（环境工程专业论文）防水保温轻质高强石膏板制备技术.pdf

p r e o a r a t i o no fw a t e r - r e s i s t a n tl i g h t w e i g h tg y p s u mp a n e l w i t hh i g hs t r e n g t h 一 a u t h o r ss i g n a t u r e ： s u p e r v i s o r ss i g n a t u r e ： e x t e m a lr e v i e w e r s ：墨h 曼塾旦q 娶g 塾曼坠g ! 里q 鱼q 13 9 q ! ! 曼g 曼q 垦迎塾堂垡垒! 墨曼i 星塾g 曼巡 e x a m i n i n gc o m m i t t e ec h a i r p e r s o n ：t a nc h e n g x i a p r o f e s s o r c o l l e g eo f c h e m i c a l e x a m i n i n gc o m m i t t e em e m b e r s ：旦垦il i y 垒坠3 s q 堡i 熊曼殴鱼s 煦旦曼卫墅! 塾簋塾! q 星塾g i 塾曼曼西塾gq ! 圣塾自i 墨塾g 堕坠i y 曼姿i 鲤 y eq i a n g s e n i o re n g i n e e r z h e j i a n gt i a n d ae n v i r o n m e n t a l - p r o t e c t i o n 星坠堑卫星星鱼坠g q ：，丛鱼 g u a nb a o h o n g p r o f e s s o r c o l l e g eo f e n v i r o n m e n t a la n dr e s o u r c e s 曼i 星垒垒曼q ! z h 自i 垒壁g 堕坠i 盟i 鲤 d a t eo f o r a ld e f e n c e ：丛丛! q ，2 q 1 3 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得浙垫太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：夕孥亭瓶 签字日期：力b 年雩月乡日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙江太堂有权保留并向国家有关部门或机构送 交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙塑太堂可以将 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：尉敏 签字日期：加鹃年月? ；日 翱鲐乍家彩2 签字日期：缈，多年易月，够日 浙江大学硕士学位论文 致谢 致谢 衷心感谢我的导师官宝红教授。我的课题研究是在他的精心指导下完成的， 他博学、严谨、务实的治学作风将使我终身受益，他的言传身教将激励我在今后 的学习、工作、生活等各个方面自强不息、奋发前行。 实验室博士研究生付海陆、于洁、蒋光明和硕士生杨利、孔宝和阮洋，在实 验研究过程中向我提供了很多宝贵的建议和经验；硕士研究生毛经纬与我两年来 一起实验研究，成为良好的科研伙伴；硕士研究生郭敏辉、朱依刚、陈巧珊和汪 浩，与我共享了美好的实验室时光。在此一并向他们表示衷心的感谢。 实践基地的邹有良高级工程师和沈卓贤、华伟刚、程微滨、方超工程师在我 实践期间给予我工程技术方面的指导和学术精神鼓励，在此表示衷心感谢。 衷心感谢课题组的老师和同学，回想两年多来在课题组的学术讨论和集体活 动中交流思想和分享生活的美好时光，内心难以平静。 感谢陪过度过研究生岁月的朋友们：刘苗、王惠玉、柴娟娟、肖艳、周凡、 王胭、王韶昱、高珊、王青峰、孙承朗、孙科、庄卓楷。 我能够顺利完成学业，与家人的巨大支持是密不可分的。感谢他们对我的理 解、鼓励和无微不至的关心。 最后感谢国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 课题“钙基湿法脱硫副产物制 备高强度半水石膏资源化技术”提供经费支持( 编号：2 0 0 6 a a 0 3 2 3 8 5 ) 。 李亭颖 2 0 1 3 年3 月 浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 保温材料是建筑节能研究重点，石膏类保温材料具有质轻、防火、保温、隔 音、抗震、可回收等优点，但石膏耐水性差的特点限制其应用范围。