防水剂对脱硫石膏制备现浇墙体材料性能的影响

李顺喜，孟 英，冯义民

（唐山建华检测股份有限公司，河北 唐山 063020）

防水剂对脱硫石膏制备现浇墙体材料性能的影响

李顺喜，孟 英，冯义民

（唐山建华检测股份有限公司，河北 唐山 063020）

脱硫石膏制品耐水性差影响了脱硫石膏的推广应用，笔者将市面上现有的两种防水剂应用于脱硫石膏墙体材料，实验结果表明将有机硅防水剂和水混合，制备脱硫石膏现浇墙体材料时的防水效果要好于将GS水性聚氨酯涂脂涂于材料表面。有机硅防水剂的加入使材料的吸水率下降了约10%，浆体扩展度得到增加，同时引起了材料的绝干抗折、抗压强度下降，综合考虑可选择1∶7作为有机硅与水的添加比例。

脱硫石膏；现浇墙体材料；防水剂

石膏粉是五大凝胶材料之一，广泛用于建筑、建材、工业模具、艺术模型、化学工业、农业、食品加工、医药美容等众多领域，是一种重要的工业原材料[1]。脱硫石膏粉与一般石膏粉物理成分不同，脱硫石膏粉中还含有二氧化硅、碳酸钙、亚硫酸钙、氧化铝、氧化镁等，与其他石膏粉相比，脱硫石膏粉具有可再生、粒度小、成分稳定、有害杂质含量少、纯度高等特点，在国内外工业固废应用中占有重要地位[2]。

脱硫石膏以二水硫酸钙形式存在，其分子式中有2个结晶水，同时表面附着一些游离水。二水硫酸钙 （即生石膏）在水泥工业中作为水泥缓凝剂使用，二水石膏不具有胶凝性能，需转变成半水石膏（CaSO4·1/2H2O）才具有胶凝性能。脱硫石膏干燥去掉游离水的过程叫烘干，脱去结晶水的过程叫做锻烧，在气相条件下加热脱水得到β型半水石膏，也叫建筑石膏，主要用于制造石膏板、石膏砌块或加入添加剂后加工成粉刷石膏，石膏砌块是国家重点推广应用的环保、生态、节能产品；用饱和蒸汽在压力状态下蒸煮后烘干获得α型半水石膏，也叫高强度石膏，主要用于陶瓷、医药行业的模具制造，附加值较高[3，4]。

2015年，我国脱硫石膏预计产量为1亿t左右。脱硫石膏与天然石膏一样，存在制品耐水性差的问题，影响了产品的推广应用。目前国内外对改善石膏耐水性的研究很多，改性方法主要有3种：掺加高分子聚合物、在制品表面喷涂防水材料和掺加无机材料改性[5-7]。无机材料研究方面主要以粉煤灰、矿渣、水泥、石灰等为改性材料，通过反应水化生成耐水性水化产物来提高石膏制品的耐水性。本研究将脱硫石膏在55℃烘干，160℃下煅烧，得到β型半水石膏，将防水剂与水按比例混合制备试块或者将防水涂料均匀涂于试块表面，研究防水剂的加入对脱硫石膏制备现浇墙体材料的强度和防水性的影响。

1 试验

1.1 原材料

脱硫石膏取自河北省唐山市陡河电厂。初凝时间为5 min，终凝时间为8 min。脱硫石膏的主要化学成分见表1，主要性能指标见表2。脱硫石膏干燥后得到的β型半水石膏SEM图如图1所示。选用的两种防水剂分别是河北唐山南堡开发区XX建材有限公司生产的有机硅防水剂和北京XXXX防水材料有限公司生产的GS水性聚氨酯防水涂脂。

