不同有机硅憎水剂对建筑石膏性能的影响

中国科技核心期刊　新　魄粉　不同有机硅熠水剂对　建筑石膏性能的影嫡　王东　（广东龙湖科技股份有限公司绵阳技术厂ｒ『心，四川Ｉ绵阳　６２１０１０）　摘要：试验了４种有机硅憎水剂对石膏标准稠度用水量、绝下密度、吸水率、抗折抗压强度、软化系数等的影响。结果表明，不同　彳丁机ｎ憎水剂　石膏制品中的应用效果均不同，其中有机硅憎水剂ＳＩＩ　ＲＥＳ　ＢＳ　９４的应　效果最好。　关键词：有机硅；石膏；吸水率；软化系数；防水　中图分类号：ＴＵ５７＋２　文献标识ｔｉ￣－：Ａ　文章编号：１００１—７０２Ｘ（２０１４）０２—００６８—０３　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｉｌｉｃｏｎｅ　ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ　ａｇｅｎｔ　ｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｇｙｐｓｕｍ　ＷＡＮＧ　Ｄｏｎｇ　（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｌｏｎｇｈｕ　Ｓｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｍｉａｎｙａｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｍｉａｎｙａｎｇ　６２１０１０，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｈａｓ　ｔｅｓｔｅｄ　ｔｈｅ　ｅｆｌｅｅｔ　ｏｆ　ｆｉｍｒ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｓｉｌｉｃｏｎｅ　ｈｙｄｒｎｐｈｏｂｉｃ　ａｇｅｎｔ　ｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｎｏｒｍａｌ　ｃｏｎｓｉｓ—　ｔｅｎｃｙ，ｄｒｙ　ｄｅｎｓｉｔｙ，ｗａｔｅｒ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｆｌｅｘｕｒａｌ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｇｙｐｓｕｍ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅ—　ｓｔｉｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｓｉｌｉｃｏｎｅ　ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ　ａｇｅｎｔｓ　ｈａｖｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｆｆｅｅｔ，ａｎｄ　ＳＩＬＲＥＳ　ＢＳ　９４　ｉｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｃｈｏｉｃｅ　ｔｏ　ｉｍ—　ｐｒｏｖｅ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｇｙｐｓｕｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ；ｇｙｐｓｕｍ；ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ　０前言　｛ｑ，ｉｉ：，ｌｋ，其最大的应用是作为胶凝材料使用。