本文以0 【半 水石膏为原料，利用其水化热低、需水量少、胶凝体强度高等性能特点，研究石 膏胶凝体的防水、保温和强度性能，试图开发可在潮湿或外墙环境使用的多功能 石膏板材。 本文首先研究了大孔隙率的发泡石膏的防水方法，揭示了可再分散乳胶粉、 有机硅防水剂和三偏磷酸钠( s t m p ) 对石膏容重、强度和耐水性能的影响，优化 了添加剂投加量；通过石膏晶体形貌和x r d 分析，讨论了发泡石膏的防水机理。 然后采用茶皂素为发泡剂制备发泡石膏，得到容重、强度模型以及导热系数模型。 最后确定了最优的发泡参数和凝结时间。 研究结果表明，可再分散乳胶粉能够降低石膏板的吸水率，当掺量为8 时， 吸水率降至1 5 2 ；有机硅防水剂降低石膏板的吸水率至1 3 o ；可再分散乳胶粉 和有机硅防水剂协同使用，使0 l 半水石膏水化的二水石膏晶体生长致密，表面覆 盖憎水有机薄膜，石膏板的吸水率可降至2 。三偏磷酸钠( s t m p ) 溶液浸入石 膏晶体中，生成了强度高、难溶的磷酸钙类物质，增大了石膏强度，有利于石膏 在潮湿环境中的使用。 研究还表明，以茶皂素为发泡剂可以控制石膏容重为6 5 0 1 6 0 0k g m 3 ，随着 石膏容重的降低，石膏的强度和保温系数随之降低，相应的保温性能得以提高。 硫酸钾和s m f 复合能够有效调节石膏的凝结时间。 在优化的工艺条件下制备得到石膏板具有如下特征：容重7 4 7 k g m 3 ，导热系 数o 1 9 w m k ，抗压强度5 5 m p a ，吸水率5 3 。显然，这是一种防水保温轻质高 强度的石膏板材料。 关键词：q 半水石膏；石膏板；茶皂素；发泡；保温；防水；高强度 a b s t r a c t h e a t i n s u l a t i o nm a t e r i a l si so fc r u c i a li m p o r t a n c ef o rt h ee n e r g yc o n s e r v a t i o no f b u i l d i n g g y p s u m - b a s e dh e a ti n s u l a t i o nm a t e r i a l se x h i b i tv a r i o u sa d v a n t a g e ss u c ha s l i g h t w e i g h t ，f n e - r e s i s t a n c e ，h e a tp r e s e r v a t i o n ，s o u n di n s u l a t i o n ，s e i s m i cr e s i s t a n c ea n d r e c y c l i n g t h em a i np r o p e r t i e st h a tr e s t r i c tt h ee x p a n d i n gu s eo fg y p s u ma r ei t sh i g h w a t e rs o l u b i l i t ya n di t st e n d e n c yt oc r e e pi nh i g hh u m i d i t ye n v i r o n m e n t s i nt h i sw o r k ， 0 【- c a l c i u ms u l f a t eh e m i h y d r a t e ( 0 c - h h ) w a sc h o s e na sr a wm a t e r i a lf o ri t sl o wh y d r a t i o n h e a t ，l o ww hf o rs t a n d a r dc o n s i s t e n c ya n dh i g hs t r e n g t h t h ew a t e r - r e s i s t a n c e ，t h e r m a l i n s u l a t i o na n dm e c h a n i c a ls t r e n g t ho fg y p s u mm a t r i xw e r ei n v e s t i g a t e ds oa st od e v e l o p ak i n do fg y p s u mp a n n e lw h i c hc a nb eu s e di ne x t e r i o ra n dh u m i d i t ye n v k o n m e n t i nt h i sw o r k ，m e t h o d so fi n t r o d u c i n gw a t e r - r e s i s t