聚甲基氫硅氧烷對脫硫石膏砌塊性能的影響

王楠，陳暢

（西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安710055）

脫硫石膏砌塊具有質(zhì)量輕、良好的保溫隔熱和防火等性能，在建筑領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用[1]。但由于其自身的多孔結(jié)構(gòu)、易吸濕，導(dǎo)致砌塊力學(xué)性能降低、防水性能變差等缺陷，極大地阻礙了脫硫石膏砌塊的發(fā)展。如果在這些方面能得到改進(jìn)，脫硫石膏砌塊的應(yīng)用前景將會更加廣闊[2，3]。本文將聚甲基氫硅氧烷作為防水劑，通過內(nèi)摻法制備性能優(yōu)良的防水型脫硫石膏砌塊。

1 實(shí)驗(yàn)

取1000g建筑脫硫石膏、150gII級粉煤灰和670g自來水，通過內(nèi)摻聚甲基氫硅氧烷制備脫硫石膏砌塊。聚甲基氫硅氧烷相對于建筑脫硫石膏的摻量分別為0.0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%和0.7%。脫硫石膏砌塊實(shí)驗(yàn)的原材料配比如表1所示。

表1 試驗(yàn)原材料的配比

根據(jù)GB/T 17669.3-1999《建筑石膏力學(xué)性能的測定》和JC/T 698-2010《建筑石膏》，對已成型試樣進(jìn)行吸水率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和軟化系數(shù)等測試分析。在JY-82C視頻接觸角測量系統(tǒng)上采用靜滴法滴定和三點(diǎn)法測定絕干的脫硫石膏砌塊的靜態(tài)接觸角。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚甲基氫硅氧烷對脫硫石膏砌塊的物理性能和力學(xué)性能影響

不同摻量的聚甲基氫硅氧烷對脫硫石膏砌塊吸水率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及軟化系數(shù)的影響如圖1所示。由圖1（a）可以看出:當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.0%～0.1%時(shí)，吸水率隨其摻量的增加而逐漸增加；當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.1%～0.4%時(shí)，吸水率隨其摻量的增加而降低；當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.5%～0.7%時(shí)，吸水率隨其摻量的增加而逐漸增大。這是因?yàn)楫?dāng)加入0.0%～0.1%聚甲基氫硅氧烷時(shí)，影響石膏晶體生長和石膏結(jié)構(gòu)，使水更快地進(jìn)入石膏的內(nèi)部空隙，因此吸水率略有增加。當(dāng)聚甲基氫硅氧烷含量超過0.1%時(shí)，石膏晶體表層逐漸形成完整的憎水膜，因此吸水率大大降低，石膏砌塊的吸水率降低到3.17%。當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量超過0.4%后，過量的聚甲基氫硅氧烷破壞石膏的晶體成型和石膏結(jié)構(gòu)，使石膏砌塊結(jié)構(gòu)更加疏松，導(dǎo)致吸水率增加。

圖1 含不同摻量聚甲基氫硅氧烷的脫硫石膏砌塊的吸水率、7d抗壓強(qiáng)度、7d抗折強(qiáng)度和軟化系數(shù)

由圖1（b）和（c）可知：脫硫石膏砌塊在水中浸泡后，試塊抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度急劇降低，因?yàn)槎嗟娜芙舛群芨撸?dāng)脫硫石膏塊遇水時(shí)，由于石膏的溶解，結(jié)晶體的強(qiáng)度降低，特別是在自來水的作用下，當(dāng)水流過或沿著石膏制品的表面流動時(shí)，石膏溶解分離，強(qiáng)度損失不可恢復(fù)。另外，由于石膏體微裂紋內(nèi)表面的吸濕作用，水膜具有擁擠效應(yīng)，石膏材料的高孔隙率也增加了吸濕效應(yīng)，因?yàn)橛不蟮氖嗥鰤K不僅在純水中失去強(qiáng)度，而且在飽和和過飽和的石膏溶液中也會失去強(qiáng)度。對于未浸水的石膏砌塊，不同摻量的聚甲基氫硅氧烷對石膏砌塊的強(qiáng)度有很大的影響。當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.0%～0.2%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度降低。這是由于加入少量聚甲基氫硅氧烷附著在石膏晶體表面，對石膏晶體的形成和生長有很大影響，使石膏晶體的生長不均勻，致使石膏砌塊的強(qiáng)度降低；當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.3%～0.4%時(shí)，抗壓和抗折強(qiáng)度隨摻量的增加而增強(qiáng)，超過了對照組石膏砌塊的強(qiáng)度。這是因?yàn)殡S著摻量的增加，使聚甲基氫硅氧烷反應(yīng)生成的憎水膜數(shù)增多，石膏晶體完全被生成的憎水膜所包圍，致使使石膏晶體結(jié)構(gòu)更加立體完整從而影響石膏砌塊的強(qiáng)度；當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.5%～0.7%時(shí)，隨著摻量的增加，聚甲基氫硅氧烷逐漸趨于飽和甚至過飽和狀態(tài)，過量的聚甲基氫硅氧烷影響會石膏晶體，從而使石膏砌塊抗壓抗折強(qiáng)度逐漸開始降低。

