石蜡乳液用于石膏砌块防水剂的研究

石蜡乳液用于石膏砌块防水剂的研究

陈莹1 张志国1 刘洪杰1 宋志学1 魏卫东2
(1.河北科技大学, 石家庄050018;2.鹿泉东方鼎鑫水泥有限公司, 石家庄050000)

石膏材料轻质、保温性好,是优良的建筑、装饰材料,但防水性差,使其应用受到一些限制。本试验以脱硫石膏为主要原料,用乳化石蜡做防水剂,制成防水石膏砌块,并对其性能进行讨论。

1 试验材料
试验主要材料包括:电厂烟气脱硫石膏(CaSO4·2H2O 含量95.62%)、固体石蜡(熔点58℃)、乳化剂(Span 80 和Tween 80)、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、消泡剂(磷酸三丁脂)、玻璃纤维(长度4mm~8mm)等。

2 试验方法
2.1 石蜡乳液制备
试验调整乳化剂HLB 值为10[1、2],采用转相乳化法制石蜡乳液:先将20 份石蜡加热熔化,升温至85℃~90℃, 在搅拌的情况下加入5.7 份乳化剂、0.25 份十二烷基苯磺酸钠,混合均匀;然后将1.5 份硬脂酸加入到100 份热水中,热水温度控制在85℃~90℃,分三次加入到石蜡中;滴加几滴消泡剂,降至室温即得到水包油型乳白色石蜡乳液。

2.2 石膏砌块防水改性试验
(1)将脱硫石膏干燥后,在150℃脱水1.5h~2.0h,制成脱硫建筑石膏(主要成分为CaSO4·1/2H2O);脱硫建筑石膏自然冷却后摊开,放置3d~4d 后使用。石膏砌块性能测试按GBT17669.1-1999《建筑石膏一般试验条件》、GBT17669.2-1999 《建筑石膏结晶水含量的测定》、GBT17669.3-1999 《建筑石膏力学性能的测定》、GBT17669.4-1999 《建筑石膏净浆物理性能的测定》、GBT17669.5-1999 《建筑石膏粉料物理性能的测定》等进行。

(2)将石蜡乳液掺加到脱硫建筑石膏中,制成石膏试块,测试石膏试块强度、软化系数等,研究防水剂等对石膏砌块性能的影响,确定最佳工艺,使石膏砌块的软化系数达到0.6 以上。

3 试验及结果讨论
3.1 乳化条件对石蜡乳液的影响
石蜡乳液制备,对乳化条件要求较高。影响石蜡乳液稳定性的主要因素包括搅拌速度、乳化时间和乳化温度[3]。试验就这三个影响因素进行了探讨:
(1)搅拌速度1200r/min~1400r/min。搅拌速度慢,石蜡难以均匀分散在水相中, 得到的石蜡乳液不稳定,会出现破乳分层现象;速度过快,会产生泡沫并造成能量损耗。
(2)乳化时间40min。乳化时间短,乳化剂没有完全分散,形成的乳液不稳定,乳液会很快分层;乳化时间长,乳液放置后会凝固成膏状,失去流动性,这可能是乳液微粒相互接触机会增多形成大微粒的结果。
(3)乳化温度85℃~90℃。乳化温度低于85℃,得到的石蜡乳液不稳定,容易分层。

3.2 脱硫建筑石膏性能
试验所用的脱硫建筑石膏, 标准稠度需水比为0.64,主要性能见表1。

试验表明,脱硫建筑石膏基本性能满足GB9776-2008《建筑石膏》的要求,可以用于生产石膏砌块;其抗折软化系数为0.38,防水性差,这与天然建筑石膏性能类似。

3.3 石蜡乳液对石膏砌块性能的影响
在脱硫建筑石膏中掺入不同量的石蜡乳液(以固含量计),水料比为0.64,研究石蜡乳液掺量对石膏砌块性能的影响,试验结果见表2。

石膏砌块中加入一定量的石蜡乳液, 防水性提高。石蜡乳液掺量加大,石膏砌块的软化系数增大,掺加5%时,抗折软化系数最高为0.65。但砌块的绝对强度下降很大,石蜡乳液加入5%时,抗压和抗折强度分别降低了56.8%和52%,这可能是石蜡薄膜减少了石膏晶体接触点的原因[4]。另外,石膏砌块的表观密度和吸水率也有所降低。

3.4 玻璃纤维对石膏砌块性能的影响
在石膏砌块中加入长度为4mm~8mm 玻璃纤维,以提高砌块的强度。水料比为0.64,石蜡乳液以固含量计,玻璃纤维外掺,试验结果见表3。

由表3 可知,随着玻璃纤维掺量的增加,石膏砌块的抗压、抗折强度均呈现先升高后降低的趋势。纤维的加入量并不是越多越好,有一个最佳量,在本试验中,玻璃纤维最佳掺量为1%。

3.5 石蜡乳液防水剂的特点
石蜡乳液用作石膏砌块防水剂, 具有用量少、易操作、工艺简单等特点,且生产效率高,与普通石膏砌块生产效率相当。而用水泥、矿渣、粉煤灰、石灰等无机材料改性生产的防水石膏砌块,表观密度大,一般在1300kg/m3~1400kg/m3,需要加入轻质材料以降低砌块的表观密度。其次,无机防水材料用量较大(一般在30%左右),砌块的养护时间和生产周期都较长。

4 防水机理分析
半水石膏水化生成二水石膏,晶体间相互交叉搭接,形成空间网络结构,是石膏材料的强度来源。二水石膏溶解度较大, 与水接触造成晶体接触点减少,呈现出较差的耐水性[5]。石蜡乳液微粒在表面活性剂的作用下,在石膏颗粒表面呈定向排列,其亲水基团与石膏颗粒表面连接,憎水基团则一致朝外,失水后形成致密的保护层[6、7]。
图1 为脱硫建筑石膏水化后的形貌特征,从图中可见其水化产物是尺寸不同的柱状和板状二水石膏晶体。图2 为脱硫建筑石膏掺加石蜡乳液的水化产物形貌特征,晶体也为柱状和板状,外面包裹了一层石蜡薄膜, 这层膜有效地阻碍了水进入石膏材料的内部,降低了对CaSO4·2H2O 晶体的溶蚀,从而提高了石膏材料的防水性。

5 结语
(1) 乳化条件对石蜡乳液的稳定性影响很大,搅拌速度1200r/min~1400r/min、乳化时间40min、乳化温度85℃~90℃时,制备的石蜡乳液性能稳定。
(2)石膏砌块中掺加石蜡乳液,防水性提高,力学强度降低;掺加玻璃纤维后强度提高,玻璃纤维最佳掺量为1%。石蜡乳液掺加5%、玻璃纤维掺加1%时,石膏砌块的抗压、抗折软化系数为0.64 和0.65。
(3)石蜡乳液用作石膏砌块防水剂,具有用量少、易操作、生产效率高等特点,在石膏晶体外形成一层石蜡薄膜,阻碍了水对石膏晶体的侵蚀,提高了石膏砌块的防水性。

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