a n c et of o a m e dg y p s u mw e r ef i r s t l y a d o p t e dt oi n v e s t i g a t et h ei n f l u e n c e s o fr e d i s p e r s i b l e l a t e xp o w d e r , o r g a n o s i l i c o n w a t e r p r o o fa g e n ta n dt r i s o d i u mt r i m e t a p h o s p h a t e ( s t m p ) s o l u t i o no nt h ea p p a r e n t d e n s i t y , m e c h a n i c a ls t r e n g t ha n dw a t e r - r e s i s t a n tp r o p e r t i e s t h ed o s a g e so fr e d i s p e r s i b l e l a t e xp o w d e ra n dc o n c e n t r a t i o no fs t m ps o l u t i o nw e r eo p t i m i z e d s c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p y ( s e m ) a n dx r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) w e r ec o n d u c t e dt oi n v e s t i g a t e m i c r o s t r u c t u r eo fg y p s u ma n dp h a s ec o m p o s i t i o no fs u b s t a n c e so np l a s t e rs u r f a c ea s w e l la st h em e c h a n i s m s t h e nt h et e as a p o n i nw a su s e da sf o a m i n ga g e n tt om a k e f o a m e dg y p s u m ，t h ea p p a r e n td e n s i t y , m e c h a n i c a ls t r e n g t ha n dt h e r m a lc o n d u c t i v i t y m o d e l sw e r eo b t a i n e d ，f o l l o w e db yt h eo p t i m i z a t i o no ff o a m i n gp a r a m e t e r sa n ds e t t i n g t i m e t h er e s u l ts h o w st h a tr e d i s p e r s i b l el a t e xp o w d e rr e d u c e st h ew a t e ra b s o r p t i o no f g y p s u mp a n n e l s w h i c hd e c r e a s e st o 15 2 w h e nd o s a g ei s8 t h ew a t e ra b s o r p t i o no f g y p s u mp l a s t e rd e c r e a s e st o 13 o a f t e rb e i n gi m m e r s e di no r g a n o s i l i c o nw a t e r p r o o f a g e n t t h ec o m b i n gu s eo fr e d i s p e r s i b l el a t e xp o w d e ra n do r g a n o s i l i c o nw a t e r p r o o f i n g a g e n tm a k e st h ew a t e ra b s o r p t i o nd e c r e a s et o2 a n dt h ec r y s t a l sb e c a m es h o r ta n d 1 1 1 浙江大学硕士学位论文a b s t r a c t d e n s ea n dal a y e ro fo r g a n i ch y d r o p h o b i