研究与应用 一 脱硫石膏作为惰性填料在聚合物 水泥防水涂料中的应用研究 陈嘉林,刘义兴,王伟坤 (上海惠邦特种涂料有限公司,上海200080) 摘要:对脱硫石膏作为惰性填料应用于聚合物水泥防水涂料开展了研究。本文采用正交试验方法研究了脱硫石膏对3 个型号聚合物水泥防水涂料性能的影响,得到了最佳配方,并测试了最佳配方时聚合物水泥防水涂料的综合性能。结果 表明,掺加脱硫石膏制得的聚合物水泥防水涂料性能较优且质量稳定。 关键词:聚合物水泥防水涂料;脱硫石膏;惰性填料;正交试验 文章编号:1007-497X(2014)一06—0007—04 中图分类号:TU502;TU56 1.65 文献标识码:A Application Study on Desulfurization Gypsum in Polymer Cement Waterproofing Coating as Inert Filler Chen Jialin,Liu Yixing,Wang Weikun (Shanghai Huibang Special Paint Co.,Ltd.,Shanghai 200080,China) Abstract:Desulfurization gypsum can be applied in polymer cement waterproofing coating as inert filler.This paper studies the influence of desulfurization gypsum on the performances of three type polymer cement waterproofing coatings and obtains the optimum formulas and their comprehensive performances.The results show that polymer cement waterproofing coating adding desulfurization gypsum has good performances and stable quality. Key words:polymer cement waterproofing coating;desulfurization gypsum;inert ifller;orthogonal test 脱硫石膏是对含硫原料,如煤、石油等燃烧后的 为一种工业废弃物,国家鼓励对其进行综合利用【lJ。 烟气进行脱硫净化处理所得到的工业副产物,是用石 目前,对脱硫石膏的利用有以下几种途径:1)作 灰石在吸收塔内与烟气充分接触,烟气中的SO 、浆 为缓凝剂加入水泥熟料中,可以控制水泥的凝结时 料中的CaC0,和空气中的0 进行氧化反应生成的 间;2)加热脱水,使CaSO4 ̄2H2O转化为CaS0 ・1/2H20, CaS0 ・2H 0,也即通常所说的二水石膏。脱硫石膏作 作为气凝型材料应用于建材行业;3)将CaS0 ・2H20 与水泥、粉煤灰及骨料混合,采用复合激发剂激发,使 收稿日期:2013—11—04 粉煤灰的玻璃体解体,与上述材料一道形成胶凝材 作者简介:陈嘉林,男,1951年生,经济师,总经理。从事特种防 料,但未见工业化大量利用的报道。根据我们在这方 水涂料、砂浆在混凝土结构表面的应用及混凝土结构表面缺 陷修复的研发工作。联系地址:200080上海市虹口区东宝兴路 面的研究,认为此类激发系统多为高碱性物质,对设 157号16楼A座。 备的腐蚀性大,凝胶材料强度低,且会产生倒缩。直 一 研究与应用 接对二水石膏进行利用或采用很低的能源消耗对二 水石膏进行处理后加以利用,是对这种工业废弃物的 有效处理方式。 编 号 A/表1 JS I型各组配方编号及测试性能 因素 g B/g C/g D/g 检测数据平均值 无, s无, 8 MPa % MPa *t/ % 柬, MPa 柬, % 根据多年来对聚合物水泥防水涂料(下称Js涂 料)的研发和生产实践,Js涂料的粉体材料是以水泥 作为凝胶材料,与其他基本属于惰性或具有潜在潘l生 的粉体混合而成的;而GAS04 ̄2H20的活性很低,即 l 96 74 25.5 11 l-30 342.4 2.2 280.8 2.19 245.6 2 3 4 96 76 26 12 1.36 31O.4 2.13 279.6 2.1l 290.4 96 78 26.5 13 1.29 339.2 2.16 253.6 2.17 280.8 99 74 26 13 1-24 349.6 2.O8 291.2 1.94 279.2 使在碱性环境中也不会发生反应。这就为将其视为 惰性粉料在JS涂料中加以利用提供了可能。 1实验部分 1.1原材料 乳液:BASF¥400,加入适量水和助剂调节黏度 并改善性能;石英砂,70"一10 、l00 ~20 ;脱硫石膏: 上海优越新型建材有限公司;改性剂:一种硅镁质材 料,市售。 1.2测试方法 依据GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》 标准中的试验方法和技术要求进行试验。因脱硫石 膏含水量高、易结团,采用先在室外用阳光晒干再用 粉碎机打开结团颗粒的方法处理。在初步试验的基 础上,采用正交设计方法[zl安排试验,选取L9(34)正 交设计表,第一轮试验仅对Js涂料按标准作无处理、 碱处理和水处理,并对测试结果采用正交设计法进行 分析,然后根据正交原理,计算出各参数,找出影响因 素排列顺序和优化配方,按照此配方进行下一步测 试。 Js I型、JSⅡ型、JSⅢ型涂料的液料:粉料(质量 比)分别为1:1.2、1:2、1:3。