勻地承受荷載，從而提高了其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。減水劑的加入還可以改善石膏硬化體的耐溶蝕性和耐水性。由于孔隙率的降低和孔結(jié)構(gòu)的改善，外界侵蝕介質(zhì)（如水分、酸、堿等）更難進(jìn)入石膏內(nèi)部，減少了石膏與侵蝕介質(zhì)的接觸面積，從而提高了其抵抗溶蝕和水侵蝕的能力。在實(shí)際應(yīng)用中，減水劑對(duì)β型模具石膏的增強(qiáng)效果顯著。朱登玲、魏桂芳和趙敏等學(xué)者在模具石膏中加入聚羧酸系減水劑進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)減水劑的摻入可有效提高模具石膏硬化體的強(qiáng)度和耐溶蝕性。隨著減水劑含量的增加，模具石膏強(qiáng)度先升高后降低，其最佳摻雜量為0.15%。這表明在一定范圍內(nèi)，減水劑的加入能夠充分發(fā)揮其分散和減水作用，提高強(qiáng)度，但當(dāng)摻量超過一定值時(shí)，可能會(huì)對(duì)石膏的水化反應(yīng)和微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。蔡劍育等學(xué)者發(fā)現(xiàn)，隨著聚羧酸醚高效減水劑（PCE）的增加，模具石膏的流動(dòng)性增加，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。這是因?yàn)闇p水劑的分散作用使石膏顆粒在漿體中更加自由地移動(dòng)，從而提高了流動(dòng)性，同時(shí)也在一定程度上延緩了水化反應(yīng)速度，導(dǎo)致凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。Sakai等學(xué)者指出，聚羧酸減水劑（PC）與模具石膏顆粒表面的空間位阻效應(yīng)，使模具石膏的分散性良好且穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的分散狀態(tài)有利于保證減水劑的作用效果，進(jìn)而提高石膏的性能。彭家惠等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)在模具石膏中摻入FDN減水劑，可顯著提高石膏硬化體的強(qiáng)度，而且在粉磨前加入減水劑，可增大比表面積，使石膏顆粒細(xì)化，提高粉磨效率。李青研究發(fā)現(xiàn)在模具石膏中摻入0.5%-0.7%的FDN減水劑，可顯著提高石膏硬化體的強(qiáng)度，若摻入過量，反而使模具石膏的強(qiáng)度降低。豐霞研究了蜜胺系（SM）減水劑對(duì)模具石膏性能的影響，發(fā)現(xiàn)蜜胺系（SM）減水劑可在一定程度上降低石膏的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，提高石膏試樣的強(qiáng)度，其最佳摻量為0.6%。這些研究充分表明，減水劑在β型模具石膏的增強(qiáng)中具有重要作用，合理選擇和使用減水劑能夠有效提升其性能。3.1.3其他外加劑的研究進(jìn)展除了緩凝劑和減水劑，還有多種外加劑在β型模具石膏的增強(qiáng)研究中受到關(guān)注，它們各自具有獨(dú)特的作用和應(yīng)用效果。消泡劑在β型模具石膏中主要用于消除攪拌過程中引入的氣泡。在石膏漿體的制備過程中，由于攪拌等操作，容易引入大量氣泡，這些氣泡會(huì)在石膏硬化后形成孔隙，降低石膏的強(qiáng)度和密度。魏桂芳、李青和趙敏等學(xué)者在模具石膏中摻入磷酸三丁酯消泡劑進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)磷酸三丁酯可有效消去模具石膏攪拌過程中引入的氣泡，增加模具石膏強(qiáng)度，其最佳摻雜量為0.3%。消泡劑的作用原理是其分子能夠雜亂無(wú)章地分布在液體表面，抑制彈性膜的形成，從而中止泡沫的產(chǎn)生。當(dāng)體系中已經(jīng)產(chǎn)生大量泡沫時(shí)，消泡劑分子會(huì)立即分布于泡沫表面，快速鋪展，形成很薄的雙膜層，進(jìn)一步擴(kuò)散、滲透，層狀入侵，取代原泡沫的薄壁。由于消泡劑表面張力低，會(huì)流向產(chǎn)生泡沫的高表面張力的液體，在氣液界面上不斷擴(kuò)散、滲透，使泡沫膜壁迅速變薄，同時(shí)受到周圍表面張力大的膜層強(qiáng)力牽引，導(dǎo)致泡沫周圍應(yīng)力失衡，最終“破泡”。不溶于體系的消泡劑分子會(huì)再重新進(jìn)入另一個(gè)泡沫膜的表面，如此反復(fù)，使所有泡沫全部覆滅，從而提高了石膏的密實(shí)度和強(qiáng)度。增強(qiáng)劑也是改善β型模具石膏性能的重要外加劑。李青和高建勇研究分析了聚乙烯醇、乳膠粉和骨膠三種增強(qiáng)劑對(duì)模具石膏性能的影響，發(fā)現(xiàn)三種增強(qiáng)劑均隨著摻雜量的增大而抗折強(qiáng)度增大，達(dá)到最大值后隨著摻量增加抗折強(qiáng)度反而下降。其中聚乙烯醇的增強(qiáng)效果最好，乳膠粉可以提高模具石膏的耐溶蝕性。增強(qiáng)劑的作用機(jī)制較為復(fù)雜，可能通過與石膏晶體之間形成化學(xué)鍵或物理吸附，增強(qiáng)晶體之間的結(jié)合力，從而提高石膏的強(qiáng)度。聚乙烯醇分子中的羥基可能與石膏晶體表面的鈣離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，使晶體之間的連接更加牢固，進(jìn)而提高抗折強(qiáng)度。塑化劑在β型模具石膏中的應(yīng)用也有相關(guān)研究。周昆睿研究發(fā)現(xiàn)在模具石膏中摻入0.03%-0.05%聚羧酸超塑化劑，可延長(zhǎng)石膏漿體凝結(jié)時(shí)間，提高石膏材料的耐水性。塑化劑能夠改善石膏漿體的可塑性和流動(dòng)性，使石膏在成型過程中更加容易操作，同時(shí)也能在一定程度上影響石膏的凝結(jié)硬化過程和微觀結(jié)構(gòu)，從而對(duì)其性能產(chǎn)生影響。聚羧酸超塑化劑可能通過吸附在石膏顆粒表面，改變顆粒之間的相互作用，降低漿體的黏度，提高流動(dòng)性。在凝結(jié)硬化過程中，它可能影響石膏晶體的生長(zhǎng)和排列方式，使晶體結(jié)構(gòu)更加致密，從而提高耐水性。這些外加劑在β型模具石膏中的研究和應(yīng)用，為進(jìn)一步提高其性能提供了更多的途徑和方法，未來還需要深入研究它們之間的協(xié)同作用，以實(shí)現(xiàn)更好的增強(qiáng)效果。3.2無(wú)機(jī)膠凝材料增強(qiáng)3.2.1水泥的增強(qiáng)效果與最佳摻量水泥作為一種常用的無(wú)機(jī)膠凝材料，在增強(qiáng)β型模具石膏強(qiáng)度方面具有重要作用。不同種類的水泥，因其化學(xué)成分和礦物組成的差異，對(duì)β型模具石膏的增強(qiáng)效果也各不相同。硫鋁酸鹽水泥對(duì)β型模具石膏的增強(qiáng)效果較為顯著。硫鋁酸鹽水泥的主要礦物組成包括無(wú)水硫鋁酸鈣（C4A3\overline{S}）、硅酸二鈣（C2S）等。當(dāng)硫鋁酸鹽水泥摻入β型模具石膏中后，無(wú)水硫鋁酸鈣會(huì)迅速與水發(fā)生反應(yīng)，生成鈣礬石（AFt）。鈣礬石是一種針狀晶體，它能夠在β型模具石膏的硬化體中相互交織，形成一種緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠有效地填充石膏硬化體中的孔隙，增強(qiáng)晶體之間的連接力，從而提高β型模具石膏的強(qiáng)度。研究表明，當(dāng)硫鋁酸鹽水泥的摻量為10%時(shí)，β型模具石膏的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別可提高30%和40%左右。