脫硫建筑石膏的耐水性能研究

彭紅 呂忠 駱文進

（1重慶建筑工程職業學院，重慶 400070；2重慶市建筑科學研究院，重慶 400050）

脫硫建筑石膏是以煙氣脫硫石膏為原料制取的建筑石膏[1]，以半水硫酸鈣為主要化學成分，具有輕質隔音、防火保溫、節能利廢等優點，是目前大力推廣使用的綠色膠凝材料之一[2-3]。但脫硫建筑石膏的耐水性差是制約其在建材領域廣泛使用的關鍵問題[4]，因此，提高脫硫建筑石膏制品耐水性能一直是國內外的研究熱點。目前，解決措施主要有外防和內防兩類，其中內防又分為無機內防水和有機內防水。無機內防水是通過摻入少量礦物摻合料，如水泥、粉煤灰、礦渣粉等活性火山灰材料，生成部分水硬性膠凝材料，增加石膏制品的密實度，從而提高耐水性能；有機內防水是通過摻入有機類防水劑來改變石膏表面能，在石膏晶體表面形成一層憎水膜，降低石膏吸水率，從而提高耐水性能[5-7]。

本試驗采取內防水方式，研究硅酸鹽水泥在不同摻量下對石膏耐水性能的影響，并在此基礎上對比研究幾種防水劑的防水效果，以得到滿足標準要求的耐水性能良好的石膏制品。

1 試驗部分

1.1 原材料

1）脫硫建筑石膏：由重慶某石膏建材有限公司提供，呈淡黃色，加水拌合后具有膠凝特性。

2）水泥：由重慶某水泥廠提供的42.5普通硅酸鹽水泥。

3）防水劑：硅酸鈉，分析純，白色塊狀物，由天津某化學試劑有限公司提供；甲基硅酸鈉，無色透明狀液體，由北京某建材有限公司提供。

4）粉煤灰：Ⅰ級粉煤灰，由重慶某粉煤灰發展有限公司提供。

5）拌和水：自來水，達到飲用水標準。

1.2 試驗方案

試驗采用0.6水膏比制備石膏試樣，研究42.5普通硅酸鹽水泥的摻量對脫硫建筑石膏14d、28d軟化系數的影響，確定水泥的最佳摻量；在此基礎上，分別摻入硅酸鈉、甲基硅酸鈉等防水劑，對比研究幾種防水劑對石膏試樣14d、28d軟化系數的影響，從而得到石膏制品耐水性能良好的配合比。

1.3 性能測試方法

參照JC/T 698-2010《石膏砌塊》對試樣14d、28d的軟化系數進行測試；所有試件在測試前均采用自然養護方式進行養護。

2 結果與討論

2.1 單摻水泥對脫硫建筑石膏軟化系數的影響

試驗將水泥以5%、10%、15%、20%、25%的比例取代部分石膏制樣成型，研究水泥不同摻量對試樣耐水性能的影響。結果表明，在水泥摻量介于5%-15%時，試樣軟化系數隨著水泥摻量的增加而增大，當水泥摻量超過15%時，試樣的軟化系數略有下降，這是因為在石膏漿體中摻入水泥，水泥水化生成的產物具有強度較高和水硬性等特點，有利于提高試樣的軟化系數，但是隨著水泥摻量的增加，水泥反應生成的水化鋁酸鈣與石膏進一步反應生成較多的水化硫鋁酸鈣，該物質具有一定的體積膨脹性，當生成量較多時，試樣內部因較大的膨脹力作用而產生微細裂紋，從而出現試樣耐水性能降低的現象。綜合分析，在石膏中單摻水泥，水泥的最佳摻量為15%，此時試樣14d和28d的軟化系數較基準樣分別增加了8.7%、15.6%。

