防水劑對(duì)脫硫石膏制備現(xiàn)澆墻體材料性能的影響

李順喜，孟 英，馮義民

（唐山建華檢測(cè)股份有限公司，河北 唐山 063020）

防水劑對(duì)脫硫石膏制備現(xiàn)澆墻體材料性能的影響

李順喜，孟 英，馮義民

（唐山建華檢測(cè)股份有限公司，河北 唐山 063020）

脫硫石膏制品耐水性差影響了脫硫石膏的推廣應(yīng)用，筆者將市面上現(xiàn)有的兩種防水劑應(yīng)用于脫硫石膏墻體材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明將有機(jī)硅防水劑和水混合，制備脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料時(shí)的防水效果要好于將GS水性聚氨酯涂脂涂于材料表面。有機(jī)硅防水劑的加入使材料的吸水率下降了約10%，漿體擴(kuò)展度得到增加，同時(shí)引起了材料的絕干抗折、抗壓強(qiáng)度下降，綜合考慮可選擇1∶7作為有機(jī)硅與水的添加比例。

脫硫石膏；現(xiàn)澆墻體材料；防水劑

石膏粉是五大凝膠材料之一，廣泛用于建筑、建材、工業(yè)模具、藝術(shù)模型、化學(xué)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品加工、醫(yī)藥美容等眾多領(lǐng)域，是一種重要的工業(yè)原材料[1]。脫硫石膏粉與一般石膏粉物理成分不同，脫硫石膏粉中還含有二氧化硅、碳酸鈣、亞硫酸鈣、氧化鋁、氧化鎂等，與其他石膏粉相比，脫硫石膏粉具有可再生、粒度小、成分穩(wěn)定、有害雜質(zhì)含量少、純度高等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外工業(yè)固廢應(yīng)用中占有重要地位[2]。

脫硫石膏以二水硫酸鈣形式存在，其分子式中有2個(gè)結(jié)晶水，同時(shí)表面附著一些游離水。二水硫酸鈣 （即生石膏）在水泥工業(yè)中作為水泥緩凝劑使用，二水石膏不具有膠凝性能，需轉(zhuǎn)變成半水石膏（CaSO4·1/2H2O）才具有膠凝性能。脫硫石膏干燥去掉游離水的過(guò)程叫烘干，脫去結(jié)晶水的過(guò)程叫做鍛燒，在氣相條件下加熱脫水得到β型半水石膏，也叫建筑石膏，主要用于制造石膏板、石膏砌塊或加入添加劑后加工成粉刷石膏，石膏砌塊是國(guó)家重點(diǎn)推廣應(yīng)用的環(huán)保、生態(tài)、節(jié)能產(chǎn)品；用飽和蒸汽在壓力狀態(tài)下蒸煮后烘干獲得α型半水石膏，也叫高強(qiáng)度石膏，主要用于陶瓷、醫(yī)藥行業(yè)的模具制造，附加值較高[3，4]。

2015年，我國(guó)脫硫石膏預(yù)計(jì)產(chǎn)量為1億t左右。脫硫石膏與天然石膏一樣，存在制品耐水性差的問(wèn)題，影響了產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)改善石膏耐水性的研究很多，改性方法主要有3種：摻加高分子聚合物、在制品表面噴涂防水材料和摻加無(wú)機(jī)材料改性[5-7]。無(wú)機(jī)材料研究方面主要以粉煤灰、礦渣、水泥、石灰等為改性材料，通過(guò)反應(yīng)水化生成耐水性水化產(chǎn)物來(lái)提高石膏制品的耐水性。本研究將脫硫石膏在55℃烘干，160℃下煅燒，得到β型半水石膏，將防水劑與水按比例混合制備試塊或者將防水涂料均勻涂于試塊表面，研究防水劑的加入對(duì)脫硫石膏制備現(xiàn)澆墻體材料的強(qiáng)度和防水性的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

脫硫石膏取自河北省唐山市陡河電廠。初凝時(shí)間為5 min，終凝時(shí)間為8 min。脫硫石膏的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2。脫硫石膏干燥后得到的β型半水石膏SEM圖如圖1所示。選用的兩種防水劑分別是河北唐山南堡開(kāi)發(fā)區(qū)XX建材有限公司生產(chǎn)的有機(jī)硅防水劑和北京XXXX防水材料有限公司生產(chǎn)的GS水性聚氨酯防水涂脂。

表1 脫硫石膏的主要化學(xué)成分 %

表2 β型半水石膏的主要性能

圖1 β型半水石膏SEM圖

1.2 試驗(yàn)儀器和測(cè)試方法

電動(dòng)抗壓抗折試驗(yàn)機(jī)；液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)；試模；水泥凈漿攪拌機(jī)；電熱恒溫培養(yǎng)箱；水泥膠砂振實(shí)臺(tái)?？拐?、抗壓強(qiáng)度的測(cè)定按GB/t 17669.3-1999進(jìn)行。

