磷石膏基建筑膩子的配制

唐剛,李美,王騰飛

（1重慶橋梁工程有限責(zé)任公司 重慶 400060 2重慶大學(xué) 重慶 400045）

磷石膏基建筑膩子的配制

唐剛1,李美2,王騰飛1

（1重慶橋梁工程有限責(zé)任公司 重慶 400060 2重慶大學(xué) 重慶 400045）

本文主要研究緩凝劑、纖維素醚、膠粉、憎水劑、木質(zhì)纖維對磷石膏基建筑膩子性能的影響，磷石膏基建筑膩子施工性的改善，磷石膏基建筑膩子的基本配方與性能。其試驗途徑是先研究一種外加劑（緩凝劑）的不同品種、不同摻量對石膏膩子性能的影響，主要測試內(nèi)容有：標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量和凝結(jié)時間、表干時間、涂刮性、打磨性、粘結(jié)強度、耐水性和耐堿性，然后根據(jù)試驗結(jié)果反映的綜合性能選出最佳的品種與摻量，再將其加入膩子中選擇下一種外加劑的最優(yōu)品種與摻量，如此重復(fù)，最終通過正交試驗得出磷石膏基建筑膩子的基本配方和性能。

磷石膏；建筑膩子；外加劑；配制；基本配方

引言

由于磷石膏自身特性（成分復(fù)雜、顏色較差、制品空洞率高等）的影響，磷石膏產(chǎn)品很難使用于建筑行業(yè)外的其它行業(yè)，但建筑膩子是建筑工程的必備材料，其產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)性能對施工與工程質(zhì)量有較大影響。傳統(tǒng)建筑膩子(107膠、滑石粉配制)粘結(jié)強度低、干燥慢、施工周期長、效率低，為雙組分現(xiàn)場配制，其質(zhì)量不易控制且在施工期間和使用過程中釋放甲醛等致癌有毒物質(zhì)，發(fā)達(dá)國家早已禁止使用,在我國也屬淘汰類建材。通過對磷石膏預(yù)處理清除雜質(zhì)影響的方法制備β-半水石膏，以此為基材，配制附加值較高的磷石膏基建筑膩子是磷石膏資源化的新途徑。

1 實驗原材料

實驗所用磷石膏為涪陵某化工廠生產(chǎn)。

2 興邦SG-10緩凝劑對磷石膏基建筑膩子性能的影響

通常在石膏膠結(jié)料中廣泛使用的緩凝劑主要有三類：堿性磷酸鹽類、有機酸及其可溶鹽類、蛋白質(zhì)類等。實踐證明，大多數(shù)緩凝劑在發(fā)生緩凝作用的同時，都會不同程度地?fù)p傷建筑石膏的結(jié)構(gòu)與強度,大大制約了緩凝劑在石膏基材料中的廣泛應(yīng)用[1]-[2]。檸檬酸及其堿鹽摻量較小時就能產(chǎn)生較強的緩凝作用[3]，這些是常用的石膏高效緩凝劑，但在摻量較大時將導(dǎo)致建筑石膏強度劇烈下降。如檸檬酸使β-半水石膏初凝時間延長至1h時，其強度損失超過50%。磷酸鹽類緩凝劑同樣存在強度損失過大的缺陷，興邦SG-10是一種新型蛋白類石膏緩凝劑，強度損失較小。

表1 興邦SG-10對磷石膏性能的影響

通過表1可以看出，在不調(diào)整PH值情況下，興邦SG-10緩凝劑在較小摻量下對磷石膏緩凝效果不佳，直到摻量達(dá)0.4%以上時，初凝時間才突破2小時；隨著SG-10摻量增大，強度也呈下降趨勢，且不太經(jīng)濟。因此，必須對磷石膏PH值進行調(diào)節(jié)，以測其對緩凝劑緩凝效應(yīng)的影響。

表2 PH值對摻0.05%緩凝劑SG-10磷石膏性能的影響

從表2可以得出，磷石膏PH值在5.1～8.2之間時，微摻量的SG-10對其初凝時間的延長較為明顯；但隨著PH值的增大，當(dāng)PH值＞6.0時，其強度下降較大。因而，PH值應(yīng)選擇在5.1～6.0范圍內(nèi)?？紤]到水膠比較小對磷石膏后期強度發(fā)展有利，而PH值5.1時的水膠比0.75為最小，故初步定PH值為5.1。

表3 PH值為5.1時不同摻量SG-10對磷石膏性能的影響

通過表3可以看出，PH值為5.1情況下，當(dāng)緩凝劑SG-10摻量大于0.2%時，其緩凝效果明顯加強?？紤]到初凝時間大于3h要求，初步確定SG-10摻量在0.30%～0.40%。隨著緩凝劑的增加，建筑石膏初凝時間顯著延長，但強度損失加劇，強度損失與其緩凝效果基本成正比；緩凝時間越長，強度損失越大[4]。因此，還需摻加其它外加劑以確保磷石膏基膩子強度要求。