cm e m b r a n ec o v e r e dt h es u r f a c eo fc r y s t a l sa n d f i l l e di nt h ev o i d s t r i s o d i u mt r i m e t a p h o s p h a t e ( s t m p ) s o l u t i o ng a i n si m p r o v e m e n to f g y p s u ms t r e n g t hv i as u b s t i t u t i o no fs u l f a t e sb yd i s s o c i a t e di o n s ，a n ds o m ep h o s p h a t e a n a l o g u ei sp r o d u c e d ，w h i c hm a k e sg y p s u ml e s ss o l u b l ea n dm o r es u i t a b l ef o ru s ei n h u m i d i t ye n v i r o n m e n t m o r e o v e r , t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er a n g eo fa p p a r e n td e n s i t yc o u l db ec o n t r o l l e d b e t w e e n6 5 0k g m 3a n d16 0 0k e g m 3u s i n gt e as a p o n i na sf o a m i n ga g e n t t h em e c h a n i c a l s t r e n g t ha n dt h e r m a lc o n d u c t i v i t yd e c r e a s e sa n dh e a ti n s u l a t i o nr i s e sa l o n gw i t ht h e d e c r e a s eo fg y p u ma p p a r e n td e n s i t y p o t a s s i u ms u l f a t ea n ds m fw e r ec o o p e r a t i v e l y i m p r e g n a t e dt oa d j u s ts e t t i n gt i m ee f f i c i e n t l y i nt h e p r e f e r r e de m b o d i m e n t ，t h ea p p a r e n td e n s i t y i s7 4 7 k g m 3 ，t h et h e r m a l c o n d u c t i v i t y i s0 19 w m k t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t hi s5 5 m p a ，a n dt h ew a t e r a b s o r p t i o ni s5 3 o b v i o u s l yi t i sak i n do fw a t e r - r e s i s t a n tl i g h t w e i g h tg y p s u m m a t e r i a lw i t hh i g hs f f e n g t h k e y w o r d s ：旺- c a l c i u ms u l f a t eh e m i h y d r a t e ；g y p s u mp a n n e l ；t e as a p o n i n ；f o a m i n g ； h e a ti n s u l a t i o n ；w a t e rr e s i s t a n c e ；h i g hs t r e n g t h i v 浙江大学硕士学位论文 目次 目次 致 射i 摘要i i a b s t r a c t i i i 目次、， 插图和附表清单v i i 第1 章绪论l 1 1 课题背景1 1 2 课题来源2 1 3 课题意义2 第2 章文献综述3 2 1a 半水石膏及其应用3 2 2 石膏基保温材料发展现状6 2 2 1 石膏保温材料6 2 2 2 石膏保温材料的制备方法7 2 3 石膏基耐水材料发展现状9 2 3 1 石膏耐水材料9 2 3 2 石膏耐水材料的制备方法9 2 3 3 保温防水石膏材料的制备一1 3 2 4 本章小结1 4 第3 