發(fā)泡劑對(duì)防水石膏性能的影響探析

李永強(qiáng)

（福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州350025）

0 前言

石膏制品具有體積穩(wěn)定、輕質(zhì)、調(diào)濕和防火的特點(diǎn)，但是耐水性一般較差，在潮濕環(huán)境下強(qiáng)度有較大損失，這使得石膏制品只能在干燥環(huán)境當(dāng)中使用，極大的限制了石膏制品推廣應(yīng)用[1，2]。因此，許多學(xué)者側(cè)重于研究輕質(zhì)石膏，對(duì)石膏進(jìn)行輕質(zhì)化處理，可以在降低體積密度的同時(shí)增強(qiáng)隔熱效果，提高保溫性能[3]。目前，石膏輕質(zhì)化的方法主要有摻加輕質(zhì)材料和發(fā)泡兩種方式，輕質(zhì)材料摻入石膏當(dāng)中，雖然可以降低體積密度，但是吸水率較大。另外，由于石膏的凝結(jié)時(shí)間對(duì)用水量較敏感，當(dāng)水膠比較低時(shí)，如果輕骨料吸水量較大，可能造成凝結(jié)時(shí)間縮短，對(duì)石膏的凝結(jié)性能造成不良影響[4，5]。所以在對(duì)石膏進(jìn)行輕質(zhì)化處理中以后者居多。

發(fā)泡石膏制品具有輕質(zhì)、保溫隔熱和防火的特點(diǎn)，是一種良好的環(huán)保、節(jié)能材料[6，7]。發(fā)泡劑是發(fā)泡石膏生產(chǎn)過程中的主要添加劑之一，對(duì)發(fā)泡石膏的物理和力學(xué)性能等有著重要的影響。文章通過研究發(fā)泡劑的種類及用量的變化對(duì)發(fā)泡石膏的力學(xué)性能、吸水率、軟化系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)的影響，探索其相應(yīng)的影響規(guī)律。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

磷建筑石膏。購(gòu)買于濟(jì)南鴻圖化工有限公司，外觀為淡黃色粉末，性能符合《建筑石膏》（GBT9776-2008）標(biāo)準(zhǔn)。

檸檬酸。購(gòu)于天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司，無色柱狀結(jié)晶或白色結(jié)晶顆粒，有刺激性。外加劑。選用聚羧酸高效減水劑，減水率26%。

動(dòng)物蛋白發(fā)泡劑和植物發(fā)泡劑。起泡性好、氣泡穩(wěn)定、密度大。

十二烷基硫酸鈉及十二烷基苯磺酸鈉。購(gòu)買于廈門土立方工貿(mào)有限公司，白色粉末。

憎水劑。選用甲基硅酸鈉，固含量45%。

水。采用自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

防水脫硫石膏的制備工藝如圖1所示。

圖1 防水脫硫石膏的制備工藝流程圖

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 發(fā)泡劑對(duì)防水發(fā)泡石膏力學(xué)性能的影響

由如圖2（a）、（b）可知，較空白試樣相比，加入發(fā)泡劑后，其抗折、抗壓強(qiáng)度的基本趨勢(shì)是減小的，符合實(shí)驗(yàn)的預(yù)期。植物發(fā)泡劑和動(dòng)物發(fā)泡劑的波動(dòng)最大，動(dòng)物發(fā)泡劑在摻量為0.3%時(shí)，力學(xué)強(qiáng)度有回升，回升后也是呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其中抗折性能最好和最差的的分別摻量為0.1%和0.2%的植物發(fā)泡劑，對(duì)應(yīng)的抗折強(qiáng)度損失率分別為20%、77%。抗壓性能最好的是摻量為0.1%的植物復(fù)合發(fā)泡劑，其抗壓強(qiáng)度損失率為33%；最差的是摻量為0.2%的動(dòng)物發(fā)泡劑，強(qiáng)度損失率高達(dá)96%。這是因?yàn)槭嗟谋碛^密度越大力學(xué)性能也就越好，密度越大，意味著石膏內(nèi)部的缺陷越少。

