孟曉林，王秋芹，曹 蒙

(蚌埠學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233000)

隨著近幾年來脫硫石膏的綜合利用率在明顯的提高，如何高效的使用脫硫石膏也越來越得到人們的重視。脫硫石膏砌塊材料具有生產(chǎn)能耗低、密度小、防火、保溫等優(yōu)點(diǎn)，是良好的環(huán)保材料。但同時(shí)因?yàn)槊摿蚪ㄖ嘀破肪哂休^低的耐水性的特點(diǎn)，且隨濕度的增加其制品的強(qiáng)度會(huì)大幅度降低，因此，在使用上受到限制。目前，提高石膏砌塊的防水性能的方法就是在石膏砌塊中加入防水劑，使石膏的防水性能得到改善。不同的防水劑的作用機(jī)理并不一樣，根據(jù)目前的研究看來，石膏砌塊防水劑可分為以下兩種：

(1)降低溶解度，提高軟化系數(shù)的外加防水劑，如硼酸銨，草酸等，目的就是使溶解度大的二水硫酸鈣轉(zhuǎn)變成為溶解度較小的硼酸鈣，草酸鈣，磷酸鈣，脂肪酸鈣等，以提高石膏砌塊的耐水性。

(2)降低吸水率，通過減少砌塊的孔隙率以達(dá)到降低石膏砌塊吸水率的目的。可以加入石蠟乳液，瀝青乳液等。

為比較兩種防水劑的作用效果，在實(shí)驗(yàn)室利用試塊系統(tǒng)研究了不同比例的硼酸銨、石蠟乳液對(duì)脫硫石膏砌塊性能可能產(chǎn)生的影響，分析其對(duì)砌塊耐水性，吸水率，強(qiáng)度等性能的影響。

1 原材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 原材料

所用材料主要為脫硫建筑石膏、生石灰、硼酸銨、液體石蠟、石蠟乳化劑、自來水等。脫硫建筑石膏為湖北省應(yīng)城生產(chǎn)，細(xì)度≥140目，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得其標(biāo)準(zhǔn)稠度水膏比為65%，初凝、終凝時(shí)間分別為6 min、17 min；乳化劑為江蘇海安石油化工廠所生產(chǎn)，其外觀為乳白色至淡黃色固狀物乳化劑含量≥99%，pH值為5.0～7.0(1%水溶液)；生石灰、硼酸銨、液體石蠟，均為市購。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

試塊養(yǎng)護(hù)條件：試件成形后在標(biāo)養(yǎng)條件下養(yǎng)護(hù)，再放入(40±5)℃的恒溫干燥箱中烘干至恒重。

建筑石膏性能測(cè)試：建筑石膏凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度、強(qiáng)度測(cè)定參照《建筑石膏》GB9776-88進(jìn)行。

1.3 石蠟乳液的制備

1)通常對(duì)于實(shí)驗(yàn)用液體石蠟而言，石蠟乳液的含固量一般為20%～30%(其中包括石蠟與乳化劑)，乳化劑與液體石蠟和水的配比設(shè)置為7∶23∶70 。

2)配制過程：將水放于水浴鍋內(nèi)加熱到 85～90℃；同時(shí)液體石蠟也放入水浴鍋中加熱到85～90℃；將乳化劑加入到石蠟中混合加熱熔化；然后加入到熱水中攪拌均勻，在85～90℃條件下保溫 60 min，冷卻后即可以得到石蠟乳液。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同配合比硼酸銨對(duì)砌塊性能的影響

表1為脫硫石膏砌塊在加入不同量的硼酸銨之后，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量控制在60%，測(cè)得其初、終凝時(shí)間分別為12 min、15 min，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d后取出所測(cè)得的各種性能，從結(jié)果可知硼酸銨的摻入對(duì)石膏砌塊的各項(xiàng)性能都有一定的影響，石膏砌塊的各種性能都有了一定的改善。硼酸銨內(nèi)摻入石膏漿體，能使石膏中溶解度較大的二水硫酸鈣轉(zhuǎn)化成溶解度較小的硼酸鈣，從而提高石膏砌塊的耐水性能。