章实验部分一1 5 3 1 研发目标1 5 3 2 研发内容1 5 3 3 实验设计1 5 3 3 1 实验材料一1 5 3 3 2 实验流程一1 6 浙江大学硕士学位论文 目次 3 3 3 仪器设备与测试方法1 6 第4 章石膏耐水性与强度一2 0 4 1 可再分散乳胶粉的作用一2 0 4 2 有机硅防水剂的作用一2 5 4 2 1 有机硅防水剂与石膏强度一2 5 4 2 2 有机硅防水剂与石膏吸水率2 6 4 3s t m p 的作用2 7 4 3 1s t m p 与石膏强度2 7 4 3 2s t m p 与石膏吸水率2 9 4 4 石膏耐水机理一3 0 4 5 本章小结3 3 第5 章发泡法制备保温石膏一3 4 5 1 发泡石膏性能控制3 4 5 1 1 石膏容重的控制一3 4 5 1 2 石膏强度的控制一3 5 5 2 发泡工艺条件优化3 7 5 3 本章小结3 8 第6 章石膏板生产一3 9 6 1 凝结时间优化3 9 6 2 工艺流程4 0 6 3 成本核算4 1 6 4 本章小结4 1 第7 章结论与展望一4 2 7 1 结论4 2 7 2 创新点4 3 7 3 问题与展望4 3 参考文献4 4 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果5 0 v 1 浙江大学硕士学位论文 插图和附表清单 1 插图清单 插图和附表清单 图2 1 仅半水石膏( a h h ) 下游产品示意图4 图3 1 实验流程1 6 图4 1 可再分散乳胶粉8 0 3 4 h 5 0 1 0 n 对石膏容重的影响一2 l 图4 2 可再分散乳胶粉8 0 3 4 h 5 0 1 0 n 对石膏强度的影响2 l 图4 3 可再分散乳胶粉8 0 3 4 h 5 0 1 0 n 对石膏软化系数的影响2 2 图4 4 混合可再分散乳胶粉对石膏容重的影响一2 3 图4 5 混合可再分散乳胶粉对石膏强度的影响2 3 图4 6 混合可再分散乳胶粉对石膏软化系数的影响一2 4 图4 7 混合可再分散乳胶粉对石膏吸水率的影响一2 5 图4 8 有机硅防水剂对石膏强度的影响一2 6 图4 9 有机硅防水剂对石膏软化系数的影响一2 6 图4 1 0 有机硅防水剂对石膏吸水率的影响2 7 图4 1 1 三偏磷酸钠( s t m p ) 对石膏强度的影响2 8 图4 1 2 三偏磷酸钠( s t m p ) 对石膏软化系数的影响2 9 图4 1 3 三偏磷酸钠( s t m p ) 对石膏吸水率的影响3 0 图4 1 4 可再分散乳胶粉和有机硅防水剂对石膏晶体形貌的影响3 1 图4 1 5 三偏磷酸钠( s t m p ) 对石膏晶体形貌的影响3 2 图4 1 6 三偏磷酸钠( s t m p ) 掺入后石膏表面物相分析一3 3 图5 1 茶皂素对掺有可再分散乳胶粉的石膏的容重的影响一3 4 图5 2 茶皂素对掺有可再分散乳胶粉的石膏的抗折强度的影响一3 5 图5 3 茶皂素对掺有可再分散乳胶粉的石膏的抗压强度的影响一3 6 图5 4 石膏导热系数与石膏容重的关系3 6 图6 1 优化工艺流程一4 0 浙江大学硕士学位论文 插图和附表清单 2 附表清单 表5 1 样品编号与搅拌参数一3 7 表5 2 改变搅拌参数实验结果3 7 表6 1 硫酸钾和塑化剂s m f 的复配3 9 表6 2 防水保温轻质高强石膏板的优化配方4 0 表6 3 防水保温轻质高强石膏板的性能指标一4 1 表6 4 产品生产成本计算表一4 1 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题背景 我国是石膏资源大国，天然石膏资源丰富，已探明储量居世界首位，同时工 业副产石膏( 磷石膏、氟石膏、柠檬酸石膏和脱硫石膏等) 产量巨大，目前达到 1 3 亿吨年，其中脱硫石膏产量为5 5 0 0 万吨年。日本和欧洲一些国家的脱硫石膏 利用率达到1 0 0 ，但是我国脱硫石膏的资源化利用率只有5 0 左右，且大多为低 附加值的利用，如石膏砌块、水泥缓凝剂等。脱硫石膏利用率低，不仅仅是资源 的浪费，还容易导致二次环境污染。 石膏存在三种主要相态：二水石膏( d h ：c a s 0 4 2 h 2 0 ) ，半水石膏( h h ： c a s 0 4 - 0 5 h 2 0 ) 以及无水石膏( a h ：c a s 0 4 ) ，其中半水石膏分为q 型和p 型，c c - 半水石膏具有晶面完整、水化热低、需水量少、硬化体强度高等特点，性能和价 值远优于p 半水石膏。脱硫石膏主要成分是二水石膏，纯度一般在9 2 左右。浙 江大学开发了常温盐溶液法脱硫石膏制备0 【半水石膏的技术，在国内外首先完成 了中试，为今后脱硫石膏生产仅半水石膏提供了新的路线，为脱硫石膏资源化开 辟了高附加值的利用途径。 