（材料加工工程专业论文）石膏及其复合材料的防水性能研究.pdf

： i i rl lf irri l ll li ti ii ii y 18 8 3 5 3 9 r e s e a r c ho nw a t e r p r o o f p r o p e r t i e so fg y p s u m a n d g y p s u m - b a s e dc o m p o s i t em a t e r i a l s l i um i n r o n g u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f l ig u o z h o n g at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to f t h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y ，2 0 1 1 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：之坦募日 期：兰! ! ! ：! ! ：堑 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 口公开口保密(年，解密后应遵守此规定) 论文作者签名：壶半至苯导师签名： 济南，：学硕i 学f t 论文 目录 摘要v a b s t r a c t v i i 第一章绪论1 1 1 课题背景1 1 2 石膏水化机理及防水性差的原因2 1 3 研究现状3 1 3 1 表面涂覆、浸渍的方法3 1 3 2 掺加无机非金属粉料的方法。4 1 3 3 控制与调节石膏的吸水速度与水化5 1 3 4 石膏复合防水的思路一8 1 4 研究目的与意义9 1 5 主要研究内容9 第二章原材料与实验方法1 1 2 1 原材料11 2 1 1 脱硫石膏：1 l 2 1 2 玉米秸秆纤维1 2 2 1 3 外加剂1 2 2 2 实验仪器1 2 2 3 基本性能测试方法1 3 2 4 1 标准稠度需水量的测定l3 2 4 2 抗折强度的测定13 2 4 3 抗压强度的测定一1 4 2 4 4 吸水率的测定1 4 2 4 5 软化系数的测定1 5 2 4 6 石蜡乳液分散性测定15 第三章石蜡乳液的制备及其对石膏性能的影响1 7 3 1 石蜡种类的确定1 7 3 2 乳化剂的选择1 9 石膏及j c 复合材料的防水t l - 能研究 3 3 石蜡与凡士林比例的确定2 l 3 4 乳化温度的确定2 2 3 5 乳化时间的确定2 3 3 6 搅拌速度的选择2 3 3 7 石蜡乳液对石膏性能的影响及机理分析2 5 3 8 小结2 7 第四章有机物防水剂对建筑石膏性能的影响2 8 4 1v a e 乳液对建筑石膏性能的影响2 8 4 2 苯丙乳液对建筑石膏性能的影响2 9 4 3 聚乙烯醇溶液对建筑石膏性能的影响3 1 4 - 3 1 聚乙烯醇溶液的制备3 1 4 3 2 聚乙烯醇溶液掺量对建筑石膏性能的影响3 1 4 4 微观作用机理分析3 3 4 5 小结3 5 第五章减水剂对建筑石膏性能的影响及作用机理分析：3 6 5 1 减水剂对建筑石膏性能的影响3 6 5 2 不同减水剂性能的比较3 7 5 3 减水剂种类及掺量对建筑石膏吸水率的影响3 7 5 4 减水剂种类及掺量对建筑石膏软化系数的影响3 8 5 5 减水剂种类及掺量对建筑石膏力学性能的影响3 9 5 6 减水剂的作用机理分析3 9 5 7 小结4 1 第六章矿物水化膨胀性研究及复合防水协同作用机理探讨4 3 6 1 膨胀剂的制备4 3 6 2 膨胀剂掺量对石膏性能的影响4 3 6 2 1 膨胀剂掺量对石膏试样性能的影响4 3 6 2 2 养护条件对膨胀剂石膏试样性能的影响4 4 6 3 复合防水协同作用机理研究4 6 6 4 j 、结4 8 i l 济南人学硕 ：学位论文 第七章玉米秸秆纤维石膏复合材料防水性能的研究5 0 7 1 纤维包覆改性5 0 7 2 纤维掺量的确定5 1 7 3 石膏基体改性5 3 7 4 包覆改性玉米秸秆纤维机理分析5 4 7 6 小结5 6 第八章结论与创新点5 7 8 1 结论5 7 8 2 创新点5 8 参考文献5 9 致谢6 3 l j f | 蜀乏6 4 1 1 1 济l 柯人学硕i + 学何论文 摘要 石膏及其复合材料制品，具有成型工艺简单、原材料来源广泛、材料生产 能耗低等优点，广泛应用于建筑行业。石膏属气硬性胶凝材料，防水性能较差， 制品吸湿受潮后强度降低且易发生翘曲变形，造成建筑墙体松软、烂根，影响 其使用性能。