石蜡乳液用于石膏砌块防水剂的研究

石蜡乳液用于石膏砌块防水剂的研究

陈 莹 1 张志国 1 刘洪杰 1 宋志学 1 魏卫东 2

(1. 河北科技大学， 石家庄 050018 ； 2. 鹿泉东方鼎鑫水泥有限公司， 石家庄 050000)

[ 摘 要 ] 石蜡在 1200r/min～1400r/min 的搅拌速度、 40min 的乳化时间、 85℃～90℃ 乳化温度时，制备出
的乳液性能稳定。 石膏砌块中掺入 5% 石蜡乳液（固含量）、 1% 的玻璃纤维，软化系数达到 0.65 。 用石蜡
乳液做石膏砌块防水剂，具有用量少、易操作、生产效率高等优点。
[ 关键词 ] 石蜡乳液；防水；石膏砌块；软化系数；纤维

石膏材料轻质、保温性好，是优良的建筑、装饰材料，但防水性差，使其应用受到一些限制。 本试验以脱硫石膏为主要原料，用乳化石蜡做防水剂，制成防水石膏砌块，并对其性能进行讨论。

1 试验材料

试验主要材料包括：电厂烟气脱硫石膏（ CaSO 4 ·2H 2 O 含量 95.62% ）、 固体石蜡 （熔点 58℃ ）、 乳化剂（ Span 80 和 Tween 80 ）、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、消泡剂（磷酸三丁脂）、玻璃纤维（长度 4mm～8mm ）等。

2 试验方法

2.1 石蜡乳液制备
试验调整乳化剂 HLB 值为 10 [1 、 2] ，采用转相乳化法制石蜡乳液：先将 20 份石蜡加热熔化，升温至 85℃～90℃ ， 在搅拌的情况下加入 5.7 份乳化剂、 0.25 份十二烷基苯磺酸钠，混合均匀；然后将 1.5 份硬脂酸加入到 100 份热水中，热水温度控制在 85℃～90℃ ，分三次加入到石蜡中；滴加几滴消泡剂，降至室温即得到水包油型乳白色石蜡乳液。
2.2 石膏砌块防水改性试验
（ 1 ）将脱硫石膏干燥后，在 150℃ 脱水 1.5h～2.0h ，制成脱硫建筑石膏（主要成分为 CaSO 4 · 1/2H 2 O ）；脱硫建筑石膏自然冷却后摊开，置 3d～4d 后使用。 石膏砌块性能测试按 GBT17669.1－1999 《建筑石膏一般试验条件》、 GBT17669.2－1999 《建筑石膏结晶水含量的测定》、 GBT17669.3－1999 《建筑石膏力学性能的测定》、 GBT17669.4－1999《建筑石膏净浆物理性能的测定》、 GBT17669.5－1999《建筑石膏粉料物理性能的测定》等进行。

（ 2 ）将石蜡乳液掺加到脱硫建筑石膏中，制成石膏试块，测试石膏试块强度、软化系数等，研究防水剂等对石膏砌块性能的影响，确定较佳工艺，使石膏砌块的软化系数达到 0.6 以上。

3 试验及结果讨论

3.1 乳化条件对石蜡乳液的影响
石蜡乳液制备，对乳化条件要求较高。 影响石蜡乳液稳定性的主要因素包括搅拌速度、乳化时间和乳化温度 [3] 。 试验就这三个影响因素进行了探讨：
（ 1 ）搅拌速度 1200r/min～1400r/min 。 搅拌速度慢，石蜡难以均匀分散在水相中， 得到的石蜡乳液不稳定，会出现破乳分层现象；速度过快，会产生泡沫并造成能量损耗。
（ 2 ）乳化时间 40min 。 乳化时间短，乳化剂没有完全分散，形成的乳液不稳定，乳液会很快分层；乳化时间长，乳液放置后会凝固成膏状，失去流动性，这可能是乳液微粒相互接触机会增多形成大微粒的结果。
（ 3 ）乳化温度 85℃～90℃ 。 乳化温度低于 85℃，得到的石蜡乳液不稳定，容易分层。3.2 脱硫建筑石膏性能试验所用的脱硫建筑石膏， 标准稠度需水比为0.64 ，主要性能见表 1 。

试验表明，脱硫建筑石膏基本性能满足 GB9776－2008 《建筑石膏》的要求，可以用于生产石膏砌块；其抗折软化系数为 0.38 ，防水性差，这与天然建筑石膏性能类似。

