海曉鳳

?

新型耐水石膏基墻體材料制備及性能研究

海曉鳳

（咸陽師范學(xué)院, 陜西 咸陽 712000）

就石膏墻體材料的輕質(zhì)化目的，運(yùn)用兩種不同的EPS顆粒的加入工藝，對兩種工藝的耐水石膏材料的吸水率、強(qiáng)度等多種系數(shù)及性能開展對比研究，最終經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證可知，EPS摻入最優(yōu)值是1.3%，基于此石膏表觀密度是839.06 kg/m3。干燥時的抗壓及抗折度是4.05和2.06 MPa，兩者軟化系數(shù)是0.517和0.650，對比未加EPS顆粒時提升百分比分別為20.8%和11.5%。雖然摻入ESP顆粒后要比未摻入的強(qiáng)度要大，但石膏耐水性獲得了顯著的提高，并且符合《石膏砌塊》以及《建筑隔墻用輕質(zhì)板條》對于石膏材料的性能要求。

耐水性；EPS；強(qiáng)度；軟化系數(shù)；石膏

石膏是一種性能很好的墻體材料，但是其耐水性不佳導(dǎo)致其在墻體上的進(jìn)一步應(yīng)用受到了極大的限制。在前期的試驗(yàn)中得知：在石膏中摻入耐水外加劑可以極大的改善石膏的耐水性差這一缺點(diǎn)，但是經(jīng)過該措施石膏的表現(xiàn)密度較重，并且會嚴(yán)重影響其生產(chǎn)和應(yīng)用，對此，采取相應(yīng)的措施來降低石膏的自重具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

輕質(zhì)石膏的制作方法主要是在石膏內(nèi)加發(fā)泡劑、微量的引氣劑和磷酸鎂等材料，從而提升石膏材料的內(nèi)部空隙率，極大的降低石膏重量，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)化的目的[1]。但具體的操作和制備難度高，且制備出的石膏都缺乏良好的耐久性及耐水性。對此，其主要是通過輕質(zhì)化填料實(shí)現(xiàn)耐水石膏達(dá)到輕質(zhì)化。

實(shí)現(xiàn)墻體材料輕質(zhì)化可以極大的降低墻體的重量、節(jié)約成本、方便施工并提升建筑物的抗震性。將廢棄EPS（發(fā)泡聚乙烯）摻入石膏墻體是實(shí)現(xiàn)墻體材料輕質(zhì)化的一個重要手段[2]。加入ESP之后才能提高墻體的隔熱、防震、耐酸堿性等作用，同時達(dá)到廢物利用的效果，削減白色污染。但是該材料屬于憎水性材料，同膠凝材料相互間的粘結(jié)力很差。對此，在添加EPS過程中需要對其實(shí)行表面處理，以提升表面粘結(jié)力[3]。

本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)使用了兩種不同的EPS顆粒加入工藝，比較了兩種加入方式下材料的表觀密度、強(qiáng)度、軟化系數(shù)等指標(biāo)，最終明確了EPS顆粒的最佳摻入量及工藝，進(jìn)而為EPS石膏墻體材料的研究及生產(chǎn)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

實(shí)驗(yàn)材料主要有：EPS顆粒、石膏粉（建筑用）、外加劑。建筑石膏粉產(chǎn)自新疆庫爾勒，石膏粉詳情見表1；外加劑主要是硅酸鹽水泥材料按照一定比例組合而成，詳情見表2；EPS顆粒的主要成分是廢棄的EPS板，粒徑5 mm；試驗(yàn)內(nèi)的水均為自來水。

物料配比中，外加劑和石膏的質(zhì)量按照1∶3來添加、水膠比是0.7，改性后的石膏性能詳情見表3。

表1 建筑石膏粉性狀介紹

表2 外加劑主要成分

表3 摻入25%外加劑后石膏性能

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

物料的配比設(shè)計(jì)情況見表4，依據(jù)表4 顯示配比稱量試驗(yàn)所需物料，混合料為石膏及外加劑混合物，以混合料質(zhì)量為基準(zhǔn)摻入EPS顆粒。

表4 物料配比

因?yàn)镋PS的顆粒是很輕的，為防止顆粒在試件的振動中出現(xiàn)上浮的情況，因此在其對其加入前必須要做一些處理。

1.2.1 EPS處理

EPS顆粒、混合料、水三項(xiàng)的質(zhì)量比值為1:5:3.5，按照這一質(zhì)量比例標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行稱重，將石膏和外加劑均勻混合之后，倒進(jìn)裝滿試驗(yàn)用水?dāng)嚢桢佒校?0~15 s的攪拌之后再加入EPS顆粒，通過均勻的攪拌以后實(shí)現(xiàn)EPS的表層均勻包裹一層石膏。