石膏制品的这种自身缺点，极大地限制了它的发展和使用。 本文针对石膏基复合材料防水性差的缺点，通过进行复合防水的做法，即 从憎水乳液成膜憎水、有机物成膜阻水、水化矿物膨胀封闭毛细孔等多方面同 时入手，提高石膏及其复合材料的防水性能，并制备出适合于石膏制品的憎水 乳液，对憎水乳液作用机理、有机物高分子防水乳液作用机理、矿物水化反应 作用机理、复合防水协同作用机理进行研究，研究成果对石膏基复合材料制品 的生产起到一定的指导作用，为其在许多场合下的应用提供理论依据。该研究 将为石膏墙体材料的应用和发展起到积极的促进作用。 论文首先以石蜡和凡士林为原料制备石蜡乳液，研究了乳化剂种类、石蜡 与凡士林的比例、乳化温度、乳化时间和搅拌速度对石蜡乳液性能的影响，复 配出适合乳化石蜡的复合乳化剂，考查了石蜡乳液掺量对石膏性能的影响规律， 探讨了石蜡乳液的防水机理。结果表明，当蜡水比为1 ：3 ，复合乳化剂掺量为 1 0 ，石蜡与凡士林的比例为8 5 ：1 5 ，乳化温度8 5 9 0 ，乳化时间为7 0 8 0 m i n ， 搅拌速度1 0 0 0 r m i n 时制备的石蜡乳液性能较佳，其最佳掺量为石膏质量的5 。 以v a e 乳液、苯丙乳液和聚乙烯醇( p v a ) 溶液为例，考查有机物防水剂 对石膏性能的影响，研究了石膏性能分别随v a e 乳液、苯丙乳液和p v a 溶液 掺量的变化规律，确定了各自的最佳掺量。分析了有机物防水剂对石膏硬化体 微观形貌的影响，探讨了有机物防水剂的作用机理。实验表明，v a e 乳液、苯 丙乳液和p v a 溶液的最佳掺量分别为6 、3 、4 ，在最佳掺量条件下，掺加 v a e 乳液的试样性能较优。 试验分别研究了萘系减水剂( n f ) 、多羧酸系( h c ) 、氨基磺酸系减水剂( a s ) 、 木质素磺酸钙减水剂( l s ) 减水剂掺量对石膏减水率、吸水率、软化系数和绝干 强度的影响规律，确定了最佳掺量，探讨了多羧酸系减水剂( h c ) 的作用机理。 研究表明，多羧酸系减水剂( h c ) 的性能较优，其最佳掺量为o 7 。 v 了i 青及萸复合材料的防水干牛能研究 论文制得适合于提高石膏防水性能的膨胀剂，确定了膨胀剂在石膏中的最 佳掺量，考查了养护条件对试样性能的影响，分析了膨胀剂的作用机理，同时 探讨了石蜡乳液、v a e 乳液、h c 减水剂和膨胀剂的复合防水协同作用。研究 发现，掺加复合防水剂的试样较空白试样，2 h 、2 4 h 吸水率分别降低了9 5 7 、 9 5 o ，抗折、抗压软化系数分别提高了1 2 0 9 、1 7 4 3 ，抗折、抗压强度分 别提高了4 4 3 、7 1 3 。 利用玉米秸秆纤维制备石膏复合材料，确定了玉米秸秆纤维的最佳掺量， 采用聚乙烯醇对玉米秸秆纤维表面进行包覆改性，并掺加复合防水剂提高复合 材料的防水性能，探讨了聚乙烯醇包覆改性玉米秸秆纤维的作用机理。结果表 明，在纤维掺量3 条件下，采用聚乙烯醇改性玉米秸秆纤维并掺加复合防水剂 后，复合材料的2 h 、2 4 h 吸水率分别降低了9 6 0 、9 4 6 ，抗折、抗压软化系 数分别提高了2 0 0 o 、2 2 5 0 0 , 4 ，抗折、抗压强度分别提高了4 7 1 、4 2 3 。 关键词：石膏；复合材料；玉米秸秆纤维；防水；改性 v i 济南 ：学硕 j 学伊论文 a b s t r a c t d u et oi t ss i m p l em o l d i n gt e c h n o l o g i c a l ，e x t e n s i v er a wm a t e r i a l ，a n dl o w e n e r g yc o n s u m p t i o n ，g y p s u ma n dg y p s u m - b a s e dp r o d u c t sa r eu s e di nc o n s t r u c t i o n i n d u s t r yw i d e l y g y p s u mi sak i n do fg e l l e dm a t e r i a l ，t h ep r o p e r t yo fw a t e r - p r o o fi s p o o r , a f t e rb e i n gd a m p e d ，g y p s u m - b a s e dp r o d u c t sa r ee a s i l yb e n d e da n ds o f t e n ， p r o d u c t sp e r f o r m a n c e i s d e c r e a s e d g y p s u m s