復(fù)合防水劑對(duì)脫硫石膏砌塊力學(xué)性能和防水性能的影響*

袁 潔，陳 暢，王 楠，馬奮天，王宇斌

(1.酒泉鋼鐵(集團(tuán))有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100；2.西安建筑科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710055；3.西安建筑科技大學(xué) 資源工程學(xué)院，陜西 西安 710055)

0 引言

大量工業(yè)副產(chǎn)石膏給環(huán)境造成了巨大壓力，也給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)帶來(lái)了沉重負(fù)擔(dān)[1-2]。將脫硫石膏砌塊應(yīng)用于建筑行業(yè)不僅節(jié)能利廢、生產(chǎn)速度快、施工效率高，且其還具有質(zhì)輕、吸濕、防火、保溫等特點(diǎn)，非常適合作墻體材料[3-6]。但是其耐水性差、受潮或者浸水后強(qiáng)度下降明顯，故不能用作外墻及潮濕部位的建筑材料，極大限制了其應(yīng)用范圍[7-10]。因此，提高脫硫石膏砌塊的耐水性是當(dāng)前脫硫石膏墻體材料的重要研究方向[11-12]。

如外加劑的種類和摻量選擇得當(dāng)，可以實(shí)現(xiàn)砌塊質(zhì)量不增加、強(qiáng)度不降低、耐水性大幅提高的目的[3]。潘紅等[12]采用氟硅改性丙烯酸樹脂，加入固化劑制得了雙組分石膏砌塊防水劑。張國(guó)輝等[13-14]研究得出，硬脂酸-聚乙烯醇乳液、石膏質(zhì)量1%的減水劑、石膏質(zhì)量3%的明礬膨脹劑復(fù)配的防水劑有明顯的防水效果，同時(shí)還可以使石膏各方面性能得到提升；另外還得出，2.5%硬脂酸乳液、0.4%苯丙乳液、0.1%檸檬酸、0.1%水泥和三乙醇胺等復(fù)配的防水劑，在使石膏具備良好防水憎水性的同時(shí)，抗壓抗折強(qiáng)度也得到了提升。

本文設(shè)計(jì)了一種復(fù)合外加劑，在制備脫硫石膏砌塊時(shí)加入石膏漿體中，其可以與石膏很好地結(jié)合，在石膏表面形成一層致密的憎水膜，大大降低了吸水率，達(dá)到了防水防潮的效果。

1 試驗(yàn)

試驗(yàn)主要原材料見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)主要原材料

稱取1 kg建筑脫硫石膏，0.15 kgⅡ級(jí)粉煤灰和按試驗(yàn)設(shè)計(jì)摻量的防水劑(如二甲基硅油和甲基硅酸鈉、二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷以及聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉等復(fù)合防水劑)，加自來(lái)水混合，水膏比0.67，用砂漿攪拌機(jī)攪拌后澆入尺寸為40 mm×40 mm×160 mm的三聯(lián)模中成型。當(dāng)建筑脫硫石膏終凝后脫模，并在(20±2) ℃下自然養(yǎng)護(hù)7 d。表2為脫硫石膏砌塊試驗(yàn)的原材料配比。

表2 試驗(yàn)原材料配比

試樣的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度按照GB/T 17669.3-1999《建筑石膏 力學(xué)性能的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)JC/T 698-2010《石膏砌塊》測(cè)試其吸水率和軟化系數(shù)。將試樣制成20 mm×20 mm×10 mm的試塊，采用靜滴法和三點(diǎn)法在視頻接觸角測(cè)量系統(tǒng)(JY-82C)中測(cè)定脫硫石膏砌塊的靜態(tài)接觸角。

2 結(jié)果與討論

2.1 二甲基硅油和甲基硅酸鈉復(fù)合防水劑對(duì)脫硫石膏砌塊的物理力學(xué)性能的影響

圖1為二甲基硅油和甲基硅酸鈉復(fù)合防水劑對(duì)脫硫石膏砌塊的吸水率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及軟化系數(shù)的影響。

