石蠟乳液用于石膏砌塊防水劑的研究

陳 瑩 1 張志國(guó) 1 劉洪杰 1 宋志學(xué) 1 魏衛(wèi)東 2

(1. 河北科技大學(xué)， 石家莊 050018 ； 2. 鹿泉東方鼎鑫水泥有限公司， 石家莊 050000)

[ 摘 要 ] 石蠟在 1200r/min～1400r/min 的攪拌速度、 40min 的乳化時(shí)間、 85℃～90℃ 乳化溫度時(shí)，制備出
的乳液性能穩(wěn)定。 石膏砌塊中摻入 5% 石蠟乳液（固含量）、 1% 的玻璃纖維，軟化系數(shù)達(dá)到 0.65 。 用石蠟
乳液做石膏砌塊防水劑，具有用量少、易操作、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。
[ 關(guān)鍵詞 ] 石蠟乳液；防水；石膏砌塊；軟化系數(shù)；纖維

石膏材料輕質(zhì)、保溫性好，是優(yōu)良的建筑、裝飾材料，但防水性差，使其應(yīng)用受到一些限制。 本試驗(yàn)以脫硫石膏為主要原料，用乳化石蠟做防水劑，制成防水石膏砌塊，并對(duì)其性能進(jìn)行討論。

1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)主要材料包括：電廠煙氣脫硫石膏（ CaSO 4 ·2H 2 O 含量 95.62% ）、 固體石蠟 （熔點(diǎn) 58℃ ）、 乳化劑（ Span 80 和 Tween 80 ）、硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉、消泡劑（磷酸三丁脂）、玻璃纖維（長(zhǎng)度 4mm～8mm ）等。

2 試驗(yàn)方法

2.1 石蠟乳液制備
試驗(yàn)調(diào)整乳化劑 HLB 值為 10 [1 、 2] ，采用轉(zhuǎn)相乳化法制石蠟乳液：先將 20 份石蠟加熱熔化，升溫至 85℃～90℃ ， 在攪拌的情況下加入 5.7 份乳化劑、 0.25 份十二烷基苯磺酸鈉，混合均勻；然后將 1.5 份硬脂酸加入到 100 份熱水中，熱水溫度控制在 85℃～90℃ ，分三次加入到石蠟中；滴加幾滴消泡劑，降至室溫即得到水包油型乳白色石蠟乳液。
2.2 石膏砌塊防水改性試驗(yàn)
（ 1 ）將脫硫石膏干燥后，在 150℃ 脫水 1.5h～2.0h ，制成脫硫建筑石膏（主要成分為 CaSO 4 · 1/2H 2 O ）；脫硫建筑石膏自然冷卻后攤開(kāi)，置 3d～4d 后使用。 石膏砌塊性能測(cè)試按 GBT17669.1－1999 《建筑石膏一般試驗(yàn)條件》、 GBT17669.2－1999 《建筑石膏結(jié)晶水含量的測(cè)定》、 GBT17669.3－1999 《建筑石膏力學(xué)性能的測(cè)定》、 GBT17669.4－1999《建筑石膏凈漿物理性能的測(cè)定》、 GBT17669.5－1999《建筑石膏粉料物理性能的測(cè)定》等進(jìn)行。

（ 2 ）將石蠟乳液摻加到脫硫建筑石膏中，制成石膏試塊，測(cè)試石膏試塊強(qiáng)度、軟化系數(shù)等，研究防水劑等對(duì)石膏砌塊性能的影響，確定較佳工藝，使石膏砌塊的軟化系數(shù)達(dá)到 0.6 以上。

3 試驗(yàn)及結(jié)果討論

3.1 乳化條件對(duì)石蠟乳液的影響
石蠟乳液制備，對(duì)乳化條件要求較高。 影響石蠟乳液穩(wěn)定性的主要因素包括攪拌速度、乳化時(shí)間和乳化溫度 [3] 。 試驗(yàn)就這三個(gè)影響因素進(jìn)行了探討：
（ 1 ）攪拌速度 1200r/min～1400r/min 。 攪拌速度慢，石蠟難以均勻分散在水相中， 得到的石蠟乳液不穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)破乳分層現(xiàn)象；速度過(guò)快，會(huì)產(chǎn)生泡沫并造成能量損耗。
（ 2 ）乳化時(shí)間 40min 。 乳化時(shí)間短，乳化劑沒(méi)有完全分散，形成的乳液不穩(wěn)定，乳液會(huì)很快分層；乳化時(shí)間長(zhǎng)，乳液放置后會(huì)凝固成膏狀，失去流動(dòng)性，這可能是乳液微粒相互接觸機(jī)會(huì)增多形成大微粒的結(jié)果。
（ 3 ）乳化溫度 85℃～90℃ 。 乳化溫度低于 85℃，得到的石蠟乳液不穩(wěn)定，容易分層。3.2 脫硫建筑石膏性能試驗(yàn)所用的脫硫建筑石膏， 標(biāo)準(zhǔn)稠度需水比為0.64 ，主要性能見(jiàn)表 1 。

試驗(yàn)表明，脫硫建筑石膏基本性能滿足 GB9776－2008 《建筑石膏》的要求，可以用于生產(chǎn)石膏砌塊；其抗折軟化系數(shù)為 0.38 ，防水性差，這與天然建筑石膏性能類似。

3.3 石蠟乳液對(duì)石膏砌塊性能的影響
在脫硫建筑石膏中摻入不同量的石蠟乳液（以固含量計(jì)），水料比為 0.64 ，研究石蠟乳液摻量對(duì)石膏砌
塊性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 2 。

