脫硫建筑石膏的耐水性能研究

彭紅 呂忠 駱文進(jìn)

（1重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶 400070；2重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400050）

脫硫建筑石膏是以煙氣脫硫石膏為原料制取的建筑石膏[1]，以半水硫酸鈣為主要化學(xué)成分，具有輕質(zhì)隔音、防火保溫、節(jié)能利廢等優(yōu)點(diǎn)，是目前大力推廣使用的綠色膠凝材料之一[2-3]。但脫硫建筑石膏的耐水性差是制約其在建材領(lǐng)域廣泛使用的關(guān)鍵問題[4]，因此，提高脫硫建筑石膏制品耐水性能一直是國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。目前，解決措施主要有外防和內(nèi)防兩類，其中內(nèi)防又分為無機(jī)內(nèi)防水和有機(jī)內(nèi)防水。無機(jī)內(nèi)防水是通過摻入少量礦物摻合料，如水泥、粉煤灰、礦渣粉等活性火山灰材料，生成部分水硬性膠凝材料，增加石膏制品的密實(shí)度，從而提高耐水性能；有機(jī)內(nèi)防水是通過摻入有機(jī)類防水劑來改變石膏表面能，在石膏晶體表面形成一層憎水膜，降低石膏吸水率，從而提高耐水性能[5-7]。

本試驗(yàn)采取內(nèi)防水方式，研究硅酸鹽水泥在不同摻量下對石膏耐水性能的影響，并在此基礎(chǔ)上對比研究幾種防水劑的防水效果，以得到滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的耐水性能良好的石膏制品。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料

1）脫硫建筑石膏：由重慶某石膏建材有限公司提供，呈淡黃色，加水拌合后具有膠凝特性。

2）水泥：由重慶某水泥廠提供的42.5普通硅酸鹽水泥。

3）防水劑：硅酸鈉，分析純，白色塊狀物，由天津某化學(xué)試劑有限公司提供；甲基硅酸鈉，無色透明狀液體，由北京某建材有限公司提供。

4）粉煤灰：Ⅰ級粉煤灰，由重慶某粉煤灰發(fā)展有限公司提供。

5）拌和水：自來水，達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用0.6水膏比制備石膏試樣，研究42.5普通硅酸鹽水泥的摻量對脫硫建筑石膏14d、28d軟化系數(shù)的影響，確定水泥的最佳摻量；在此基礎(chǔ)上，分別摻入硅酸鈉、甲基硅酸鈉等防水劑，對比研究幾種防水劑對石膏試樣14d、28d軟化系數(shù)的影響，從而得到石膏制品耐水性能良好的配合比。

1.3 性能測試方法

參照J(rèn)C/T 698-2010《石膏砌塊》對試樣14d、28d的軟化系數(shù)進(jìn)行測試；所有試件在測試前均采用自然養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 單摻水泥對脫硫建筑石膏軟化系數(shù)的影響

試驗(yàn)將水泥以5%、10%、15%、20%、25%的比例取代部分石膏制樣成型，研究水泥不同摻量對試樣耐水性能的影響。結(jié)果表明，在水泥摻量介于5%-15%時(shí)，試樣軟化系數(shù)隨著水泥摻量的增加而增大，當(dāng)水泥摻量超過15%時(shí)，試樣的軟化系數(shù)略有下降，這是因?yàn)樵谑酀{體中摻入水泥，水泥水化生成的產(chǎn)物具有強(qiáng)度較高和水硬性等特點(diǎn)，有利于提高試樣的軟化系數(shù)，但是隨著水泥摻量的增加，水泥反應(yīng)生成的水化鋁酸鈣與石膏進(jìn)一步反應(yīng)生成較多的水化硫鋁酸鈣，該物質(zhì)具有一定的體積膨脹性，當(dāng)生成量較多時(shí)，試樣內(nèi)部因較大的膨脹力作用而產(chǎn)生微細(xì)裂紋，從而出現(xiàn)試樣耐水性能降低的現(xiàn)象。綜合分析，在石膏中單摻水泥，水泥的最佳摻量為15%，此時(shí)試樣14d和28d的軟化系數(shù)較基準(zhǔn)樣分別增加了8.7%、15.6%。

