孟晓林，王秋芹，曹 蒙

(蚌埠学院 材料与化学工程学院，安徽 蚌埠 233000)

随着近几年来脱硫石膏的综合利用率在明显的提高，如何高效的使用脱硫石膏也越来越得到人们的重视。脱硫石膏砌块材料具有生产能耗低、密度小、防火、保温等优点，是良好的环保材料。但同时因为脱硫建筑石膏制品具有较低的耐水性的特点，且随湿度的增加其制品的强度会大幅度降低，因此，在使用上受到限制。目前，提高石膏砌块的防水性能的方法就是在石膏砌块中加入防水剂，使石膏的防水性能得到改善。不同的防水剂的作用机理并不一样，根据目前的研究看来，石膏砌块防水剂可分为以下两种：

(1)降低溶解度，提高软化系数的外加防水剂，如硼酸铵，草酸等，目的就是使溶解度大的二水硫酸钙转变成为溶解度较小的硼酸钙，草酸钙，磷酸钙，脂肪酸钙等，以提高石膏砌块的耐水性。

(2)降低吸水率，通过减少砌块的孔隙率以达到降低石膏砌块吸水率的目的。可以加入石蜡乳液，沥青乳液等。

为比较两种防水剂的作用效果，在实验室利用试块系统研究了不同比例的硼酸铵、石蜡乳液对脱硫石膏砌块性能可能产生的影响，分析其对砌块耐水性，吸水率，强度等性能的影响。

1 原材料与实验方法

1.1 原材料

所用材料主要为脱硫建筑石膏、生石灰、硼酸铵、液体石蜡、石蜡乳化剂、自来水等。脱硫建筑石膏为湖北省应城生产，细度≥140目，经实验测得其标准稠度水膏比为65%，初凝、终凝时间分别为6 min、17 min；乳化剂为江苏海安石油化工厂所生产，其外观为乳白色至淡黄色固状物乳化剂含量≥99%，pH值为5.0～7.0(1%水溶液)；生石灰、硼酸铵、液体石蜡，均为市购。

1.2 实验方法

试块养护条件：试件成形后在标养条件下养护，再放入(40±5)℃的恒温干燥箱中烘干至恒重。

建筑石膏性能测试：建筑石膏凝结时间、标准稠度、强度测定参照《建筑石膏》GB9776-88进行。

1.3 石蜡乳液的制备

1)通常对于实验用液体石蜡而言，石蜡乳液的含固量一般为20%～30%(其中包括石蜡与乳化剂)，乳化剂与液体石蜡和水的配比设置为7∶23∶70 。

2)配制过程：将水放于水浴锅内加热到 85～90℃；同时液体石蜡也放入水浴锅中加热到85～90℃；将乳化剂加入到石蜡中混合加热熔化；然后加入到热水中搅拌均匀，在85～90℃条件下保温 60 min，冷却后即可以得到石蜡乳液。

2 实验结果与讨论

2.1 不同配合比硼酸铵对砌块性能的影响

表1为脱硫石膏砌块在加入不同量的硼酸铵之后，标准稠度用水量控制在60%，测得其初、终凝时间分别为12 min、15 min，标准养护7 d后取出所测得的各种性能，从结果可知硼酸铵的掺入对石膏砌块的各项性能都有一定的影响，石膏砌块的各种性能都有了一定的改善。硼酸铵内掺入石膏浆体，能使石膏中溶解度较大的二水硫酸钙转化成溶解度较小的硼酸钙，从而提高石膏砌块的耐水性能。

表1 硼酸铵对石膏性能的影响

图1 硼酸铵对石膏软化系数的影响

从表1和图1可以看出在加入硼酸铵之后，石膏砌块的吸水率、干强度、浸水强度都有很大的改善。通过查阅文献得知，在石膏硬化体中加入适量的生石灰，可使其更有效的产生硼酸钙，有助于提高石膏砌块的防水性能。因此，尝试在石膏浆体中加入一定比例的生石灰，所得实验结果如表2所示。

由表2可得：在一定的范围内随着生石灰的量的不断增加，石膏硬化体的强度增加到一定的值后又逐渐的降低了。这是由于生石灰的特殊比表面积对脱硫石膏复合系统有一定的碱性激发作用(催化剂)。由上述实验结果可以看出经过7 d的标准养护，石膏砌块在生石灰含量为2%时强度均达到了最大值。