JS I型各组配方编号及测 试性能见表1;JS I1型各组配方编号及测试性能见表 2,JSⅢ型各组配方编号及测试性能见表3。表l一3 中,A为PO 42.5水泥,B为7 ~100 石英砂,c为脱 硫石膏,D为改性剂。 2结果与分析 2.1正交试验结果 依据正交设计对试验数据的处理方法,对JS I 5 99 76 26.5 11 1.29 336 2.1O 268 2.08 263.2 6 99 78 25.5 12 1.5O 269.6 1.92 249.2 2.08 296 7 103 74 26.5 12 1.58 345.6 2.1O 218-4 1.98 228.8 8 103 76 25.5 l3 1.56 307.2 2.O2 200.8 2.O8 272.8 9 103 78 26 11 1.46 263.2 1.97 226.4 1.99 260.8 注:JS I型9个配方中均还加入10O 2oo 石英砂35.5 g。 表2 JSⅡ型各组配方编号及测试性能 因素 检测数据平均值 编号 A/g B/g C/g D/g 口 £ 盯 s碱/ 柬/ s日 MPa % MPa % MPa % 1 l21 l86 72 47 1.97 143.5 2.46 117.6 2-33 118.4 2 l2l 196 76 49 2.O1 165.5 2_39 l2O.4 2.42 109.6 3 121 206 79 51 1.95 117.6 2.29 97.6 2.46 93.6 4 126 186 76 51 1.83 152 2-42 l27-2 2.46 l11.2 5 126 196 79 47 1.83 152.4 2.49 124.8 2.48 l22_8 6 126 206 72 49 1.80 l52_8 2-25 132.8 2.46 116.8 7 l3l 186 79 49 l_94 148 2.29 l26.8 2.44 1l9.6 8 l31 196 72 5l 2.O1 156.8 2.23 140.8 2.51 l18.8 9 l3l 206 76 47 1.82 149.6 2.23 132 2.47 1l5.6 表3 JS m型各组配方编号及测试性能 因素 检测数据平均值 编号 £ or / s碱, 永/ 水/ A/g B/g C/g D/g MPa % MPa % MPa % 1 68.8 68.8 46.3 23_8 1.95 86 2-31 79.8 2.50 46.9 2 68.8 71.9 47.5 24.4 1.83 l04.8 2-31 69.6 2.40 68 3 68.8 75 48.8 25 1.95 89.6 2-31 69.6 2.40 66.8 4 70.6 68.8 47.5 25 2.1O 90.4 2.28 84 2_35 62.8 5 70.6 71.9 48.8 23.8 1.98 92.8 2-30 71_2 2_3l 68.4 ’ 6 70.6 75 46.3 24.4 1.91 93.6 2.19 87 2-24 67.2 7 72.5 68.8 48.8 25 1.91 90.8 2.32 72 2.49 57.6 8 72.5 71.9 46.3 24.4 IJ87 96.8 2-31 73.6 2-29 60-4 9 72.5 75 47.5 25 1.9O 93.2 2-31 72.8 2.18 63.2 型、JSⅡ型、JsⅢ型涂料无处理、碱处理和水处理的 研究与应用 一 性能测试结果,进行功效系数和总功效系数、各因素 表6 Js IH型正交试验数据统计表 各水平总和平均值及极差的计算,其结果分别见表 编号 功效系数 总功效 4—6。 无 无 碱 碱 永 水 系数 1 0.929 0.821 0.996 O.917 1 0.725 0.742 表4 Js I型正交试验数据统计表 2 0.871 1 0.996 0.80 O.96 0.994 O.814 编号 功效系数 总功效 3 0.929 0.855 0.996 O.80 O.96 0.977 0.770 4 1 0.863 0.983 0.966 0.94 0.918 0.841 尤 尤 碱 占碱 永 水 系数 l 0.823 0.979 1 0.964 1 O_83 0.803 5 0.943 0.885 0.991 O.818 0.924 1 0.791 2 O.86l 0.888 0.968 0.960 0.963 0.981 0.866 6 0.91 0.893 0.94 1 0.896 0.982 0.882 3 O-816 0.970 0.982 O.871 0.99l 0.949 O.80 7 0.91 0.866 1 0.828 0.996 0.842 0.736 4 0.785 1 0.945 1 0。