2.2 單摻硅酸鈉對脫硫建筑石膏軟化系數(shù)的影響

單摻水泥在一定程度上改善了石膏的耐水性能，但效果并不特別明顯。因此，試驗(yàn)選用硅酸鈉防水劑，針對石膏質(zhì)量比85%、水泥質(zhì)量比15%的石膏與水泥復(fù)合膠凝材料（簡稱石膏與水泥復(fù)合膠凝材料），研究硅酸鈉在摻量0.5%、1%、2%時(shí)對試樣軟化系數(shù)的影響。結(jié)果表明，硅酸鈉對提高試樣軟化系數(shù)作用明顯，且硅酸鈉對試樣14d耐水性能的改善效果優(yōu)于28d。具體表現(xiàn)為：硅酸鈉摻量為1%時(shí)，試樣14d和28d的軟化系數(shù)較基準(zhǔn)樣分別增加26%、7.7%；摻量為2%時(shí)，軟化系數(shù)較基準(zhǔn)樣分別增加25%、5.8%。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，復(fù)合膠凝材料中隨著硅酸鈉摻量的增加，試樣的泛堿現(xiàn)象越發(fā)明顯，嚴(yán)重影響試件的外觀狀態(tài)，不利于后期石膏制品的推廣和應(yīng)用。綜合分析，硅酸鈉在復(fù)合膠凝材料中的摻量取1%較為適宜。

2.3 粉煤灰與硅酸鈉復(fù)摻對脫硫建筑石膏軟化系數(shù)的影響

鑒于在石膏與水泥復(fù)合膠凝材料中單摻硅酸鈉會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的泛堿現(xiàn)象，同時(shí)基于粉煤灰對泛堿現(xiàn)象有一定的抑制作用，因此，試驗(yàn)研究粉煤灰與硅酸鈉復(fù)摻對脫硫建筑石膏軟化系數(shù)的影響，為硅酸鈉在石膏基材中的廣泛應(yīng)用提供更多可行的途徑。其中，硅酸鈉防水劑采取外摻方式，摻量取膠凝材料總質(zhì)量的1%；粉煤灰采取內(nèi)摻方式，分別考察粉煤灰摻量為膠凝材料總質(zhì)量的5%、10%、15%三種情況。結(jié)果表明，在硅酸鈉摻量一定的情況下，試樣的軟化系數(shù)在摻入粉煤灰之后明顯優(yōu)于基準(zhǔn)樣，并優(yōu)于單摻硅酸鈉的改善效果。具體表現(xiàn)為：當(dāng)粉煤灰取代石膏摻量10%時(shí)，試樣的軟化系數(shù)達(dá)到最大值，其14d和28d的軟化系數(shù)較基準(zhǔn)樣分別增加30%、26.9%。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻入一定量的粉煤灰后，試件表面的泛堿現(xiàn)象不僅得到了很大的改善，而且獲得了較為理想的耐水效果，這在很大程度上改善了單摻硅酸鈉帶來的各種弊端。綜合分析，在石膏與水泥復(fù)合膠凝材料中，當(dāng)選用硅酸鈉作為防水材料時(shí)，建議摻入適量的粉煤灰以整體提高石膏制品的各項(xiàng)性能。

2.4 單摻甲基硅酸鈉對脫硫建筑石膏軟化系數(shù)的影響

甲基硅酸鈉屬于有機(jī)硅建筑防水劑的一種，遇水可溶，可在石膏基體內(nèi)部空隙壁的表面形成一層網(wǎng)狀疏水膜，該薄膜表面張力極低，致使外部水分無法進(jìn)入毛細(xì)孔，從而起到良好的防水作用[8]。試驗(yàn)研究甲基硅酸鈉在摻量0.5%、1%、2%時(shí)對試樣軟化系數(shù)的影響，結(jié)果表明，隨著甲基硅酸鈉摻量的增加，試樣耐水性能有所提高，并在摻量為1%時(shí)效果最佳。具體表現(xiàn)為：試樣14d和28d的軟化系數(shù)較基準(zhǔn)樣分別增加30%、32.7%。同時(shí)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)甲基硅酸鈉摻量為4%時(shí)，試樣出現(xiàn)非常嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象，入模及脫模時(shí)間需要大幅度延長，可見試樣強(qiáng)度發(fā)展緩慢。鑒于此，甲基硅酸鈉在本試驗(yàn)體系中的摻量以不超過4%為宜。

3 結(jié)語

1）在脫硫建筑石膏中摻入15%的42.5普通硅酸鹽水泥對試樣耐水性能提高幅度不大，表現(xiàn)為試樣14d和28d的軟化系數(shù)較基準(zhǔn)樣分別增加了8.7%、15.6%。

2）在脫硫建筑石膏與水泥復(fù)合膠凝材料中摻入1%的硅酸鈉防水劑，能進(jìn)一步提高軟化系數(shù)，但會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的泛堿現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，通過復(fù)摻一定量的粉煤灰，試樣表面的泛堿現(xiàn)象得到了改善，且軟化系數(shù)較單摻硅酸鈉提高的幅度更大，表現(xiàn)為試樣14d和28d的軟化系數(shù)較基準(zhǔn)樣分別增加了30%、26.9%。

3）在脫硫建筑石膏與水泥復(fù)合膠凝材料中單摻1%甲基硅酸鈉，能較大幅度提高試樣的耐水性能，表現(xiàn)為試樣14d和28d的軟化系數(shù)較基準(zhǔn)樣分別增加了30%、32.7%。