聚甲基氢硅氧烷对脱硫石膏砌块性能的影响

王楠，陈畅

（西安建筑科技大学材料科学与工程学院，陕西西安710055）

脱硫石膏砌块具有质量轻、良好的保温隔热和防火等性能，在建筑领域中有广泛应用[1]。但由于其自身的多孔结构、易吸湿，导致砌块力学性能降低、防水性能变差等缺陷，极大地阻碍了脱硫石膏砌块的发展。如果在这些方面能得到改进，脱硫石膏砌块的应用前景将会更加广阔[2，3]。本文将聚甲基氢硅氧烷作为防水剂，通过内掺法制备性能优良的防水型脱硫石膏砌块。

1 实验

取1000g建筑脱硫石膏、150gII级粉煤灰和670g自来水，通过内掺聚甲基氢硅氧烷制备脱硫石膏砌块。聚甲基氢硅氧烷相对于建筑脱硫石膏的掺量分别为0.0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%和0.7%。脱硫石膏砌块实验的原材料配比如表1所示。

表1 试验原材料的配比

根据GB/T 17669.3-1999《建筑石膏力学性能的测定》和JC/T 698-2010《建筑石膏》，对已成型试样进行吸水率、抗压强度、抗折强度和软化系数等测试分析。在JY-82C视频接触角测量系统上采用静滴法滴定和三点法测定绝干的脱硫石膏砌块的静态接触角。

2 结果与讨论

2.1 聚甲基氢硅氧烷对脱硫石膏砌块的物理性能和力学性能影响

不同掺量的聚甲基氢硅氧烷对脱硫石膏砌块吸水率、抗压强度、抗折强度及软化系数的影响如图1所示。由图1（a）可以看出:当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.0%～0.1%时，吸水率随其掺量的增加而逐渐增加；当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.1%～0.4%时，吸水率随其掺量的增加而降低；当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.5%～0.7%时，吸水率随其掺量的增加而逐渐增大。这是因为当加入0.0%～0.1%聚甲基氢硅氧烷时，影响石膏晶体生长和石膏结构，使水更快地进入石膏的内部空隙，因此吸水率略有增加。当聚甲基氢硅氧烷含量超过0.1%时，石膏晶体表层逐渐形成完整的憎水膜，因此吸水率大大降低，石膏砌块的吸水率降低到3.17%。当聚甲基氢硅氧烷掺量超过0.4%后，过量的聚甲基氢硅氧烷破坏石膏的晶体成型和石膏结构，使石膏砌块结构更加疏松，导致吸水率增加。

图1 含不同掺量聚甲基氢硅氧烷的脱硫石膏砌块的吸水率、7d抗压强度、7d抗折强度和软化系数

由图1（b）和（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，因为二水石膏的溶解度很高，当脱硫石膏块遇水时，由于石膏的溶解，结晶体的强度降低，特别是在自来水的作用下，当水流过或沿着石膏制品的表面流动时，石膏溶解分离，强度损失不可恢复。另外，由于石膏体微裂纹内表面的吸湿作用，水膜具有拥挤效应，石膏材料的高孔隙率也增加了吸湿效应，因为硬化后的石膏砌块不仅在纯水中失去强度，而且在饱和和过饱和的石膏溶液中也会失去强度。对于未浸水的石膏砌块，不同掺量的聚甲基氢硅氧烷对石膏砌块的强度有很大的影响。当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.0%～0.2%时，其抗压强度和抗折强度降低。这是由于加入少量聚甲基氢硅氧烷附着在石膏晶体表面，对石膏晶体的形成和生长有很大影响，使石膏晶体的生长不均匀，致使石膏砌块的强度降低；当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.3%～0.4%时，抗压和抗折强度随掺量的增加而增强，超过了对照组石膏砌块的强度。这是因为随着掺量的增加，使聚甲基氢硅氧烷反应生成的憎水膜数增多，石膏晶体完全被生成的憎水膜所包围，致使使石膏晶体结构更加立体完整从而影响石膏砌块的强度；当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.5%～0.7%时，随着掺量的增加，聚甲基氢硅氧烷逐渐趋于饱和甚至过饱和状态，过量的聚甲基氢硅氧烷影响会石膏晶体，从而使石膏砌块抗压抗折强度逐渐开始降低。

