疏水劑和防水劑對硫氧鎂水泥膠凝材料性能影響的試驗研究

朱效甲，朱倩倩，朱蕓馨，朱玉杰

（濟南市杰美菱鎂建材研究所，山東 濟南 250031）

0 引言

1 試驗

1.1 原材料

輕燒氧化鎂粉（MgO）：采用水合法測得其活性氧化鎂含量為62.58%，細度通過0.075 mm方孔篩，含水率為3.68%，950℃燒失量為7.83%，主要化學(xué)成分見表1。

表1 輕燒氧化鎂粉的主要化學(xué)成分 單位：%

工業(yè)七水硫酸鎂（MgSO4·7H2O）:MgSO4·7H2O含量為99.87%，主要化學(xué)成分見表2。

河沙：主要技術(shù)指標見表3。

表3 河沙主要技術(shù)指標

鋸木粉：細度通過1.2 mm方孔篩，含水率為6.38%，無霉爛變質(zhì)。

檸檬酸（CA）：工業(yè)級，化工市場購買。

疏水劑S1、防水劑B2技術(shù)指標見表4。

“現(xiàn)在的模式不是最終的版本，也并非完美，由于醫(yī)院的目標在變，所以要不停地修訂?！笔┍y說，為了醫(yī)院的發(fā)展，怎么調(diào)整目標或完善目標，是非常難的事情。最難的是，有些部門的工作很難考核。如后勤輔助部門，通下水道、修管道、環(huán)境巡視及一些外包服務(wù)，很難考核。

表4 疏水劑、防水劑技術(shù)性能指標

1.2 試驗配方

結(jié)合前期試驗，確定檸檬酸摻量為輕燒氧化鎂質(zhì)量的0.6%，疏水劑、防水劑摻量分別為氧化鎂質(zhì)量的0、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%。具體配比為m（MgO）∶m（河沙）∶m（鋸木粉）∶m（CA）∶m（疏水劑或防水劑）∶m（硫酸鎂溶液）=1∶1∶0.1∶0.006∶（0~0.03）∶0.86。

1.3 試件制備

將計量好的輕燒氧化鎂粉、河沙、鋸木粉預(yù)混合后倒入攪拌機，加入定量的硫酸鎂溶液及CA改性劑，再加入S1或B2攪拌，制備成均勻的改性硫氧鎂水泥膠凝材料料漿，分2次注入三聯(lián)試模內(nèi)，振動60 s，在自然環(huán)境中養(yǎng)護至規(guī)定齡期進行性能測試。

1.4 試驗方法

水化硬化熱效應(yīng)的測試：采用多通路溫度巡檢儀記錄不同養(yǎng)護時間硫氧鎂水泥膠凝材料試塊的水化熱的釋放情況。

力學(xué)強度參照GB/T17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（IOS法）》進行測試。

耐水軟化系數(shù)及質(zhì)量吸水率按式（1）、（2）計算：

式中：R—試件浸水14 d或28 d的抗折、抗壓軟化系數(shù)；R1—試件養(yǎng)護28 d的抗折或抗壓強度，MPa；R2—試件浸水14 d或28 d的抗折或抗壓強度，MPa；G—試件浸水14 d或28 d的質(zhì)量吸水率，%；G1—試件養(yǎng)護28 d的質(zhì)量，g；G2—試件浸水14 d或28 d的質(zhì)量，g。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 疏水劑、防水劑對硫氧鎂水泥膠凝材料水化硬化熱效應(yīng)的影響

測試了疏水劑S1、防水劑B2不同摻量對硫氧鎂水泥膠凝材料養(yǎng)護過程中的放熱峰值溫度和出現(xiàn)峰值溫度的時間，結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，摻S1、B2的試件都是隨摻量提高，養(yǎng)護峰值溫度逐漸降低，出現(xiàn)峰值溫度的時間逐漸延長。根據(jù)試驗過程和S1、B2摻入后對料漿的影響觀察分析，摻S1試件養(yǎng)護峰值溫度降低及出現(xiàn)峰值溫度時間延長是因為S1疏水劑具有一定的緩凝作用，而摻B2試件則是因為漿體密度降低、孔隙率增加所致。