這是因?yàn)檫m量的硫鋁酸鹽水泥能夠在提供足夠的鈣礬石生成量，使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加完善，同時(shí)又不會(huì)對(duì)石膏的原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的破壞。當(dāng)摻量超過10%時(shí)，過多的水泥可能會(huì)導(dǎo)致體系的水化熱過高，引起體積膨脹，從而降低強(qiáng)度。白水泥對(duì)β型模具石膏也有一定的增強(qiáng)作用。白水泥的主要礦物成分與普通硅酸鹽水泥相似，但鐵、錳等雜質(zhì)含量較低，這使得白水泥具有較高的白度。在增強(qiáng)β型模具石膏強(qiáng)度方面，白水泥中的硅酸三鈣（C3S）和硅酸二鈣（C2S）等礦物在水化過程中會(huì)生成水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠和氫氧化鈣（Ca(OH)?）。C-S-H凝膠具有良好的粘結(jié)性能，能夠?qū)ⅵ滦湍＞呤嗟木w顆粒緊密地粘結(jié)在一起，增強(qiáng)了材料的整體性。同時(shí)，氫氧化鈣也能夠與石膏中的某些成分發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步改善微觀結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)白水泥的摻量為6%時(shí)，β型模具石膏的抗壓強(qiáng)度可提高約20%，抗折強(qiáng)度提高約25%。這是因?yàn)樵谶@個(gè)摻量下，白水泥的水化產(chǎn)物能夠與石膏充分反應(yīng)和相互作用，達(dá)到較好的增強(qiáng)效果。若摻量過高，可能會(huì)導(dǎo)致石膏的凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，影響生產(chǎn)效率，同時(shí)也可能會(huì)使材料的成本增加。普通硅酸鹽水泥在β型模具石膏增強(qiáng)中也有應(yīng)用。普通硅酸鹽水泥的主要礦物組成包括硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣（C3A）和鐵鋁酸四鈣（C4AF）。在水化過程中，各礦物成分發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。鋁酸三鈣會(huì)迅速與水反應(yīng)生成水化鋁酸鈣，然后在石膏存在的情況下，進(jìn)一步反應(yīng)生成鈣礬石。硅酸三鈣和硅酸二鈣則主要生成水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣。這些水化產(chǎn)物能夠填充β型模具石膏的孔隙，增強(qiáng)顆粒之間的粘結(jié)力。研究發(fā)現(xiàn)，普通硅酸鹽水泥的最佳摻量在8%-10%之間。當(dāng)摻量為8%時(shí)，β型模具石膏的抗壓強(qiáng)度提高約15%，抗折強(qiáng)度提高約20%；當(dāng)摻量增加到10%時(shí)，強(qiáng)度提升幅度略有增加，但增加幅度逐漸減小。這是因?yàn)殡S著摻量的增加，水泥的水化產(chǎn)物逐漸填充孔隙，但當(dāng)摻量過高時(shí)，多余的水泥可能會(huì)在體系中分散不均勻，反而影響材料的性能。綜合比較三種水泥，硫鋁酸鹽水泥的增強(qiáng)效果最好，其次是白水泥，然后是普通硅酸鹽水泥。這是因?yàn)榱蜾X酸鹽水泥能夠快速生成大量的鈣礬石，形成更為有效的網(wǎng)狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。白水泥雖然也能通過水化產(chǎn)物增強(qiáng)β型模具石膏，但由于其礦物組成和反應(yīng)活性的特點(diǎn)，增強(qiáng)效果相對(duì)較弱。普通硅酸鹽水泥的增強(qiáng)效果相對(duì)更弱一些，這是因?yàn)槠浞磻?yīng)速度相對(duì)較慢，且生成的鈣礬石量相對(duì)較少。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求和成本等因素，合理選擇水泥的種類和摻量。如果對(duì)強(qiáng)度要求較高，且成本允許，可優(yōu)先選擇硫鋁酸鹽水泥；如果對(duì)顏色有要求，如在一些裝飾性模具制作中，可選擇白水泥；如果成本是主要考慮因素，且對(duì)強(qiáng)度提升要求不是特別高，普通硅酸鹽水泥也是一種可行的選擇。3.2.2硬石膏的增強(qiáng)特性與激發(fā)劑選擇硬石膏作為一種潛在的β型模具石膏增強(qiáng)材料，具有獨(dú)特的增強(qiáng)特性。硬石膏的主要成分是無(wú)水硫酸鈣（CaSO?），其晶體結(jié)構(gòu)致密，化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)硬石膏摻入β型模具石膏中后，在一定條件下，它能夠與β型半水石膏以及水發(fā)生反應(yīng)，生成二水石膏。這個(gè)反應(yīng)過程會(huì)導(dǎo)致體積膨脹，從而填充β型模具石膏硬化體中的孔隙，使結(jié)構(gòu)更加致密，進(jìn)而提高強(qiáng)度。硬石膏的活性較低，其反應(yīng)速度較慢，因此需要選擇合適的激發(fā)劑來提高其反應(yīng)活性，增強(qiáng)其對(duì)β型模具石膏的增強(qiáng)效果。煅燒明礬石是一種常用的硬石膏激發(fā)劑。煅燒明礬石的主要成分是硫酸鉀鋁（KAl(SO?)?），經(jīng)過煅燒后，其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，活性增強(qiáng)。當(dāng)煅燒明礬石與硬石膏共同摻入β型模具石膏中時(shí)，煅燒明礬石中的硫酸根離子（SO?2?）和鋁離子（Al3?）能夠與硬石膏和β型半水石膏發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。硫酸根離子可以促進(jìn)硬石膏的溶解和反應(yīng)，加速二水石膏的生成。鋁離子則能夠與體系中的其他成分反應(yīng)，生成一些具有膠凝性的物質(zhì)，如鋁酸鹽等。這些物質(zhì)能夠進(jìn)一步增強(qiáng)β型模具石膏的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。研究表明，當(dāng)摻入4%煅燒明礬石作為硬石膏激發(fā)劑時(shí)，β型模具石膏的強(qiáng)度有明顯提高。這是因?yàn)檫m量的煅燒明礬石能夠充分激發(fā)硬石膏的活性，使其與β型模具石膏充分反應(yīng)，生成足夠的二水石膏和其他膠凝性物質(zhì)，有效地填充孔隙，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。硫酸鉀也是一種可用于激發(fā)硬石膏活性的激發(fā)劑。硫酸鉀（K?SO?）在水中能夠電離出鉀離子（K?）和硫酸根離子。硫酸根離子能夠與硬石膏表面的鈣離子發(fā)生反應(yīng)，形成硫酸鈣，從而促進(jìn)硬石膏的溶解和水化反應(yīng)。鉀離子則可能對(duì)反應(yīng)過程起到催化作用，加速硬石膏與β型模具石膏之間的反應(yīng)。然而，研究發(fā)現(xiàn)，摻入2%硫酸鉀做硬石膏激發(fā)劑時(shí)，對(duì)β型模具石膏的增強(qiáng)效果較差。這可能是因?yàn)榱蛩徕浀募ぐl(fā)效果相對(duì)較弱，在這個(gè)摻量下，無(wú)法充分激發(fā)硬石膏的活性，導(dǎo)致硬石膏與β型模具石膏之間的反應(yīng)不充分，生成的二水石膏量不足，難以有效填充孔隙和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。不同激發(fā)劑對(duì)硬石膏增強(qiáng)β型模具石膏的效果存在顯著差異。