建筑磷石膏腻子的配制及性能.doc

建筑磷石膏腻子的配制及性能全国中文核心期刊斩建巍建筑磷石青腻子硇配制及性链杜勇,彭家惠,江丽珍,向振宇.(1.中国建筑材料科学研究总院,北京1000242.重庆大学材料学院,重庆400045;3.中国建筑科学研究院,北京100013)摘要:通过对凝结时间,粘结强度,耐水性,施工性等性能的测试,研究了建筑磷石膏颗粒级配,外加剂和填料对建筑磷石膏性能的影响,明确了建筑磷石膏基腻子材料的合理级配,外加剂种类及掺量.结果表明,羟丙基甲基纤维素对建筑磷石膏腻子的粘结性和保水性影响最为显着,其掺量不宜大于0.1%;磷石膏的合理级配能明显提高腻子的保水,刮涂性能;憎水剂掺量和滑石粉取代量分别以0.05%,15%为宜:配制的磷石膏腻子的干粘结强度为O.63MPa,保水率达到97%,表干时间85rain,耐水性,施工性,耐碱性及打磨性等均合格.关键词:磷石膏;腻子;外加剂;填料;性能中图分类号:TQ177.3+75文献标识码:A文章编号:1001702X(2011)07004804PreparationforputtyofphosphogypsumanditsperformanceDUYong,PENGJiahui,JIANGLizhenI,X1ANGZhenyu(1.ChinaBuildingMaterialsAcademy,Beijing100024,China;2.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China;3.ChinaAcademyofBuildingResearch,Beijing100013,China)Abstract:Theinfluencesofimportantfactorsontheperformanceofphosphogypsumareinvestigatedbydeterminingsettingtime,cohesivestrength,waterproofperformanceandworkingperformance,etc.whichreferringtofactorssuchasgraincomposition,admixtureandstuffing.Rationalgraincomposition,thecategoryofadmixtureandtheadditivequantityintheputtyofphosphogyp-sumareconfirmed.Theresultsindicatethathydroxypropylmethylcellulosehasagreatinfluenceonthecohesivestrengthandpreservativewatereffectofphosphogypsumputtyandadditivequantityisnotexceeding0.1%.Therationalgraincompositionofphosphogypsumcanimprovethecapabilityofworkingandretentivewater.0.O5%waterrepellentisfittinginphosphogypsumputty,15%replaceoftalcumpowderisbetteratthesametime.Cohesivedryintensityandkeepingwaterisrespectivelyachieveto0.63MPaand97%,thedesiccationtimeis85min,theperformancesofwaterproof,working,alkaliresistanceandstandingalecorrespondtostandard.Keywords:phosphogypsum;putty;admixture;stuffing;performance近年来,我国磷石膏的排放量急剧攀升,已达到5000万l/年Ij.由于石膏胶凝材料在居室应用能够产生很好的吸湿和透气作用,是一种绿色健康,装饰效果好的理想材料.但磷石膏性能不稳定,资源化利用困难I】,给社会环境造成了巨大压力.磷石膏脱水制得的以一半水石膏为主要成分的建筑收稿日期:20101207:修订日期:2011-Ol一26作者简介:杜勇,男,1983年生,陕西汉中人,主要从事建筑节能材料研究.地址:北京市朝阳区管庄东里1号中国建筑材料科学研究总院东楼物理室,Email:cbmaxc163.COB.?48?新型建筑材料2011.7磷石膏及制品是其资源化利用的有效途径.