根据图1（d），结合其吸水率和强度。当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.0%～0.2%时，软化系数随其掺量的增加而逐渐增大，其原因是少量的聚甲基硅氢氧烷减弱了干燥的石膏砌块的强度，降低了石膏砌块的绝对强度，使软化系数增大；当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.3%～0.4%时，软化系数随其掺量的增加而降低，是因为在该掺量下，聚甲基氢硅氧烷增强了干燥石膏砌块的强度，使软化系数降低，但其强度高于对照组和其他掺量的石膏砌块的强度；当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.5%～0.7%时，软化系数随其掺量的增加而逐渐增大，因为过量聚甲基氢硅氧烷降低了干燥石膏砌块的强度，使软化系数增大。

2.2 聚甲基氢硅氧烷对脱硫石膏砌块的防水性能影响（图2）

图2 含不同掺量聚甲基氢硅氧烷的脱硫石膏砌块的接触角（a）～（h）：聚甲基氢硅氧烷掺量分别为0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%和0.7%

由图2（a）和（b）可以看出当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.0～0.1%时，接触角为0°，说明了脱硫石膏砌块表面亲水性很强，其防水性能非常差，与图1中聚甲基氢硅氧烷掺量不大于0.1%时石膏砌块吸水率增加一致。因为石膏实际水灰比大于0.18，实验为了保证和易性，用测定的石膏标准稠度0.67，石膏砌块硬化后多余水分蒸发，留下大量孔隙，因为这些通过毛细血管和许多毛孔使石膏与水接触，会使水渗入石膏内部，使石膏砌块吸水。由图2（c）～（e）中，当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.2%～0.4%时，随着掺量的增加，接触角从30.09°快速增大到121.75°。说明聚甲基氢硅氧烷在石膏砌块表面形成的憎水膜由稀疏到密集，逐渐趋于完整，这与图1中当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.2%～0.4%时砌块吸水率大幅降低一致。由图2（f）～（h）中，当聚甲基氢硅氧烷掺量在大于0.4%时，随着掺量的增加，接触角从108.01°减小到89.21°，说明随着掺量的增加，防水效果逐渐降低，这是因为过量的聚甲基氢硅氧烷破坏石膏的晶体成型和石膏结构，使石膏砌块结构更加疏松，吸水率增加，防水性下降，但是优于对照组石膏砌块的防水性，这与图1中当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.5%～0.7%时砌块吸水率大幅降低是一致的。

3 结论

3.1 当聚甲基氢硅氧烷掺量小于0.1%时，脱硫石膏砌块的吸水率略有增大，力学性能明显降低；当聚甲基氢硅氧烷掺量在0.2%～0.4%时，随着掺量增大，吸水率从25.63%降到3.17%，脱硫石膏砌块的力学性能提高，表面接触角不断增大；当聚甲基氢硅氧烷掺量大于0.5%后，砌块的吸水率逐渐增加，力学性能逐渐减小。因此，聚甲基氢硅氧烷最佳掺量为0.4%时，脱硫石膏砌块的吸水率最小，力学性能最优。

3.2 当聚甲基氢硅氧烷掺量不超过0.1%时，砌块接触角为0°，说明脱硫石膏砌块表面及内孔壁尚未形成完整的憎水膜；当聚甲基氢硅氧烷掺量达0.2%～0.4%时，随着掺量增加，接触角快速增大直至121.75°，说明在石膏砌块表面及内孔壁形成的憎水膜由疏至密，逐渐趋于完整。当甲基硅酸钠掺量大于0.4%后，继续增大掺量，接触角缓慢减小，说明甲基硅酸钠掺量大于0.4%，逐渐趋于饱和，继续增大掺量对砌块表面憎水性的提升很有限，反而会影响石膏砌块结构，影响防水性能。