有机硅防水剂对半水石膏性能影响及微观结构探讨

有机硅防水剂对半水石膏性能影响及微观结构探讨

李英丁1,2,张铬1,徐迅2,
(1.汕头经济特区龙湖科技有限公司,广东汕头515041;2.西南科技大学-龙湖科技有限公司干混砂浆联合实验室,四川绵阳621010)

石膏的工业产品大规模应用在建筑业,石膏硬化后具有吸湿性和吸水性,在潮湿的环境中,晶体间的粘结力减弱,导致强度降低。处于水中的石膏晶体还会因为溶解而引起破坏,提高石膏的耐水性是改善石膏性能、扩展石膏用途的重要途径。在建筑石膏中掺入一定量的水泥或其它活性CaO、Al2O3和SiO2 的材料,如粒化高炉矿渣、石灰、粉煤灰等,可不同程度地改善建筑石膏的耐水性。添加有机硅防水剂是改善石膏耐水性的重要手段。

1 半水石膏的测试与分析
半水石膏:β-半水石膏,陕西西安产。半水石膏的衍射数据与PDF 卡片41-0224 的对照可以看出,石膏的谱线与41-0224卡片上数据相符,说明其主要的晶体为半水石膏。SEM 照片显示半水石膏晶粒大小在较宽的范围,同时有异常大颗粒存在。有机硅防水剂:SILRES BS 94,含氢硅烷,有效物含量100%,德国瓦克化学公司。参照GB/T 17669—1999 及QB 1639—92 测试掺SILRESBS 94 的半水石膏抗折、抗压强度及2 h 吸水率。拌和水用量为使得石膏扩散直径达到(180±5)mm 时的需水量,抗折、抗压强度试样尺寸为40 mm×40 mm×160 mm,测试了有机硅防水剂掺量分别为石膏质量0.05%、0.10%、0.20%、0.30%时石膏的吸水率及抗折、抗压强度,试验结果见表1。

由表1 可以看出,有机硅防水剂可显著降低石膏的吸水率,同时对石膏的强度影响很小;有机硅掺入使半水石膏的初凝时间稍有延长(掺量0.3%时延长约1 min),但对终凝时间基本没有影响。

2 微观结构分析
2.1 XRD 分析
称取等量的2 份半水石膏及标准稠度用水量的蒸馏水,其中1 份掺入石膏质量0.3%的有机硅防水剂,搅拌30 s,水化一定时间后,立即放入无水乙醇溶液中浸泡30 min 后过滤,放入45 ℃烘箱内烘干,在玛瑙研磨钵中研磨成粉末。用D/Max2 Ⅲ型X 射线衍射仪分别对半水石膏和掺有机硅防水剂的半水石膏10、30、120 min 的水化产物进行分析,测试条件:35 kV,60 mA,扫描速度8 °/min,步宽0.02 °,测试结果见图1。

将两者水化产物的XRD 衍射数据与CaSO4·1/2H2O 及CaSO4·2H2O 的标准PDF 卡片41-0224、6-0046 对照可以看出,水化10 min 时,两者的水化产物XRD 图谱均含有二水石膏和半水石膏的特征峰,但未掺有机硅防水剂半水石膏水化产物中二水石膏的峰强高于半水石膏,掺有机硅防水剂的半水石膏水化产物则相反,二水石膏的峰强低于半水石膏,进一步说明有机硅防水剂对半水石膏有一定缓凝作用,与初凝时间的测试结果吻合。30 min 水化产物XRD 图谱也都含有二水石膏和半水石膏的特征峰,但两者的规律基本一致,即二水石膏的特征峰明显高于半水石膏。半水石膏的衍射峰基本消失,说明水化30 min 时两者的水化产物基本类似,有机硅防水剂对半水石膏的终凝时间没有影响,与半水石膏的终凝时间测试结果吻合。120 min 水化产物的XRD 图谱只看到明显的二水石膏特征峰,说明此时半水石膏水化已经结束,两者的水化产物一致。

2.2 SEM 分析
称取等量的2 份半水石膏及标准稠度用水量的蒸馏水,其中1 份掺入石膏质量0.3%的有机硅防水剂,搅拌30 s,水化7 d 后,用S440 型扫描电子显微镜对半水石膏水化产物形貌进行观察,图2、图3 分别为未掺及掺有机硅防水剂的半水石膏扫描电子显微镜图像。

图2 空白半水石膏水化产物SEM 照片

图3 掺有机硅的半水石膏水化产物SEM 照片
由图2、图3 可见,半水石膏水化产物晶形多为长板状或长柱状,结晶程度很高,极少见无定形胶凝状物质,长板状与长柱状晶体交织在一起,无定向排列,形成了较为致密的水化产物硬化体。比较掺有机硅半水石膏与空白半水石膏水化产物发现,两者水化产物晶体结构、形态及排列方式大体相似。说明有机硅掺入没有改变半水石膏的水化进程及产物,与XRD 的分析结果相同。

3 结论
(1)有机硅的掺入显著降低石膏的吸水率,改善了石膏的耐水性,同时对石膏的强度影响较小。
(1)XRD 及SEM 照片显示分析表明,有机硅的掺入不改变半水石膏水化进程,掺有机硅半水石膏与空白半水石膏水化产物均为长板状或长柱状晶体,且结晶度与排列方式基本一致。