o w nd r a w b a c k s p r e v e n t i t s d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n i no r d e rt o i m p r o v eg y p s u m - b a s e dc o m p o s i t e sp o o rw a t e r p r o o fp r o p e r t y , c o m b i n e dw a t e r p r o o fm e t h o d sw e r eu s e d ，t h em e t h o d si n c l u d e d ：h y d r o p h o b i cl a t e x b e c a m ec o a t i n gt op r o o fw a t e r , o r g a n i c sm a t t e rb e c a m ec o a t i n gt op r e v e n tw a t e r , h y d r a t i o nm i n e r a le x p a n s i o nc l o s e dp o r e sa n ds oo n t h eh y d r o p h o b i cl a t e xu s e di n g y p s u m - b a s e dp r o d u c tw a sp r e p a r e d ，a n dt h ew a t e r p r o o fm e c h a n i s m so f h y d r o p h o b i el a t e x ，o r g a n i c sm a t t e r , h y d r a t i o nm i n e r a le x p a n s i o n ，a n dc o m b i n e d w a t e r p r o o fm e t h o dw e r ed i s c u s s e d t h ea b o v er e s e a r c hr e s u l t sp l a y e da l li m p o r t a n t r o l ei ng u i d i n gg y p s u l t l - b a s e dc o m p o s i t e sp r o d u c t i o n ，p r o v i d e dt h et h e o r yb a s i sf o r g y p s u l na p p l i c a t i o n ，a n dp r o m o t e dg y p s u mw a l lm a t e r i a l sd e v e l o p m e n t p a r a f f i ne m u l s i o nm a i nr a wm a t e r i a l sw e r ew a xa n dv a s e l i n e ，a n dt h ee f f e c t so f e m u l s i f y i n ga g e n tk i n d ，r a t i oo fw a xt ov a s e l i n e ，e m u l s i f i c a t i o nt e m p e r a t u r e ， e m u l s i f i c a t i o nt i m ea n ds t i r r i n gr a t eo nt h ep e r f o r m a n c eo fp a r a f f i ne m u l s i o nw e r e s t u d i e d e m u l s i f y i n gc o m p o u n du s e df o re m u l s i f y i n gp a r a f f i nw a sm a d eo u t t h e i n f l u e n c eo fp a r a f f i ne m u l s i o nd o s a g eo ng y p s u mp e r f o r m a n c ew a ss t u d i e d ，a n dt h e w a t e r p r o o fm e c h a n i s mo fp a r a f f i ne m u l s i o nw a se x p l o r e d r e s u l t ss h o w nt h a t ：w h e n t h er a t i oo f p a r a f f