石膏砌塊中加入一定量的石蠟乳液， 防水性提高。 石蠟乳液摻量加大，石膏砌塊的軟化系數(shù)增大，摻加 5% 時(shí)，抗折軟化系數(shù)最高為 0.65 。 但砌塊的絕對(duì)強(qiáng)度下降很大，石蠟乳液加入 5% 時(shí)，抗壓和抗折強(qiáng)度分別降低了 56.8% 和 52% ，這可能是石蠟薄膜減少了石膏晶體接觸點(diǎn)的原因 [4] 。 另外，石膏砌塊的表觀密度和吸水率也有所降低。

3.4 玻璃纖維對(duì)石膏砌塊性能的影響
在石膏砌塊中加入長(zhǎng)度為 4mm～8mm 玻璃纖維，以提高砌塊的強(qiáng)度。 水料比為 0.64 ，石蠟乳液以固含量計(jì)，玻璃纖維外摻，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 3 。

由表 3 可知，隨著玻璃纖維摻量的增加，石膏砌塊的抗壓、抗折強(qiáng)度均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。 纖維的加入量并不是越多越好，有一個(gè)較佳量，在本試驗(yàn)中，玻璃纖維較佳摻量為 1% 。
3.5 石蠟乳液防水劑的特點(diǎn)
石蠟乳液用作石膏砌塊防水劑， 具有用量少、易操作、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，且生產(chǎn)效率高，與普通石膏砌塊生產(chǎn)效率相當(dāng)。 而用水泥、礦渣、粉煤灰、石灰等無(wú)機(jī)材料改性生產(chǎn)的防水石膏砌塊，表觀密度大，一般在 1300kg/m 3 ～1400kg/m 3 ，需要加入輕質(zhì)材料以降低砌塊的表觀密度。 其次，無(wú)機(jī)防水材料用量較大（一般在30% 左右），砌塊的養(yǎng)護(hù)時(shí)間和生產(chǎn)周期都較長(zhǎng)。

4 防水機(jī)理分析

半水石膏水化生成二水石膏，晶體間相互交叉搭接，形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是石膏材料的強(qiáng)度來(lái)源。 二水石膏溶解度較大， 與水接觸造成晶體接觸點(diǎn)減少，呈現(xiàn)出較差的耐水性 [5] 。 石蠟乳液微粒在表面活性劑的作用下，在石膏顆粒表面呈定向排列，其親水基團(tuán)與石膏顆粒表面連接，憎水基團(tuán)則一致朝外，失水后形成致密的保護(hù)層 [6 、 7] 。
圖 1 為脫硫建筑石膏水化后的形貌特征，從圖中可見(jiàn)其水化產(chǎn)物是尺寸不同的柱狀和板狀二水石膏晶體。 圖 2 為脫硫建筑石膏摻加石蠟乳液的水化產(chǎn)物形貌特征，晶體也為柱狀和板狀，外面包裹了一層石蠟薄膜， 這層膜有效地阻礙了水進(jìn)入石膏材料的內(nèi)部，降低了對(duì) CaSO 4 · 2H 2 O 晶體的溶蝕，從而提高了石膏材料的防水性。

5 結(jié)語(yǔ)

（ 1 ） 乳化條件對(duì)石蠟乳液的穩(wěn)定性影響很大，攪拌速度 1200r/min～1400r/min 、乳化時(shí)間 40min 、乳化溫度 85℃～90℃ 時(shí)，制備的石蠟乳液性能穩(wěn)定。
（ 2 ）石膏砌塊中摻加石蠟乳液，防水性提高，力學(xué)強(qiáng)度降低；摻加玻璃纖維后強(qiáng)度提高，玻璃纖維較佳摻量為 1% 。 石蠟乳液摻加 5% 、玻璃纖維摻加 1% 時(shí)，石膏砌塊的抗壓、抗折軟化系數(shù)為 0.64 和 0.65 。
（ 3 ）石蠟乳液用作石膏砌塊防水劑，具有用量少、易操作、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，在石膏晶體外形成一層石蠟薄膜，阻礙了水對(duì)石膏晶體的侵蝕，提高了石膏砌塊的防水性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王錦 ． 石蠟穩(wěn)定乳狀液的制備及性能 ． 山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)， 1997 （ 6 ）：24-27．
[2] 王靜平，劉繼泉 ． 蠟乳狀液的研制 ． 青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2003 （ 9 ）： 56-58．
[3] 劉艷新，趙傳山，韓玲 ． 影響石蠟乳化的因素 . 造紙化學(xué)品， 2004 （ 4 ）：35-37 ， 43．
[4] 王志，俎全高，杜亮波 ． 改善建筑石膏耐水性能的研究 ． 新型建筑材料，2007 （ 4 ）： 64-66．
[5] 張志國(guó)，高玲艷，楊伶鳳等 ． 脫硫石膏制耐水石膏砌塊的研究 ． 粉煤灰綜合利用， 2009 （ 2 ）： 27-30．
[6] 王堅(jiān)，李承 ． 水乳型石膏防水劑 ． 中國(guó)建筑防水， 2002 （ 3 ）： 23-24．
[7] 李建權(quán)，李國(guó)忠，張國(guó)輝 ． 石膏復(fù)合防水劑對(duì)石膏晶體形成的影響 ． 建筑材料學(xué)報(bào)， 2007 （ 4 ）： 138-141．