袁 洁，陈 畅，王 楠，马奋天，王宇斌

(1.酒泉钢铁(集团)有限责任公司，甘肃 嘉峪关 735100；2.西安建筑科技大学 材料科学与工程学院，陕西 西安 710055；3.西安建筑科技大学 资源工程学院，陕西 西安 710055)

0 引言

大量工业副产石膏给环境造成了巨大压力，也给当地经济带来了沉重负担[1-2]。将脱硫石膏砌块应用于建筑行业不仅节能利废、生产速度快、施工效率高，且其还具有质轻、吸湿、防火、保温等特点，非常适合作墙体材料[3-6]。但是其耐水性差、受潮或者浸水后强度下降明显，故不能用作外墙及潮湿部位的建筑材料，极大限制了其应用范围[7-10]。因此，提高脱硫石膏砌块的耐水性是当前脱硫石膏墙体材料的重要研究方向[11-12]。

如外加剂的种类和掺量选择得当，可以实现砌块质量不增加、强度不降低、耐水性大幅提高的目的[3]。潘红等[12]采用氟硅改性丙烯酸树脂，加入固化剂制得了双组分石膏砌块防水剂。张国辉等[13-14]研究得出，硬脂酸-聚乙烯醇乳液、石膏质量1%的减水剂、石膏质量3%的明矾膨胀剂复配的防水剂有明显的防水效果，同时还可以使石膏各方面性能得到提升；另外还得出，2.5%硬脂酸乳液、0.4%苯丙乳液、0.1%柠檬酸、0.1%水泥和三乙醇胺等复配的防水剂，在使石膏具备良好防水憎水性的同时，抗压抗折强度也得到了提升。

本文设计了一种复合外加剂，在制备脱硫石膏砌块时加入石膏浆体中，其可以与石膏很好地结合，在石膏表面形成一层致密的憎水膜，大大降低了吸水率，达到了防水防潮的效果。

1 试验

试验主要原材料见表1。

表1 试验主要原材料

称取1 kg建筑脱硫石膏，0.15 kgⅡ级粉煤灰和按试验设计掺量的防水剂(如二甲基硅油和甲基硅酸钠、二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷以及聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠等复合防水剂)，加自来水混合，水膏比0.67，用砂浆搅拌机搅拌后浇入尺寸为40 mm×40 mm×160 mm的三联模中成型。当建筑脱硫石膏终凝后脱模，并在(20±2) ℃下自然养护7 d。表2为脱硫石膏砌块试验的原材料配比。

表2 试验原材料配比

试样的抗压强度和抗折强度按照GB/T 17669.3-1999《建筑石膏 力学性能的测定》进行测试，根据JC/T 698-2010《石膏砌块》测试其吸水率和软化系数。将试样制成20 mm×20 mm×10 mm的试块，采用静滴法和三点法在视频接触角测量系统(JY-82C)中测定脱硫石膏砌块的静态接触角。

2 结果与讨论

2.1 二甲基硅油和甲基硅酸钠复合防水剂对脱硫石膏砌块的物理力学性能的影响

图1为二甲基硅油和甲基硅酸钠复合防水剂对脱硫石膏砌块的吸水率、抗压强度、抗折强度及软化系数的影响。

由图1(a)可以看出：与未掺外加剂的A组相比，复掺二甲基硅油和甲基硅酸钠降低了脱硫石膏的吸水率，表明脱硫石膏砌块的防水性得到了提升；相对于单掺甲基硅酸钠的B组，复掺的脱硫石膏砌块防水性提升幅度不如单掺的大，说明了两种外加剂没有互相促进和互相弥补的作用。由图1(b)、图1(c)可知：脱硫石膏砌块在水中浸泡后，试块抗压强度和抗折强度急剧降低；与A组相比，掺加二甲基硅油的B组试块的抗压强度和抗折强度略有提升。由图1(d)可知，除二甲基硅油和甲基硅酸钠掺量分别为0.30%、0.25%的E组外，剩余几组的软化系数相比A组均有一定提升，说明掺加二甲基硅油和甲基硅酸钠能提升脱硫石膏砌块的耐水性能，这与图1(a)中的吸水率结论基本一致。

不同掺量的二甲基硅油和甲基硅酸钠的脱硫石膏砌块表面接触角如图2所示。

图2 不同掺量的二甲基硅油和甲基硅酸钠的脱硫石膏砌块表面接触角

由图2可知：二甲基硅油和甲基硅酸钠掺量分别为0.10%、0.75%的C组石膏砌块的表面接触角为45.01°，D组和E组均为0°，说明复掺二甲基硅油和甲基硅酸钠后没有改变脱硫石膏砌块的表面性质，仍表现为亲水性；单掺二甲基硅油的F组接触角也为0°，表明二甲基硅油只能提升脱硫石膏砌块的耐水性，但是不能改变其表面性质。

2.2 二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷复合防水剂对脱硫石膏砌块物理力学性能的影响

二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷复合防水剂对脱硫石膏砌块的吸水率、抗压强度、抗折强度和软化系数的影响如图3所示。

图3 二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷复合防水剂对脱硫石膏砌块的吸水率、抗压强度和抗折强度及软化系数的影响