目前,市场上销售的腻子大多是水泥基腻子和用化学胶调制的以滑石粉为主体的腻子.水泥基腻子偏碱性,实际使用中易收缩,开裂,不透气及质感差等,施工过程费时,费工,且水泥水化硬化后,平整度无法调整,给涂料施工带来不便翻.用胶水配制的以滑石粉为主体的传统腻了耐水性差,上墙后易起皮,脱落,掉粉,如施涂涂料,2种腻子都将削弱涂料的功能和装饰效果.利用石膏材料的性能优势,研究新型石膏基腻子,一方面可以改变传统腻子使用带来的缺陷;另一方面可以利用建筑杜勇,等:建筑磷石膏腻子的配制及性能石膏腻子具有凝结硬化快,装饰效果好,呼吸功能,粘结强度高及体积稳定等优势,给涂料的后续施工质量提供了有效保障.石膏基腻子之所以应用不多,主要是对其性能优势的认识不够充分,所做的工作较少问.因此,开发出性能优异的建筑磷石膏基腻子材料,不仅能消耗大量固体废弃物,减轻环境压力,降低能源消耗,还将提升现代建筑的功能性及居住舒适性.1原材料与试验方法1.1主要原材料建筑磷石膏:中化重庆涪陵化工有限公司提供,外观呈灰白色,比表面积为2320em2/g,化学成分见表1;SG一10缓凝剂:主要成分为骨胶,苏州市兴邦化学建材有限公司提供;保水剂:羟丙基甲基纤维素,黏度100000mPa?S,重庆益兴化工公司提供;1220型可再分散乳胶粉,有机硅憎水剂和木质纤维:德国瓦克化学股份有限公司提供.表1建筑磷石膏的化学成分%si02Fe203Al203CaOMgONa20KzOSO3P205可P20溶5结晶水673070077337101102008048462820584151.2试验方法凝结时间,保水率参照JC/T517-2004粉刷石膏进行测试;拉伸粘结强度,耐水性,刮涂性等参照JG/T3049-1998健筑室内用腻子进行测试.pH值调节与测试:酸性采用1.1l%的HC1调节,碱性采用Ca(0H)调节,pH值用数字型pH计测试.颗粒粒度分布及细度测试:取少许粉磨处理过的试样,放入无水乙醇中,采用儿一1155型激光粒度仪,进行比表面积和粒度分布分析测试.2结果与分析2.1建筑磷石膏腻子基本性能研究细度及颗粒级配对石膏的水化有较为明显的影响.颗粒度小,石膏与水接触面积大,溶出速率较快,形成过饱和溶液快,有利于石膏晶体成核,硬化体的强度得以提高.但细度过小,颗粒在液体中团聚程度明显增加而难于分散,拌合用水量也会显着增大,导致石膏硬化体缺陷增加;与此同时,级配的合理与否也直接关系新拌石膏浆体的和易性及施工性.建筑磷石膏是快凝,快硬的胶凝材料,一般半水石膏经515rain凝结,为调整凝结时间以满足施工需要,缓凝剂成为必要的外加剂之一.用在石膏中的缓凝剂种类繁多,但缓凝剂所处的环境不同(天然建筑石膏处于一个弱碱性环境,建筑磷石膏则是一个酸性较强的体系),一些效果优良的缓凝剂应用于磷石膏体系中作用效果不佳.因此,需要筛选出与建筑磷石膏相适应的缓凝剂种类并确定相应掺量.可再分散乳胶粉能够增加石膏基材料的柔性,耐水性,粘结性,甚至还可以提高石膏基拌合物的保水性.此外,憎水剂,纤维等也能明显改善建筑磷石膏基材料的性能.通过一系列外加剂优选试验及掺量的确定,最终选用的外加剂为:SG一10缓凝剂,1220可再分散乳胶粉,羟丙基甲基纤维素保水剂.结合对磷石膏颗粒分布,级配及细度的研究及试验结果,选取能较明显降低浆体标准稠度用水量,提高保水率和石膏硬化体强度的建筑磷石膏颗粒级配(见表2),外加剂对建筑磷石膏腻子基本性能的影响及水平情况见表3.表2建筑磷石膏级配%采用功效系数法对表3进行分析同,由表3中总功效的极差R和K值分析可知:保水剂对建筑石膏腻子的粘结强度,保水率等性能的影响最为显着,建筑磷石膏颗粒因素的影响相对最小;影响因素水平选取如下:sG一10掺量0.4%,可再分散乳胶粉掺量0.2%,保水剂掺量0.07%,建筑磷石膏颗粒水平为2.2.2有机硅憎水剂对建筑磷石膏腻子耐水性的改善建筑石膏制品共同弱点就是耐水性差,石膏制品处于饱和水状态时,其强度损失非常大.要从根本上解决石膏耐水性差的问题,就必须改变硬化体的结构.添加憎水剂可改进磷石膏硬化体的结构特征,降低磷石膏的亲水性.有机硅憎水剂的主要成分为甲基硅醇钠(钾)和高沸硅醇钠(钾)等,是一种小分子水溶性聚合物,易被弱酸分解,与一0H紧密结合在一起形成甲基聚硅酸,然后很快聚合起来,在材料内部的孔隙壁表面形成网状的,表面张力很低的疏水薄膜(甲基硅醚),使水分无法渗入毛细孔中而起到防水作用.有机硅憎水剂在磷石膏中通过防水膜包围在材料的微细粒子上,浸润了各孔隙的端15,在一定长度范围内改变表面能,改变与水接触的角,使水分子凝聚在一起形成液滴,阻止了水的浸入.