表1 硼酸銨對(duì)石膏性能的影響

圖1 硼酸銨對(duì)石膏軟化系數(shù)的影響

從表1和圖1可以看出在加入硼酸銨之后，石膏砌塊的吸水率、干強(qiáng)度、浸水強(qiáng)度都有很大的改善。通過查閱文獻(xiàn)得知，在石膏硬化體中加入適量的生石灰，可使其更有效的產(chǎn)生硼酸鈣，有助于提高石膏砌塊的防水性能。因此，嘗試在石膏漿體中加入一定比例的生石灰，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可得：在一定的范圍內(nèi)隨著生石灰的量的不斷增加，石膏硬化體的強(qiáng)度增加到一定的值后又逐漸的降低了。這是由于生石灰的特殊比表面積對(duì)脫硫石膏復(fù)合系統(tǒng)有一定的堿性激發(fā)作用(催化劑)。由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出經(jīng)過7 d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，石膏砌塊在生石灰含量為2%時(shí)強(qiáng)度均達(dá)到了最大值。

由于生石灰與水的特殊反應(yīng)，石灰的加入使石膏砌塊減少用水量(在石灰內(nèi)和在石膏內(nèi)同樣有一些本身效應(yīng)也要發(fā)生作用，即水化作用、物理結(jié)晶效應(yīng)及形成強(qiáng)度的機(jī)械效用，所以石灰的存在會(huì)使石膏的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量下降)。同時(shí)生石灰的細(xì)度小，比表面積較大，因此在試驗(yàn)中它可以填充到石膏砌塊的內(nèi)部縫隙中，這就使得砌塊擁有了一個(gè)較高的密度，從而使石膏砌塊獲得高的強(qiáng)度；制品的密度增加，因此石膏的軟化系數(shù)也相應(yīng)的提高了。

表2 摻入生石灰和硼酸銨對(duì)石膏性能的影響

圖2 摻入生石灰和硼酸銨對(duì)石膏軟化系數(shù)的影響

隨著石灰含量的增加，石灰在石膏砌塊中起到了分散劑的作用，可以增加石膏砌塊的緊密度，使強(qiáng)度提高(如：僅摻入0.5%的硼酸銨和摻入0.5%硼酸銨與2%生石灰的脫硫石膏砌塊養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)浸水強(qiáng)度分別為3.53 MPa與5.10 MPa)。但是當(dāng)石灰的含量增加到一定量度的時(shí)候，石灰達(dá)到飽和，效果反而會(huì)下降(如：摻入0.5%的硼酸銨與3%的生石灰時(shí)養(yǎng)護(hù)7 d的浸水強(qiáng)度僅為4.10 MPa)，能讓脫硫石膏砌塊制品的強(qiáng)度有一定程度的降低，軟化系數(shù)增加，耐水性能降低。

2.2 不同配合比石蠟乳液對(duì)砌塊性能的影響

本實(shí)驗(yàn)在石膏砌塊中摻入了不同量的石蠟乳液(以石蠟乳液的固含量計(jì)算)，石膏與水的配比為100∶60，測(cè)得其初、終凝時(shí)間分別為15 min、18 min。研究乳液摻量的改變對(duì)石膏砌塊防水性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 石蠟乳液的摻入對(duì)石膏砌塊性能的影響

圖3 石蠟乳液的摻入對(duì)石膏砌塊吸水率的影響

圖4 石蠟乳液的摻入對(duì)石膏砌塊軟化系數(shù)的影響

在石蠟乳液的制備過程中，乳化條件的改變對(duì)石蠟乳液的穩(wěn)定性有直接的影響，而影響石蠟乳液穩(wěn)定性的因素有很多，其中，攪拌的速度、乳化所用時(shí)間和乳化時(shí)保持的溫度是最主要的三個(gè)影響因素。本實(shí)驗(yàn)就這三個(gè)影響因素對(duì)石蠟乳液防水效果的影響進(jìn)行了探討：