圖2 發(fā)泡劑對(duì)防水發(fā)泡石膏力學(xué)性能的影響

2.2 發(fā)泡劑對(duì)防水發(fā)泡石膏軟化系數(shù)的影響

軟化系數(shù)是試樣浸泡24h之后的抗壓強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)試樣的絕干抗壓強(qiáng)度之比。所以，軟化系數(shù)越大，說明防水發(fā)泡石膏的力學(xué)性能越好。如圖3所示，為發(fā)泡劑摻量對(duì)防水發(fā)泡石膏軟化系數(shù)的影響?？梢钥吹?，隨著發(fā)泡劑摻量的增加，數(shù)據(jù)均在空白試樣軟化系數(shù)附近波動(dòng)。同樣，植物發(fā)泡劑的變化幅度最大。且在發(fā)泡劑摻量一樣的情況下，植物復(fù)合發(fā)泡劑及動(dòng)物發(fā)泡劑的軟化系數(shù)較高。總體來說，軟化系數(shù)在0.30～0.50之間變化。防水發(fā)泡石膏自身含有較高的孔隙率及不規(guī)則的連通孔導(dǎo)致試樣在水中浸泡期間，吸水較多，從而導(dǎo)致軟化系數(shù)的降低。

圖3 發(fā)泡劑摻量對(duì)軟化系數(shù)的影響

2.3 發(fā)泡劑對(duì)防水發(fā)泡石膏導(dǎo)熱系數(shù)的影響

固體的傳熱速度要大于氣體的傳熱速度，而防水發(fā)泡石膏內(nèi)部有大量的孔隙?；谶@一點(diǎn)，便可知發(fā)泡劑的摻量對(duì)防水發(fā)泡石膏的導(dǎo)熱系數(shù)影響較大。從圖4中可以看出，植物發(fā)泡劑在摻量為0.2%時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)最高。這是由于植物發(fā)泡劑發(fā)泡效率高、泡沫穩(wěn)定性好，制備的試樣表觀密度小，因此在發(fā)泡劑摻量相同時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低。而由于化學(xué)發(fā)泡劑的發(fā)泡效果依靠于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行程度，所以起泡能力及氣泡穩(wěn)定性均較差，導(dǎo)致其導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較高。

圖3 發(fā)泡劑摻量對(duì)軟化系數(shù)的影響

2.4 孔隙形貌觀察與分析

從圖5可以明顯看出，加入發(fā)泡劑后，石膏試樣的泡孔明顯增加，植物發(fā)泡劑的泡孔小而密集，分布均勻，因此，其導(dǎo)熱系數(shù)低，表觀密度小。但由于其泡孔過于密集，導(dǎo)致其力學(xué)性能一般。十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉的泡孔大小及分布情況基本一致，同時(shí)也證明了二者的測(cè)試數(shù)據(jù)極為接近。動(dòng)物發(fā)泡劑的泡孔大小均勻，且獨(dú)立性好，因而，其力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能較好。植物復(fù)合發(fā)泡劑的泡孔大小差異較大，且分布不均，通孔大多集中在中部，是本實(shí)驗(yàn)所有發(fā)泡劑中，發(fā)泡效果最差的。綜上所述，植物發(fā)泡劑的發(fā)泡效果最好，植物復(fù)合發(fā)泡劑的發(fā)泡效果最差，化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡效果基本相同且介于這兩者之間。

3 結(jié)論

①研究表明，植物發(fā)泡劑的最佳摻量為0.2%，動(dòng)物發(fā)泡劑的最佳摻量為0.1%，植物復(fù)合發(fā)泡劑、十二烷基苯磺酸鈉及十二烷基硫酸鈉的最佳摻量均為0.5%。

②在5種發(fā)泡劑中，植物發(fā)泡劑的發(fā)泡效果最好，與空白試樣相比，導(dǎo)熱系數(shù)從0.229 W/(m2·K)降到0.189W/(m2·K)，表觀密度從1226.56 kg/m3降 到781.25kg/m3，力學(xué)性能損失率最大高達(dá)84%，但仍符合防水發(fā)泡石膏材料的要求。植物復(fù)合發(fā)泡劑的發(fā)泡效果最差，與空白試樣相比，導(dǎo)熱系數(shù)從0.229 W/(m·2K)降到0.205W/(m2·K)，表觀密度從1226.56 kg/m3降到1002.02kg/m3，力學(xué)性能損失率最高為77%。其他發(fā)泡劑的發(fā)泡效果介于這兩種發(fā)泡劑之間，其中十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉的發(fā)泡效果區(qū)別不大。