石膏胶凝材料具　１试验原材料及方法　石膏：重庆壁山县石膏建材有限责任公司生产的普通建　石膏的用途Ｌ卜分广泛，可用于建筑、化工、医药、食品等多　１．１试验原材料　有凝结硬化快、硬化时体积微膨胀、硬化后孔隙率较大，表观　筑石膏，其标准稠度需水量６０％，ｐＨ值＝６．９，初凝时１＇￣２１　ｒａｉｎ，　密度低、防火性良能好和具有一定的调温调湿作用等优良性　终凝时间２４　ｍｉｎ，绝干抗折强度４．５７　ＭＰａ，绝干抗压强度９．７　能。ｆ｝｛由于石膏硬化时具有较强的吸湿性和吸水性，在潮湿环　ＭＰａ，其化学成分见表１。　境中，晶体问的粘结力减弱，导致强度降低。处于水中的石膏　晶体还因为溶解而引起破坏，在流动的水中破坏更快。若石膏　ＣａＯ　ｊ９．Ｏｊ　表１　壁山石膏的化学成分　ＳＯ）　４４．　Ｕ　％　Ｋ２Ｏ　Ｕ．　６　ＭｇＯ　ｊ．Ｏ　ＡＩ２Ｏ３　２．ｊ　７　Ｐ２０５　０．Ｕｊ　ＳｉＯ２　７．Ｉ　ｊ　Ｆｅ２Ｏ３　Ｕ．Ｏｊ　吸水后受冻，则孔隙中的水分结冰，产生体积膨胀，也会使硬　化后的石膏晶体破坏。因此，石膏的耐水性和抗冻性较差，这　一有机硅憎水剂Ａ：德国Ｗａｃｋｅｒ公司生产的ＳＩＬＲＥＳ　ＢＳ　缺点严重制约了石膏的应用泛围。有机硅憎水剂可以有效　９４，有效物含量１００％。　有机硅憎水剂Ｂ：江西省新余市星泰有机硅有限公司生　有机辟憎水剂Ｃ：德国Ｗａｃｋｅｒ公刊生产的ＳＩＬＲＥＳ　ＢＳ　４００４，有效物含量５４％。　地降低石膏的吸水率，提高石膏的耐水性。目前，市场上的有　选用了４种具有代表性的有机硅憎水剂，通过内掺的方法，试　验了不同有机硅憎水剂对建筑　首物理刀字性能的影响。　机硅憎水剂种类很多，在石膏中的应用效果也参差不齐。本文　产的石膏专用防水剂，有效物含量４７％。　有机硅憎水剂Ｄ：绵阳市售有机硅憎水剂，有效物含量　收稿日期：２０ｌ３一ｌ０—０９　１００％。　作者简介：壬东，男，１９８６年生，四川两充人，工程师。地址：Ｉ＝Ｊ＝＿［１川Ｉ省绵　ｉ；ｌ＝ｆ市两南科技大学西ｌ楼ｌ　３０４室，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｄ＠ｌｏｎｇｈｕ．ｂｉｚ。　】．２性能测试方法　标准稠度用水量：参照ＧＢ／Ｔ　１７６６９．４－－１９９９｛建筑石膏净　・６８・　新型建筑材料　２０１４．２　三查：至璺查垫竺：　水剂对建筑石膏性能的影响　浆物理性能的测定》进行测试。采用内径为５０ｍｍ、高为１ｏ０　ｉＴｌｍ的不锈钢稠度仪，在上升速度为１５０　ｍ／ｓ时石膏标准稠度用水量无明显影响。由此可看出，，石膏浆体自　有机硅憎水剂　由扩展为两垂直方向平均直径为（１８０±５）ｍｍ时的用水量为　的种类和型号，对建筑石膏净浆的标准稠度用水量影响极大。　标准稠度用水量。　２．２不同有机硅憎水剂对建筑石膏绝干密度的影响　强度及软化系数：参照ＧＢ，ｔｒ　１７６６９试验研究了４种有机硅憎水剂在掺量为０．１５％、０．３０％、　．３～ｌ９９９《建筑石膏力　学性能的测定》进行测试。成型４０ｍｍｘ４０ｍｉｎｘ１６０ｍ珊的石膏　０．４５％￣１　０．６０％共４个掺量条件下，对建筑石膏绝干密度的影　试件，在温度为（２３±２）℃、湿度为（５０±１０）％条件下养护７　ｄ，在　【４０＋４）℃鼓风干燥箱内烘至恒重，立即进行强度试验。