1.3 現(xiàn)澆墻體材料制備

電廠脫硫石膏經(jīng)55℃預(yù)烘干2 h，160℃下煅燒3 h，按照GB/T 17669.4-1999確定標(biāo)稠需水量，添加3%谷氨酸鈉作為緩凝劑，0.5%聚羧酸作為減水劑時(shí)，材料的初凝時(shí)間約54 min，終凝時(shí)間約為96 min，滿足現(xiàn)澆墻體施工要求，材料的絕干抗折強(qiáng)度約為3.3 MPa，絕干抗壓強(qiáng)度約為13.2 MPa。本研究將有機(jī)硅防水劑與水混合，制備墻體材料，GS水性聚氨酯防水涂脂在試驗(yàn)中被均勻涂抹在烘干的試塊表面，試驗(yàn)研究防水劑對(duì)脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料防水性提高的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 有機(jī)硅防水劑添加量對(duì)墻體材料吸水率的影響

圖2 防水劑和水的比例對(duì)墻體材料吸水率的影響

防水劑和水的比例對(duì)墻體材料吸水率的影響結(jié)果如圖2所示，當(dāng)防水劑和水的質(zhì)量比為1∶9時(shí)，試塊經(jīng)過(guò)24 h浸泡，吸水率為20.10%，而空白試塊經(jīng)過(guò)同樣處理，吸水率為26.49%；隨著防水劑添加比例的提高，試塊的吸水率呈下降趨勢(shì)，防水性能越好；當(dāng)防水劑和水的質(zhì)量比為1∶3時(shí)，試塊的吸水率為12.40%；當(dāng)防水劑和水的質(zhì)量比大于1∶5時(shí)，吸水率變化趨于平緩。

2.2 有機(jī)硅防水劑對(duì)漿體流動(dòng)性的影響

電廠脫硫石膏經(jīng)烘干、煅燒，在用水量（空白樣標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量）不變的條件下，添加3%谷氨酸鈉作為緩凝劑，0.5%聚羧酸作為減水劑時(shí)，有機(jī)硅防水劑與水按不同比例摻于水中，測(cè)定半水脫硫石膏在不同摻量下石膏漿體的擴(kuò)展度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3：

表3 減水劑對(duì)墻體材料流動(dòng)性的影響

從表3可以看出，有機(jī)硅防水劑的加入，有助于提高漿體的擴(kuò)展度，而且，隨著有機(jī)硅摻加量的增加，漿體擴(kuò)展度增大。擴(kuò)展度增大一方面是因?yàn)橛袡C(jī)硅的潤(rùn)滑性能；另一方面，有機(jī)硅的加入影響了半水石膏對(duì)水分的吸收，兩者的綜合結(jié)果，增大了漿體的擴(kuò)展度，有機(jī)硅含量越大，這一現(xiàn)象越明顯。

2.3 有機(jī)硅防水劑對(duì)墻體材料抗折強(qiáng)度的影響

圖3 防水劑添加量對(duì)墻體材料抗折強(qiáng)度的影響

防水劑和水的比例對(duì)墻體材料抗折強(qiáng)度的影響如圖3所示，當(dāng)防水劑和水的質(zhì)量比為1∶9時(shí)，試塊的絕干抗折強(qiáng)度為3.20 MPa，空白的絕干抗折強(qiáng)度為3.31 MPa；隨著防水劑添加比例的提高，試塊的絕干抗折強(qiáng)度下降；當(dāng)防水劑和水的質(zhì)量比為1∶3時(shí)，試塊的絕干抗折強(qiáng)度為2.78 MPa。當(dāng)防水劑和水的質(zhì)量比大于1∶7時(shí)，試塊的絕干抗折強(qiáng)度迅速下降。

2.4 有機(jī)硅防水劑對(duì)墻體材料抗壓強(qiáng)度的影響

由圖4可以看出，隨著防水劑添加比例的減小，試塊的絕干抗壓強(qiáng)度呈增加的趨勢(shì)，也就是說(shuō)，和絕干抗折強(qiáng)度一樣，隨著防水劑的添加，墻體材料的絕干抗壓強(qiáng)度會(huì)降低；當(dāng)防水劑和水的質(zhì)量比為1:9時(shí)，試塊的絕干抗壓強(qiáng)度為12.60 MPa，空白的絕干抗壓強(qiáng)度為13.2 MPa；當(dāng)防水劑和水的質(zhì)量比為1∶3時(shí)，試塊的絕干抗壓強(qiáng)度為9.20 MPa。隨著防水劑添加比例的增加，材料抗壓強(qiáng)度遞減。因此，當(dāng)有機(jī)硅作為防水劑時(shí)，不能只追求防水效果，還要兼顧墻體材料的強(qiáng)度。綜合有機(jī)硅防水劑對(duì)試塊吸水率、漿體擴(kuò)張度、絕干抗折和抗壓強(qiáng)度的影響，選擇1∶7作為有機(jī)硅與水的添加比例。