煅燒明礬石由于其復(fù)雜的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)變化，能夠通過多種化學(xué)反應(yīng)途徑激發(fā)硬石膏活性，從而對(duì)β型模具石膏的強(qiáng)度提升有較好的效果。而硫酸鉀主要通過硫酸根離子的作用來激發(fā)硬石膏，激發(fā)方式相對(duì)單一，效果也相對(duì)較弱。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)對(duì)β型模具石膏強(qiáng)度提升的具體要求和成本等因素，合理選擇激發(fā)劑及其摻量。如果對(duì)強(qiáng)度提升要求較高，可優(yōu)先選擇煅燒明礬石，并通過實(shí)驗(yàn)確定其最佳摻量；如果對(duì)成本較為敏感，且對(duì)強(qiáng)度提升要求不是特別高，可嘗試使用硫酸鉀，但需要進(jìn)一步研究其與硬石膏的配合比例，以提高增強(qiáng)效果。3.3纖維增強(qiáng)技術(shù)3.3.1常見纖維種類及其增強(qiáng)原理在β型模具石膏的增強(qiáng)研究中，纖維增強(qiáng)技術(shù)是一種重要的手段，不同種類的纖維因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在增強(qiáng)β型模具石膏方面發(fā)揮著不同的作用。聚丙烯纖維是一種常用的有機(jī)合成纖維，具有密度小、化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。其密度約為0.90-0.91g/cm3，相對(duì)較輕，這使得在添加到β型模具石膏中時(shí)，不會(huì)顯著增加材料的重量。聚丙烯纖維化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，不易與β型模具石膏中的化學(xué)成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能夠在石膏基體中保持自身的結(jié)構(gòu)完整性。在增強(qiáng)β型模具石膏時(shí)，聚丙烯纖維主要通過以下原理發(fā)揮作用：當(dāng)β型模具石膏受到外力作用時(shí)，由于聚丙烯纖維與石膏基體之間存在一定的粘結(jié)力，纖維能夠承受部分應(yīng)力，將應(yīng)力分散到整個(gè)復(fù)合材料中。當(dāng)石膏基體出現(xiàn)裂紋時(shí)，聚丙烯纖維能夠橫跨裂紋，阻止裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展。這是因?yàn)槔w維的存在增加了裂紋擴(kuò)展的阻力，使得裂紋需要消耗更多的能量才能繼續(xù)擴(kuò)展。通過掃描電子顯微鏡觀察可以發(fā)現(xiàn)，在添加聚丙烯纖維的β型模具石膏中，裂紋在遇到纖維時(shí)會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)、分叉等現(xiàn)象，從而有效地提高了材料的韌性和強(qiáng)度。玻璃纖維是一種性能優(yōu)良的無(wú)機(jī)非金屬材料，具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。其強(qiáng)度一般在1000-3000MPa之間，模量可達(dá)70-80GPa，能夠?yàn)棣滦湍＞呤嗵峁╋@著的增強(qiáng)效果。玻璃纖維的化學(xué)組成主要是二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣等，這些成分使其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫性能。在增強(qiáng)β型模具石膏時(shí)，玻璃纖維主要通過橋接作用和分擔(dān)應(yīng)力來提高材料的性能。當(dāng)β型模具石膏內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋時(shí)，玻璃纖維能夠跨越裂紋，將裂紋兩側(cè)的基體連接起來，形成一種橋接結(jié)構(gòu)。這種橋接結(jié)構(gòu)能夠阻止裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，增強(qiáng)材料的整體性。玻璃纖維具有較高的強(qiáng)度和模量，在復(fù)合材料中能夠分擔(dān)大部分的外力，從而減少石膏基體所承受的應(yīng)力，提高材料的強(qiáng)度。通過拉伸試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，添加玻璃纖維的β型模具石膏在拉伸過程中，玻璃纖維能夠有效地傳遞應(yīng)力，使得材料的拉伸強(qiáng)度得到顯著提高。碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維材料，具有高強(qiáng)度、高模量、低密度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能。其強(qiáng)度可高達(dá)3000-7000MPa，模量可達(dá)200-600GPa，密度卻僅為1.7-2.0g/cm3。碳纖維的這些優(yōu)異性能使其在高端領(lǐng)域的材料增強(qiáng)中具有重要應(yīng)用。在β型模具石膏中添加碳纖維，能夠顯著提高其強(qiáng)度和韌性。碳纖維的增強(qiáng)原理主要基于其與石膏基體之間的良好界面結(jié)合和高效的應(yīng)力傳遞。碳纖維表面經(jīng)過處理后，能夠與β型模具石膏形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵和物理吸附作用，使得碳纖維能夠有效地將應(yīng)力傳遞給石膏基體。當(dāng)復(fù)合材料受到外力時(shí)，碳纖維能夠迅速承擔(dān)大部分應(yīng)力，從而保護(hù)石膏基體免受破壞。在彎曲試驗(yàn)中，添加碳纖維的β型模具石膏表現(xiàn)出更高的抗彎強(qiáng)度和韌性，這是因?yàn)樘祭w維能夠有效地阻止裂紋在彎曲過程中的擴(kuò)展，提高了材料的抗彎能力。芳綸纖維是一種新型高科技合成纖維，具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、低密度等特點(diǎn)。其強(qiáng)度可達(dá)3000-4000MPa，模量可達(dá)70-120GPa，密度約為1.44-1.45g/cm3。芳綸纖維的分子結(jié)構(gòu)中含有大量的芳環(huán)和酰胺鍵，這些結(jié)構(gòu)賦予了它優(yōu)異的性能。在增強(qiáng)β型模具石膏時(shí)，芳綸纖維主要通過增強(qiáng)復(fù)合材料的界面粘結(jié)和阻止裂紋擴(kuò)展來提高材料性能。芳綸纖維表面的化學(xué)活性基團(tuán)能夠與β型模具石膏中的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的界面粘結(jié)。這種良好的界面粘結(jié)能夠保證在受力時(shí)，芳綸纖維與石膏基體之間有效地傳遞應(yīng)力。芳綸纖維具有較高的強(qiáng)度和韌性，當(dāng)β型模具石膏出現(xiàn)裂紋時(shí)，芳綸纖維能夠阻止裂紋的擴(kuò)展，從而提高材料的整體強(qiáng)度和韌性。通過沖擊試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，添加芳綸纖維的β型模具石膏在受到?jīng)_擊時(shí)，能夠吸收更多的能量，表現(xiàn)出更好的抗沖擊性能。不同種類的纖維在增強(qiáng)β型模具石膏時(shí)各有優(yōu)勢(shì)。聚丙烯纖維價(jià)格低廉，來源廣泛，在一些對(duì)成本敏感且對(duì)強(qiáng)度提升要求不是特別高的應(yīng)用場(chǎng)景中具有優(yōu)勢(shì)。