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石蜡乳液用于石膏砌块防水剂的研究

阅读次数:367 - 发布时间:2017/9/21 10:21:00

石蜡乳液用于石膏砌块防水剂的研究

陈 莹 1 张志国 1 刘洪杰 1 宋志学 1 魏卫东 2

(1. 河北科技大学, 石家庄 050018 ; 2. 鹿泉东方鼎鑫水泥有限公司, 石家庄 050000)


[ 摘 要 ] 石蜡在 1200r/min~1400r/min 的搅拌速度、 40min 的乳化时间、 85℃~90℃ 乳化温度时,制备出
的乳液性能稳定。 石膏砌块中掺入 5% 石蜡乳液(固含量)、 1% 的玻璃纤维,软化系数达到 0.65 。 用石蜡
乳液做石膏砌块防水剂,具有用量少、易操作、生产效率高等优点。
[ 关键词 ] 石蜡乳液;防水;石膏砌块;软化系数;纤维


石膏材料轻质、保温性好,是优良的建筑、装饰材料,但防水性差,使其应用受到一些限制。 本试验以脱硫石膏为主要原料,用乳化石蜡做防水剂,制成防水石膏砌块,并对其性能进行讨论。

1 试验材料

试验主要材料包括:电厂烟气脱硫石膏( CaSO 4 ·2H 2 O 含量 95.62% )、 固体石蜡 (熔点 58℃ )、 乳化剂( Span 80 和 Tween 80 )、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、消泡剂(磷酸三丁脂)、玻璃纤维(长度 4mm~8mm )等。


2 试验方法

2.1 石蜡乳液制备
试验调整乳化剂 HLB 值为 10 [1 、 2] ,采用转相乳化法制石蜡乳液:先将 20 份石蜡加热熔化,升温至 85℃~90℃ , 在搅拌的情况下加入 5.7 份乳化剂、 0.25 份十二烷基苯磺酸钠,混合均匀;然后将 1.5 份硬脂酸加入到 100 份热水中,热水温度控制在 85℃~90℃ ,分三次加入到石蜡中;滴加几滴消泡剂,降至室温即得到水包油型乳白色石蜡乳液。
2.2 石膏砌块防水改性试验
( 1 )将脱硫石膏干燥后,在 150℃ 脱水 1.5h~2.0h ,制成脱硫建筑石膏(主要成分为 CaSO 4 · 1/2H 2 O );脱硫建筑石膏自然冷却后摊开,置 3d~4d 后使用。 石膏砌块性能测试按 GBT17669.1-1999 《建筑石膏一般试验条件》、 GBT17669.2-1999 《建筑石膏结晶水含量的测定》、 GBT17669.3-1999 《建筑石膏力学性能的测定》、 GBT17669.4-1999《建筑石膏净浆物理性能的测定》、 GBT17669.5-1999《建筑石膏粉料物理性能的测定》等进行。

( 2 )将石蜡乳液掺加到脱硫建筑石膏中,制成石膏试块,测试石膏试块强度、软化系数等,研究防水剂等对石膏砌块性能的影响,确定最佳工艺,使石膏砌块的软化系数达到 0.6 以上。


3 试验及结果讨论

3.1 乳化条件对石蜡乳液的影响
石蜡乳液制备,对乳化条件要求较高。 影响石蜡乳液稳定性的主要因素包括搅拌速度、乳化时间和乳化温度 [3] 。 试验就这三个影响因素进行了探讨:
( 1 )搅拌速度 1200r/min~1400r/min 。 搅拌速度慢,石蜡难以均匀分散在水相中, 得到的石蜡乳液不稳定,会出现破乳分层现象;速度过快,会产生泡沫并造成能量损耗。
( 2 )乳化时间 40min 。 乳化时间短,乳化剂没有完全分散,形成的乳液不稳定,乳液会很快分层;乳化时间长,乳液放置后会凝固成膏状,失去流动性,这可能是乳液微粒相互接触机会增多形成大微粒的结果。
( 3 )乳化温度 85℃~90℃ 。 乳化温度低于 85℃,得到的石蜡乳液不稳定,容易分层。3.2 脱硫建筑石膏性能试验所用的脱硫建筑石膏, 标准稠度需水比为0.64 ,主要性能见表 1 。

脱硫建筑石膏的基本性能

试验表明,脱硫建筑石膏基本性能满足 GB9776-2008 《建筑石膏》的要求,可以用于生产石膏砌块;其抗折软化系数为 0.38 ,防水性差,这与天然建筑石膏性能类似。

3.3 石蜡乳液对石膏砌块性能的影响
在脱硫建筑石膏中掺入不同量的石蜡乳液(以固含量计),水料比为 0.64 ,研究石蜡乳液掺量对石膏砌
块性能的影响,试验结果见表 2 。