3 纖維素醚對磷石膏基建筑膩子性能的影響

本實驗所用纖維素醚為10萬粘度羥丙基甲基纖維素。

表4 羥丙基甲基纖維素對磷石膏性能的影響

從表4可看出，摻加羥丙基甲基纖維素后，磷石膏保水性得到很大改善,隨摻量加大保水率提高；但使用羥丙基甲基纖維素的黏度較高時，由于膩子需要加入更多的拌和水才能夠調(diào)制成適宜于批涂的黏度，從而引起膩子膜在干燥過程中開裂的可能性增大。表4中所示羥丙基甲基纖維素?fù)搅繛?～0.5%時，水膠比 （w/g）從0.85增大到1.13，抗壓強度在摻量為0～0.15%時，有明顯的下降趨勢。因此，綜合考慮宜選擇羥丙基甲基纖維素?fù)搅吭?.05%～0.10%范圍內(nèi)。

4 膠粉對磷石膏基建筑膩子性能的影響

本實驗所用膠粉為可再分散乳膠粉DA1220和聚乙烯醇（PVA）。聚乙烯醇（PVA）是目前發(fā)現(xiàn)的唯一具有水溶性的高分子聚合物，由醋酸乙烯經(jīng)醇解聚合而制成。

表5 PVA對磷石膏性能的影響

從表5可以看出，PVA能很好地改善磷建筑石膏的保水性，但水膠比較高，不利強度發(fā)展。

表6 DA1220膠粉對磷石膏性能的影響

使用乳膠粉對石膏進行改性，能夠增加石膏基材料的柔性、黏結(jié)性以及增加石膏基拌合物的保水性等[8]。比較而言，表6所示摻加了DA1220膠粉的石膏，其剪切粘結(jié)強度和抗壓強度在小摻量（0.2%～1.5%）時都高于摻加了PVA的石膏，而本實驗摻加膠粉目的主要是為改善磷建筑石膏的粘結(jié)強度，且考慮到經(jīng)濟性原則，宜選擇摻量小但有利于強度發(fā)展的DA1220膠粉，初步確定其摻量為0.2%～1.0%。

5 緩凝劑、保水劑、膠粉及顆粒級配對磷石膏基建筑膩子性能的綜合影響

表7 不同級配對磷石膏性能的影響

由表7，得出序號為1、4、5組級配的磷石膏保水率較高，且強度也較高。選擇它們3組作為本實驗級配水平。

通過前面的試驗，初步確定了配制磷石膏基建筑膩子所需緩凝劑、保水劑、膠粉的種類、最佳摻量及磷石膏顆粒級配水平。下面通過復(fù)合幾種外加劑做正交試驗，以研究它們對磷石膏基建筑膩子性能的綜合影響，得出結(jié)論如表8。

本實驗采用功效系數(shù)法評定多個指標(biāo)的綜合選擇。通過表8可看出，第3號試驗的總功效系數(shù)最大為0.87，緩凝劑SG-10摻0.35，膠粉DA1220摻1.0%，甲基纖維素醚摻0.1%，級配第5號水平。但此組初凝時間150m in仍沒達(dá)到3h要求，且膠粉摻量為1.0%，不符合經(jīng)濟性原則。反觀總功效系數(shù)第二的第7組，初凝時間195m in達(dá)到要求，粘結(jié)強度0.32MPa、保水率96.7%也都在試驗中處于較高水平且達(dá)到要求，故選第7組水平，各外加劑摻量初步確定：緩凝劑SG-10摻0.4%，膠粉1220摻0.2%，保水劑0.07%～0.1%，級配選第4號水平。

表8 L9(34)試驗結(jié)果分析表

續(xù)上

表9 有機硅憎水劑對磷石膏膩子性能的影響

6 憎水劑對磷石膏基建筑膩子性能的影響

本實驗所用憎水劑為有機硅憎水劑，是有機硅乳液，此次試驗是在已摻加這幾種外加劑后研究有機硅憎水劑對磷石膏基建筑膩子性能的影響。

從表9可以看出，隨著有機硅憎水劑摻量增大，磷石膏基膩子的耐水性得到很大改善；水膠比w/g在逐步下降，粘接強度有所提高；初凝時間比之空白樣有所延長，但在摻量加大情況下，凝結(jié)時間成下降趨勢；保水率除微摻量（0.02%）下比空白樣低外，其余與空白樣大致相等。綜合初凝時間、強度、耐水性指標(biāo)要求分析，初步選擇有機硅憎水劑摻量為0.05%。