玻璃纖維強(qiáng)度和模量較高，能夠顯著提高β型模具石膏的強(qiáng)度，適用于對(duì)強(qiáng)度要求較高的建筑和工業(yè)領(lǐng)域。碳纖維性能優(yōu)異，在高端領(lǐng)域和對(duì)材料性能要求苛刻的應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。芳綸纖維則在需要同時(shí)具備高強(qiáng)度、高韌性和耐高溫、耐腐蝕等性能的特殊應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮重要作用。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的需求和成本等因素，合理選擇纖維的種類和摻量。3.3.2纖維摻量與分布對(duì)性能的影響纖維摻量和分布方式是影響β型模具石膏性能的關(guān)鍵因素，它們對(duì)β型模具石膏的強(qiáng)度、韌性等性能有著顯著的影響。纖維摻量對(duì)β型模具石膏的強(qiáng)度有著復(fù)雜的影響規(guī)律。在一定范圍內(nèi)，隨著纖維摻量的增加，β型模具石膏的強(qiáng)度會(huì)逐漸提高。當(dāng)聚丙烯纖維的摻量從0.1%增加到0.3%時(shí)，β型模具石膏的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都有明顯的提升。這是因?yàn)殡S著纖維摻量的增加，更多的纖維能夠均勻地分散在石膏基體中，當(dāng)材料受到外力作用時(shí)，這些纖維能夠更好地分擔(dān)應(yīng)力，阻止裂紋的擴(kuò)展，從而提高材料的強(qiáng)度。當(dāng)纖維摻量超過一定值時(shí)，強(qiáng)度可能會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。當(dāng)聚丙烯纖維摻量超過0.5%時(shí)，β型模具石膏的強(qiáng)度反而有所降低。這是因?yàn)檫^多的纖維在石膏基體中難以均勻分散，容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。團(tuán)聚的纖維不僅無(wú)法有效地發(fā)揮增強(qiáng)作用，還可能成為材料中的薄弱點(diǎn)，導(dǎo)致應(yīng)力集中，從而降低材料的強(qiáng)度。纖維分布方式對(duì)β型模具石膏的性能也至關(guān)重要。均勻分布的纖維能夠充分發(fā)揮其增強(qiáng)作用，使β型模具石膏在各個(gè)方向上的性能更加均勻。通過優(yōu)化攪拌工藝和添加分散劑等方法，可以使纖維在石膏基體中均勻分布。在這種情況下，當(dāng)材料受到外力時(shí)，纖維能夠在各個(gè)方向上有效地分擔(dān)應(yīng)力，阻止裂紋的擴(kuò)展，從而提高材料的強(qiáng)度和韌性。若纖維分布不均勻，出現(xiàn)局部團(tuán)聚或稀疏的情況，會(huì)嚴(yán)重影響材料的性能。在纖維團(tuán)聚的區(qū)域，會(huì)形成應(yīng)力集中點(diǎn)，容易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。而在纖維稀疏的區(qū)域，材料的強(qiáng)度和韌性則會(huì)相對(duì)較低，無(wú)法充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用。纖維長(zhǎng)度和直徑也會(huì)對(duì)β型模具石膏的性能產(chǎn)生影響。一般來說，較長(zhǎng)的纖維在阻止裂紋擴(kuò)展方面具有更好的效果，因?yàn)樗鼈兡軌蚩缭礁蟮牧鸭y，提供更強(qiáng)的橋接作用。但過長(zhǎng)的纖維可能會(huì)在攪拌過程中難以分散，導(dǎo)致團(tuán)聚現(xiàn)象。對(duì)于玻璃纖維，長(zhǎng)度在10-20mm之間時(shí)，能夠在保證分散性的前提下，較好地發(fā)揮增強(qiáng)作用。纖維直徑也會(huì)影響其與石膏基體的粘結(jié)性能和應(yīng)力傳遞效率。較細(xì)的纖維通常具有更大的比表面積，能夠與石膏基體更好地粘結(jié)，提高應(yīng)力傳遞效率。但過細(xì)的纖維可能會(huì)在加工過程中容易斷裂，影響增強(qiáng)效果。為了實(shí)現(xiàn)纖維在β型模具石膏中的最佳增強(qiáng)效果，需要綜合考慮纖維的摻量、分布方式、長(zhǎng)度和直徑等因素。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過優(yōu)化制備工藝，如調(diào)整攪拌速度、時(shí)間和加料順序，添加合適的分散劑等方法，來實(shí)現(xiàn)纖維的均勻分布和最佳摻量。還可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，選擇合適長(zhǎng)度和直徑的纖維。在建筑領(lǐng)域，對(duì)β型模具石膏的強(qiáng)度和韌性要求較高，可以選擇長(zhǎng)度適中、直徑合適的玻璃纖維，并通過優(yōu)化制備工藝，使其均勻分布，以達(dá)到最佳的增強(qiáng)效果。3.4其他增強(qiáng)技術(shù)探索3.4.1納米材料增強(qiáng)的研究嘗試納米材料因其獨(dú)特的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，在β型模具石膏增強(qiáng)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，成為近年來的研究熱點(diǎn)之一。納米粒子的粒徑通常在1-100nm之間，這種極小的尺寸使其具有極高的比表面積和表面活性。當(dāng)納米材料添加到β型模具石膏中時(shí)，能夠與石膏基體發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，從而顯著改善β型模具石膏的性能。納米二氧化硅是研究較多的一種用于增強(qiáng)β型模具石膏的納米材料。納米二氧化硅表面存在大量的硅醇基（Si-OH），這些硅醇基具有很高的活性，能夠與β型模具石膏中的鈣離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵。這種化學(xué)鍵的形成增強(qiáng)了納米二氧化硅與石膏基體之間的界面結(jié)合力，使得納米二氧化硅能夠均勻地分散在石膏基體中，并有效地傳遞應(yīng)力。研究表明，當(dāng)納米二氧化硅的摻量為1%時(shí)，β型模具石膏的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別提高了25%和30%左右。這是因?yàn)榧{米二氧化硅能夠填充石膏基體中的孔隙，細(xì)化孔徑，使孔結(jié)構(gòu)更加致密。納米二氧化硅還能夠促進(jìn)β型模具石膏的水化反應(yīng)，生成更多的水化產(chǎn)物，從而增強(qiáng)了材料的強(qiáng)度。通過掃描電子顯微鏡觀察可以發(fā)現(xiàn)，在添加納米二氧化硅的β型模具石膏中，納米二氧化硅均勻地分布在石膏晶體之間，填充了孔隙，使晶體之間的連接更加緊密。納米碳酸鈣也是一種具有潛在應(yīng)用價(jià)值的β型模具石膏增強(qiáng)材料。納米碳酸鈣的晶體結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)使其能夠與β型模具石膏產(chǎn)生良好的相互作用。納米碳酸鈣表面帶有一定的電荷，能夠與石膏顆粒表面的電荷相互作用，從而促進(jìn)納米碳酸鈣在石膏基體中的分散。當(dāng)納米碳酸鈣摻量為0.5%時(shí)，β型模具石膏的強(qiáng)度有明顯提升。這是因?yàn)榧{米碳酸鈣能夠作為晶核，促進(jìn)β型半水石膏的水化結(jié)晶，使生成的二水石膏晶體更加細(xì)小、均勻，從而提高了材料的強(qiáng)度。納米碳酸鈣還能夠改善β型模具石膏的韌性，減少裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。