由圖1(a)可以看出：與未摻外加劑的A組相比，復(fù)摻二甲基硅油和甲基硅酸鈉降低了脫硫石膏的吸水率，表明脫硫石膏砌塊的防水性得到了提升；相對(duì)于單摻甲基硅酸鈉的B組，復(fù)摻的脫硫石膏砌塊防水性提升幅度不如單摻的大，說(shuō)明了兩種外加劑沒(méi)有互相促進(jìn)和互相彌補(bǔ)的作用。由圖1(b)、圖1(c)可知：脫硫石膏砌塊在水中浸泡后，試塊抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度急劇降低；與A組相比，摻加二甲基硅油的B組試塊的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度略有提升。由圖1(d)可知，除二甲基硅油和甲基硅酸鈉摻量分別為0.30%、0.25%的E組外，剩余幾組的軟化系數(shù)相比A組均有一定提升，說(shuō)明摻加二甲基硅油和甲基硅酸鈉能提升脫硫石膏砌塊的耐水性能，這與圖1(a)中的吸水率結(jié)論基本一致。

不同摻量的二甲基硅油和甲基硅酸鈉的脫硫石膏砌塊表面接觸角如圖2所示。

圖2 不同摻量的二甲基硅油和甲基硅酸鈉的脫硫石膏砌塊表面接觸角

由圖2可知：二甲基硅油和甲基硅酸鈉摻量分別為0.10%、0.75%的C組石膏砌塊的表面接觸角為45.01°，D組和E組均為0°，說(shuō)明復(fù)摻二甲基硅油和甲基硅酸鈉后沒(méi)有改變脫硫石膏砌塊的表面性質(zhì)，仍表現(xiàn)為親水性；單摻二甲基硅油的F組接觸角也為0°，表明二甲基硅油只能提升脫硫石膏砌塊的耐水性，但是不能改變其表面性質(zhì)。

2.2 二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷復(fù)合防水劑對(duì)脫硫石膏砌塊物理力學(xué)性能的影響

二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷復(fù)合防水劑對(duì)脫硫石膏砌塊的吸水率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和軟化系數(shù)的影響如圖3所示。

圖3 二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷復(fù)合防水劑對(duì)脫硫石膏砌塊的吸水率、抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度及軟化系數(shù)的影響

由圖3(a)可知：相比A組，復(fù)摻二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷的脫硫石膏砌塊的吸水率明顯降低，表明脫硫石膏砌塊的防水性得到了提高；但相對(duì)于單摻聚甲基氫硅氧烷的G組，復(fù)摻的脫硫石膏砌塊防水性提升幅度不如單摻的大，說(shuō)明兩種外加劑沒(méi)有互相促進(jìn)和互相彌補(bǔ)的作用。

由圖3(b)和圖3(c)可知：相比A組，單摻聚甲基氫硅氧烷的G組極大增強(qiáng)了脫硫石膏砌塊的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度；H組即二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷的摻量為0.10%、0.30%時(shí)，脫硫石膏砌塊的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度相比A組略有增大；I組即二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷的摻量為0.20%、0.20%時(shí)，脫硫石膏砌塊的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度與A組相當(dāng)；J組即二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷的摻量為0.30%、0.10%時(shí)，脫硫石膏砌塊的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度相比A組略有下降；F組即單摻二甲基硅油降低了脫硫石膏砌塊的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度；浸水后的脫硫石膏砌塊的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均比未浸水時(shí)明顯下降，各組變化規(guī)律與未浸水時(shí)的基本一致。

由圖3(d)可知：復(fù)摻二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷的脫硫石膏砌塊的軟化系數(shù)都大于未摻加的A組，說(shuō)明摻加二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷能提升脫硫石膏砌塊的耐水性能；而對(duì)于F組來(lái)說(shuō)，二甲基硅油對(duì)石膏砌塊的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度影響不大，但能增強(qiáng)石膏的耐水性，因此其軟化系數(shù)大。

圖4為不同摻量二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷的脫硫石膏砌塊表面接觸角。

圖4 不同摻量二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷的脫硫石膏砌塊的接觸角

由圖4可以看出，二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷摻量分別為0.10%、0.30%的H組，石膏砌塊的表面接觸角為108.54°，具有良好的防水性能，石膏砌塊表面呈現(xiàn)明顯的憎水性；由I組和J組對(duì)比可知，隨著聚甲基氫硅氧烷摻量的下降，防水性能明顯減弱；接觸角的變化趨勢(shì)表明，二甲基硅油只能提升脫硫石膏砌塊的耐水性，但是不能改變脫硫石膏砌塊的表面性質(zhì)，說(shuō)明復(fù)摻二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷后，還是聚甲基氫硅氧烷在起主要作用。