a 半水石膏属于一种高附加值的初级产品，其下游产品链较长，被广泛利用于 建材、陶瓷、精密铸模、骨水泥、医药载体等领域。我国对建筑节能越来越重视， 保温材料是建筑节能一个重要内容，石膏类保温材料具有价廉、不易燃和绿色特 点，容重低，施工方便，但是石膏的吸湿特性使得石膏保温材料的应用受到限制， 在建筑外墙等对防潮要求比较高的场合，普通保温石膏板性能不能满足使用要求， 因此需要提高保温石膏的防水性能。以a 半水石膏为原料制备防水保温的石膏板 材有望解决石膏保温材料用于潮湿环境中的难题。目前国内外在石膏防水的研究 和应用方面做了很多工作，但多对于密实的石膏材料，对于高孔隙率的保温石膏 材料研究较少。因而，发展石膏产品的深加工技术、开发a 半水石膏下游产品， 例如防水保温石膏板材，对于更好地利用我国天然石膏和工业副产石膏资源具有 重要的实际意义。 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 2 课题来源 本课题来源于国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 课题“钙基湿法脱硫副产 物制备高强度0 【半水石膏资源化技术”( 编号：2 0 0 6 a a 0 3 2 3 8 5 ) 的后续研究。 1 3 课题意义 本课题开发一种防水保温轻质高强石膏板。在建筑节能领域，提供一种环保 安全的技术和产品；在石膏综合利用方面，提高我国石膏深加工或高值利用水平， 提高建材行业石膏材料的应用水平，并且有利于消纳大宗工业固废脱硫石膏。 浙江大学硕士学位论文 第2 章文献综述 第2 章文献综述 2 1a 半水石膏及其应用 石膏广泛存在于地球岩层中，此外烟气脱硫过程和硫酸与钙盐反应过程也会 产生大量工业石膏，工业石膏一般是潮湿的细小颗粒。石膏是理想的工业材料， 因为( 1 ) 二水石膏加热易脱水生成半水石膏，( 2 ) 向半水石膏在加入水后会再转 化为二水石膏，石膏硬化得到各种石膏产品。石膏的脱水与再水化现象是石膏的 应用技术基础。石膏是一种应用历史悠久的建筑材料，与石灰、水泥并列为无机 胶凝材料中的三大支柱【l 】，它具有重量轻，耐火性能好，隔音隔热性能好、尺寸稳 定、原料广泛、易浇注、能耗少、对人体无害等优点，是国际上推崇发展的节能 型绿色材料。 半水石膏有c 【型和1 3 型两种形式，是石膏脱水相一个系统中的两个相，q 相密 度2 7 2 9 c m 3 ，p 相密度2 6 2 2 6 4 9 c m 3 。它们的制备方法、水化热和应用性能都不 相同，两者在微观结构即原子排列的精细结构上没有本质的差别，宏观性能差别 较大，这是由亚微观结构差异决定的。c 【半水石膏晶体呈粗大短柱状，结晶良好， 晶粒分布窄，而b 半水石膏晶体细小，结晶较差，晶粒大小分布较宽 2 】。相对于p 半水石膏，叶半水石膏水化速度慢、水化热低、标准稠度需水量小、硬化体结构密 实、强度高。一般情况下，p 半水石膏被称为建筑石膏，a 半水石膏称为高强石膏。 伐半水石膏属于单斜晶系，有错开的c a 2 + 、s 0 4 2 - 层，失去3 4 水分子的水分 子层中形成了直径约0 3 n m 的沟道，水分子可以从此沟道出入，这是半水石膏容 易水化的重要原因【3 1 。0 【半水石膏的制备方法有蒸压法和水热法。前苏联在上世纪 3 0 年代开始运用蒸压法生产c l 半水石膏【4 1 ，我国在1 9 7 8 年研制出了生产0 【半水石 膏工艺流程【5 1 。加入转晶剂，采用水热法可以制备得到长径比较低的短柱状a 半水 石膏6 1 。蒸压法生产的q 半水石膏干燥后抗压强度为2 5 5 0 m p a ，称为高强石膏， 水热法制备的0 【半水石膏的抗压强度可达到5 0 1 0 0 m p a ，又称为超高强石膏。 世界上最古老的半水石膏板发现于德国小亚细亚的卡塔尔许克城的装饰壁画， 已有9 0 0 0 年历史。在1 9 世纪末期的巴黎和部分欧洲国家，半水石膏在工业方面 浙江大学硕士学位论文 第2 章文献综述 厂 主三军茎二三手翼二，茎主囊主了笔乏模、精密铸造、零 r 轻工业 l 委要三芸电缆密封材料、船舶嵌缝) i医疗与医学 )c o m p r c s s ；v e ( w c t )量雪f l e x u r a l ( e t )0i2468d o s a g eo fr e d i s p e r s i b l el a t e xp o w d e r ( )圈4 8 有机硅防水剂对石膏强度的影响圈4 9 有机硅防水剂对石膏软化系数的影响4 2 2 有机硅防水剂与石膏吸水率图4 1 0 显示了有机硅防水剂对石膏吸水率的影响。