i nt ow a t e rw a s1t o3 ，e m u l s i f y i n gc o m p o u n dd o s a g ew a s10 ，t h e r a t i oo fp a r a f f i nt ov a s e l i n ew a s8 5t o15 ，e m u l s i f i c a t i o nt e m p e r a t u r ew a s8 5 - 9 0 c ， e m u l s i f i c a t i o nt i m ew a s7 0 8 0 m i n ，s t i r r i n gr a t ew a s10 0 0 r m i n ，p a r a f f i ne m u l s i o n p e r f o r m a n c ew a sb e t t e r , t h eo p t i m u md o s a g eo fg y p s u mw a s5 t h ei n f l u e n c eo fo r g a n i c sm a t t e ro ng y p s u mp r o p e r t yw a ss t u d i e d ，o r g a n i c s m a t t e ri n c l u d e dv a ee m u l s i o n ，s t y r e n e - a c r y l i ce m u l s i o na n dp o l y v i n ga k o h o l v i l 石膏及其复合材料的防水件能研究 s o l u t i o n r e s u l t ss h o w nt h a tt h eo p t i m u md o s a g eo fv a e e m u l s i o n ，s t y r e n e - a c r y l i c e m u l s i o na n dp o l y v i n ga k o h o ls o l u t i o nw a s6 3 a n d4 r e s p e c t i v e l y , a n dt h e p r o p e r t yo fs a m p l ea d d i n gv a ee m u l s i o nw a sb e s t t h eg y p s u mm o r p h o l o g ya d d i n g o r g a n i c sm a t t e rw a so b s e r v e d ，a n dt h em e c h a n i s mo fo r g a n i c sm a t t e rw a t e r p r o o f a g e n tw a sd i s c u s s e d t h ei n f u e n c e so fn a p h t h a l e n es e r i e sw a t e r - r e d u c e r , p o l y c a r b o x y l a t es e r i e s w a t e r - r e d u c ea n da m i n os u l f o n i c a c i ds e r i e sw a t e r - r e d u c ea n dc a l c i u m l i g n i n s u l f o n a t ew a t e r - r e d u c eo n g y p s u mw a t e rr e d u c i n gr a t i o ，a b s o r p t i o nc a p a c i t y , s o f t e n i n g c o e f f i c i e n ta n da b s o l u t e l yd r ys t r e n g t hw e r es t u d i e dr e s p e c t i v e l y , t h e o p t i m u md o s a g eo fw a t e r - r e d u c e rw a sm a d e s a le ，a n dt h em e c h a n i s mo f p o l y c a r b o x y l a t es e r i e sw a t e r - r e d u c ew a sd i s c u s s e d r e s e a r c hr e s u l t ss h o w e dt h a t p o l y c a r b o x y l a t es e r