2.3 聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉對(duì)脫硫石膏砌塊物理力學(xué)性能的影響

聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉復(fù)合防水劑對(duì)脫硫石膏砌塊吸水率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和軟化系數(shù)的影響如圖5所示。

圖5 聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉復(fù)合防水劑對(duì)脫硫石膏砌塊的吸水率、抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度及軟化系數(shù)的影響

由圖5(a)可以看出：復(fù)摻聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉的脫硫石膏砌塊的吸水率相比A組明顯降低，表明脫硫石膏砌塊的防水性得到了提升；但對(duì)于單摻甲基硅酸鈉的B組和單摻聚甲基氫硅氧烷的G組來(lái)說(shuō)，復(fù)摻的脫硫石膏砌塊防水性提升幅度不如單摻的大。

由圖5(b)可知：對(duì)于單摻聚甲基氫硅氧烷(G組)和甲基硅酸鈉(B組)的浸水和未浸水試塊，其抗壓強(qiáng)度均高于A組；相對(duì)而言，復(fù)摻的K組和L組試塊的抗壓強(qiáng)度相比A組略有降低。

由圖5(c)可知：K組和L組試塊的抗折強(qiáng)度相比A組明顯降低，這可能是由于聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉不能很好地融合，造成材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻；B組、M組、G組的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度相比A組均有提升，復(fù)摻聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉對(duì)石膏砌塊強(qiáng)度的提升幅度不如單摻聚甲基氫硅氧烷的，但是其能在提升防水性的同時(shí)提升強(qiáng)度。

由圖5(d)可知，復(fù)摻甲基硅酸鈉和聚甲基氫硅氧烷的脫硫石膏砌塊軟化系數(shù)均大于未摻加的A組，說(shuō)明摻加甲基硅酸鈉和聚甲基氫硅氧烷能提升脫硫石膏砌塊的耐水性能；對(duì)于K組和L組來(lái)說(shuō)，軟化系數(shù)明顯較其他組的大，表明其耐水性較強(qiáng)。

不同摻量聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉的脫硫石膏砌塊的接觸角如圖6所示。

圖6 不同摻量聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉的脫硫石膏砌塊的接觸角

圖6(a)為聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉摻量分別為0.10%、0.75%的K組，石膏砌塊的表面接觸角為92.53°，表明其具有良好的防水性能，石膏砌塊表面呈現(xiàn)較強(qiáng)的憎水性；圖6(b)的L組中聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉摻量分別為0.20%、0.50%，其接觸角變小，防水性能明顯下降；圖6(c)的M組中聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉摻量分別為0.30%、0.25%，其接觸角為108°，防水性能良好。聚甲基氫硅氧烷可以提高石膏砌塊的強(qiáng)度，與甲基硅酸鈉復(fù)摻，可以在提高砌塊強(qiáng)度的同時(shí)增強(qiáng)其耐水性。

3 結(jié)論

a.將甲基硅酸鈉、二甲基硅油和聚甲基氫硅氧烷分別雙摻作為復(fù)合防水劑，試驗(yàn)結(jié)果表明，聚甲基氫硅氧烷/甲基硅酸鈉復(fù)合防水劑對(duì)脫硫石膏砌塊的力學(xué)性能有增強(qiáng)作用，可使砌塊吸水率降低、軟化系數(shù)提高，這是由于防水劑的協(xié)同作用增強(qiáng)了石膏砌塊表面的防水性能；而二甲基硅油/聚甲基氫硅氧烷和甲基硅酸鈉/二甲基硅油復(fù)合防水劑的協(xié)同效果不佳。

b.二甲基硅油/聚甲基氫硅氧烷和聚甲基氫硅氧烷/甲基硅酸鈉兩種復(fù)合防水劑的石膏砌塊的接觸角均能夠達(dá)到108°，表現(xiàn)出了良好的防水性能。