可以看到，当可再分散乳胶粉掺量为0 时，经过有机硅防水剂浸渍的石膏试块吸水率为1 3 5 ，远远小于发泡石膏吸水率( 4 0 ) ，如图4 7 所示。结果表明有机硅防水剂能使石膏具有良 浙江大学硕士学位论文 第4 章石膏耐水性与强度 好的防水性能。随着可再分散乳胶粉掺量的增加，经过有机硅防水剂浸渍的石膏 试块吸水率继续降低至2 左右，表明有机硅防水剂和可再分散乳胶粉产生了协 同作用，使石膏的防水性能大大提高。 4 3s t m p 的作用 d o s a g eo fr e d i s p e r s i b l el a t e xp o w d e r ( ) 圈4 1 0 有机硅防水刹对石膏吸水率的影响 尽管有机防水剂可以赋予石膏憎水性，但是石膏晶体之间结合键并没有得到 多大的改善7 引，当石膏暴露于水中时，晶体的溶解和品格的变形仍然导致石膏强 度不可逆的降低。湿强度太低限制了石膏在潮湿环境中的使用。 本节研究了三偏磷酸钠( s t m p ) 的作用。s t m p 化学式为n a 3 p 3 0 9 ，是一种 固体盐，s t m p 溶液中含有大量三偏磷酸根离子，s t m p 常用来提高墙板的力学 性能6 6 1 。本研究将s t m p 制成浓度分别为0 、2 、4 、6 、8 、1 0 、1 5 、2 0 1 均溶液， 喷涂在干燥后的石膏试块上，喷涂量为0 2 9 每立方厘米试块，测试干燥后的石膏 性能。 4 3 1s t m p 与石膏强度 图4 1 1 显示了s t m p 对石膏强度的影响，经过s t m p 溶液喷涂的石膏试块， 浙江大学硕士学位论文第4 章石膏耐水性与强度 绝干强度和湿强度明显高于对比试块，随着s t m p 溶液浓度的增加，石膏强度的 变化不大。实验结果表明一定量的s t m p 能明显提高石膏的强度，特别是湿强度， 湿强度的提高有利于石膏在潮湿环境的使用。但过多的s t m p 对石膏强度提高的 作用不大。 圈4 1 1 - m 磷酸钠( s t m p ) 对石膏绶度的影响 图4 1 2 显示了s t m p 对石膏软化系数的影响，软化系数随着s t m p 溶液浓度 的增加有一个先增加后降低的过程，抗折软化系数最高可达0 7 7 。软化系数的提 高表明石膏在吸水状态下强度的降低幅度变小，这与s t m p 对石膏的强度增强作 用密不可分。 浙江大学硕士学位论文 第4 章石膏耐水性与强度 c o n c e n t r a t i o no fs t m ps o l u t i o n ( ) 圈4 1 2 三偏磷酸钠( s t m p ) 对石膏软化系数的影响 4 3 2s t m p 与石膏吸水率 图4 1 3 显示了s t m _ p 对石膏吸水率的影响，s t m p 溶液浓度越高，石膏试块 的吸水率越高。实验结果表明，过多的$ t m p 破坏了石膏的防水性。s t m p 溶液 中除了含有三偏磷酸根离子，还含有大量的钠离子，这些离子渗入石膏体系中与 硫酸钙缓慢反应，生成不溶于水的磷酸钙类物质的同时生成了大量的硫酸钠并填 充于石膏晶体中。当石膏置于水中时，硫酸钠溶解于水，石膏硬化体形成大量孔 隙，反而导致石膏吸水增加率。 吸水率的增加一定程度破坏了石膏的晶体结构，导致强度降低，与s t m p 的 强度增强部分有一定的抵消，因此石膏的强度变化与s t m p 溶液的浓度变化并不 呈线性相关，如图4 1 1 所示。 综上，考虑到产品要求，需要控制s t m p 溶液的浓度。一般来说，选择小于 4 的s t m p 溶液涂覆，就可以得到满足实验要求的结果。 浙江大学硕士学位论文 第4 章石膏耐水性与强度 圈4 1 3 三偏磷t 钠( s t m p ) 对石膏吸水率的影响 4 4 石膏耐水机理 本节通过石膏形貌变化和x r d 分析，来探索石膏板的防水机理。 图4 1 4 显示了可再分散乳胶粉和有机硅防水剂对石膏晶体形貌的影响。图( a ) 是空白发泡石膏的微观形貌图，石膏晶体呈长柱状相互搭接。图( b ) 是加入可再 分散乳胶粉的石膏表面微观形貌，石膏晶体变短，晶体之间搭接紧密，晶体表面 包裹高分子薄膜，高分子薄膜不仅增强石膏柔性和粘合性，还提高了疏水性能。 5 0 1 0 n 是一种醋酸乙烯乙烯共聚胶粉，胶粉在水中水解产生醋酸离子，醋酸离 子可以结合石膏溶解再结晶过程析出的钙离子，生成一种有机钙盐醋酸钙【7 4 1 。 8 0 3 4 h 是一种遇水可再分散的憎水性的乙烯月桂酸乙烯酯氯乙烯三元共聚胶粉， 加入水中后均匀分散，水分子挥发后，聚合形成一层憎水高分子薄膜包裹在石膏 晶体表面。