脱硫建筑石膏的耐水性能研究

彭红 吕忠 骆文进

（1重庆建筑工程职业学院，重庆 400070；2重庆市建筑科学研究院，重庆 400050）

脱硫建筑石膏是以烟气脱硫石膏为原料制取的建筑石膏[1]，以半水硫酸钙为主要化学成分，具有轻质隔音、防火保温、节能利废等优点，是目前大力推广使用的绿色胶凝材料之一[2-3]。但脱硫建筑石膏的耐水性差是制约其在建材领域广泛使用的关键问题[4]，因此，提高脱硫建筑石膏制品耐水性能一直是国内外的研究热点。目前，解决措施主要有外防和内防两类，其中内防又分为无机内防水和有机内防水。无机内防水是通过掺入少量矿物掺合料，如水泥、粉煤灰、矿渣粉等活性火山灰材料，生成部分水硬性胶凝材料，增加石膏制品的密实度，从而提高耐水性能；有机内防水是通过掺入有机类防水剂来改变石膏表面能，在石膏晶体表面形成一层憎水膜，降低石膏吸水率，从而提高耐水性能[5-7]。

本试验采取内防水方式，研究硅酸盐水泥在不同掺量下对石膏耐水性能的影响，并在此基础上对比研究几种防水剂的防水效果，以得到满足标准要求的耐水性能良好的石膏制品。

1 试验部分

1.1 原材料

1）脱硫建筑石膏：由重庆某石膏建材有限公司提供，呈淡黄色，加水拌合后具有胶凝特性。

2）水泥：由重庆某水泥厂提供的42.5普通硅酸盐水泥。

3）防水剂：硅酸钠，分析纯，白色块状物，由天津某化学试剂有限公司提供；甲基硅酸钠，无色透明状液体，由北京某建材有限公司提供。

4）粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，由重庆某粉煤灰发展有限公司提供。

5）拌和水：自来水，达到饮用水标准。

1.2 试验方案

试验采用0.6水膏比制备石膏试样，研究42.5普通硅酸盐水泥的掺量对脱硫建筑石膏14d、28d软化系数的影响，确定水泥的最佳掺量；在此基础上，分别掺入硅酸钠、甲基硅酸钠等防水剂，对比研究几种防水剂对石膏试样14d、28d软化系数的影响，从而得到石膏制品耐水性能良好的配合比。

1.3 性能测试方法

参照JC/T 698-2010《石膏砌块》对试样14d、28d的软化系数进行测试；所有试件在测试前均采用自然养护方式进行养护。

2 结果与讨论

2.1 单掺水泥对脱硫建筑石膏软化系数的影响

试验将水泥以5%、10%、15%、20%、25%的比例取代部分石膏制样成型，研究水泥不同掺量对试样耐水性能的影响。结果表明，在水泥掺量介于5%-15%时，试样软化系数随着水泥掺量的增加而增大，当水泥掺量超过15%时，试样的软化系数略有下降，这是因为在石膏浆体中掺入水泥，水泥水化生成的产物具有强度较高和水硬性等特点，有利于提高试样的软化系数，但是随着水泥掺量的增加，水泥反应生成的水化铝酸钙与石膏进一步反应生成较多的水化硫铝酸钙，该物质具有一定的体积膨胀性，当生成量较多时，试样内部因较大的膨胀力作用而产生微细裂纹，从而出现试样耐水性能降低的现象。综合分析，在石膏中单掺水泥，水泥的最佳掺量为15%，此时试样14d和28d的软化系数较基准样分别增加了8.7%、15.6%。

