外加劑對石膏制品性能影響的研究★

吳亞俊 丁 益

(1.合肥市墻體材料革新和建筑節能辦公室，安徽 合肥 230022;2.先進建筑材料安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230022;3.安徽建筑工業學院材化學院，安徽 合肥 230601)

石膏砌塊作為墻體材料(主要用于內隔墻)，具有質輕(每平方米只是紅磚墻體重量的1/3)，阻燃、調節室內空氣(冬暖夏涼)、抗震性能好等特點[1]。目前，建筑上使用的石膏制品有一個共同的弱點就是強度低，防水、防潮性能差。普通石膏制品的吸水率一般在50%以上，軟化系數僅為0.2～0.3，石膏制品吸濕受潮后易發生變形，造成建筑墻體松軟、爛根，影響其使用性能。我國南方大部分地區，常年平均相對濕度在70%以上，在這些地區使用石膏制品，常發生吸濕受潮出現彎曲變形等情況，即使在北方氣候干燥地區，也常會出現這種現象[2]。石膏制品這種自身缺點，極大地阻礙了它的發展和使用。濟南大學材料與工程學院張國輝等人研制了復合型石膏防水劑來改善石膏的防水性能，它是將硬脂酸乳液及硬脂酸—聚乙烯醇乳液配制，通過實驗得到了以下結論:硬脂酸乳液的加入，改變了石膏材料表面的性能，使其由親水性轉變為憎水性，對降低石膏制品的吸水率具有明顯作用[3];王堅等人經過試驗指出在β型半水石膏漿體中摻加聚合物乳液防水劑、促進劑、交聯劑后，在干燥強度保持不變的情況下，降低了吸水率，提高了軟化系數。其技術性能達到日本JBA 6912-1983防水石膏板標準的要求[4];加入憎水物質以改變石膏材料的表面性能，加入憎水物質的目的就是改變石膏的表面張力，從而達到憎水的目的[5]。本文著重研究石膏的防水性能，通過各種方法改善石膏的防水效果。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

半水石膏、明礬、硫酸鈉、碳酸鈉、檸檬酸鈉，以上藥品均為工業級;有機硅憎水劑為化學純。

1.2 實驗設備

DKZ-5000/6000型水泥電動抗折試驗機，JYE-2000/3000型電液式指針壓力試驗機。

1.3 實驗方法步驟

1)空白實驗。取一定量的石膏，按水灰比的不同加適量水攪拌均勻，做成試塊，待終凝后放在自然條件下養護，然后進行軟化系數測定和試塊抗壓強度實驗。

2)單摻料實驗。加入硫酸鈉的試樣。a.硫酸鈉的加入量分別為石膏質量的1%，3%，5%;b.加入碳酸鈉的試樣，碳酸鈉的加入量分別為石膏質量的1%，3%，5%;c.加入明礬的試樣，明礬的加入量分別為石膏質量的1%，3%，5%。

3)雙摻料實驗。a.按一定的水灰比摻硫酸鈉與有機硅憎水劑，硫酸鈉的加入量是石膏質量的1%，憎水劑的摻量分別為石膏質量的0.5%，1.5%，2.5%;b.按一定的水灰比摻碳酸鈉與有機硅憎水劑，碳酸鈉的加入量是石膏質量的1%，憎水劑的摻量分別為石膏質量的0.5%，1.5%，2.5%;c.按一定的水灰比摻明礬與有機硅憎水劑，明礬的加入量是石膏質量的1%，憎水劑的摻量分別為石膏質量的 0.5%，1.5%，2.5%。

4)試件的制備。根據實驗配比稱量原料，水灰比控制在0.68，在攪拌鍋內攪拌均勻，澆筑到尺寸為40 mm×40 mm×160 mm模具中，輕微振動后，手工刮平，即為成型所需試件。24 h后拆模放在室溫下養護。

2 實驗結果與分析

2.1 單摻實驗研究

2.1.1 改變水灰比對石膏軟化系數和強度的影響不同水灰比的軟化系數和強度見圖1，圖2。

由圖1，圖2可知改變水灰比的石膏的軟化系數總體較低，隨著水灰比的增加軟化系數呈現先上升再下降的趨勢，在水灰比為0.68時軟化系數最高為0.543，在0.68之前軟化系數上升的幅度較小，0.68之后軟化系數下降的幅度較大。抗壓強度的值隨水灰比的增大逐漸減小，在水灰比為0.78時強度最低，28 d強度為5.75 MPa。

2.1.2 摻加硫酸鈉對石膏軟化系數和強度的影響

如圖3，圖4所示是水灰比為0.68，摻硫酸鈉對石膏軟化系數和強度的影響圖。

由圖3，圖4可知摻硫酸鈉的軟化系數隨著摻量的增加石膏的軟化系數呈現先上升再下降的趨勢，在摻量為3%時軟化系數最高為0.636，在3%之前軟化系數的上升幅度較小，3%之后軟化系數的下降幅度較大。抗壓強度的值隨硫酸鈉摻量的增加逐漸減小，在摻量為5%時強度最低為3.12 MPa。