表1 脱硫石膏的主要化学成分 %

表2 β型半水石膏的主要性能

图1 β型半水石膏SEM图

1.2 试验仪器和测试方法

电动抗压抗折试验机；液压式压力试验机；试模；水泥净浆搅拌机；电热恒温培养箱；水泥胶砂振实台。抗折、抗压强度的测定按GB/t 17669.3-1999进行。

1.3 现浇墙体材料制备

电厂脱硫石膏经55℃预烘干2 h，160℃下煅烧3 h，按照GB/T 17669.4-1999确定标稠需水量，添加3%谷氨酸钠作为缓凝剂，0.5%聚羧酸作为减水剂时，材料的初凝时间约54 min，终凝时间约为96 min，满足现浇墙体施工要求，材料的绝干抗折强度约为3.3 MPa，绝干抗压强度约为13.2 MPa。本研究将有机硅防水剂与水混合，制备墙体材料，GS水性聚氨酯防水涂脂在试验中被均匀涂抹在烘干的试块表面，试验研究防水剂对脱硫石膏现浇墙体材料防水性提高的影响。

2 结果与讨论

2.1 有机硅防水剂添加量对墙体材料吸水率的影响

图2 防水剂和水的比例对墙体材料吸水率的影响

防水剂和水的比例对墙体材料吸水率的影响结果如图2所示，当防水剂和水的质量比为1∶9时，试块经过24 h浸泡，吸水率为20.10%，而空白试块经过同样处理，吸水率为26.49%；随着防水剂添加比例的提高，试块的吸水率呈下降趋势，防水性能越好；当防水剂和水的质量比为1∶3时，试块的吸水率为12.40%；当防水剂和水的质量比大于1∶5时，吸水率变化趋于平缓。

2.2 有机硅防水剂对浆体流动性的影响

电厂脱硫石膏经烘干、煅烧，在用水量（空白样标准稠度用水量）不变的条件下，添加3%谷氨酸钠作为缓凝剂，0.5%聚羧酸作为减水剂时，有机硅防水剂与水按不同比例掺于水中，测定半水脱硫石膏在不同掺量下石膏浆体的扩展度，试验结果见表3：

表3 减水剂对墙体材料流动性的影响

从表3可以看出，有机硅防水剂的加入，有助于提高浆体的扩展度，而且，随着有机硅掺加量的增加，浆体扩展度增大。扩展度增大一方面是因为有机硅的润滑性能；另一方面，有机硅的加入影响了半水石膏对水分的吸收，两者的综合结果，增大了浆体的扩展度，有机硅含量越大，这一现象越明显。

2.3 有机硅防水剂对墙体材料抗折强度的影响

图3 防水剂添加量对墙体材料抗折强度的影响

防水剂和水的比例对墙体材料抗折强度的影响如图3所示，当防水剂和水的质量比为1∶9时，试块的绝干抗折强度为3.20 MPa，空白的绝干抗折强度为3.31 MPa；随着防水剂添加比例的提高，试块的绝干抗折强度下降；当防水剂和水的质量比为1∶3时，试块的绝干抗折强度为2.78 MPa。当防水剂和水的质量比大于1∶7时，试块的绝干抗折强度迅速下降。

2.4 有机硅防水剂对墙体材料抗压强度的影响

由图4可以看出，随着防水剂添加比例的减小，试块的绝干抗压强度呈增加的趋势，也就是说，和绝干抗折强度一样，随着防水剂的添加，墙体材料的绝干抗压强度会降低；当防水剂和水的质量比为1:9时，试块的绝干抗压强度为12.60 MPa，空白的绝干抗压强度为13.2 MPa；当防水剂和水的质量比为1∶3时，试块的绝干抗压强度为9.20 MPa。随着防水剂添加比例的增加，材料抗压强度递减。因此，当有机硅作为防水剂时，不能只追求防水效果，还要兼顾墙体材料的强度。综合有机硅防水剂对试块吸水率、浆体扩张度、绝干抗折和抗压强度的影响，选择1∶7作为有机硅与水的添加比例。

图4 防水剂添加量对墙体材料抗压强度的影响

2.5 不同防水剂对材料吸水率的影响

电厂脱硫石膏经55℃预烘干2 h，160℃下煅烧3 h，按照GB/T 17669.4-1999确定标稠需水量，添加3%谷氨酸钠作为缓凝剂，0.5%聚羧酸作为减水剂时，同时制成40 mm×40 mm×160 mm、20 mm×20 mm×20 mm的试块，研究不同种类防水剂加入对材料吸水率的影响。各组试块制备时配比如表4所示：