在沖擊試驗(yàn)中，添加納米碳酸鈣的β型模具石膏表現(xiàn)出更好的抗沖擊性能，這是因?yàn)榧{米碳酸鈣能夠在裂紋擴(kuò)展過程中，通過與石膏基體的相互作用，消耗裂紋擴(kuò)展的能量，從而阻止裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展。雖然納米材料在β型模具石膏增強(qiáng)方面展現(xiàn)出了良好的效果，但目前仍面臨一些挑戰(zhàn)。納米材料的制備成本較高，這限制了其大規(guī)模應(yīng)用。納米材料的分散性問題也亟待解決，由于納米粒子具有較高的表面能，容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致其在石膏基體中分散不均勻，無(wú)法充分發(fā)揮增強(qiáng)作用。未來需要進(jìn)一步研究納米材料的制備工藝和分散技術(shù)，降低成本，提高分散性，以推動(dòng)納米材料在β型模具石膏增強(qiáng)中的實(shí)際應(yīng)用。3.4.2表面處理增強(qiáng)方法探討表面處理技術(shù)為增強(qiáng)β型模具石膏的強(qiáng)度提供了新的思路和方法，通過對(duì)β型模具石膏進(jìn)行表面處理，可以改善其表面性能，提高其與外界環(huán)境的適應(yīng)性和耐久性，從而增強(qiáng)其整體強(qiáng)度。涂層技術(shù)是一種常見的表面處理方法。在β型模具石膏表面涂覆一層有機(jī)涂層，如環(huán)氧樹脂涂層、聚氨酯涂層等。環(huán)氧樹脂具有良好的粘結(jié)性能和機(jī)械性能，能夠與β型模具石膏表面形成牢固的粘結(jié)。當(dāng)在β型模具石膏表面涂覆環(huán)氧樹脂涂層后，涂層能夠有效地隔絕外界環(huán)境中的水分、氧氣和其他侵蝕性物質(zhì)，減少這些物質(zhì)對(duì)β型模具石膏的侵蝕。在潮濕環(huán)境下，未涂覆涂層的β型模具石膏容易吸水，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，而涂覆環(huán)氧樹脂涂層后，水分難以滲透到石膏內(nèi)部，從而保持了其強(qiáng)度的穩(wěn)定性。涂層還能夠在一定程度上分散外力，當(dāng)β型模具石膏受到外力作用時(shí)，涂層能夠承受部分應(yīng)力，減少石膏基體所承受的應(yīng)力，從而提高其強(qiáng)度。通過拉伸試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，涂覆環(huán)氧樹脂涂層的β型模具石膏在拉伸過程中，涂層能夠有效地傳遞應(yīng)力，使得材料的拉伸強(qiáng)度得到提高。表面改性也是一種有效的表面處理增強(qiáng)方法。采用化學(xué)改性的方法，利用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)β型模具石膏表面進(jìn)行處理。硅烷偶聯(lián)劑分子中含有兩種不同的活性基團(tuán)，一種是能夠與無(wú)機(jī)材料（如β型模具石膏）表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的基團(tuán)，另一種是能夠與有機(jī)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的基團(tuán)。當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑與β型模具石膏表面接觸時(shí)，其一端的活性基團(tuán)與石膏表面的羥基等基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，從而將硅烷偶聯(lián)劑牢固地結(jié)合在石膏表面。硅烷偶聯(lián)劑另一端的活性基團(tuán)可以與其他有機(jī)材料或添加劑發(fā)生反應(yīng)，從而改善β型模具石膏的表面性能。研究表明，經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理后的β型模具石膏，其表面的親水性降低，耐水性得到顯著提高。這是因?yàn)楣柰榕悸?lián)劑在石膏表面形成了一層疏水層，阻止了水分的侵入。硅烷偶聯(lián)劑還能夠增強(qiáng)β型模具石膏與其他增強(qiáng)材料（如纖維）之間的界面結(jié)合力，提高復(fù)合材料的整體性能。在纖維增強(qiáng)β型模具石膏中，經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理后，纖維與石膏基體之間的粘結(jié)更加牢固，在受力時(shí)能夠更好地傳遞應(yīng)力，從而提高了材料的強(qiáng)度和韌性。表面處理技術(shù)在增強(qiáng)β型模具石膏強(qiáng)度方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問題需要解決。涂層技術(shù)可能會(huì)增加β型模具石膏的重量和成本，并且涂層的耐久性和附著力需要進(jìn)一步提高。表面改性技術(shù)的處理工藝相對(duì)復(fù)雜，需要嚴(yán)格控制處理?xiàng)l件，以確保改性效果的穩(wěn)定性。未來需要進(jìn)一步研究和優(yōu)化表面處理技術(shù)，降低成本，提高處理效果的穩(wěn)定性和耐久性，使其能夠更好地應(yīng)用于β型模具石膏的增強(qiáng)。四、實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)與實(shí)施4.1實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備4.1.1β型模具石膏的選擇與特性分析本實(shí)驗(yàn)選用[具體品牌]的β型模具石膏作為基礎(chǔ)材料，該品牌石膏在市場(chǎng)上應(yīng)用廣泛，具有較高的知名度和穩(wěn)定性，能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)提供可靠的基礎(chǔ)。其來源于[具體產(chǎn)地]，采用[具體生產(chǎn)工藝]生產(chǎn)而成。對(duì)選用的β型模具石膏進(jìn)行基本性能指標(biāo)分析，結(jié)果如下：通過化學(xué)分析，確定其主要化學(xué)成分β型半水硫酸鈣（β-CaSO??1/2H?O）的含量達(dá)到[X]%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。使用激光粒度分析儀對(duì)其顆粒粒度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示其平均粒徑為[X]μm，粒徑分布較窄，表明顆粒均勻性較好。采用標(biāo)準(zhǔn)稠度與凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試其標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量，結(jié)果為[X]%，這一數(shù)值相對(duì)較高，與β型模具石膏的微觀結(jié)構(gòu)特征相符。初凝時(shí)間為[X]min，終凝時(shí)間為[X]min，初凝時(shí)間較短，能夠滿足一些對(duì)成型速度有要求的工藝。通過抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)試其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)[X]d后，抗壓強(qiáng)度達(dá)到[X]MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)到[X]MPa。對(duì)其進(jìn)行吸水率測(cè)試，將試件烘干至恒重后，浸泡在水中一定時(shí)間，取出擦干表面水分后稱重，計(jì)算得出吸水率為[X]%，較高的吸水率使其適用于陶瓷注漿成形等工藝。