由图3(a)可知：相比A组，复掺二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷的脱硫石膏砌块的吸水率明显降低，表明脱硫石膏砌块的防水性得到了提高；但相对于单掺聚甲基氢硅氧烷的G组，复掺的脱硫石膏砌块防水性提升幅度不如单掺的大，说明两种外加剂没有互相促进和互相弥补的作用。

由图3(b)和图3(c)可知：相比A组，单掺聚甲基氢硅氧烷的G组极大增强了脱硫石膏砌块的抗压强度和抗折强度；H组即二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷的掺量为0.10%、0.30%时，脱硫石膏砌块的抗压强度和抗折强度相比A组略有增大；I组即二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷的掺量为0.20%、0.20%时，脱硫石膏砌块的抗压强度和抗折强度与A组相当；J组即二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷的掺量为0.30%、0.10%时，脱硫石膏砌块的抗压强度和抗折强度相比A组略有下降；F组即单掺二甲基硅油降低了脱硫石膏砌块的抗压强度和抗折强度；浸水后的脱硫石膏砌块的抗压强度和抗折强度均比未浸水时明显下降，各组变化规律与未浸水时的基本一致。

由图3(d)可知：复掺二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷的脱硫石膏砌块的软化系数都大于未掺加的A组，说明掺加二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷能提升脱硫石膏砌块的耐水性能；而对于F组来说，二甲基硅油对石膏砌块的抗压强度和抗折强度影响不大，但能增强石膏的耐水性，因此其软化系数大。

图4为不同掺量二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷的脱硫石膏砌块表面接触角。

图4 不同掺量二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷的脱硫石膏砌块的接触角

由图4可以看出，二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷掺量分别为0.10%、0.30%的H组，石膏砌块的表面接触角为108.54°，具有良好的防水性能，石膏砌块表面呈现明显的憎水性；由I组和J组对比可知，随着聚甲基氢硅氧烷掺量的下降，防水性能明显减弱；接触角的变化趋势表明，二甲基硅油只能提升脱硫石膏砌块的耐水性，但是不能改变脱硫石膏砌块的表面性质，说明复掺二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷后，还是聚甲基氢硅氧烷在起主要作用。

2.3 聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠对脱硫石膏砌块物理力学性能的影响

聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠复合防水剂对脱硫石膏砌块吸水率、抗压强度、抗折强度和软化系数的影响如图5所示。

图5 聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠复合防水剂对脱硫石膏砌块的吸水率、抗压强度和抗折强度及软化系数的影响

由图5(a)可以看出：复掺聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠的脱硫石膏砌块的吸水率相比A组明显降低，表明脱硫石膏砌块的防水性得到了提升；但对于单掺甲基硅酸钠的B组和单掺聚甲基氢硅氧烷的G组来说，复掺的脱硫石膏砌块防水性提升幅度不如单掺的大。

由图5(b)可知：对于单掺聚甲基氢硅氧烷(G组)和甲基硅酸钠(B组)的浸水和未浸水试块，其抗压强度均高于A组；相对而言，复掺的K组和L组试块的抗压强度相比A组略有降低。

由图5(c)可知：K组和L组试块的抗折强度相比A组明显降低，这可能是由于聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠不能很好地融合，造成材料内部结构不均匀；B组、M组、G组的抗压强度和抗折强度相比A组均有提升，复掺聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠对石膏砌块强度的提升幅度不如单掺聚甲基氢硅氧烷的，但是其能在提升防水性的同时提升强度。

由图5(d)可知，复掺甲基硅酸钠和聚甲基氢硅氧烷的脱硫石膏砌块软化系数均大于未掺加的A组，说明掺加甲基硅酸钠和聚甲基氢硅氧烷能提升脱硫石膏砌块的耐水性能；对于K组和L组来说，软化系数明显较其他组的大，表明其耐水性较强。

不同掺量聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠的脱硫石膏砌块的接触角如图6所示。

图6 不同掺量聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠的脱硫石膏砌块的接触角

图6(a)为聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠掺量分别为0.10%、0.75%的K组，石膏砌块的表面接触角为92.53°，表明其具有良好的防水性能，石膏砌块表面呈现较强的憎水性；图6(b)的L组中聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠掺量分别为0.20%、0.50%，其接触角变小，防水性能明显下降；图6(c)的M组中聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠掺量分别为0.30%、0.25%，其接触角为108°，防水性能良好。聚甲基氢硅氧烷可以提高石膏砌块的强度，与甲基硅酸钠复掺，可以在提高砌块强度的同时增强其耐水性。

3 结论

a.将甲基硅酸钠、二甲基硅油和聚甲基氢硅氧烷分别双掺作为复合防水剂，试验结果表明，聚甲基氢硅氧烷/甲基硅酸钠复合防水剂对脱硫石膏砌块的力学性能有增强作用，可使砌块吸水率降低、软化系数提高，这是由于防水剂的协同作用增强了石膏砌块表面的防水性能；而二甲基硅油/聚甲基氢硅氧烷和甲基硅酸钠/二甲基硅油复合防水剂的协同效果不佳。

b.二甲基硅油/聚甲基氢硅氧烷和聚甲基氢硅氧烷/甲基硅酸钠两种复合防水剂的石膏砌块的接触角均能够达到108°，表现出了良好的防水性能。