软化系　数为烘至绝干的试件浸水２　ｈ后的强度与绝干强度之比。　｛　吸水率：将养护至龄期的试件在（４０±４）℃烘箱内烘干到　恒重称量（Ｇ，），然后浸入温度为（２０±３）℃的水中，水面高于　船　试件上表面２５　ｍｍ，试件相互不紧贴，也不与水槽底部紧贴，　鼎　浸水２　ｈ后取出，用湿毛巾吸去试件表面的水，称量（Ｇ　），按　公式（Ｇ－Ｇ）／Ｇ计算试件的吸水率，精确到００　０．１５　０　３０　０　４５　０．６０　．０１％。　有机硅掺量／％　２试验结果及分析　幽２不Ｊ司有机硅憎水剂对石膏绝干密度的影响　２・１　不同有机硅憎水剂对建筑石膏标准稠度　图２表明，掺入有机硅憎水剂后，石膏硬化浆体的绝干密　用水量的影晌　度均有～定变化，随着掺量的增加，石膏硬化浆体的绝干密度　均呈下降趋势。有机硅憎水剂Ｃ对石膏绝干密度的影响最　试验研究了４种有机硅憎水剂在Ｏ姗㈣㈣㈣　㈣呦．１５％、０．３０％、０　．４５％和　大，其后依次是有机硅憎水剂Ｄ、有机硅憎水剂Ｂ０・６０％共４个掺量下，对石膏净浆标准稠度用水量的影响、有机硅憎　，结　水剂Ａ。结合图１可以看出，标准稠度用水量和绝干密度几乎　呈反比趋势。标准稠度用水量越大，则绝干密度越低，反之，标　７Ｏ　准稠度用水量越小，则绝干密度越高。这是因为石膏浆体凝结　６８　硬化的理论需水量为１８．６％，在实际生产制作中６６　，为了使石膏　６４　浆体具有～定的流动性或施工性，实际加入的水量要大得多，　６２　鼯　多余的水分不能参与反应形成结晶水，只能以自由水的形式　６０　鞲５８　存在于硬化石膏体内，这些自由水最终变成水蒸气散失到空　５６　气中，便会在硬化石膏体内留下微小的孔隙。用水量越大，硬　Ｕ　０－１５　０．３０　０．４５　０．６０　化石膏体内的孔隙越多，所以绝干密度也就越低【Ｉ】有机硅掺量／％　。　图１　不同有机硅憎水剂对建筑石膏标准稠度用水量的影响　２．３不同有机硅憎水剂对建筑石膏绝干抗折、抗压　强度的影响　由图１可见，有机硅憎水剂Ｃ对建筑石膏的标准稠度用　试验研究了４种有机硅憎水剂在０水量影响最为显著，当掺量为０￣０．１５％、０．３０％、０．４５％￣１　．３Ｏ％时，每增加０．Ｉ５％的掺　量，标准稠度用水量会增加２０・６０％共４个掺量条件下，对建筑石膏绝干抗折、．５个百分点，随着掺量的继续增　抗压强度的　影响，结果分别见图３、图４。　大，增幅逐渐变缓，当掺量为０．６０％Ｎ，石膏净浆的标准稠度用　水量高达６８％，比不掺时增加了８个百分点；有机硅憎水剂Ｄ　５・。　的掺量为Ｏ￣０．１５％时，对石膏净浆的标准稠度用水量无明显影　．ｓ　响，当继续增加掺量时，石膏净浆的标准稠度用水量有少量上　升，但掺量增加到０　５％—　６０％时，标准稠度用水量几乎趋于稳　巽　苍４．０　定。有机硅憎水剂Ａ则在掺量大于０．３０％时，对石膏净浆的标　准稠度用水量才有微弱影响，当掺量为０３．５　．６０％时，标准稠度用水　０　Ｏ．１５　０量为６１％，仅仅比不掺时增加１个百分点，在实际应用过程中．３０　０．４５　０６０　，　有机硅掺量／％　几乎可以忽略不计；有机硅憎水剂Ｂ的掺量为０￣０．６０％Ｎ，对　图３不同有机硅憎水剂对石膏绝干抗折强度的影晌　ＮＥＷ　ＢＵＩＬＤＩＮＧ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ　・６９．　王东：不同有机硅憎水剂对建筑石膏性能的影响　图４不有机硅憎水剂对石膏绝干抗压强度的影响　由图３可以看出，掺入４种有机硅憎水剂后，石膏的绝干　抗折强度均有一定程度的下降。