石蜡乳液对石膏砌块性能的影响

石膏砌块中加入一定量的石蜡乳液, 防水性提高。 石蜡乳液掺量加大,石膏砌块的软化系数增大,掺加 5% 时,抗折软化系数最高为 0.65 。 但砌块的绝对强度下降很大,石蜡乳液加入 5% 时,抗压和抗折强度分别降低了 56.8% 和 52% ,这可能是石蜡薄膜减少了石膏晶体接触点的原因 [4] 。 另外,石膏砌块的表观密度和吸水率也有所降低。

3.4 玻璃纤维对石膏砌块性能的影响
在石膏砌块中加入长度为 4mm~8mm 玻璃纤维,以提高砌块的强度。 水料比为 0.64 ,石蜡乳液以固含量计,玻璃纤维外掺,试验结果见表 3 。

玻璃纤维对石膏砌块强度的影响

由表 3 可知,随着玻璃纤维掺量的增加,石膏砌块的抗压、抗折强度均呈现先升高后降低的趋势。 纤维的加入量并不是越多越好,有一个最佳量,在本试验中,玻璃纤维最佳掺量为 1% 。
3.5 石蜡乳液防水剂的特点
石蜡乳液用作石膏砌块防水剂, 具有用量少、易操作、工艺简单等特点,且生产效率高,与普通石膏砌块生产效率相当。 而用水泥、矿渣、粉煤灰、石灰等无机材料改性生产的防水石膏砌块,表观密度大,一般在 1300kg/m 3 ~1400kg/m 3 ,需要加入轻质材料以降低砌块的表观密度。 其次,无机防水材料用量较大(一般在30% 左右),砌块的养护时间和生产周期都较长。


4 防水机理分析

半水石膏水化生成二水石膏,晶体间相互交叉搭接,形成空间网络结构,是石膏材料的强度来源。 二水石膏溶解度较大, 与水接触造成晶体接触点减少,呈现出较差的耐水性 [5] 。 石蜡乳液微粒在表面活性剂的作用下,在石膏颗粒表面呈定向排列,其亲水基团与石膏颗粒表面连接,憎水基团则一致朝外,失水后形成致密的保护层 [6 、 7] 。
图 1 为脱硫建筑石膏水化后的形貌特征,从图中可见其水化产物是尺寸不同的柱状和板状二水石膏晶体。 图 2 为脱硫建筑石膏掺加石蜡乳液的水化产物形貌特征,晶体也为柱状和板状,外面包裹了一层石蜡薄膜, 这层膜有效地阻碍了水进入石膏材料的内部,降低了对 CaSO 4 · 2H 2 O 晶体的溶蚀,从而提高了石膏材料的防水性。

脱硫建筑石膏 水化后 SEM 图

5 结语

( 1 ) 乳化条件对石蜡乳液的稳定性影响很大,搅拌速度 1200r/min~1400r/min 、乳化时间 40min 、乳化温度 85℃~90℃ 时,制备的石蜡乳液性能稳定。
( 2 )石膏砌块中掺加石蜡乳液,防水性提高,力学强度降低;掺加玻璃纤维后强度提高,玻璃纤维最佳掺量为 1% 。 石蜡乳液掺加 5% 、玻璃纤维掺加 1% 时,石膏砌块的抗压、抗折软化系数为 0.64 和 0.65 。
( 3 )石蜡乳液用作石膏砌块防水剂,具有用量少、易操作、生产效率高等特点,在石膏晶体外形成一层石蜡薄膜,阻碍了水对石膏晶体的侵蚀,提高了石膏砌块的防水性。


参考文献:

[1] 王锦 . 石蜡稳定乳状液的制备及性能 . 山东轻工业学院学报, 1997 ( 6 ):24-27.
[2] 王静平,刘继泉 . 蜡乳状液的研制 . 青岛科技大学学报, 2003 ( 9 ): 56-58.
[3] 刘艳新,赵传山,韩玲 . 影响石蜡乳化的因素 . 造纸化学品, 2004 ( 4 ):35-37 , 43.
[4] 王志,俎全高,杜亮波 . 改善建筑石膏耐水性能的研究 . 新型建筑材料,2007 ( 4 ): 64-66.
[5] 张志国,高玲艳,杨伶凤等 . 脱硫石膏制耐水石膏砌块的研究 . 粉煤灰综合利用, 2009 ( 2 ): 27-30.
[6] 王坚,李承 . 水乳型石膏防水剂 . 中国建筑防水, 2002 ( 3 ): 23-24.
[7] 李建权,李国忠,张国辉 . 石膏复合防水剂对石膏晶体形成的影响 . 建筑材料学报, 2007 ( 4 ): 138-141.

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