3.3 石蜡乳液对石膏砌块性能的影响
在脱硫建筑石膏中掺入不同量的石蜡乳液（以固含量计），水料比为 0.64 ，研究石蜡乳液掺量对石膏砌
块性能的影响，试验结果见表 2 。

石膏砌块中加入一定量的石蜡乳液， 防水性提高。 石蜡乳液掺量加大，石膏砌块的软化系数增大，掺加 5% 时，抗折软化系数最高为 0.65 。 但砌块的绝对强度下降很大，石蜡乳液加入 5% 时，抗压和抗折强度分别降低了 56.8% 和 52% ，这可能是石蜡薄膜减少了石膏晶体接触点的原因 [4] 。 另外，石膏砌块的表观密度和吸水率也有所降低。

3.4 玻璃纤维对石膏砌块性能的影响
在石膏砌块中加入长度为 4mm～8mm 玻璃纤维，以提高砌块的强度。 水料比为 0.64 ，石蜡乳液以固含量计，玻璃纤维外掺，试验结果见表 3 。

由表 3 可知，随着玻璃纤维掺量的增加，石膏砌块的抗压、抗折强度均呈现先升高后降低的趋势。 纤维的加入量并不是越多越好，有一个较佳量，在本试验中，玻璃纤维较佳掺量为 1% 。
3.5 石蜡乳液防水剂的特点
石蜡乳液用作石膏砌块防水剂， 具有用量少、易操作、工艺简单等特点，且生产效率高，与普通石膏砌块生产效率相当。 而用水泥、矿渣、粉煤灰、石灰等无机材料改性生产的防水石膏砌块，表观密度大，一般在 1300kg/m 3 ～1400kg/m 3 ，需要加入轻质材料以降低砌块的表观密度。 其次，无机防水材料用量较大（一般在30% 左右），砌块的养护时间和生产周期都较长。

4 防水机理分析

半水石膏水化生成二水石膏，晶体间相互交叉搭接，形成空间网络结构，是石膏材料的强度来源。 二水石膏溶解度较大， 与水接触造成晶体接触点减少，呈现出较差的耐水性 [5] 。 石蜡乳液微粒在表面活性剂的作用下，在石膏颗粒表面呈定向排列，其亲水基团与石膏颗粒表面连接，憎水基团则一致朝外，失水后形成致密的保护层 [6 、 7] 。
图 1 为脱硫建筑石膏水化后的形貌特征，从图中可见其水化产物是尺寸不同的柱状和板状二水石膏晶体。 图 2 为脱硫建筑石膏掺加石蜡乳液的水化产物形貌特征，晶体也为柱状和板状，外面包裹了一层石蜡薄膜， 这层膜有效地阻碍了水进入石膏材料的内部，降低了对 CaSO 4 · 2H 2 O 晶体的溶蚀，从而提高了石膏材料的防水性。

5 结语

（ 1 ） 乳化条件对石蜡乳液的稳定性影响很大，搅拌速度 1200r/min～1400r/min 、乳化时间 40min 、乳化温度 85℃～90℃ 时，制备的石蜡乳液性能稳定。
（ 2 ）石膏砌块中掺加石蜡乳液，防水性提高，力学强度降低；掺加玻璃纤维后强度提高，玻璃纤维较佳掺量为 1% 。 石蜡乳液掺加 5% 、玻璃纤维掺加 1% 时，石膏砌块的抗压、抗折软化系数为 0.64 和 0.65 。
（ 3 ）石蜡乳液用作石膏砌块防水剂，具有用量少、易操作、生产效率高等特点，在石膏晶体外形成一层石蜡薄膜，阻碍了水对石膏晶体的侵蚀，提高了石膏砌块的防水性。

参考文献：

[1] 王锦 ． 石蜡稳定乳状液的制备及性能 ． 山东轻工业学院学报， 1997 （ 6 ）：24-27．
[2] 王静平，刘继泉 ． 蜡乳状液的研制 ． 青岛科技大学学报， 2003 （ 9 ）： 56-58．
[3] 刘艳新，赵传山，韩玲 ． 影响石蜡乳化的因素 . 造纸化学品， 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] 张志国，高玲艳，杨伶凤等 ． 脱硫石膏制耐水石膏砌块的研究 ． 粉煤灰综合利用， 2009 （ 2 ）： 27-30．
[6] 王坚，李承 ． 水乳型石膏防水剂 ． 中国建筑防水， 2002 （ 3 ）： 23-24．
[7] 李建权，李国忠，张国辉 ． 石膏复合防水剂对石膏晶体形成的影响 ． 建筑材料学报， 2007 （ 4 ）： 138-141．