掺入有机硅憎水剂Ａ、Ｂ和Ｄ　的石膏绝干抗折强度均下降很少，而掺入有机硅憎水剂Ｃ的　石膏绝干抗折强度则下降较多。图４的结果和图３具有一定　的相似性，掺入有机硅憎水剂Ｃ的石膏绝干抗压强度下降最　多，其它３种则只有少许下降。结合图１、图２可以看出，掺有　机硅憎水剂Ｃ的石膏浆体标准稠度用水量最大，硬化后的绝　干密度也最低。由此可以推测，有机硅憎水剂Ｃ对石膏抗折、　抗压强度影响较大的原因是，掺入有机硅憎水剂Ｃ后，石膏　的标准稠度用水量增加，导致硬化石膏体内的孔隙增多，从而　降低了石膏的强度。因此，对石膏标准稠度用水量影响最大的　有机硅憎水剂对石膏的绝干抗折、抗压强度影响也最大。　２．４不同有机硅憎水剂对石膏吸水率的影响　图５为４种有机硅掺量分别为０、０．１５％、０．３０％、０．４５％和　０．６０％时，石膏的吸水率变化曲线。　４０　３５　３Ｏ　量２５　斟２０　耋１５　１０　５　Ｏ　图５　不ｌ司有机硅憎水剂对石膏吸水率的影响　由图５可以看出，掺入有机硅憎水剂后，硬化石膏的吸水　率均呈下降趋势，但不同的有机硅憎水剂，对硬化石膏吸水率　的影响差异极大。　有机硅憎水剂Ａ的作用效果极为明显，掺量仅为０．１５％　时，硬化石膏的吸水率便从３７．８％下降到５．８％，随着掺量的　增加，吸水率更小，但降低的幅度减小。有机硅憎水剂Ｂ和Ｄ　的吸水率变化曲线几乎呈相同趋势，掺量为０￣０．３０％时，吸水　率从３７．８％下降到２４．５％左右，当继续增大掺量时，下降幅度　则较小。而有机硅憎水剂Ｃ的吸水率下降幅度最小，几乎可　・７０・　新型建筑材料　２０１４．２　以认为没什么效果。由此可以得出，有机硅憎水荆Ａ对石膏　吸水率的降低效果最明显。　２．５　不同有机硅憎水剂对石膏软化系数的影响　图６为４种有机硅掺晕分别为０、０．１５％、０．３０％、０．４５％￣Ｉ１　０．６０％时，石膏的软化系数变化曲线。　◆有机硅Ａ　￣　０．４０　。。一　０　０　０．１５　０　３０　０　４５　０．６０　有机硅掺星／％　图６不Ｉ司有机硅憎水剂对石膏软化系数的影响　由图６可以明显看出，有机硅憎水剂Ａ町以显著提高石　膏的软化系数，而其它３种有机硅憎水剂，对右膏软化系数的　改善并不明显。结合图５可以得出，吸水率越高的石膏，软化　系数越低；相反吸水率越低的石膏，软化系数越高。这说明有　机硅憎水剂主要是通过降低石膏吸水率的方式来改善石膏的　软化系数［２１。　３有机硅憎水剂的作用原理　有机硅产品之所以具有憎水性，是因为有机硅高分了以　Ｓｉ一０一Ｓｉ键为主链结构。Ｓｉ一０一Ｓｉ键的键角大，宏观表现为　表面张力低，因此具有很强的疏水性；同时，有机硅高分了的　支链上又带有一Ｈ、一０Ｒ、一０Ｈ等亲水性的活性基团，由于　Ｓｊ—｛）＿—　键的键长较长，使得键对侧摹（一Ｈ、—０Ｒ、一０Ｈ等）　转动的位阻小，亲水性基团可以在Ｓｉ一０一Ｓｉ键两侧自由转　动。当这些亲水性的活性基团与基材表面接触时，会与基材表　面的活性基或吸附水产生缩合作用，形成主价键、氢键，或以　偶极相互吸引，并牢固地和基材表面结合起来，从而使具有疏　水性的非极性有机基团向外排列，形成１层憎水膜。　不同有机硅产品，其有效成分（有机硅高分子聚合物）所　含的活性基团则不相同，缩合成硅树脂网络的方式和需要的　条件也不相同。普通的有机硅产品在中性环境中反应较慢，通　常需要碱作催化剂，并且在反应过程中会放出大量的醇。当温　度较高时，这些放出的醇会大量挥发，并带走一部分活性成　分，有的甚至会带走大部分活性成分，使有机硅产品的防水作　用降低。