i e sw a t e r - r e d u c ef u n c t i o nw a sb e t t e r , a n dt h eo p t i m u md o s a g e w a so 7 i nt h i s e x p e r i m e n t ，e x p a n s i o na g e n tw a sd e v e l o p e dt o e n h a n c eg y p s u m w a t e r p r o o fp r o p e r t y , e x p a n s i o na g e n to p t i m u md o s a g ew a sm a d es u r e ，a n dt h e i n f l u e n c eo fc u r i n gc o n d i t i o no ns a m p l e sp r o p e r t yw a sr e s e a r c h e d t h em e c h a n i s m o fe x p a n s i o na g e n tw a sa l s o a n a l y s e d ，a n dt h ec o m p o u n dw a t e r p r o o fs y n e r g y m e c h a n i s ma m o n gp a r a f f i ne m u l s i o n ，v a ee m u l s i o n ，h cw a t e r - r e d u c e ra n d e x p a n s i o na g e n tw a sd i s c u s s e d c o m p a r e dt o b l a n ks a m p l e ，t h e2 ha n d2 4 h a b s o r p t i o nc a p a c i t yo fs a m p l ea d d i n gc o m p o u n dw a t e rp r o o fa g e n td e c r e a s e db y 9 5 7 a n d9 5 0 r e s p e c t i v e l y , f l e x u r a ls o f t e n i n gc o e f f i c i e n ta n dc o m p r e s s i v e s o f t e n i n gc o e f f i c i e n te n h a n c e db y12 0 9 a n d17 4 3 r e s p e c t i v e l y , a n df l e x u r a l s t r e n g t ha n dc o m p r e s s i v es t r e n g t he n h a n c e db y4 4 3 a n d7 1 3 r e s p e c t i v e l y c o r ns t r a wf i b e rw a sc h o s e na sr e i n f o r c e m e n tm a t e r i a l t o p r o d u c e g y p s u m - b a s e dc o m p o s i t e s ，a n dt h eo p t i m u md o s a g eo fc o r ns t r a wf i b e rw a sm a d e s u r e i no r d e rt oi m p r o v ec o m p o s i t e sw a t e rp r o o f p r o p e r t y , t h es u r f a c eo fs t r a wf i b e r w a sm o d i f i e db yp o l y v i n ga k o h o lc o a t i n g , a n dc o m p o u n dw a t e rp r o o fa g e n t w a s a d d e d t h em e c h a n i s mo fp o l y v i n ga k o h o lc o a t i n gm o d i f i c a t i o nw a sd i s c u s s e d r e s u l t ss h o w e dt h a t ：w h e nf i b e rd o s a g ew a s3 ，f i b e rw a sm o d i f i e db yp o l y v i n g a k o h o