圖1 疏水劑S1、防水劑B2摻量對硫氧鎂水泥膠凝材料硬化熱效應(yīng)的影響

2.2 疏水劑、防水劑摻量對硫氧鎂水泥膠凝材料漿體密度的影響

硫水劑、防水劑摻量對硫氧鎂水泥膠凝材料漿體密度的影響見圖2。

圖2 疏水劑、防水劑對硫氧鎂水泥膠凝材料漿體密度的影響

由圖2可以看出，隨著S1摻量的提高，試件密度皆有不同程度的提高。摻B2的試件隨摻量的提高，試件密度逐漸下降。其原因是由于B2防水劑在硫氧鎂水泥膠凝材料中具有一定的引氣和穩(wěn)定氣泡的作用，能夠通過自身的引氣功能，引入部分空氣進入漿體，形成微小氣泡，并將這些微小氣泡完整的穩(wěn)定和保護下來，導(dǎo)致隨B2摻量提高，試件密度逐漸降低。

2.3 疏水劑、防水劑摻量對硫氧鎂水泥膠凝材料力學(xué)性能的影響

疏水劑、防水劑摻量對硫氧鎂水泥膠凝材料不同養(yǎng)護齡期抗折強度的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出，隨著S1摻量的提高，不同養(yǎng)護齡期的抗折強度均呈先提高后降低趨勢，摻量為氧化鎂質(zhì)量的1.5%時，各養(yǎng)護齡期的抗折強度均提高。隨著B2防水劑摻量的提高，試件各養(yǎng)護齡期的抗折強度逐漸降低，摻量為3.0%時，試件養(yǎng)護1 d、14 d、28 d的抗折強度分別較空白試件分別下降53.86%、46.28%和29.19%。S1摻量超過2.0%后，試件養(yǎng)護1 d的抗折強度皆低于空白試件，而養(yǎng)護至14 d、28 d的抗折強度皆高于空白試件。說明S1疏水劑摻量超過2.0%后，對硫氧鎂水泥膠凝材料的早期強度會造成一定的負面影響。

圖3 疏水劑、防水劑摻量對硫氧鎂水泥膠凝材料不同養(yǎng)護齡期抗折強度的影響

疏水劑、防水劑對硫氧鎂水泥膠凝材料不同養(yǎng)護齡期抗壓強度的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 疏水劑、防水劑對硫氧鎂水泥膠凝材料抗壓強度的影響

由圖4可以看出：①試件養(yǎng)護1 d時，摻S1試件的抗壓強度皆低于空白試件。摻B2的試件隨B2摻量的提高，抗壓強度逐漸降低，摻量為1.0%~1.50%時，降低幅度較大，隨摻量的進一步提高，強度下降幅度變緩。摻量為3.0%時的抗壓強度較空白試件降低54.33%。②試件養(yǎng)護14 d、28 d時，摻S1試件的抗壓強度超過了空白試件，隨摻量的提高，抗壓強度呈先提高后降低的趨勢，摻量為1.50%時，強度最高。摻B2的試件隨養(yǎng)護齡期的延長，各養(yǎng)護齡期的抗壓強度依然隨摻量的提高而逐漸降低，但下降幅度有所變緩，沒有1 d齡期時的下降幅度大。說明S1在硫氧鎂水泥膠凝材料中具有明顯的緩凝作用，導(dǎo)致試件早期強度較低，但后期卻有增強效果。主要由于S1疏水劑在硫氧鎂水泥漿料中不僅有消泡效果，還有一定的減水和潤滑作用，能夠減小材料顆粒之間的摩擦，提高料漿的和易性，提高料漿及試件的密度。此外，S1疏水劑還參與水化反應(yīng)，抑制Mg（OH）2的生成，促進強度相5·1·7的生成，從根本上提高硫氧鎂水泥的力學(xué)性能。而摻B2試件，無論摻量大小，試件強度都會不同程度的下降。

分析原因：①B2防水劑在硫氧鎂水泥料漿中具有引氣和穩(wěn)定氣泡的作用，導(dǎo)致試件密度降低，孔隙率提高。②B2防水劑含有甲基硅醇，甲基硅醇[2]會在材料表面形成一層不溶性高分子化合物-網(wǎng)狀有機硅樹脂膜，這層膜影響了材料之間的結(jié)構(gòu)組成和結(jié)合力，從而降低了材料的力學(xué)強度。

2.4 疏水劑、防水劑摻量對硫氧鎂水泥膠凝材料耐水性能的影響

疏水劑、防水劑摻量對硫氧鎂水泥膠凝材料不同浸水齡期抗折軟化系數(shù)的影響，結(jié)果見圖5。

由圖5（a）可以看出，摻S1、B2的試件浸水14 d的抗折軟化系數(shù)均呈先提高再緩慢降低的趨勢，最佳摻量為氧化鎂質(zhì)量的1.5%，此摻量時，摻S1、B2的試件抗折軟化系數(shù)較空白試件分別提高20.24%、23.81%。由圖5（b）看出，摻S1試件浸水28 d的抗折軟化系數(shù)較空白試件皆有大幅度的提高，摻量為2.50%時，提高幅度較大，摻3.0%時的抗折軟化系數(shù)較摻量為1.50%時降低11.24%，但較空白試件提高17.91%。B2防水劑摻量小于2.0%時，試件浸水28d軟化系數(shù)較空白試件均有大幅度提高，但摻量為3.0%時的抗折軟化系數(shù)較空白試件只提高了0.3%。

