发泡剂对防水石膏性能的影响探析

李永强

（福建省建筑科学研究院有限责任公司福建省绿色建筑技术重点实验室，福建 福州350025）

0 前言

石膏制品具有体积稳定、轻质、调湿和防火的特点，但是耐水性一般较差，在潮湿环境下强度有较大损失，这使得石膏制品只能在干燥环境当中使用，极大的限制了石膏制品推广应用[1，2]。因此，许多学者侧重于研究轻质石膏，对石膏进行轻质化处理，可以在降低体积密度的同时增强隔热效果，提高保温性能[3]。目前，石膏轻质化的方法主要有掺加轻质材料和发泡两种方式，轻质材料掺入石膏当中，虽然可以降低体积密度，但是吸水率较大。另外，由于石膏的凝结时间对用水量较敏感，当水胶比较低时，如果轻骨料吸水量较大，可能造成凝结时间缩短，对石膏的凝结性能造成不良影响[4，5]。所以在对石膏进行轻质化处理中以后者居多。

发泡石膏制品具有轻质、保温隔热和防火的特点，是一种良好的环保、节能材料[6，7]。发泡剂是发泡石膏生产过程中的主要添加剂之一，对发泡石膏的物理和力学性能等有着重要的影响。文章通过研究发泡剂的种类及用量的变化对发泡石膏的力学性能、吸水率、软化系数和导热系数的影响，探索其相应的影响规律。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

磷建筑石膏。购买于济南鸿图化工有限公司，外观为淡黄色粉末，性能符合《建筑石膏》（GBT9776-2008）标准。

柠檬酸。购于天津市风船化学试剂科技有限公司，无色柱状结晶或白色结晶颗粒，有刺激性。外加剂。选用聚羧酸高效减水剂，减水率26%。

动物蛋白发泡剂和植物发泡剂。起泡性好、气泡稳定、密度大。

十二烷基硫酸钠及十二烷基苯磺酸钠。购买于厦门土立方工贸有限公司，白色粉末。

憎水剂。选用甲基硅酸钠，固含量45%。

水。采用自来水。

1.2 试验方法

防水脱硫石膏的制备工艺如图1所示。

图1 防水脱硫石膏的制备工艺流程图

2 试验结果与分析

2.1 发泡剂对防水发泡石膏力学性能的影响

由如图2（a）、（b）可知，较空白试样相比，加入发泡剂后，其抗折、抗压强度的基本趋势是减小的，符合实验的预期。植物发泡剂和动物发泡剂的波动最大，动物发泡剂在掺量为0.3%时，力学强度有回升，回升后也是呈现下降趋势。其中抗折性能最好和最差的的分别掺量为0.1%和0.2%的植物发泡剂，对应的抗折强度损失率分别为20%、77%。抗压性能最好的是掺量为0.1%的植物复合发泡剂，其抗压强度损失率为33%；最差的是掺量为0.2%的动物发泡剂，强度损失率高达96%。这是因为石膏的表观密度越大力学性能也就越好，密度越大，意味着石膏内部的缺陷越少。

图2 发泡剂对防水发泡石膏力学性能的影响

2.2 发泡剂对防水发泡石膏软化系数的影响

软化系数是试样浸泡24h之后的抗压强度与对应试样的绝干抗压强度之比。所以，软化系数越大，说明防水发泡石膏的力学性能越好。如图3所示，为发泡剂掺量对防水发泡石膏软化系数的影响。可以看到，随着发泡剂掺量的增加，数据均在空白试样软化系数附近波动。同样，植物发泡剂的变化幅度最大。且在发泡剂掺量一样的情况下，植物复合发泡剂及动物发泡剂的软化系数较高。总体来说，软化系数在0.30～0.50之间变化。防水发泡石膏自身含有较高的孔隙率及不规则的连通孔导致试样在水中浸泡期间，吸水较多，从而导致软化系数的降低。

图3 发泡剂掺量对软化系数的影响

2.3 发泡剂对防水发泡石膏导热系数的影响

固体的传热速度要大于气体的传热速度，而防水发泡石膏内部有大量的孔隙。基于这一点，便可知发泡剂的掺量对防水发泡石膏的导热系数影响较大。从图4中可以看出，植物发泡剂在掺量为0.2%时，导热系数最高。这是由于植物发泡剂发泡效率高、泡沫稳定性好，制备的试样表观密度小，因此在发泡剂掺量相同时，其导热系数相对较低。而由于化学发泡剂的发泡效果依靠于化学反应的进行程度，所以起泡能力及气泡稳定性均较差，导致其导热系数相对较高。

图3 发泡剂掺量对软化系数的影响

2.4 孔隙形貌观察与分析

从图5可以明显看出，加入发泡剂后，石膏试样的泡孔明显增加，植物发泡剂的泡孔小而密集，分布均匀，因此，其导热系数低，表观密度小。但由于其泡孔过于密集，导致其力学性能一般。十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠的泡孔大小及分布情况基本一致，同时也证明了二者的测试数据极为接近。动物发泡剂的泡孔大小均匀，且独立性好，因而，其力学性能、导热性能较好。植物复合发泡剂的泡孔大小差异较大，且分布不均，通孔大多集中在中部，是本实验所有发泡剂中，发泡效果最差的。综上所述，植物发泡剂的发泡效果最好，植物复合发泡剂的发泡效果最差，化学发泡剂发泡效果基本相同且介于这两者之间。

3 结论

①研究表明，植物发泡剂的最佳掺量为0.2%，动物发泡剂的最佳掺量为0.1%，植物复合发泡剂、十二烷基苯磺酸钠及十二烷基硫酸钠的最佳掺量均为0.5%。

②在5种发泡剂中，植物发泡剂的发泡效果最好，与空白试样相比，导热系数从0.229 W/(m2·K)降到0.189W/(m2·K)，表观密度从1226.56 kg/m3降 到781.25kg/m3，力学性能损失率最大高达84%，但仍符合防水发泡石膏材料的要求。植物复合发泡剂的发泡效果最差，与空白试样相比，导热系数从0.229 W/(m·2K)降到0.205W/(m2·K)，表观密度从1226.56 kg/m3降到1002.02kg/m3，力学性能损失率最高为77%。其他发泡剂的发泡效果介于这两种发泡剂之间，其中十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠的发泡效果区别不大。