l ，a n dc o m p o u n dw a t e rp r o o fa g e n tw a sa d d e d ，c o m p o s i t e s2 ha n d2 4 h v ! i i 济南人学硕f 学位论丈 a b s o r p t i o nc a p a c i t yd e c r e a s e db y9 6 0 a n d9 4 6 r e s p e c t i v e l y , f l e x u r a ls o f t e n i n g c o e f f i c i e n ta n dc o m p r e s s i v es o f t e n i n gc o e f f i c i e n te n h a n c e db y2 0 0 0 a n d2 2 5 0 r e s p e c t i v e l y , a n df l e x u r a ls t r e n g t ha n dc o m p r e s s i v es t r e n g t he n h a n c e db y4 7 1 a n d 4 2 1 r e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：g y p s u m ；c o m p o s i t e s ；c o ms t r a wf i b e r ；w a t e rp r o o f ；m o d i f i c a t i o n i x 济南人学硕f j 学付论文 1 1 课题背景 第一章绪论 石膏作为一种储量丰富、普遍存在的资源，具有较长的使用历史。它在自 然界中的主要存在形式为二水石膏和无水硬石膏。建筑石膏是由二水石膏( 包 括天然二水石膏和化学石膏) 在一定温度下煅烧脱水，形成的主要成分为p 半 水石膏的气硬性胶凝材料。建筑石膏及其制品具有如下优点： ( 1 ) 生产能耗较低，与水泥相比，建筑石膏的生产能耗仅为水泥的四分之 一左右。 ( 2 ) 凝结硬化速度快、制品生产周期短。在常压且缺乏水的条件下，二水 石膏经炒制生成建筑石膏，石膏中的水分以蒸气形式蒸发，炒制过程中无重结 晶现象，所以生成的建筑石膏晶形不佳、晶体自身缺陷较多，晶体形状多为松 散的片状、粒状、鳞状，使得建筑石膏水化活性较高、凝结硬化速度较快。 ( 3 ) 质量轻，保温隔热性能好。与其它常用的建筑材料相比，石膏制品的 导热系数相对较低，一般为0 1 2 i 0 2 0 5w ( m i o 。所以使用粉刷石膏、纸面石 膏板、石膏条板、砌块等石膏制品，可以明显提高建筑物的保温隔热性能，降 低建筑物的使用能耗。 ( 4 ) 建筑石膏制品膨胀收缩率小。以纸面石膏板为例，当石膏板材含湿率 分别为0 5 3 、0 7 0 及浸水2 h 后，其纵向膨胀收缩率( ) 分别为+ 0 0 0 4 、+ 0 o l 和 + o 0 1 ；横向膨胀收缩率( ) 分别为+ o 0 0 2 、+ o 0 1 5 和+ o 0 2 3 ，尺寸相对较稳剧1 1 。 由于石膏具有这种微膨胀性，使得其硬化体表面较饱满光滑，干燥过程中不会 产生开裂现象，并且使得其制品具有清晰的造型棱角，有利于制作各种具有复 杂图案的装饰品。 ( 5 ) 石膏及其制品可加工性能优异，干法作业，具有施工快捷、高效等优 点。 ( 6 ) 石膏及其制品具有较好的耐火性能。建筑石膏水化后的主要成分为二 水石膏，当石膏及其制品遇火时，二水石膏脱出自身带有的结晶水，结晶水吸 收热量后蒸发，在其制品表面形成一层水蒸气膜，这层水蒸气膜能够有效地阻 彳i 膏及】复合材 ：i 的防水性能研究 止火势蔓延。 ( 7 ) 对人体亲和。石膏及其制品呈中性，在生产和使用过程中均不会产生 有害于人体健康的物质，并且石膏制品外观较平滑细腻，与人体亲和性较好。 而且石膏与其他材料具有较好的相适性，不对侵蚀其他材料，是一种典型的环 保、绿色材料。另外，石膏及其制品还有独特的“呼吸效应”，它能够随周围环 境湿度的改变而吸湿或者放湿，建筑物中使用粉刷石膏、石膏墙体等石膏建材 时，能够起到自动调节室内空气湿度的作用，使居住环境舒适。 2 0 世纪8 0 年代以来，石膏材料的以上诸多优点，使其成为国际上备受推 崇的绿色环保建筑材料【2 】。但石膏的防水性能较差，普通石膏制品的吸水率一 般在4 0 - 一5 0 ( 质量分数) ，软化系数只有0 2 - - 0 3 1 3 卅。石膏及其制品吸湿受潮 后，强度降低，容易发生翘曲变形，造成建筑墙体松软、烂根等，影响其使用 性能。