2.1.3 摻加明礬對石膏軟化系數和強度的影響

摻明礬的軟化系數最低，明礬的摻量在3%之前石膏在水中會慢慢的被侵蝕，隨著明礬摻量的增加，明礬的軟化系數會提高，當摻量為5%時，軟化系數為0.521，摻明礬的抗壓強度的變化見圖5。由圖5可見摻明礬的抗壓強度值是呈現下降趨勢的，在摻量為3%之前下降趨勢較大，之后較平緩，抗壓強度值在2.89 MPa～5.23 MPa之間變化。總體的強度值還比較大。

2.1.4 摻加碳酸鈉對石膏軟化系數和強度的影響

圖6，圖7是水灰比為0.68，摻碳酸鈉對石膏軟化系數和強度的影響圖。

由圖6，圖7可知摻碳酸鈉的軟化系數總體較高，隨著碳酸鈉摻量的增加軟化系數呈現先上升再下降的趨勢，在3%點軟化系數最高為0.881，在3%之前軟化系數的上升幅度較小，3%之后軟化系數的下降幅度較大。抗壓強度的值隨摻量的增加逐漸降低，在摻量為5%時最低為1.48 MPa。

2.2 雙摻實驗研究

2.2.1 摻硫酸鈉和有機硅憎水劑對石膏軟化系數和強度的影響

圖8，圖9是水灰比為0.68，硫酸鈉摻量為1%時對石膏軟化系數和強度的影響圖。

由圖8，圖9可知，摻硫酸鈉1%和有機硅憎水劑隨著摻量的增加先下降再上升，總體的幅度變化很大，最低點為摻1.5%時的軟化系數為0.502，最高為0.789。硫酸鈉1%和有機硅憎水劑總體的強度在3.40 MPa～3.90 MPa之間變化，隨著有機硅憎水劑摻量的增加，強度逐漸升高，但上升的趨勢不是很大，強度最高為3.90 MPa，雖然強度較之前比較不是很高，但軟化系數普遍比較高。

2.2.2 摻碳酸鈉和有機硅憎水劑對石膏軟化系數和強度的影響

圖10，圖11是水灰比為0.68，碳酸鈉摻量為1%時對石膏軟化系數和強度的影響。

由圖10，圖11可知，摻碳酸鈉1%和有機硅憎水劑隨著摻量的增加先下降再上升，總體的幅度變化很大，最低點為摻1.5%時的軟化系數為0.618，最高為0.796。碳酸鈉1%和有機硅憎水劑的總體的強度在1.81 MPa～2.56 MPa之間變化，隨著有機硅憎水劑的摻量的增加，強度逐漸下降，在摻量為1.5%之前下降趨勢較小，但在摻量為1.5%之后下降幅度較大，強度最高為2.56 MPa，強度較之前的與硫酸鈉比較較低，軟化系數還比較高。

2.2.3 摻明礬和有機硅憎水劑對石膏軟化系數和強度的影響

摻明礬的軟化系數最低，明礬的摻量在3%之前石膏在水中會慢慢的被侵蝕，所以它的軟化系數不太符合防水石膏要求的軟化系數，圖12是水灰比為0.68，明礬摻量為1%，有機硅憎水劑摻量變化對抗壓強度的影響。

由圖12可以看出石膏砌塊的抗壓強度是逐漸降低的，強度值在5.52 MPa～5.95 MPa之間變化，強度值總體還算比較高，但軟化系數太小，不太符合防水石膏對軟化系數的要求。

3 結語

1)從以上實驗結果中可以看出單摻1%硫酸鈉，3%硫酸鈉，1%碳酸鈉，3%碳酸鈉，5%碳酸鈉，摻1%硫酸鈉和0.5%有機硅憎水劑，摻1%硫酸鈉和2.5%有機硅憎水劑，摻1%碳酸鈉和0.5%有機硅憎水劑，摻1%碳酸鈉和1.5%有機硅憎水劑，摻1%碳酸鈉和2.5%有機硅憎水劑所做的石膏砌塊的軟化系數都在0.6以上，抗壓強度也較高，符合防水石膏砌塊的規范要求。

2)綜合經濟因素和各方面的規范要求及以上各摻量的抗壓強度和軟化系數的相互比較，最終確定最佳防水石膏砌塊的配置方案為水灰比為0.68，硫酸鈉摻量為1%，有機硅憎水劑摻量為0.5%，它的抗壓強度是 3.40 MPa，軟化系數為 0.789。

[1] 向才旺.新型建筑裝飾材料手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，1992.

[2] 謝若南.石膏板防水劑及其應用技術研究[J].化學建材，1990(6):28-31.

[3] 張國輝.復合型石膏防水劑的研制[J].材料科學與工程學院，2006(2):42-49.

[4] 關淑君.耐水建筑石膏的試驗研究[J].中國建筑科學研究院，2005(4):32-37.

[5] 龔建清，方 萍，吳慧敏.普通硅酸鹽水泥對石膏基混合膠結材的改性研究[J].湖南大學學報，1997，24(6):78-83.