圖4 防水劑添加量對(duì)墻體材料抗壓強(qiáng)度的影響

2.5 不同防水劑對(duì)材料吸水率的影響

電廠脫硫石膏經(jīng)55℃預(yù)烘干2 h，160℃下煅燒3 h，按照GB/T 17669.4-1999確定標(biāo)稠需水量，添加3%谷氨酸鈉作為緩凝劑，0.5%聚羧酸作為減水劑時(shí)，同時(shí)制成40 mm×40 mm×160 mm、20 mm×20 mm×20 mm的試塊，研究不同種類防水劑加入對(duì)材料吸水率的影響。各組試塊制備時(shí)配比如表4所示：

表4 防水試塊配比方案

F1中所用防水劑為河北唐山南堡開(kāi)發(fā)區(qū)XX建材有限公司生產(chǎn)的有機(jī)硅防水劑，試驗(yàn)將防水劑與水按1:7比例摻于水中，F(xiàn)1和空白試塊2 h脫模，放置（40±5）℃的烘箱中烘干至恒重，稱重，試塊浸水24 h，稱重； F2中所用防水劑為北京XXXX防水材料有限公司生產(chǎn)的GS水性聚氨酯防水涂脂，試驗(yàn)中將制備好的試塊烘干后在其表面均勻涂以防水涂料，自然晾干24 h，稱重，將試塊浸泡于水中24 h，取出，稱重。

由表5可知，空白條件下試塊平均吸水率為26.49%，F(xiàn)1中平均吸水率為16.22%，F(xiàn)2中平均吸水率為26.08%。對(duì)比三組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，兩種防水劑均有一定的防水效果，但第一種有機(jī)硅防水劑的防水效果比第二種防水涂脂效果好。市場(chǎng)上現(xiàn)有的防水劑或防水涂料大多不適用于脫硫石膏，因此，對(duì)于適用于脫硫石膏的防水劑或防水涂料有必要作更深入的研究。

表5 各組試塊浸泡前后質(zhì)量及變化 g

3 結(jié)論

將有機(jī)硅防水劑和水混合，制備脫硫石膏現(xiàn)澆墻體材料時(shí)的防水效果要好于將GS水性聚氨酯涂脂涂于材料表面；當(dāng)有機(jī)硅防水劑和水的質(zhì)量比大于1:5時(shí)，吸水率變化趨于平緩；漿體擴(kuò)展度的增加隨有機(jī)硅防水劑含量增加呈均勻變化；當(dāng)防水劑和水的質(zhì)量比大于1∶7時(shí)，材料的絕干抗折強(qiáng)度迅速下降，因此，綜合各方面性能，選擇1∶7作為有機(jī)硅與水的添加比例。市場(chǎng)上現(xiàn)有的防水劑或防水涂料大多不適用于脫硫石膏，因此，對(duì)于適用于脫硫石膏的防水劑或防水涂料有必要作更深入的研究。

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（編輯：程 ?。?/p>

Effect of Waterproof Agent on Desulfurization Gypsum Cast-in-place Wall Material

Li Shunxi，Meng Ying，F(xiàn)eng Yimin
（Tangshan Jianhua Project Quality Inspection Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063020,China）

The desulfurization gypsum products are poor of water resistance which affects the popularization and application of it.Two kinds of waterproof agents were used in the desulfurization gypsum wall materials in this paper.The result showed that the organic silicon waterproof agent mixed with water to prepare wall material was better than waterproof effect of GS waterborne polyurethane coated on the surface of the material.Organic silicon waterproof agent decreased water absorption rate by 10%,and increased the expansion degree of the paste.However,the dry flexural and compressive strength of the material decreased.Therefore,select 1∶7 as the ratio of organic silicon and water.

desulfurization gypsum,cast-in-place wall material,waterproof agent

X773

A

1008-813X（2015）05-0086-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.05.23

2015-08-31

唐山市科技支撐項(xiàng)目《脫硫石膏制備高性能墻體材料技術(shù)開(kāi)發(fā)與示范》（12130204A-3）

李順喜（1974-），男，河北唐山人，畢業(yè)于唐山高等專科學(xué)校工業(yè)與民用建筑專業(yè)，助理工程師，主要從事土木工程及建筑材料的研究工作。