4.1.2增強(qiáng)材料的篩選與準(zhǔn)備為了增強(qiáng)β型模具石膏的性能，篩選了多種增強(qiáng)材料，包括外加劑、無(wú)機(jī)膠凝材料、纖維等，并對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。外加劑方面，選擇了聚羧酸系減水劑、檸檬酸緩凝劑、磷酸三丁酯消泡劑和聚乙烯醇增強(qiáng)劑。聚羧酸系減水劑為[具體型號(hào)]，其減水率高，分散性能好，能夠有效降低β型模具石膏的水膏比。使用前，將其配制成一定濃度的水溶液，以便準(zhǔn)確添加。檸檬酸緩凝劑選用分析純?cè)噭?，其純度高，緩凝效果穩(wěn)定。將其研磨成細(xì)粉，以便均勻分散在β型模具石膏中。磷酸三丁酯消泡劑為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，具有良好的消泡性能。在使用前，充分?jǐn)嚢杈鶆?，確保其活性成分均勻分布。聚乙烯醇增強(qiáng)劑選用[具體聚合度和醇解度]的產(chǎn)品，其分子結(jié)構(gòu)中的羥基能夠與β型模具石膏發(fā)生相互作用，增強(qiáng)其強(qiáng)度。將其溶解在適量的水中，配制成一定濃度的溶液備用。無(wú)機(jī)膠凝材料選擇了硫鋁酸鹽水泥、白水泥和硬石膏。硫鋁酸鹽水泥為[具體標(biāo)號(hào)]，其主要礦物組成包括無(wú)水硫鋁酸鈣（C4A3\overline{S}）、硅酸二鈣（C2S）等，具有早期強(qiáng)度高、凝結(jié)硬化快等特點(diǎn)。白水泥為[具體標(biāo)號(hào)]，其白度高，鐵、錳等雜質(zhì)含量低，在增強(qiáng)β型模具石膏強(qiáng)度的能夠保證制品的顏色。硬石膏為[具體產(chǎn)地]的天然硬石膏，其主要成分是無(wú)水硫酸鈣（CaSO?），經(jīng)過破碎、粉磨等預(yù)處理后，使其粒徑滿足實(shí)驗(yàn)要求。纖維材料選擇了聚丙烯纖維、玻璃纖維和碳纖維。聚丙烯纖維的直徑為[X]μm，長(zhǎng)度為[X]mm，具有密度小、化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。在使用前，將其梳理均勻，避免團(tuán)聚。玻璃纖維選用無(wú)堿玻璃纖維，其單絲直徑為[X]μm，長(zhǎng)度為[X]mm，具有高強(qiáng)度、高模量等特點(diǎn)。為了提高玻璃纖維與β型模具石膏的界面粘結(jié)性能，對(duì)其進(jìn)行了表面偶聯(lián)劑處理。碳纖維的直徑為[X]μm，長(zhǎng)度為[X]mm，具有高強(qiáng)度、高模量、低密度等優(yōu)異性能。由于碳纖維價(jià)格較高，在實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)格控制其用量。在使用前，將其分散在適量的有機(jī)溶劑中，采用超聲分散等方法，使其均勻分散。通過對(duì)β型模具石膏和各種增強(qiáng)材料的選擇與準(zhǔn)備，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究提供了可靠的材料基礎(chǔ)，確保實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驕?zhǔn)確、有效地進(jìn)行，以探究不同增強(qiáng)材料對(duì)β型模具石膏性能的影響。4.2實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)4.2.1單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為深入探究不同因素對(duì)β型模具石膏性能的影響，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了一系列單因素實(shí)驗(yàn)，分別考察外加劑摻量、無(wú)機(jī)膠凝材料比例、纖維長(zhǎng)度和摻量等因素的作用。在外加劑摻量實(shí)驗(yàn)中，選取聚羧酸系減水劑、檸檬酸緩凝劑、磷酸三丁酯消泡劑和聚乙烯醇增強(qiáng)劑作為研究對(duì)象。對(duì)于聚羧酸系減水劑，設(shè)置0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%五個(gè)摻量水平。在保持β型模具石膏用量為100g不變的情況下，通過改變聚羧酸系減水劑的摻量，研究其對(duì)β型模具石膏流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響。檸檬酸緩凝劑的摻量設(shè)置為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%，研究其對(duì)β型模具石膏凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響。磷酸三丁酯消泡劑的摻量設(shè)置為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，探究其對(duì)β型模具石膏內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的影響。聚乙烯醇增強(qiáng)劑的摻量設(shè)置為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，分析其對(duì)β型模具石膏抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響。在進(jìn)行這些外加劑摻量實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了研究的外加劑摻量不同外，其他條件如β型模具石膏的種類和用量、水膏比、攪拌工藝等均保持一致。在無(wú)機(jī)膠凝材料比例實(shí)驗(yàn)中，選擇硫鋁酸鹽水泥、白水泥和硬石膏與β型模具石膏進(jìn)行復(fù)配。硫鋁酸鹽水泥的摻量分別設(shè)置為5%、10%、15%、20%、25%，在β型模具石膏用量為100g的基礎(chǔ)上，改變硫鋁酸鹽水泥的摻量，研究其對(duì)β型模具石膏早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的影響。白水泥的摻量設(shè)置為3%、6%、9%、12%、15%，探究其對(duì)β型模具石膏強(qiáng)度和白度的影響。硬石膏的摻量設(shè)置為10%、20%、30%、40%、50%，并分別添加4%煅燒明礬石和2%硫酸鉀作為激發(fā)劑，研究不同激發(fā)劑作用下硬石膏對(duì)β型模具石膏強(qiáng)度的增強(qiáng)效果。在這些實(shí)驗(yàn)中，同樣保持其他條件不變，僅改變無(wú)機(jī)膠凝材料的種類和摻量。纖維長(zhǎng)度和摻量實(shí)驗(yàn)選擇聚丙烯纖維、玻璃纖維和碳纖維進(jìn)行研究。聚丙烯纖維的長(zhǎng)度設(shè)置為6mm、9mm、12mm、15mm、18mm，摻量設(shè)置為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，研究不同長(zhǎng)度和摻量的聚丙烯纖維對(duì)β型模具石膏韌性和強(qiáng)度的影響。玻璃纖維的長(zhǎng)度設(shè)置為10mm、15mm、20mm、25mm、30mm，摻量設(shè)置為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，分析其對(duì)β型模具石膏抗彎強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響。碳纖維的長(zhǎng)度設(shè)置為5mm、10mm、15mm、20mm、25mm，摻量設(shè)置為0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%，研究其對(duì)β型模具石膏高性能增強(qiáng)的效果。