1.2.2 試件制作

剩下的水和混合料都倒入攪拌鍋，攪拌后裝模、振動。每組試驗(yàn)都開展兩聯(lián)試模，有6個，尺寸42 mm×42 mm×160 mm。試件制好后基于實(shí)驗(yàn)環(huán)境養(yǎng)護(hù)一周[4]。將其中3塊試件放入烘焙箱烘干至恒重，干燥下測試性能。其余置水24 h，待試件充分吸水之后用濕毛巾將表面水分擦干，測試性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸水率

EPS顆粒的摻入量在石膏吸水率上的影響，見下圖1，從中可知，伴隨者EPS的增加，石膏吸水率先增加后減少，摻入量是1.0%時，吸水率最大。而EPS顆粒的摻量低于1%的情況下，伴隨著EPS的增加，石膏漿體流動性低，石膏空隙變多，吸水率增加；在摻量高于1%之后，伴隨著EPS的摻量提升，EPS的顆粒體積占有率增加，周邊的石膏漿體包裹降低，石膏的吸水率也會減小[5-7]。

圖1 EPS摻入量和石膏吸水率的變化關(guān)系

2.2 表觀密度

EPS的摻入量還會影響石膏的表觀密度，詳情見圖2，得知石膏表觀密度伴隨EPS顆粒摻入量的升高而降低。摻入中，單位體積中所含的EPS顆粒量在增加，石膏漿減少，因此石膏表觀密度會伴隨EPS的摻入量增加而降低。

圖2 EPS摻入量同石膏的表觀密度

2.3 強(qiáng)度

EPS顆粒的摻入量對于石膏的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生的影響，見圖3，從圖中可以得知，石膏的干燥狀態(tài)和吸飽水后的抗壓強(qiáng)度會伴隨EPS的摻入量增大逐漸減小。這主要是由于EPS顆粒自身的強(qiáng)度并不高，實(shí)行石膏漿體中的填充，所起到的主要是填充作用并非是骨架，對此石膏在干燥時的抗壓強(qiáng)度會隨著EPS摻入量增大而慢慢降低；石膏與EPS顆粒的親水性低導(dǎo)致吸水飽和后界面粘結(jié)力下降，導(dǎo)致石膏吸水飽和后抗壓強(qiáng)度降低[8-12]。

圖3 EPS摻量對石膏強(qiáng)度影響

石膏的抗折強(qiáng)度受EPS摻入量的影響情況見圖4，從中可以看出，石膏在干燥時的抗折強(qiáng)度伴隨EPS顆粒摻入量的增大，先增大后減小，當(dāng)摻入量為1.0%時，出現(xiàn)最大值2.23 MPa，說明EPS顆粒此時的石膏包裹最佳，一旦大于或小于該值，抗折強(qiáng)度便會降低[7-10]。石膏在吸飽了水之后，抗折強(qiáng)度隨EPS顆粒摻量增加先減小后增加，最小值是1.15 MPa，EPS顆粒摻入量1%，獲得最大石膏吸水率，EPS顆粒摻入量增加，EPS顆粒周邊所包裹的石膏也會伴隨EPS摻入量增加出現(xiàn)減少，界面間的水分也會慢慢減少，界面的粘結(jié)力將會逐漸提升，從而進(jìn)一步提升抗折強(qiáng)度，對此，石膏吸水飽和后的抗折強(qiáng)度會先減小后增大[11-20]。

圖4 石膏的抗折強(qiáng)度受EPS顆粒的影響

2.4 軟化系數(shù)

石膏軟化系數(shù)受到EPS摻入量的影響，從下圖5可知，隨著EPS顆粒摻入量增大，石膏抗折軟化系數(shù)會先降低后增大，抗壓軟化系數(shù)也增加。EPS摻入1.3%時，抗壓軟化系數(shù)最大，為0.537；EPS的摻入量是0.8%，抗折軟化系數(shù)1.167。從上表3可知，EPS顆粒在石膏內(nèi)進(jìn)行摻入不但不會降低抗折和抗壓軟化系數(shù)，甚至還會提升石膏的耐水性。EPS為憎水材料，吸水后石膏強(qiáng)度基本不變，如此將能夠充分緩解石膏吸水后快速降低的狀況，圖3內(nèi)的石膏干燥時強(qiáng)度的降低速率明顯比吸飽水的時候要快。