我国南方大多数地区，常年平均相对湿度较高，均在7 0 以上，在这些 平均相对湿度较高的地区使用石膏制品时，经常出现制品吸湿受潮后弯曲变形 等现象，即使在我国北方气候相对干燥的地区，也经常出现这种弯曲变形现象。 石膏及其制品的这种防水性能较差的缺点，极大地限制了它的发展和应用范围， 石膏防水性的研究一直是国内外颇受重视的课题。石膏防水性的提高，有利于 扩大石膏制品的应用领域，促进石膏相关企业的发展。 1 2 石膏水化机理及防水性差的原因 建筑石膏遇水后发生溶解，生成性能不稳定的半水石膏饱和溶液，溶液中 的建筑石膏与水反应生成二水石膏。半水石膏加水后进行的化学反应可以用下 式表述： c a s 0 4 1 2 h 2 0 + 3 2 h 2 0 = c a s 0 4 2 h 2 0 - i - q 与半水石膏相比，二水石膏的溶解度较小，因此溶液对二水石膏来说是高 度过饱和的，所以二水石膏在溶液中很快析出。溶液中二水石膏的析出，破坏 了原来建筑石膏溶解的平衡状态，致使建筑石膏会进一步溶解，以补偿液相中 因为二水石膏析出而减少的c a s 0 4 含量。如此反复，直至建筑石膏完全水化生 成二水石膏为止。 石膏及其制品的性质，主要与上述水化过程形成的石膏硬化浆体性质有关， 2 而石膏硬化浆体的性质又由下列结构特征决定：( 1 ) 水化新生成的二水石膏结 晶粒子之间相互作用力的性质；( 2 ) 水化新生成二水石膏结晶粒子之间结晶接 触点的性质和数量；( 3 ) 石膏硬化浆体中孔隙和毛细管道的数量以及孔径大小 的分布规律。石膏及其制品是一个多孔结构，从表面到内部都存在孔洞和毛细 管道，形成一个微细裂缝网，内比表面积巨大，当石膏遇水后，水就会顺着这 些裂缝和毛细管道进到硬化体内部，使石膏硬化体中的结晶接触点溶解，并发 生再结晶现象，使石膏制品强度降低。分析其根本原因如下【5 培】： ( 1 ) 石膏拌和需水量大，其实际用水量约为理论用水量的3 5 4 5 倍，硬化 体中多余的水分蒸发后留下大量的孔洞和毛细管道，这些孔洞和毛细管道相互 贯通成吸水网络，当石膏硬化体与水水接触时，水很快就会顺着这些孔洞和毛 细管道渗透到硬化体内部，并在石膏硬化体中不断改变方向进行迁移，产生局 部应力，破坏石膏硬化体结构，导致石膏强度下降。 ( 2 ) 二水石膏( c a s 0 4 2 h 2 0 ) 在水中的溶解度大( 比水泥石溶解度要大得 多) ，当石膏与水接触后，二水石膏溶于水，尤其是硬化体中结晶接触点发生溶 解，使石膏硬化体的强度降低。 1 3 研究现状 石膏防水剂作为改善建筑石膏及其制品性能尤其是防水性能的外加剂之 一，在石膏及其制品研究与生产领域广泛关注。近些年来，针对石膏及其制品 防水问题，国内外有关科研、生产部门均进行了较多的研究与探讨，但对石膏 防水性的系统研究较少。目前各国石膏及其制品防水的措施各有差异，但总体 可归纳为以下三个方面： ( 一) 石膏及其制品表面涂覆、浸渍憎水物质或着涂刷具有防水功能的涂 料； ( 二) 掺加磨细水淬矿渣、粉煤灰、钢渣等火山灰质材料，生成难溶c s h 等水化产物，达到降低石膏及其制品吸水率、软化系数提高的目的； ( 三) 掺加的水乳型或水溶性憎水物质，控制与调节半水石膏的水化速度 和制品的吸水速度，从而降低石膏及其制品的吸水率，提高其防水性能。 1 3 1 表面涂覆、浸渍的方法 彳i 膏及1 t 复合材 ：l 的防水忭能研究 在石膏建材制品表面涂刷一层有机硅、石蜡、沥青、丙烯酸等具有憎水性 的物质，干燥后可以形成一层类似于塑料的致密憎水膜，憎水膜能将制品与外 界水有效地隔开，从而使制品的防水能力大大增强。将石膏制品在这种憎水物 质溶液中浸泡处理，这种憎水物质会在制品表面形成一层防水层，例如难溶于 水的草酸钙膜层、碳酸钙膜层、磷酸钙膜层等，从而使石膏制品表面与水不会 直接接触，从而达到提高石膏制品防水性能的目的【9 1 。 王惠华等人【1 0 】采用萜烯树脂、不溶性纤维素等高分子有机材料研制出一种 石膏制品防水防潮剂，经防水防潮剂处理后的石膏板材浸入水中，2 h 不吸水。 叶林标、马启元等人【1 1 m 1 采用聚氨酯涂膜防水也取得一定的效果。 表面涂覆浸渍这种方法操作简单，如果能够严格操作，石膏制品可以取得 较好的防水效果。但是这种方法没有从根本上解决石膏防水的问题，只具有暂 时性的效果，如果涂覆的石膏制品表面或局部位置出现缺陷或者涂覆浸渍处理 不当，露出的石膏及其制品就会在遇水时被水侵蚀，甚至造成涂层剥落，使防 水性能降低。 表面涂覆浸渍方法的局限性主要表现为：一是制品再加工后的新界面防水 能力依然差；二是由于制品往往外形复杂而难以全面涂刷；三是成本偏高；四 是当制品未完全干燥时，容易产生起皮、脱落现象，而且这种有机防水膜易于 老化和氧化。 