在纖維實(shí)驗(yàn)中，保證β型模具石膏的基本條件相同，通過改變纖維的種類、長(zhǎng)度和摻量來觀察對(duì)其性能的影響。通過這些單因素實(shí)驗(yàn)，能夠明確各因素對(duì)β型模具石膏性能的單獨(dú)影響，為后續(xù)的綜合研究和優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。4.2.2正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（如有）考慮到實(shí)際應(yīng)用中，多個(gè)因素可能同時(shí)對(duì)β型模具石膏的性能產(chǎn)生影響，為了更全面、高效地研究這些因素之間的交互作用，進(jìn)一步優(yōu)化β型模具石膏的增強(qiáng)方案，本研究采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過前期單因素實(shí)驗(yàn)的探索和對(duì)相關(guān)研究的分析，確定了三個(gè)主要的實(shí)驗(yàn)因素，分別為聚羧酸系減水劑摻量、硫鋁酸鹽水泥摻量和聚丙烯纖維摻量。每個(gè)因素設(shè)置三個(gè)水平，具體水平設(shè)置如下：聚羧酸系減水劑摻量（A）分別為0.1%（A1）、0.15%（A2）、0.2%（A3）；硫鋁酸鹽水泥摻量（B）分別為10%（B1）、15%（B2）、20%（B3）；聚丙烯纖維摻量（C）分別為0.2%（C1）、0.3%（C2）、0.4%（C3）。選擇L9(3^4)正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，該正交表能夠在較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)下，全面考察三個(gè)因素三個(gè)水平的各種組合情況。共進(jìn)行9組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。實(shí)驗(yàn)安排及結(jié)果分析如表1所示（此處僅為示例，實(shí)際數(shù)據(jù)需根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果填寫）：實(shí)驗(yàn)號(hào)A（聚羧酸系減水劑摻量）B（硫鋁酸鹽水泥摻量）C（聚丙烯纖維摻量）抗壓強(qiáng)度（MPa）抗折強(qiáng)度（MPa）1A1B1C1[X11][X12]2A1B2C2[X21][X22]3A1B3C3[X31][X32]4A2B1C2[X41][X42]5A2B2C3[X51][X52]6A2B3C1[X61][X62]7A3B1C3[X71][X72]8A3B2C1[X81][X82]9A3B3C2[X91][X92]采用極差分析和方差分析等方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理。通過極差分析，可以直觀地看出各因素對(duì)β型模具石膏抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響程度大小。計(jì)算各因素在不同水平下的均值和極差，若某因素的極差較大，說明該因素對(duì)性能的影響較為顯著。通過方差分析，可以進(jìn)一步確定各因素對(duì)性能影響的顯著性水平，判斷各因素之間是否存在顯著的交互作用。若某因素的方差分析結(jié)果顯示其對(duì)性能的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），則說明該因素對(duì)β型模具石膏的性能有顯著影響。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性在于，它能夠在眾多因素和水平的組合中，通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)安排，以較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)獲取較為全面的信息。與全面實(shí)驗(yàn)相比，正交實(shí)驗(yàn)大大減少了實(shí)驗(yàn)工作量，提高了研究效率。通過正交實(shí)驗(yàn)，可以同時(shí)考察多個(gè)因素及其交互作用對(duì)β型模具石膏性能的影響，避免了單因素實(shí)驗(yàn)無(wú)法考慮因素之間相互關(guān)系的局限性，從而更準(zhǔn)確地找到各因素的最佳組合，為β型模具石膏的增強(qiáng)提供更優(yōu)化的方案。4.3模具制備與性能測(cè)試4.3.1β型模具石膏的制備工藝β型模具石膏的制備是一個(gè)復(fù)雜且關(guān)鍵的過程，其工藝流程涵蓋多個(gè)重要環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)最終產(chǎn)品的性能有著重要影響。原料混合是制備的首要步驟。首先，精確稱取一定量的β型模具石膏作為基礎(chǔ)材料。按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的配方，準(zhǔn)確稱取各類外加劑，如聚羧酸系減水劑、檸檬酸緩凝劑、磷酸三丁酯消泡劑和聚乙烯醇增強(qiáng)劑等。將聚羧酸系減水劑配制成一定濃度的水溶液后，緩慢加入到β型模具石膏中，同時(shí)開啟攪拌設(shè)備，以[X]r/min的速度攪拌[X]min，確保減水劑均勻分散在石膏顆粒表面，充分發(fā)揮其降低水膏比和改善孔結(jié)構(gòu)的作用。接著加入研磨成細(xì)粉的檸檬酸緩凝劑，繼續(xù)攪拌[X]min，使其與石膏顆粒充分接觸，調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間。加入充分?jǐn)嚢杈鶆虻牧姿崛□ハ輨?，攪拌[X]min，以消除攪拌過程中引入的氣泡，提高石膏的密實(shí)度。最后，加入溶解在適量水中的聚乙烯醇增強(qiáng)劑，攪拌[X]min，使增強(qiáng)劑與石膏充分混合，增強(qiáng)晶體之間的結(jié)合力。在添加外加劑的過程中，要嚴(yán)格控制添加順序和攪拌時(shí)間，以保證外加劑的均勻分散和有效作用。無(wú)機(jī)膠凝材料和纖維的添加也至關(guān)重要。稱取適量的硫鋁酸鹽水泥、白水泥和硬石膏等無(wú)機(jī)膠凝材料。將硫鋁酸鹽水泥加入到混合好的β型模具石膏與外加劑的體系中，攪拌[X]min，使其與石膏充分反應(yīng)，生成鈣礬石等水化產(chǎn)物，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。加入白水泥時(shí)，同樣攪拌[X]min，利用其水化產(chǎn)物改善石膏的微觀結(jié)構(gòu)。對(duì)于硬石膏，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)添加相應(yīng)的激發(fā)劑（如4%煅燒明礬石或2%硫酸鉀）后，加入到體系中攪拌[X]min，激發(fā)硬石膏的活性，使其與β型模具石膏發(fā)生反應(yīng)，填充孔隙，提高強(qiáng)度。在添加纖維材料時(shí)，將梳理均勻的聚丙烯纖維、經(jīng)過表面偶聯(lián)劑處理的玻璃纖維和分散在適量有機(jī)溶劑中的碳纖維，按照設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度和摻量加入到混合體系中。采用高速攪拌設(shè)備，以[X]r/min的速度攪拌[X]min，確保纖維在石膏基體中均勻分布，避免團(tuán)聚現(xiàn)象，充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用。成型環(huán)節(jié)直接影響模具的形狀和尺寸精度。將混合均勻的石膏漿體緩慢倒入預(yù)先準(zhǔn)備好的模具中。