圖5 EPS的摻入量對材料軟化系數(shù)的影響

綜上可知，EPS顆粒摻入值為1.3%時，此時的石膏獲得最佳性能，此時石膏表觀密度為839.06 kg/m3。吸水率33.84%，干燥時的抗壓和抗折強(qiáng)度分別是4.05 MPa和2.06 MPa，抗壓及抗折軟化系數(shù)是0.517和0.650。

3 小結(jié)

將EPS會摻入石膏內(nèi)不但能夠極大的減小石膏表觀密度，并且性能會有較大的提升。綜合指標(biāo)獲知EPS最佳摻入值為1.3%。此時石膏表觀密度為839.06 kg/m3。干燥石膏抗壓和抗折性能分別是4.05和2.06 MPa，抗壓和抗折軟化系數(shù)是0.517和0.650。和普通石膏比較分別提高20.8%和11.5%。雖然強(qiáng)度出現(xiàn)降低，耐水性獲得提升。因此，EPS顆粒在石膏中的摻入可以實(shí)現(xiàn)石膏的輕質(zhì)化并且提升石膏的性能。

［1］吳其勝, 黎水平, 劉學(xué)軍,等. 農(nóng)作物秸稈纖維增強(qiáng)脫硫石膏墻體材料的制備與研究[J]. 新型建筑材料, 2012, 39(1):32-35.

［2］陳延軍, 宋旭輝, 胡永權(quán),等. 磷石膏基墻體材料的耐水性能試驗(yàn)研究[J]. 中國建材科技, 2014, 23(5):68-70.

［3］應(yīng)俊, 石宗利, 高章韻. 新型石膏基復(fù)合膠凝材料的性能和結(jié)構(gòu)[J]. 新型建筑材料, 2010, 37(7):7-10.

［4］李順喜, 孟英, 馮義民. 防水劑對脫硫石膏制備現(xiàn)澆墻體材料性能的影響[J]. 中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報, 2015, 25(5):86-89.

［5］彭家惠, 林芳輝. 石膏基外墻粉刷材料耐水性機(jī)理研究[J]. 土木建筑與環(huán)境工程, 1995, 17(2):9-14.

［6］曾義. 蒸壓磷渣硅酸鹽磚化學(xué)成分與放射性分析[J]. 中國錳業(yè), 2016, 34(3):154-155.

［7］丁益, 方有春, 方輝,等. 新型建筑石膏用防水劑的研究[J]. 材料導(dǎo)報, 2015, 29(8):126-129.

［8］李建錫, 舒藝周, 唐霜露,等. 礦渣和石膏混合制備墻體材料的試驗(yàn)研究[J]. 昆明理工大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版, 2009, 34(4):10-13.

［9］李坦平, 周學(xué)忠, 曾利群,等. 電解錳渣的理化特征及其開發(fā)應(yīng)用的研究[J]. 中國錳業(yè), 2006, 24(2):13-16.

［10］晉強(qiáng), 馮勇, 何金春,等. 石膏基棉花秸稈纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐水性能研究[J]. 新型建筑材料, 2013, 40(6):30-33.

［11］馬月文, 林海燕, 陽勇福,等. 高強(qiáng)耐水脫硫石膏基膠結(jié)材的研制[J]. 新型建筑材料, 2012, 39(8):56-58.

［12］何玉鑫, 華蘇東, 姚曉,等. 磷石膏-礦渣基膠凝材料的制備及其性能研究[J]. 無機(jī)鹽工業(yè), 2012, 44(10):21-23.

Preparation and Performance of New Waterproof Gypsum Wall Materials

（Xianyang Normal College, Shaanxi Xianyang 712000, China）

In order to realizing the lightweight of gypsum wall materials, two different types of EPS particle joining processes were used. Water absorption, strength and other performance coefficients of waterproof gypsum wall materials obtained by the two kinds of process were analyzed and compared. The test results showed that EPS optimal dosage was 1.3%, and the gypsum apparent density was 839.06 kg/m3,compressive strength and flexural strength after drying were 4.05 MPa and 2.06 MPa, the compressive and flexural softening coefficients were 0.517 and 0.650, which were increased by 20.8% and 11.5% compared with gypsum wall materials without EPS particles. Gypsum wall materials with ESP particles had higher strength than gypsum wall materials without EPS particles, and the water resistance of gypsum wall materials was significantly improved, which accorded with gypsum material performance requirements inand.

Water resistance; EPS;Strength;Softening coefficient; Gypsum

TU 50

A

1671-0460（2017）08-1604-03

2017-05-27

海曉鳳（1978-），女，陜西寶雞人，工程師，碩士，2011年畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)工程項(xiàng)目管理專業(yè)，研究方向：從事工程項(xiàng)目管理及土木工程工作。郵箱：haixiaofeng4567@126.com。