由于生石灰与水的特殊反应，石灰的加入使石膏砌块减少用水量(在石灰内和在石膏内同样有一些本身效应也要发生作用，即水化作用、物理结晶效应及形成强度的机械效用，所以石灰的存在会使石膏的标准稠度用水量下降)。同时生石灰的细度小，比表面积较大，因此在试验中它可以填充到石膏砌块的内部缝隙中，这就使得砌块拥有了一个较高的密度，从而使石膏砌块获得高的强度；制品的密度增加，因此石膏的软化系数也相应的提高了。

表2 掺入生石灰和硼酸铵对石膏性能的影响

图2 掺入生石灰和硼酸铵对石膏软化系数的影响

随着石灰含量的增加，石灰在石膏砌块中起到了分散剂的作用，可以增加石膏砌块的紧密度，使强度提高(如：仅掺入0.5%的硼酸铵和掺入0.5%硼酸铵与2%生石灰的脱硫石膏砌块养护7 d时浸水强度分别为3.53 MPa与5.10 MPa)。但是当石灰的含量增加到一定量度的时候，石灰达到饱和，效果反而会下降(如：掺入0.5%的硼酸铵与3%的生石灰时养护7 d的浸水强度仅为4.10 MPa)，能让脱硫石膏砌块制品的强度有一定程度的降低，软化系数增加，耐水性能降低。

2.2 不同配合比石蜡乳液对砌块性能的影响

本实验在石膏砌块中掺入了不同量的石蜡乳液(以石蜡乳液的固含量计算)，石膏与水的配比为100∶60，测得其初、终凝时间分别为15 min、18 min。研究乳液掺量的改变对石膏砌块防水性能的影响，实验结果见表3。

表3 石蜡乳液的掺入对石膏砌块性能的影响

图3 石蜡乳液的掺入对石膏砌块吸水率的影响

图4 石蜡乳液的掺入对石膏砌块软化系数的影响

在石蜡乳液的制备过程中，乳化条件的改变对石蜡乳液的稳定性有直接的影响，而影响石蜡乳液稳定性的因素有很多，其中，搅拌的速度、乳化所用时间和乳化时保持的温度是最主要的三个影响因素。本实验就这三个影响因素对石蜡乳液防水效果的影响进行了探讨：

(1)搅拌的速度应控制适中(试验中控制为110～120 r/min)，如果控制速度过慢，石蜡就会在水中分布不均匀，因此得到的石蜡乳液就不稳定，出现分层现象；速度过快就会产生泡沫，在使用的过程中就控制不好量，影响其使用量而对实验产生较大影响。

(2)乳化的时间应保持在60 min左右，因为当乳化时间过长时，乳液在放置后会凝固住，过稠以至于失去了流动性，在加入到石膏砌块中就会很难搅拌均匀，从而更加难以进行实验。乳化时间过短时，乳液就会不均匀而在静置后产生分层。

(3)乳化温度在85～90℃之间，当乳化温度低于85℃时，得到的石蜡乳液不稳定，容易分层，使试验数据出现很大的误差，致使实验难以进行。

石膏砌块中加入一定量的石蜡乳液，砌块的防水性会提高。石蜡乳液掺量加大，石膏砌块的软化系数增大，掺加5%时，石膏砌块的浸水强度最高为4.3 MPa，软化系数为0.72，为石膏砌块的最好防水表现。而当石蜡乳液加入量大于5%到达6%时，石膏砌块的浸水强度和软化系数又分别为4.1 MPa和0.79，虽然软化系数在增大，但是在实际的防水效果中并没有太大帮助，而这可能是石蜡薄膜减少了石膏晶体接触点的原因。另外，石膏砌块的强度和吸水率也会有所降低。

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。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，使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。

3 实验结果与讨论

以脱硫建筑石膏为材料，通过加入不同类型的以及不同含量的防水剂对石膏砌块防水性能的影响所表现出的各种性能可得出以下结论：

(1)当内掺硼酸铵时，其对石膏砌块的防水效果并不是很明显，但当其与生石灰共同使用掺入时，其防水性的效果是明显有所改善的。而从数据也可以轻易看出当硼酸铵掺量为0.5%左右时，生石灰的掺入量为2%左右时，其作为防水剂的效果最好。

(2)当乳液的掺入量为5%左右时，其作为石膏砌块的防水剂的效果最好(即强度最高，吸水率最低，软化系数最高)。石蜡乳液的制作方法简便，用量少，易操作，生产效率高且可长期储存，是生产生活中良好的外加剂。