圖5 疏水劑、防水劑對硫氧鎂水泥抗折軟化系數(shù)的影響

疏水劑、防水劑摻量對硫氧鎂水泥膠凝材料不同浸水齡期抗壓軟化系數(shù)的影響，結(jié)果見圖6。

圖6 疏水劑、防水劑對硫氧鎂水泥膠凝材料抗壓軟化系數(shù)的影響

由圖6可以看出，摻S1、B2的試件不同浸水齡期的抗壓軟化系數(shù)皆呈先提高后降低的趨勢，其拐點摻量都為氧化鎂質(zhì)量的1.5%，此摻量時，摻S1、B2試件浸水14 d的抗壓軟化系數(shù)，較空白試件分別提高25.0%、14.47%，浸水28 d的抗壓軟化系數(shù)較空白試件分別提高27.94%、19.12%。綜上，摻S1的試件耐水性要好于摻B2的試件。分析原因：S1疏水劑參與了硫氧鎂水泥的水化反應(yīng)，抑制了低強度、不耐水的Mg（OH）2的生成，促進了5·1·7強度相的生成，從根本上解決了材料的耐水問題。而B2防水劑在硫氧鎂水泥膠凝材料中基本不參與反應(yīng)，只是以封堵和屏蔽的方式達到防水的目的。再加上摻入B2后的試件密度降低，孔隙率提高，很難完全達到理想化要求，從而影響其防水性和耐久性。

2.5 疏水劑、防水劑對硫氧鎂水泥膠凝材料不同浸水齡期質(zhì)量吸水率的影響。

疏水劑、防水劑對硫氧鎂水泥膠凝材料不同浸水齡期質(zhì)量吸水率的影響見圖7。

圖7 疏水劑、防水劑對硫氧鎂水泥膠凝材料質(zhì)量吸水率的影響

由圖7可以看出，摻S1試件不同浸水齡期的質(zhì)量吸水率皆先降低再提高，其拐點摻量為氧化鎂質(zhì)量的2.5%，此摻量時，試件浸水14 d、28 d的質(zhì)量吸水率較空白試件分別降低42.86%、52.41%。摻B2試件摻量為1.0%時，浸水14 d質(zhì)量吸水率，較空白試件降低27.27%，浸水28 d時，摻量為1.5%時的質(zhì)量吸水率較空白試件降低24.89%。相同浸水齡期時，摻S1的試件要比摻B2的試件降低21.43%和36.63%。其原因是S1疏水劑能夠抑制耐水性差的Mg（OH）2的生成，并能通過改變內(nèi)部毛細孔的表面張力，降低其質(zhì)量吸水率[2]，再加上它的消泡功能，使得試件硬化體結(jié)構(gòu)更加致密。而B2防水劑在硫氧鎂水泥膠凝材料中，能夠引氣和穩(wěn)泡，導(dǎo)致試件孔隙率提高，再加上B2防水劑在試件內(nèi)部的空洞、孔隙及毛細管璧上的封堵效果并不一定十分完美，會產(chǎn)生一些漏洞或薄弱環(huán)節(jié)。以上多種原因都會導(dǎo)致B2試件質(zhì)量吸水率S1試件提高。

3 結(jié)論

（1）S1疏水劑、B2防水劑摻入硫氧鎂水泥膠凝材料中，都會導(dǎo)致試件養(yǎng)護峰值溫度降低，出現(xiàn)峰值溫度的時間延長，其主要原因是S1疏水劑的緩凝作用及B2防水劑的引氣穩(wěn)泡作用。

（2）由于S1疏水劑的緩凝作用，摻量為3.0%時，養(yǎng)護1 d的抗折強度和抗壓強度較空白試件分別降低15.0%和8.28%，但是能夠大幅度提高試件的后期強度。

（3）由于B2防水劑具有引氣和穩(wěn)泡功能，會導(dǎo)致試件密度隨摻量提高而降低，同時能夠大幅度降低試件力學(xué)強度。

（4）S1疏水劑、B2防水劑都能夠大幅度提高硫氧鎂水泥膠凝材料的耐水性，降低質(zhì)量吸水率。