7 填料對磷石膏基建筑膩子性能的影響

填料為膩子膜提供骨架材料，本實驗所選填料為滑石粉，在已摻加前面所有外加劑條件下研究滑石粉對磷石膏基建筑膩子性能的影響。

表10 滑石粉對磷石膏基建筑膩子性能的影響

摻加一定比例滑石粉等填料，能夠減少緩凝劑摻量，改善膩子施工性能。隨著滑石粉摻量增加，膩子凝結(jié)時間延長，涂刮性和打磨性趨好，但強度及黏結(jié)性降低。從表10可以看出，隨著滑石粉摻量增大，磷石膏基建筑膩子初凝時間由空白樣品的170m in延長至498m in，終凝時間也逐步增大，涂刮性得到很好改善，但粘接強度成下降趨勢，由空白的0.39MPa下降到0.09MPa，耐水性也隨滑石粉摻量增大而變差，保水率比空白樣品整體都有所降低。因此，還需增加DA1220膠粉摻量以提高其強度，并且摻加木質(zhì)纖維改善膩子保水率。

8 磷石膏基建筑膩子的基本配方與性能

通過前面所有試驗，選出各種外加劑的適當(dāng)?shù)钠贩N和摻量范圍，選3組試驗配比進行試驗，根據(jù)綜合性能最終得出磷石膏基建筑膩子的基本配方。

從表11可看出最優(yōu)配方為第6組，總功系數(shù)最大為0.91，各方面性能：粘接強度0.52MPa，初凝時間195m in，保水率97.0%，表干時間130min，打磨性50%都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，且耐水性、耐堿性都很好。故磷石膏基建筑膩子的基本配方選擇第6組水平，滑石粉摻20%，緩凝劑SG-10摻0.35%，PH值調(diào)節(jié)劑Ca(OH)2摻0.1%，木質(zhì)纖維摻0.50%，膠粉DA1220摻1.5%，有機硅憎水劑摻0.05%，甲基纖維素醚摻0.10%，石膏顆粒級配選擇第4組水平。

表11 磷石膏基建筑膩子基本配方的調(diào)配

續(xù)上

9 結(jié)論

（1）緩凝劑（SG-10）必須在一定的PH值（5.1～7.5）下才能發(fā)揮正常緩凝效應(yīng),但當(dāng)PH值大于6.0后，強度下降明顯。

（2）纖維素醚（HPMC）能有效地提高膩子保水性，凝結(jié)時間也得到延長，但當(dāng)它的摻量大于0.1%時，粘接強度會有所下降，而單獨摻加膠粉時，膩子強度較高，但保水率不能達(dá)到要求。當(dāng)復(fù)合纖維素醚、膠粉時，保水率、強度都能達(dá)到要求；單獨摻加有機硅憎水劑時，膩子粘接強度會有所提高，保水率也稍有上升，而在摻量0.05%～0.10%的膩子憎水效果最好，但在摻憎水劑后初凝時間會有所下降；摻加滑石粉能有效改善膩子施工性，凝結(jié)時間也有所延長，但粘接強度會下降，耐水性變差，保水率比不摻滑石粉時也有所減小。

（3）最終通過正交試驗得到了綜合性能較優(yōu)的磷石膏基建筑膩子的基本配方。

[1]余紅發(fā).緩凝劑對建筑石膏物理力學(xué)性能的影響[J].新型建筑材料,1999(4):13-15.

[2]陳建中.緩凝劑對建筑石膏性能的影響[J].新型建筑材料,1993(1):20-22.

[3]HENNING O,BROCKNER O.The optimum retardingaction of citric acid on the hydration of gypsum[J].Ze-ment-Kalk-Gips,1990(9):219-220.

[4]王祁青.石膏基與建材與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：111-112.

[5]凌曉暉,歐躍海,施存有,等.我國紙面石膏板的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀[J].新型建筑材料,2006,（9）:1-5.

On Preparing Phosphogypsum-Based Building Putty

This papermainly studies three aspects:the influence of the phosphogypsum-based building putty properties caused by retarder,cellulose ether,plastic powder,water-repellentagentand wood-fiber.the influence of the phosphogypsum-based building putty improvements;and the influence of thebasic formulaand propertiesof thephosphogypsum-based building putty.Theexperimentalmethod is to firststudy differentspeciesofadmixtures(retarder)and the effectofgypsum putty on the properties to differentcontents.Themain contentsof the test includes:1)standard consistencywater requirementand timeof condensation;2)dry time;3)painting scratch;4)polished;5)bond strength;6)water resistance;and 7)alkali resistance.Then the bestvarietiesand componentsbased on theoverallpropertiesof the test resultsareselected,and putty isadded to select theoptimalvarietiesand content of thenextkind of adm ixtures.This repitation ismadeuntillat last the basic formulaand propertiesof phosphogypsum-based building putty through orthogonal testisachievedwith satisfaction.

phosphorusgypsum;putty;admixture;preparation;thebasic formula

TU 502

A

1671-9107（2011）05-0031-06

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.05.031

2011-03-31

唐剛（1977-），男，大專，工程師，主要從事施工管理、檢測工作。

余詠梅

能工巧匠