(1)攪拌的速度應(yīng)控制適中(試驗(yàn)中控制為110～120 r/min)，如果控制速度過慢，石蠟就會(huì)在水中分布不均勻，因此得到的石蠟乳液就不穩(wěn)定，出現(xiàn)分層現(xiàn)象；速度過快就會(huì)產(chǎn)生泡沫，在使用的過程中就控制不好量，影響其使用量而對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大影響。

(2)乳化的時(shí)間應(yīng)保持在60 min左右，因?yàn)楫?dāng)乳化時(shí)間過長時(shí)，乳液在放置后會(huì)凝固住，過稠以至于失去了流動(dòng)性，在加入到石膏砌塊中就會(huì)很難攪拌均勻，從而更加難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。乳化時(shí)間過短時(shí)，乳液就會(huì)不均勻而在靜置后產(chǎn)生分層。

(3)乳化溫度在85～90℃之間，當(dāng)乳化溫度低于85℃時(shí)，得到的石蠟乳液不穩(wěn)定，容易分層，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)很大的誤差，致使實(shí)驗(yàn)難以進(jìn)行。

石膏砌塊中加入一定量的石蠟乳液，砌塊的防水性會(huì)提高。石蠟乳液摻量加大，石膏砌塊的軟化系數(shù)增大，摻加5%時(shí)，石膏砌塊的浸水強(qiáng)度最高為4.3 MPa，軟化系數(shù)為0.72，為石膏砌塊的最好防水表現(xiàn)。而當(dāng)石蠟乳液加入量大于5%到達(dá)6%時(shí)，石膏砌塊的浸水強(qiáng)度和軟化系數(shù)又分別為4.1 MPa和0.79，雖然軟化系數(shù)在增大，但是在實(shí)際的防水效果中并沒有太大幫助，而這可能是石蠟薄膜減少了石膏晶體接觸點(diǎn)的原因。另外，石膏砌塊的強(qiáng)度和吸水率也會(huì)有所降低。

半水石膏水化生成二水石膏，晶體間相互交叉搭接，形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是石膏材料的強(qiáng)度來源。二水石膏溶解度較大，與水接觸造成晶體接觸點(diǎn)減少，呈現(xiàn)出較差的耐水性。石蠟乳液微粒在表面活性劑的作用下，在石膏顆粒表面呈定向排列，其親水基團(tuán)與石膏顆粒表面連接，憎水基團(tuán)則一致朝外，失水后形成致密的保護(hù)層，使外面包裹了一層石蠟薄膜， 這層膜有效地阻礙了水進(jìn)入石膏材料的內(nèi)部，降低了對(duì)CaSO4·2H2O 晶體的溶蝕，從而提高了石膏材料的防水性。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

以脫硫建筑石膏為材料，通過加入不同類型的以及不同含量的防水劑對(duì)石膏砌塊防水性能的影響所表現(xiàn)出的各種性能可得出以下結(jié)論：

(1)當(dāng)內(nèi)摻硼酸銨時(shí)，其對(duì)石膏砌塊的防水效果并不是很明顯，但當(dāng)其與生石灰共同使用摻入時(shí)，其防水性的效果是明顯有所改善的。而從數(shù)據(jù)也可以輕易看出當(dāng)硼酸銨摻量為0.5%左右時(shí)，生石灰的摻入量為2%左右時(shí)，其作為防水劑的效果最好。

(2)當(dāng)乳液的摻入量為5%左右時(shí)，其作為石膏砌塊的防水劑的效果最好(即強(qiáng)度最高，吸水率最低，軟化系數(shù)最高)。石蠟乳液的制作方法簡(jiǎn)便，用量少，易操作，生產(chǎn)效率高且可長期儲(chǔ)存，是生產(chǎn)生活中良好的外加劑。