图( c ) 是经过有机硅防水剂浸渍的石膏块的表面微观形貌图，硅烷微 分子通过表面渗透与水分子和酸碱物质发生化学反应生产羟基团，羟基团吸附在 石膏表面，形成一层憎水性薄膜，该薄膜弥补细小裂缝且具有透气性，进一步隔 绝石膏晶体和水的接触。同时可以看到石膏晶体之间的搭接并不紧密。图( d ) 是 加入可再分散乳胶粉并经过有机硅防水剂浸溃的石膏块的表面微观形貌图，晶体 浙江大学硕士学位论文第4 章石膏耐水性与强度之间搭接紧密，且晶体表面和孔隙之间都填充了有机防水膜。通过石膏形貌变化分析可以知道，可再分散乳胶粉和有机硅防水剂的复合作用显著降低了石膏板的吸水率( a ) 空白石膏( b ) 可再分散乳胶粉( 8 )( c ) 有机硅防水剂( d ) 有机硅防水剂+ 可再分散乳胶粉( 8 )圈4 1 4 可再分散乳胶粉和有机硅防水荆对石膏量体形筑的：黟响图4 1 5 是采用s t m p 溶液涂覆的石膏样品与对比石膏样品的微观形貌图，图( a ) 是没有涂覆s t m p 的对比石膏样品表面，石膏晶体呈短柱状，无规则搭接在一起，表面包裹一层聚合有机膜，石膏晶体之间存在一定缝隙。图( b ) 是经过s t m p 涂覆的石膏样品，石膏晶体致密地搭接在一起，表面均匀地覆盖一层有机聚合防水膜。图片结果表明s t m p 渗入石膏体系中，缓慢与硫酸钙反应，生成不溶于水的磷酸钙，并填充于石膏晶体中，晶体之间的致密搭接可以从宏观上解释为什么s t m p 增加了石膏强度。 浙江大学硕士学位论文 第4 章石膏耐水性与强度 另外，如图( b ) 所示，在石膏表面析出一些白色晶体，硫酸根离子与s t m p 溶液中的钠离子生成了硫酸钠晶体。硫酸钠易溶于水，这些晶体脱落或者遇水溶 出，在石膏内部形成孔隙，反而增加了石膏的吸水率。如何克服这个问题，有待 进一步研究。 ( a ) 未加入s t b t p 的样品 ( b ) 加入f f l b i p 的样品 圈4 1 s 三儡磷酸铺( $ t m p ) 对石膏量体形筑的影响 图4 1 6 是采用s t m p 溶液涂覆的石膏试块和对比石膏试块的表层物质的 x r d 物相分析图，s t m p 溶液中含有大量偏三磷酸根离子，磷酸根离子随水进入 石膏晶体，替换硫酸根离子，生成一些硫酸磷酸钙类物质。从图4 1 6 可以看到， 在2 0 = - 1 7 6 0 处出现了矿物a r d e a l i t e 的特征衍射峰，另外出现了数个矿物b r u s h i t e 的衍射峰，表示在石膏晶体之间，生成了一些硫磷酸钙类混合物。 研究表明， h p 0 4 2 。与s 0 4 2 有相似的离子半径( p o 和s - o 的键长分别为1 5 4 a 和1 4 6 a ) ， h p 0 4 】2 。可以从微观结构上取代石膏晶体中的s 0 4 2 。，形成矿物磷石 膏c a 2 h p 0 4 s 0 4 4 h 2 0 ( a r d e a l i t e ) 【7 5 】。a s l a n i a n 等【7 印尝试使用多元磷酸来合成难 溶的硫磷酸固溶体，得到了石膏晶体和透钙磷石c a h p 0 4 2 h 2 0 ( b r u s h i t e ) 。这些 物质可以降低石膏水化产物溶解度，有利于石膏用作外墙建筑材料。 s t m p 加入硫酸钙中，形成的磷酸钙类物质晶体更加粗大且溶解度更低【7 7 1 ， 从微观上解释了s t m p 对石膏的强度增强作用。 浙江大学硕士学位论文 第4 章石膏耐水性与强度 4 5 本章小结 2 0 d e g 圈4 1 6 三儡磷酸钠( s t m p ) 掺入后石膏表面物相分析 本章通过两类有机化合物复合作用来改善石膏的耐水性能，并采用三偏磷酸 钠( s t m p ) 溶液来增强石膏的强度，得到以下结论： ( 1 ) 两种可再分散乳胶粉8 0 3 4 h 和5 0 1 0 n 的最佳复配比例为1 。当混合掺 量为8 时，石膏吸水率降低至1 5 2 。单独使用有机硅防水剂能使石膏吸水率降 低至1 3 o 。可再分散乳胶粉和有机硅防水剂协同使用，可将石膏的吸水率降低 至2 。s t m p 溶液浸泡提高了石膏板的绝干强度和湿强度，有利于石膏在潮湿环 境的使用。 ( 2 ) 可再分散乳胶粉和有机硅防水剂联合使用，使得c t 半水石膏水化后的 石膏晶体呈致密镶嵌状，提高了石膏板的强度；石膏晶体表面覆盖憎水有机薄膜， 以及s t m p 溶液处理后生成的磷酸钙壳层，提高了石膏板的防水性能。 浙江大学硕士学位论文 第5 章发泡法制备保温石膏 第5 章发泡法制备保温石膏 本章选择茶皂素作为发泡剂制备发泡石膏，研究了各发泡参数对发泡石膏性 能的影响。根据国家对石膏板的相关标准，选择了合适的工艺参数。 5 1 发泡石膏性能控制 本节研究发泡石膏性能控制。固定石膏的水膏比0 4 ，