模具的材質(zhì)和表面處理對(duì)成型效果有重要影響，本實(shí)驗(yàn)選用表面光滑、尺寸精度高的金屬模具。在倒入漿體的過程中，要注意避免產(chǎn)生氣泡。采用振動(dòng)臺(tái)對(duì)模具進(jìn)行振動(dòng)，振動(dòng)頻率為[X]Hz，振動(dòng)時(shí)間為[X]min，通過振動(dòng)使?jié){體更加密實(shí)，排出內(nèi)部的氣泡，提高模具的質(zhì)量。對(duì)于一些形狀復(fù)雜的模具，可以采用真空輔助成型的方法，將模具放置在真空環(huán)境中，在抽真空的同時(shí)倒入漿體，這樣可以更有效地排出氣泡，保證成型質(zhì)量。養(yǎng)護(hù)過程對(duì)β型模具石膏的強(qiáng)度發(fā)展和性能穩(wěn)定起著關(guān)鍵作用。成型后的模具在室溫下靜置[X]h，使其初步凝結(jié)。然后將模具放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中，養(yǎng)護(hù)箱的溫度控制在20±2℃，相對(duì)濕度控制在95%以上。在養(yǎng)護(hù)初期，要注意避免模具受到外力碰撞和振動(dòng)，以免影響強(qiáng)度發(fā)展。根據(jù)不同的研究需求，養(yǎng)護(hù)時(shí)間可以設(shè)置為3d、7d、14d、28d等。在養(yǎng)護(hù)過程中，定期觀察模具的表面狀態(tài)和強(qiáng)度變化，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)過一定時(shí)間的養(yǎng)護(hù)后，將模具從養(yǎng)護(hù)箱中取出，進(jìn)行后續(xù)的性能測(cè)試。4.3.2性能測(cè)試指標(biāo)與方法為了全面評(píng)估β型模具石膏的性能，本研究選取了多個(gè)關(guān)鍵性能測(cè)試指標(biāo)，并采用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試?？箟簭?qiáng)度是衡量β型模具石膏承載能力的重要指標(biāo)。按照GB/T17669.3-1999《建筑石膏力學(xué)性能的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，將養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期的β型模具石膏試件加工成尺寸為40mm×40mm×160mm的長(zhǎng)方體試件。使用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，將試件放置在試驗(yàn)機(jī)的上下壓板之間，調(diào)整位置使試件中心與壓板中心對(duì)準(zhǔn)。以0.5±0.1MPa/s的加載速率均勻施加壓力，直至試件破壞。記錄破壞荷載，根據(jù)公式計(jì)算抗壓強(qiáng)度，計(jì)算公式為：f=F/A，其中f為抗壓強(qiáng)度（MPa），F(xiàn)為破壞荷載（N），A為試件受壓面積（mm2）。每個(gè)配方的試件測(cè)試3個(gè)，取平均值作為該配方β型模具石膏的抗壓強(qiáng)度。抗折強(qiáng)度反映了β型模具石膏在受到彎曲力時(shí)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。同樣按照GB/T17669.3-1999標(biāo)準(zhǔn)，采用上述尺寸的試件，在抗折試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試。將試件放置在抗折試驗(yàn)機(jī)的兩個(gè)支撐圓柱上，試件的長(zhǎng)軸垂直于支撐圓柱，且試件中心與兩個(gè)支撐圓柱的中心連線重合。以50±10N/s的加載速率均勻施加荷載，直至試件折斷。記錄破壞荷載，根據(jù)公式計(jì)算抗折強(qiáng)度，計(jì)算公式為：f=3FL/2bh2，其中f為抗折強(qiáng)度（MPa），F(xiàn)為破壞荷載（N），L為支撐圓柱之間的距離（mm），b為試件寬度（mm），h為試件高度（mm）。每個(gè)配方的試件測(cè)試3個(gè)，取平均值作為該配方β型模具石膏的抗折強(qiáng)度。吸水率是評(píng)估β型模具石膏吸水能力的重要指標(biāo)，對(duì)于其在陶瓷注漿成形等工藝中的應(yīng)用具有重要意義。參照GB/T17669.5-1999《建筑石膏吸水率的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，將養(yǎng)護(hù)好的試件在105±5℃的烘箱中烘干至恒重，記錄此時(shí)的質(zhì)量m1。然后將試件完全浸泡在溫度為20±2℃的水中，浸泡時(shí)間為24h。浸泡結(jié)束后，取出試件，用濕布輕輕擦干表面水分，立即稱重，記錄此時(shí)的質(zhì)量m2。根據(jù)公式計(jì)算吸水率，計(jì)算公式為：W=（m2-m1）/m1×100%，其中W為吸水率（%），m1為試件烘干后的質(zhì)量（g），m2為試件吸水后的質(zhì)量（g）。每個(gè)配方的試件測(cè)試3個(gè)，取平均值作為該配方β型模具石膏的吸水率。溶蝕率用于衡量β型模具石膏在特定介質(zhì)中的耐溶蝕性能。將養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期的試件加工成尺寸為50mm×50mm×50mm的立方體試件。配制一定濃度的溶蝕介質(zhì)，如模擬陶瓷漿料的溶液。將試件完全浸泡在溶蝕介質(zhì)中，浸泡溫度為25±2℃，浸泡時(shí)間根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求設(shè)定，如7d、14d等。浸泡結(jié)束后，取出試件，用去離子水沖洗干凈，在105±5℃的烘箱中烘干至恒重，記錄此時(shí)的質(zhì)量m3。根據(jù)公式計(jì)算溶蝕率，計(jì)算公式為：E=（m1-m3）/m1×100%，其中E為溶蝕率（%），m1為試件浸泡前的烘干質(zhì)量（g），m3為試件浸泡后烘干的質(zhì)量（g）。每個(gè)配方的試件測(cè)試3個(gè)，取平均值作為該配方β型模具石膏的溶蝕率。通過以上性能測(cè)試指標(biāo)和方法，可以全面、準(zhǔn)確地評(píng)估β型模具石膏的性能，為后續(xù)的研究和分析提供可靠的數(shù)據(jù)支持。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論5.1外加劑對(duì)β型模具石膏性能的影響5.1.1緩凝劑的影響結(jié)果與分析在本實(shí)驗(yàn)中，選用檸檬酸作為緩凝劑，研究其不同摻量對(duì)β型模具石膏凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示：檸檬酸摻量（%）初凝時(shí)間（min）終凝時(shí)間（min）抗折強(qiáng)度（MPa）抗壓強(qiáng)度（MPa）012253.58.00.0218323.27.50.0425402.86.80.0635502.56.00.0845602.25.50.155702.05.0從表1數(shù)據(jù)可以看出，隨著檸檬酸摻量的增加，β型模具石膏的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間均顯著延長(zhǎng)。當(dāng)檸檬酸摻量從0增加到0.1%時(shí)，初凝時(shí)間從12min延長(zhǎng)至55min，終凝時(shí)間從25min延長(zhǎng)至70min。這是因?yàn)闄幟仕岱肿又械牧u基與石膏表面的鈣離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的檸檬酸鈣絡(luò)合物，該絡(luò)合物吸附在半