同时对粒子间的通风性能和排水作用没有影响,它的使用既不影响磷石膏基材料优异的呼吸作用,又能大幅提高材料的耐水性能.在SGl0掺量0.4%,可再分散乳胶粉掺量0.2%,保水剂掺量0.07%,建筑磷石膏颗粒水平为2,体系pH值为5.1的条件下,有机硅憎水剂对建筑磷石膏腻子性能的影响见表4.NEWBUILDINGMATERIAI.5?49?杜勇,等:建筑磷石膏腻子的配制及性能表3建筑磷石膏腻子基本性能影响因素及水平注:9个试样打磨性均合格;2.4,7号刮涂性好,其余也均合格;体系pH值为5.1.表4有机硅憎水剂对建筑磷石膏腻子性能的影响从耐水性能和拉伸粘结强度方面考察,有机硅憎水剂最佳掺量应为0.05%.此时,配制的腻子耐水性能好,同时粘结强度也达到了最大.2.3填料对建筑磷石膏腻子性能的改善填料为腻子膜提供骨架材料,既能够明显增大腻子膜的体积,又能显着改善腻子的涂刮性及外观质感.选用白度不低于80%,细度为400800目的滑石粉为建筑磷石膏腻子的填料,滑石粉取代磷石膏量对性能的影响见表5.表5滑石粉对建筑磷石膏腻子性能的影响由表5可知,复合外加剂作用下,随着滑石粉取代量的变化,建筑磷石膏腻子的标准稠度用水量,打磨性及耐水性均受到一定的影响.滑石粉取代量小于20%时,打磨性能良好,超出这个范围打磨性变差;取代磷石膏量小于15%时,耐水性能优良,超出这个范围耐水性变差;滑石粉取代量在15%一30%内,建筑磷石膏腻子的施工性能良好.?50?新型建筑材料2011.7从表5还可以看出,滑石粉的取代使建筑磷石膏腻子的保水性能有所下降,取代量为2O%和30%时,腻子的保水率下降最为严重.保水率的变化与腻子粉的表面积和级配的变化有着内在的关联:滑石粉要比磷石膏粉细得多,导致颗粒间级配变差,因此浆体的保水性能下降;当取代量进一步增大,颗粒间空隙增加小于总表面积的增大,因此保水性能又有所杜勇,等:建筑磷石膏腻子的配制及性能提高.随着滑石粉取代量的增加,拉伸粘结强度明显降低.这是因为滑石粉的加入降低了胶凝组分的比例,拉伸粘结强度必然降低.滑石粉作为建筑磷石膏腻子的填料能显着改善腻子的施工性,但掺量过多时对腻子的保水性能,粘结强度,耐水性,打磨性及凝结时间有一定的负面影响,综合考虑,滑石粉以15%取代磷石膏量为宜.2.4建筑磷石膏腻子的配方及性能基于前面的分析,掺加0.05%的有机硅憎水剂可满足建筑磷石膏腻子的耐水要求.为保证建筑磷石膏腻子95%的保水率,掺加O.1%的羟丙基甲基纤维素.鉴于滑石粉使腻子凝结时间延长和拉伸粘结强度降低,对sGl0及乳胶粉的掺量做出调整.由于木质纤维具有优异特性,可用以优化腻子性能.建筑磷石膏腻子配方调整及关键性能测试结果见表6.表6建筑磷石膏腻子配比及-陛能测试注:pH值为5.1;耐水性,打磨性,耐碱性及施工性合格.由表6可见,所配制的建筑磷石膏腻子保水率为97%,参干粘结强度为0.63MPa,表干时间为85min,符合JG,I,3o49一1】1998要求,耐水性,打磨性,耐碱性及施工性均合格.r213结语(1)羟丙基甲基纤维素对建筑石膏腻子性能的影响最为显着,优化建筑磷石膏颗粒级配可改善腻子的保水性能及施工性.【3】(2)有机硅憎水剂掺量为0.05%时,建筑磷石膏腻子的耐水性好,拉伸粘结强度较高.滑石粉作为建筑磷石膏腻子的填料能显着改善腻子的施工性,但对腻子的保水率,粘结强度及耐水性有一定的负面影响,以l5%的滑石粉取代磷石膏为【4l宜.(3)采用sG一10,1220可再分散乳乳胶粉,羟丙基甲基纤【5】维素,有机硅憎水剂及木质纤维配制的建筑磷石膏腻子,其干61粘结强度为0.63MPa,保水率达到97%,表干时问为85min,耐水性,施工性,耐碱性及打磨性均合格.【7】考文献:杨荣华.石膏资源的综合利用现状及发展方向探讨J.无机盐工业,2008,4(4):5-7.SantosAJG,MazzilliBP,FavaroDZT,eta1.PartitioningofradionuclidesandtraceelementsinphosphogypsumanditssourcematerialsbasedonsequentialextractionmethodsJ.JournalofEnvironmentalRadioActivity,2006,87:52-61.ManjitSinghand,MridulGarg.Retardingactionofvariouschemicalsonsettingandhardeningcharacteristicsofgypsumplasteratdifferent