复合型石膏防水剂的研究

复合型石膏防水剂的研究

张国辉1 尹斫2 罗萍2 李国忠1
( 1. 济南大学材料学院, 济南250022 ; 2. 济南正昊化纤新材料有限公司PTA项目组, 济南250100 )

我国石膏资源十分丰富, 已探明储量500亿t, 居世界首位。石膏属气硬性胶凝材料, 适合做墙体材料, 具有原材料来源广泛、材料生产能耗低、工艺性能好等优点, 但石膏制品耐水性差, 极大地限制了其制品在建筑领域中的应用。目前, 提高石膏硬化体防水性能的方法有: 在石膏料浆中加入防水材料, 使硬化石膏体内部颗粒表面形成防水层, 例如在石膏中加入金属皂、沥青、硬脂酸、树脂等; 还有采用把憎水材料喷射到石膏硬化体表面, 或在产品上涂憎水材料, 在制品表面形成憎水层。上述两种技术措施对提高石膏的短期防水性能具有较好的效果, 但其防水机理均是将单一的材料直接掺加到制品中, 堵塞毛孔, 从而达到防水的效果。市场上较好的石膏防水剂是有机硅树脂, 价格较贵且用量较大。本文从石膏制品吸水的根本原因和制品的微观结构入手, 通过正交实验, 将多种防水材料恰当复配, 研制出一种新型高效复合型石膏防水剂。这种防水剂可改变石膏制品内部表面的孔洞、孔隙、毛细孔的结构,使其由亲水表面变成憎水表面, 阻止水分的入侵。

1 实验用原料
1.1 石膏
采用建筑石膏, 初凝时间为4′10″, 终凝时间为8′15″, 其他性能指标符合GB 9776- 88《建筑石膏》标准。

1.2 外加剂
乳化剂: 采用自制的复合型阴离子表面活性剂。该乳化剂的特点: 乳化剂的亲油基与硬脂酸有良好的相溶性; 有较合适的HLB值; 有良好的增溶性, 使形成的乳化体系稳定。
聚乙烯醇; 硼酸盐; 硬脂酸(熔点54℃~56℃); 消泡剂; 柠檬酸缓凝剂; 萘系减水剂。

2 实验过程
2.1 硬脂酸乳液的配制
称取适量聚乙烯醇加入到200g水中, 边加热边搅拌, 待聚乙烯醇完全溶解后, 缓慢加入硼酸盐溶液, 继续搅拌均匀。将硬脂酸加入到溶液中, 继续加热熔化。待硬脂酸完全融化后, 停止加热, 再滴加乳化剂、消泡剂, 并不断搅拌冷却至自然状态, 即成乳白色的均匀分布的硬脂酸乳液。

2.2 防水乳液的配制
配制防水乳液, 应考虑到石膏料浆的稠度。稠度大, 制品成型时不利于气泡逸出; 稠度小, 水蒸发后形成的贯通气孔很多。因此, 合适的稠度是降低吸水率的主要因素。依据多组实验, 在掺加石膏量0.5%的减水剂的情况下, 水膏比为0.7为宜, 其中防水乳液中的水应计算在内。再将溶有减水剂和缓凝剂的溶液缓慢加入到乳液中, 边加入边搅拌均匀, 即配成防水乳液。

2.3 实验方案的确定
采用正交实验考察各种物质对石膏防水性能的影响, 实验因素与水平见表1。

注: 本实验中石膏与水泥的总量大约为1000g。

2.4 试样的制备
依据表2中的配比, 准确称量石膏与水泥。先在JS- 195A砂浆搅拌机中搅拌均匀, 然后将配制好的防水乳液快速倒入搅拌锅内, 搅拌2min~3min, 呈均匀、流动性好的浆体, 在40mm×40mm×160mm的三联模具中振动成型, 1h后脱模。将试样放在40℃±2℃的恒温箱中烘至绝干, 再升温至70℃, 保温1h后取出, 放入干燥器中冷却至常温后称量, 此时的称量值作为绝干质量。将试样放入温度为20℃±0.5℃水中浸泡, 根据GB 9776- 88《建筑石膏》标准, 在相应时间内测试试样的吸水率及吸水后的强度。
3 结果与讨论
实验结果见表2。由表2可知, 在石膏与水泥的总用量一定的前提下, 试样2h的吸水率主要受硬脂酸的影响, 水泥、聚乙烯醇及硼酸盐的影响较小。但对于24h的吸水率, 除了受硬脂酸的影响较大外, 还受水泥用量的影响; 聚乙烯醇与硼酸盐的用量对24h的吸水率影响不大。


3.1 24h吸水率与各因素的关系
各因素对试样2h吸水率和24h吸水率的影响及对强度的影响如图1所示。

由图1可知, 试样24h的吸水率除了受硬脂酸含量的影响外, 还受到水泥、高分子聚乙烯醇及硼酸盐用量的影响, 三乙醇含量的影响较小。当硬脂酸含量为0.5%~1%时, 基本上起不到防水的效果; 当硬脂酸含量由1%上升到2%时, 试样24h的吸水率有一个突变的过程, 吸水率由26.84%下降到9.03%, 硬脂酸含量继续增大到3%时, 吸水率继续减小到7.20%。水泥的含量有一最佳值, 由于在该系统中石膏与水泥的总量是一定的, 因此可以认为, 在这两种胶凝材料中存在某种协同关系, 本系统中, 水泥的添加量取总量的5%时为最好。聚乙烯醇与硼酸盐的影响较小, 由图1可以看出, 当聚乙烯醇的含量增加时, 吸水率也随着增加, 因此, 聚乙烯醇的含量取值为0.1%。而硼酸盐对吸水率的影响, 随着含量的增加有增也有减, 取值为0.3%时为最佳。
3.2 吸水后抗折强度与各因素的关系
试样吸水后的抗折强度如图2所示, 硬脂酸含量及硼酸盐对试样吸水后的抗折强度影响较大。由图2可以看出, 硬脂酸含量低于2%时, 试样吸水后随硬脂酸含量的增加而降低, 可以认为是硬脂酸的加入影响了部分石膏胶凝材料的有效联结, 造成试样吸水后抗折强度降低。当硬脂酸含量高于2%后, 硬脂酸在石膏材料空隙表面形成越来越多的阻水膜, 石膏板材吸水量明显下降, 最终使得石膏试样抗折强度增加。聚乙烯醇在0.3%时显示最好的粘结性能。水泥则是随其含量增加, 抗折强度越来越大。硼酸盐对抗折强度的影响较大, 添加量越少越好。

3.3 吸水后抗压强度与各因素的关系
试样吸水后的抗压强度, 总的变化趋势与抗折强度随各因素的变化基本相同, 见图3。对于试样的密度, 从实验结果看出, 尽管每个试样的原材料及添加剂都不相同, 但是试样的密度一般呈现较小的变化。

4 结论
( 1) 采用硬脂酸与高分子聚乙烯醇共同乳化, 同时加入无机盐的方法制备的石膏防水乳液, 能有效地提高石膏的防水性能。
( 2) 硬脂酸含量为3%; 水泥的添加量取总量的5%; 聚乙烯醇的含量取值为0.1%; 硼酸盐取值为0.3%时防水效果为最佳。
( 3) 当硬脂酸含量到达2%以后, 抗折强度会随着硬脂酸含量的增加而增加; 聚乙烯醇在0.3%时显示最好的粘结性能; 水泥则是随其含量增加, 抗折强度越来越大; 硼酸盐对抗折强度的影响较大, 添加量越少越好。试样吸水后的抗压强度, 总的变化趋势与抗折强度随各因素的变化基本相同。

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