1 3 2 掺加无机非金属粉料的方法 在石膏建材制品中加入一定数量的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或其他含有 活性s i 0 2 、a 1 2 0 3 的火山灰质材料如沸石、钢渣、粉煤灰、矿渣等，使其与石 膏反应生成水化硫铝酸钙、水化硅酸钙等，这些水化产物具有水硬性且结构网 大，在水中的溶解度小，因此，制品的强度与稳定性及防水性能均优于纯石膏 制品。 俄罗斯建筑工业科研设计研究酣1 3 】采用石膏水泥火山灰胶结材、磷石膏胶 结材、石英砂及水溶性外加剂等材料，削弱二水石膏晶体的亲水性和可溶性， 改善了石膏制品的性能。邓玉和掣1 4 】采用的水泥和硼砂复合防水剂对石膏制品 防水性，特别是吸水厚度膨胀率改善效果明显。王玉平等【i5 】在石青制品制备时 4 济南人学硕i j 学f 节沦艾 掺入一定量的水硬性水泥，达到提高抗折强度1 3 以上，抗压强度1 5 5 5 ， 耐水性显著提高的结果，但一般情况下，水泥掺量不应超过6 。徐尔昌等【1 6 】 在石膏砌块中掺加无机材料提高石膏砌块的防水性，研制出新型防水防潮石膏 砌块。 采用这种方法，从根本上改变石膏特性，将活性无机非金属材料掺入石膏 材料中，并引入激发剂时其与石膏材料发生化学反应，使石膏制品由气硬性材 料转变为水硬性材料，可在一定程度上提高石膏制品的防水性能和力学性能， 但单就防水性来说，其制品吸水率依然较大。但因为掺加了钢渣、粉煤灰、矿 渣等火山灰质材料导致石膏制品的密度偏大，白度较低，对于要求装饰性较高 的制品不宜采用。 1 3 3 控制与调节石膏的吸水速度与水化 ( 1 ) 掺加有机防水剂的方法 在研究初期，这种防水措施主要是在石膏材料中掺入硅胶等有机憎水剂， 以降低石膏材料自身的溶解度，后来改用石蜡、沥青乳液或另外掺加部分无机 非金属材料将石膏晶体包裹，防止水分子的溶蚀。目前常用的有机防水剂主要 为以石蜡防水剂、有机硅防水剂和松香防水剂等为主体的改性防水剂。 1 ) 石蜡防水剂 石蜡乳液是一种含蜡含水的均匀液体，具有成膜均匀、性能稳定、覆盖性 好、可与其他防水性的乳状液或水溶液复合使用，并且无毒、无腐蚀性、生产 工艺简单、便于储存、使用方便、价格便宜等等优点。广泛应用于人造板、造 纸、上光剂、农业、陶瓷、纺织、橡胶和建筑业等行业【1 7 - 2 2 。张启忠、潘启立 等【2 3 埘1 以石蜡、硬脂酸、氨水等为原料，采用合适的乳化设备研制出刨花板用 石蜡乳液防水剂，泡沫少，稳定性较高，防水性能好。李超等【2 5 1 采用石蜡、多 聚物树脂作为石膏防水剂，通过适当温度引发防水剂活性，增强了石膏制品的 防水性能。 石蜡是一种高度的憎水材料，早期国内外用石蜡乳液作石膏建材制品防水 剂的甚多。这种乳液的稳定性好，可长期储存，掺入石膏内可使石膏硬化体的 吸水率降低。目前其的缺点：其一是受石蜡软化点的影响，使其对水温的敏感 5 石膏及其复合材 的防水竹能研究 性较大，往往水温低时吸水率低，水温高时吸水率就大。其二虽然石膏硬化体 中因石蜡形成的防水膜堵塞了孔隙，但它本身与其他物质的粘结力很小，因此 这层防水膜容易遭受水的楔力而逐渐破坏，表现出石膏试件浸水早期的吸水率 较低，后期往往吸水率很大。其三是用它作防水剂的石膏板使用( 或放置) 一 年以后，其吸水率增大丧失了防水作用，主要是由石蜡的老化造成。其四，受 乳化剂的影响，石膏硬化体的凝结时间延缓、绝对强度值降低。 针对上述石蜡乳液的缺点，国内外学者通过对石蜡乳液改性，期望改善石 蜡乳液性能，取得一定成果。周梅村等2 6 1 用种子乳液聚合法，以o p 一1 0 作为乳 化剂，以k 2 $ 2 0 8 作为引发剂，以丙烯酸( a a ) 为单体接枝改性石蜡( p f ) - 孚l 液，合 成了石蜡丙烯酸( p f a a ) 复合乳液。张杰等【2 7 1 通过添加自制防水剂石蜡松香乳液 使石膏膨胀珍珠岩复合墙体材料的软化系数得到提高( 可达0 6 以上) ，自制防 水剂克服了其它防水剂虽提高软化系数( 防水性能) 但需牺牲强度较大的缺陷。 张向华【2 引以液体石蜡和松香为主要原料，乳化剂采用吐温2 0 斯盘8 0 ，以十二 烷基苯磺酸钠作为助乳剂，制备了改性石蜡乳液。另外还有改性聚乙烯蜡乳液 1 2 9 】、苯乙烯丙烯酸聚合乳液3 0 】等。 2 ) 松香防水剂 松香作为防水剂使用已有历史，亚洲松香生产国家均极为重视松香工业， 其中主要产松香的我国，居松香产量第一位，价格相对便宜。松香乳液防水剂 掺入石膏后的凝结时问适中，有较好的防水效果，但会使石膏硬化体的绝对强 度值降低，其次松香为黄色，极易渗透，掺入石膏内使白色的石膏体逐渐变黄， 影响美观。对松香乳液的改性是松香防水剂的一个重要方向。d o ngp 【3 1 】和 m