根據(jù)圖1（d），結(jié)合其吸水率和強(qiáng)度。當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.0%～0.2%時(shí)，軟化系數(shù)隨其摻量的增加而逐漸增大，其原因是少量的聚甲基硅氫氧烷減弱了干燥的石膏砌塊的強(qiáng)度，降低了石膏砌塊的絕對強(qiáng)度，使軟化系數(shù)增大；當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.3%～0.4%時(shí)，軟化系數(shù)隨其摻量的增加而降低，是因?yàn)樵谠摀搅肯拢奂谆鶜涔柩跬樵鰪?qiáng)了干燥石膏砌塊的強(qiáng)度，使軟化系數(shù)降低，但其強(qiáng)度高于對照組和其他摻量的石膏砌塊的強(qiáng)度；當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.5%～0.7%時(shí)，軟化系數(shù)隨其摻量的增加而逐漸增大，因?yàn)檫^量聚甲基氫硅氧烷降低了干燥石膏砌塊的強(qiáng)度，使軟化系數(shù)增大。

2.2 聚甲基氫硅氧烷對脫硫石膏砌塊的防水性能影響（圖2）

圖2 含不同摻量聚甲基氫硅氧烷的脫硫石膏砌塊的接觸角（a）～（h）：聚甲基氫硅氧烷摻量分別為0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%和0.7%

由圖2（a）和（b）可以看出當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.0～0.1%時(shí)，接觸角為0°，說明了脫硫石膏砌塊表面親水性很強(qiáng)，其防水性能非常差，與圖1中聚甲基氫硅氧烷摻量不大于0.1%時(shí)石膏砌塊吸水率增加一致。因?yàn)槭鄬?shí)際水灰比大于0.18，實(shí)驗(yàn)為了保證和易性，用測定的石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度0.67，石膏砌塊硬化后多余水分蒸發(fā)，留下大量孔隙，因?yàn)檫@些通過毛細(xì)血管和許多毛孔使石膏與水接觸，會使水滲入石膏內(nèi)部，使石膏砌塊吸水。由圖2（c）～（e）中，當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.2%～0.4%時(shí)，隨著摻量的增加，接觸角從30.09°快速增大到121.75°。說明聚甲基氫硅氧烷在石膏砌塊表面形成的憎水膜由稀疏到密集，逐漸趨于完整，這與圖1中當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.2%～0.4%時(shí)砌塊吸水率大幅降低一致。由圖2（f）～（h）中，當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在大于0.4%時(shí)，隨著摻量的增加，接觸角從108.01°減小到89.21°，說明隨著摻量的增加，防水效果逐漸降低，這是因?yàn)檫^量的聚甲基氫硅氧烷破壞石膏的晶體成型和石膏結(jié)構(gòu)，使石膏砌塊結(jié)構(gòu)更加疏松，吸水率增加，防水性下降，但是優(yōu)于對照組石膏砌塊的防水性，這與圖1中當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.5%～0.7%時(shí)砌塊吸水率大幅降低是一致的。

3 結(jié)論

3.1 當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量小于0.1%時(shí)，脫硫石膏砌塊的吸水率略有增大，力學(xué)性能明顯降低；當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量在0.2%～0.4%時(shí)，隨著摻量增大，吸水率從25.63%降到3.17%，脫硫石膏砌塊的力學(xué)性能提高，表面接觸角不斷增大；當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量大于0.5%后，砌塊的吸水率逐漸增加，力學(xué)性能逐漸減小。因此，聚甲基氫硅氧烷最佳摻量為0.4%時(shí)，脫硫石膏砌塊的吸水率最小，力學(xué)性能最優(yōu)。

3.2 當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量不超過0.1%時(shí)，砌塊接觸角為0°，說明脫硫石膏砌塊表面及內(nèi)孔壁尚未形成完整的憎水膜；當(dāng)聚甲基氫硅氧烷摻量達(dá)0.2%～0.4%時(shí)，隨著摻量增加，接觸角快速增大直至121.75°，說明在石膏砌塊表面及內(nèi)孔壁形成的憎水膜由疏至密，逐漸趨于完整。當(dāng)甲基硅酸鈉摻量大于0.4%后，繼續(xù)增大摻量，接觸角緩慢減小，說明甲基硅酸鈉摻量大于0.4%，逐漸趨于飽和，繼續(xù)增大摻量對砌塊表面憎水性的提升很有限，反而會影響石膏砌塊結(jié)構(gòu)，影響防水性能。