表4 防水试块配比方案

F1中所用防水剂为河北唐山南堡开发区XX建材有限公司生产的有机硅防水剂，试验将防水剂与水按1:7比例掺于水中，F1和空白试块2 h脱模，放置（40±5）℃的烘箱中烘干至恒重，称重，试块浸水24 h，称重； F2中所用防水剂为北京XXXX防水材料有限公司生产的GS水性聚氨酯防水涂脂，试验中将制备好的试块烘干后在其表面均匀涂以防水涂料，自然晾干24 h，称重，将试块浸泡于水中24 h，取出，称重。

由表5可知，空白条件下试块平均吸水率为26.49%，F1中平均吸水率为16.22%，F2中平均吸水率为26.08%。对比三组数据发现，两种防水剂均有一定的防水效果，但第一种有机硅防水剂的防水效果比第二种防水涂脂效果好。市场上现有的防水剂或防水涂料大多不适用于脱硫石膏，因此，对于适用于脱硫石膏的防水剂或防水涂料有必要作更深入的研究。

表5 各组试块浸泡前后质量及变化 g

3 结论

将有机硅防水剂和水混合，制备脱硫石膏现浇墙体材料时的防水效果要好于将GS水性聚氨酯涂脂涂于材料表面；当有机硅防水剂和水的质量比大于1:5时，吸水率变化趋于平缓；浆体扩展度的增加随有机硅防水剂含量增加呈均匀变化；当防水剂和水的质量比大于1∶7时，材料的绝干抗折强度迅速下降，因此，综合各方面性能，选择1∶7作为有机硅与水的添加比例。市场上现有的防水剂或防水涂料大多不适用于脱硫石膏，因此，对于适用于脱硫石膏的防水剂或防水涂料有必要作更深入的研究。

[1]毛树标.烟气脱硫石膏综合利用分析[D].杭州：浙江大学，2005.

[2]胡术刚，牛海丽，吕宪俊.脱硫石膏综合利用研究[J].混凝土，2009（5）：95-97.

[3]沈辰兴.烟气脱硫石膏（FGD）在石膏板生产中的应用[J].粉煤灰综合利用，2003，15（3）：44，46.

[4]刘红岩，施慧生.我国脱硫石膏的资源化利用现状与问题分析[J].矿业工程，2006，26（4）：233-235.

[5]邱学青，蒋新元，欧阳新平.氨基磺酸系高效减水剂的研究现状与发展方向[J].化工进展，2003，22（4）：336-340

[6]彭家惠，王祖润，刘进超，等.复合型缓凝剂对脱硫建筑石膏水化进程的影响及缓凝机理[J].重庆大学学报，2011，34（11）：72-76.

[7]武丽霞，李冬，任彦茹.外加剂对脱硫石膏制备现浇墙体材料性能影响[J].中国环境管理干部学院学报，2015，25（3）：64-66.

（编辑：程 俊）

Effect of Waterproof Agent on Desulfurization Gypsum Cast-in-place Wall Material

Li Shunxi，Meng Ying，Feng Yimin
（Tangshan Jianhua Project Quality Inspection Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063020,China）

The desulfurization gypsum products are poor of water resistance which affects the popularization and application of it.Two kinds of waterproof agents were used in the desulfurization gypsum wall materials in this paper.The result showed that the organic silicon waterproof agent mixed with water to prepare wall material was better than waterproof effect of GS waterborne polyurethane coated on the surface of the material.Organic silicon waterproof agent decreased water absorption rate by 10%,and increased the expansion degree of the paste.However,the dry flexural and compressive strength of the material decreased.Therefore,select 1∶7 as the ratio of organic silicon and water.

desulfurization gypsum,cast-in-place wall material,waterproof agent

X773

A

1008-813X（2015）05-0086-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.05.23

2015-08-31

唐山市科技支撑项目《脱硫石膏制备高性能墙体材料技术开发与示范》（12130204A-3）

李顺喜（1974-），男，河北唐山人，毕业于唐山高等专科学校工业与民用建筑专业，助理工程师，主要从事土木工程及建筑材料的研究工作。