而建筑石膏通常呈中性，且在固化过程中会放出大量　的热，普通有机硅产品在这类石膏中反应慢，挥发性大，严重　影响了有机硅疏水作用的有效发挥，使整体防水性大大下降。　（下转第８９页）　李英丁：膨胀玻璃珠改性低品质陶粒全轻混凝土的性能研究　膨胀玻璃珠表面玻化程度较高，吸水率低【见图１（ｂ）】。因而，　少，在相同用水量下表现为流动度提高、坍落度增大。　从表５还可以看出，陶粒全轻混凝土经膨胀玻璃珠改性　保温隔热性能得到了改善。　膨胀玻璃珠替代陶粒和陶砂后全轻混凝土拌合用水量相应减　后，全轻混凝土的导热系数分别降低了１５．１％和３６．８％，表明　３结论　（１）高堆积密度的陶粒和陶砂配制的全轻混凝土密度等　级通常大于１１００，仅调整胶凝材料、陶粒的配合比难以达到　降低密度等级的目的。　（２）采用膨胀玻璃珠替代部分陶粒和陶砂，可以有效降低　全轻混凝土的密度等级，膨胀玻璃珠替代量为陶砂体积的　６０％时，密度等级为１　１００，强度等级为ＬＣ１５。　（ｂ）膨胀玻璃珠　（３）膨胀玻璃珠替代部分陶粒和陶砂不仅可以降低全轻　混凝土的密度等级，而且可降低全轻混凝土的导热系数，保温　隔热性能提高。　图１　陶粒和膨胀玻璃珠的断面照片　膨胀玻璃珠替代部分陶粒和陶砂后，全轻混凝土的干密　度也显著降低，分别降低１３．７％和３１．５％，同时抗压强度分别　降低４．９％和１８．４％。抗压强度的降低幅度明显小于干密度的　降低幅度，因为，膨胀玻璃珠的堆积密度远小于陶粒和陶砂，　参考文献：　［１］高永孚．全轻混凝土在建筑节能中的应用『Ｊ］．砖瓦，２００７（１２）：４５—　４７．　膨胀玻璃珠替代陶粒和陶砂后干密度降低。表面玻化程度较　［２】朱海霞．新型轻质集料玻拉珐膨胀玻璃珠的应用［ｃ］／／第四届（中　国）国际建筑干混砂浆生产应用技术研讨会论文集，北京：中国　建筑业协会材料分会，２０１０：２７６—２９５．　［３］梁天宇，杨再富，张驰，等．憎水处理页岩陶粒用于配制全轻混凝　高的膨胀玻璃珠的硬度大于陶粒，所以膨胀玻璃珠替代陶粒　后强度降低的幅度较小。采用２　４　ｍｍ膨胀玻璃珠替代６０％　体积的陶砂后，全轻混凝土密度等级由１３００降低至１　１００，抗　压强度依然达到ＬＣ１５等级要求，可以满足楼地面保温工程　的要求。　土［Ｊｉ．新型建筑材料，２００３（１０）：３２—３４　Ａ　（上接第７０页）　大。一般用水量越大，绝干密度越小，强度越低。　ＳＩＬＲＥＳ　ＢＳ　９４的分子中含有大量的Ｓｉ—Ｈ键，该键可与石膏　（２）不同有机硅憎水剂对提高建筑石膏的耐水性效果不　同，在试验所选有机硅产品中，德国Ｗａｃｋｅｒ公司生产的ＳＩＬ—　晶体中的结晶水反应，生成硅醇中间产物，进而交联形成聚甲　应几乎可以与石膏的固化反应同时进行，反应速度快，挥发性　小，使有机硅的疏水作用得以良好发挥。因此，ＳＩＬＲＥＳ　ＢＳ　９４　基硅酸吸附在石膏晶体表面，与石膏晶体形成一个整体。此反　ＲＥＳ　ＢＳ　９４防水效果较好，且对石膏的力学性能影响较小。　对普通建筑石膏具有良好的整体防水作用，可以有效地降低　石膏的吸水率，改善石膏的耐水性。　参考文献：　［１］曹青，张铬，徐迅．有机硅Ｂｓ　９４对建筑石膏防水性能的影响【ＪＪ．　：７８－８０．０（４）４结论　…一…　驯　（１）有机硅憎水剂对建筑石膏的标准稠度用水量影响较　２０１３（１）：１４—１６．　Ａ　Ｎ　ＥＷ　ＢＵＩ　ＬＤＩＮＧ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ　・８９・