2.2 单掺硅酸钠对脱硫建筑石膏软化系数的影响

单掺水泥在一定程度上改善了石膏的耐水性能，但效果并不特别明显。因此，试验选用硅酸钠防水剂，针对石膏质量比85%、水泥质量比15%的石膏与水泥复合胶凝材料（简称石膏与水泥复合胶凝材料），研究硅酸钠在掺量0.5%、1%、2%时对试样软化系数的影响。结果表明，硅酸钠对提高试样软化系数作用明显，且硅酸钠对试样14d耐水性能的改善效果优于28d。具体表现为：硅酸钠掺量为1%时，试样14d和28d的软化系数较基准样分别增加26%、7.7%；掺量为2%时，软化系数较基准样分别增加25%、5.8%。试验还发现，复合胶凝材料中随着硅酸钠掺量的增加，试样的泛碱现象越发明显，严重影响试件的外观状态，不利于后期石膏制品的推广和应用。综合分析，硅酸钠在复合胶凝材料中的掺量取1%较为适宜。

2.3 粉煤灰与硅酸钠复掺对脱硫建筑石膏软化系数的影响

鉴于在石膏与水泥复合胶凝材料中单掺硅酸钠会出现严重的泛碱现象，同时基于粉煤灰对泛碱现象有一定的抑制作用，因此，试验研究粉煤灰与硅酸钠复掺对脱硫建筑石膏软化系数的影响，为硅酸钠在石膏基材中的广泛应用提供更多可行的途径。其中，硅酸钠防水剂采取外掺方式，掺量取胶凝材料总质量的1%；粉煤灰采取内掺方式，分别考察粉煤灰掺量为胶凝材料总质量的5%、10%、15%三种情况。结果表明，在硅酸钠掺量一定的情况下，试样的软化系数在掺入粉煤灰之后明显优于基准样，并优于单掺硅酸钠的改善效果。具体表现为：当粉煤灰取代石膏掺量10%时，试样的软化系数达到最大值，其14d和28d的软化系数较基准样分别增加30%、26.9%。试验发现，掺入一定量的粉煤灰后，试件表面的泛碱现象不仅得到了很大的改善，而且获得了较为理想的耐水效果，这在很大程度上改善了单掺硅酸钠带来的各种弊端。综合分析，在石膏与水泥复合胶凝材料中，当选用硅酸钠作为防水材料时，建议掺入适量的粉煤灰以整体提高石膏制品的各项性能。

2.4 单掺甲基硅酸钠对脱硫建筑石膏软化系数的影响

甲基硅酸钠属于有机硅建筑防水剂的一种，遇水可溶，可在石膏基体内部空隙壁的表面形成一层网状疏水膜，该薄膜表面张力极低，致使外部水分无法进入毛细孔，从而起到良好的防水作用[8]。试验研究甲基硅酸钠在掺量0.5%、1%、2%时对试样软化系数的影响，结果表明，随着甲基硅酸钠掺量的增加，试样耐水性能有所提高，并在掺量为1%时效果最佳。具体表现为：试样14d和28d的软化系数较基准样分别增加30%、32.7%。同时，试验发现，当甲基硅酸钠掺量为4%时，试样出现非常严重的泌水现象，入模及脱模时间需要大幅度延长，可见试样强度发展缓慢。鉴于此，甲基硅酸钠在本试验体系中的掺量以不超过4%为宜。

3 结语

1）在脱硫建筑石膏中掺入15%的42.5普通硅酸盐水泥对试样耐水性能提高幅度不大，表现为试样14d和28d的软化系数较基准样分别增加了8.7%、15.6%。

2）在脱硫建筑石膏与水泥复合胶凝材料中掺入1%的硅酸钠防水剂，能进一步提高软化系数，但会出现较为严重的泛碱现象。在此基础上，通过复掺一定量的粉煤灰，试样表面的泛碱现象得到了改善，且软化系数较单掺硅酸钠提高的幅度更大，表现为试样14d和28d的软化系数较基准样分别增加了30%、26.9%。

3）在脱硫建筑石膏与水泥复合胶凝材料中单掺1%甲基硅酸钠，能较大幅度提高试样的耐水性能，表现为试样14d和28d的软化系数较基准样分别增加了30%、32.7%。