2.2 單摻硅酸鈉對脫硫建筑石膏軟化系數的影響

單摻水泥在一定程度上改善了石膏的耐水性能，但效果并不特別明顯。因此，試驗選用硅酸鈉防水劑，針對石膏質量比85%、水泥質量比15%的石膏與水泥復合膠凝材料（簡稱石膏與水泥復合膠凝材料），研究硅酸鈉在摻量0.5%、1%、2%時對試樣軟化系數的影響。結果表明，硅酸鈉對提高試樣軟化系數作用明顯，且硅酸鈉對試樣14d耐水性能的改善效果優于28d。具體表現為：硅酸鈉摻量為1%時，試樣14d和28d的軟化系數較基準樣分別增加26%、7.7%；摻量為2%時，軟化系數較基準樣分別增加25%、5.8%。試驗還發現，復合膠凝材料中隨著硅酸鈉摻量的增加，試樣的泛堿現象越發明顯，嚴重影響試件的外觀狀態，不利于后期石膏制品的推廣和應用。綜合分析，硅酸鈉在復合膠凝材料中的摻量取1%較為適宜。

2.3 粉煤灰與硅酸鈉復摻對脫硫建筑石膏軟化系數的影響

鑒于在石膏與水泥復合膠凝材料中單摻硅酸鈉會出現嚴重的泛堿現象，同時基于粉煤灰對泛堿現象有一定的抑制作用，因此，試驗研究粉煤灰與硅酸鈉復摻對脫硫建筑石膏軟化系數的影響，為硅酸鈉在石膏基材中的廣泛應用提供更多可行的途徑。其中，硅酸鈉防水劑采取外摻方式，摻量取膠凝材料總質量的1%；粉煤灰采取內摻方式，分別考察粉煤灰摻量為膠凝材料總質量的5%、10%、15%三種情況。結果表明，在硅酸鈉摻量一定的情況下，試樣的軟化系數在摻入粉煤灰之后明顯優于基準樣，并優于單摻硅酸鈉的改善效果。具體表現為：當粉煤灰取代石膏摻量10%時，試樣的軟化系數達到最大值，其14d和28d的軟化系數較基準樣分別增加30%、26.9%。試驗發現，摻入一定量的粉煤灰后，試件表面的泛堿現象不僅得到了很大的改善，而且獲得了較為理想的耐水效果，這在很大程度上改善了單摻硅酸鈉帶來的各種弊端。綜合分析，在石膏與水泥復合膠凝材料中，當選用硅酸鈉作為防水材料時，建議摻入適量的粉煤灰以整體提高石膏制品的各項性能。

2.4 單摻甲基硅酸鈉對脫硫建筑石膏軟化系數的影響

甲基硅酸鈉屬于有機硅建筑防水劑的一種，遇水可溶，可在石膏基體內部空隙壁的表面形成一層網狀疏水膜，該薄膜表面張力極低，致使外部水分無法進入毛細孔，從而起到良好的防水作用[8]。試驗研究甲基硅酸鈉在摻量0.5%、1%、2%時對試樣軟化系數的影響，結果表明，隨著甲基硅酸鈉摻量的增加，試樣耐水性能有所提高，并在摻量為1%時效果最佳。具體表現為：試樣14d和28d的軟化系數較基準樣分別增加30%、32.7%。同時，試驗發現，當甲基硅酸鈉摻量為4%時，試樣出現非常嚴重的泌水現象，入模及脫模時間需要大幅度延長，可見試樣強度發展緩慢。鑒于此，甲基硅酸鈉在本試驗體系中的摻量以不超過4%為宜。

3 結語

1）在脫硫建筑石膏中摻入15%的42.5普通硅酸鹽水泥對試樣耐水性能提高幅度不大，表現為試樣14d和28d的軟化系數較基準樣分別增加了8.7%、15.6%。

2）在脫硫建筑石膏與水泥復合膠凝材料中摻入1%的硅酸鈉防水劑，能進一步提高軟化系數，但會出現較為嚴重的泛堿現象。在此基礎上，通過復摻一定量的粉煤灰，試樣表面的泛堿現象得到了改善，且軟化系數較單摻硅酸鈉提高的幅度更大，表現為試樣14d和28d的軟化系數較基準樣分別增加了30%、26.9%。

3）在脫硫建筑石膏與水泥復合膠凝材料中單摻1%甲基硅酸鈉，能較大幅度提高試樣的耐水性能，表現為試樣14d和28d的軟化系數較基準樣分別增加了30%、32.7%。