866 0.943 0.797 8 O.89 0.924 0.966 0.846 0.916 0.883 0.749 5 0.816 0.916 0.955 O.92 O.95 0.889 0.649 9 0.95 0.889 0.996 0.837 0.872 0.924 0.753 6 O.95 O.77l 0.873 0.856 0.95 l O.721 因素 A B C D 7 l 1 0.955 O.75 0.904 0.771 0.707 1水平总和 2.326 2.405 2_313 2.286 8 0.987 0.879 0.9l8 O.69 0.95 0.922 0.694 2水平总和 2.454 2.408 2.391 2.372 9 0.924 0.753 0.895 0.777 0.909 O-881 0.622 3水平总和 2.238 2.259 2.297 2-36 影响因素A(水泥)>B 因素 A B C D 1水平平均 0.775 0.802 O.771 0.762 (石英砂)>c(脱硫石 2水平平均 O.818 0.803 0.797 0.791 膏)>D(改性剂) 1水平总和 2.469 2.341 2.173 2.074 2水平总和 2.5l7 2.209 2.275 2.294 3水平平均 0.746 0.753 0.766 0.787 3水平总和 2.023 2.129 2.156 2.281 影响因素A(水泥)>D 极差 0.072 0.05 O.O31 0.029 1水平平均 0.823 0.770 0.724 0.69l (改性剂)>B(石英砂)> 2水平平均 0.719 0.736 0.758 0.765 C :脱硫石膏) 由表4—6可知,JS I型涂料的9个配方中,2号 3水平平均 0.674 0.7l0 O.719 0.760 配方的总功效系数最大;JS lI型涂料的9个配方中, 极差 0.149 O.O6 0.039 0.074 8号配方的总功效系数最大;js 111型涂料的9个配方 表5 JSⅡ型正交试验数据统计表 中,6号配方的总功效系数最大。这反映了9个配方 编号 功效系数 总功效 中较好配方的各因素组合。然后按照各因素水平的 尤 无 碱 碱 水 水 系数 平均值可确定JS涂料的最佳试验配方,见表7。 1 0.98 0.867 0.988 0.835 0.928 0.964 0.792 2 l 1 0.96 0.855 0.964 0.893 0.841 表7 JS涂料的最佳试验配方 3 0.97 0.7ll 0.92 0.693 O.98 0.762 0.573 项目 JS I型 JSⅡ型 JSⅢ型 4 0.91 O.918 0.972 0.903 O.98 0.906 0.846 9个配方中较好配方 A1B2C2D2 A3B2C1D3 A2B3C1D2 5 0.91 O.92l 1 0.886 0.98 1 0.853 最佳配方 A1B1C2D2 A3B2C1D2 A2B2C2D2 6 0.9O 0.923 0.904 0.943 0.988 O.951 O.816 注:A为PO 42.5水泥,B为70#~100#石英砂,C为脱硫石膏,D 7 0.965 0.894 0.92 O.901 0.972 0.974 0.823 为改性剂,1、2、3分别表示各因素水平。 8 l 0.947 0.896 1 1 0.967 0.906 9 0.905 0.904 0.896 0.938 0.984 0.941 0.798 2.2最佳配方时JS涂料的综合性能 因素 A B C D l水平总和 2.206 2.454 2.514 2.443 采用最佳试验配方,按照GB 23445--2009标准 2水平总和 2.515 2.6 2.485 2.48 中的相关技术要求进行测试,得到的JS涂料的综合 3水平总和 2.527 2.194 2.249 2.325 影响因素B(石英砂)> 性能指标,与标准值的对比见表8(抗渗性测试时,因 1水平平均 0.735 O.818 0.838 0.814 A(水泥)>c(脱硫石膏) 2水平平均 0.838 0.867 0.828 0.827 >D(改性剂) 按标准所制的基础砂浆内聚力很低,受水压时涂膜将 3水平平均 0.842 0.73l 0.750 0.775 砂浆拉脱,不能真实反映这一指标)。 极差 0.107 O.136 0.088 0.052 3结论 一 研究与应用 表8最佳配方制得的JS涂料的综合性能 技术指标 项目 JS I型 JSⅡ型 JSⅢ型 标准值 测试值 标准值 测试值 标准值 测试值 无处J ̄JMPa.≥ 1.2 1.83 1.8 2.23 1.8 1.9O 加热处理保留率,%,≥ 80 140 80 107.8 80 126.87 拉伸强度 碱处理保留率,%,≥ 60 152.7 60 lo4 60 l14.7 浸水处理保留率,%,≥ 60 141 60 105.8 60 112.9 紫外线处理保留率,%,≥ 80 131.7 80 l16.6 80 122.7 无处理,%。≥ 20o 267.2 80 152.6 30 66.4 加热处理/%,≥ 150 256.8 65 134.4 20 57.6 断裂伸长率 碱处理,%,≥ 150 256.4 65 113.2 . 20 58.4 浸水处理,%,≥ 150 190.4 65 122.4 20 56 紫外线处理,%,≥ 150 2l6 65 122.4 20 52.2 低温柔性( 10 mnl圆棒) 一1O℃,无裂纹 合格 无处理 Pa,≥ O.5 1-35 O.7 1-39 1.0 1-35 粘结强度 潮湿基面/MPa,≥ 0.5 1.17 0.7 1.24 1.O 1.40 碱处J ̄JMPa,≥ 0.5 1.23 O.7 1-36 1.0 1-32 浸水处理/MPa,≥ 0.5 1.22 O.7 1.2l 1.0 1.48 不透水性(0.3 讧Pa,3O min) 不透水 合格 不透水 合格-) 不透水 合格・) 注:1)为在0.3 MPa、60min条件下,3张膜未见透水。 将脱硫石膏用于JS涂料的配方中,试验过程历 线处理后,其断裂伸长率的衰减不大;4)硅镁质改性 经最开始的摸底配方,然后采用正交设计法组合配 剂对Js涂料起到了改性作用,其余条件不变时,不掺 方,到最后得到最佳配方试验,所有测试数据均较为 改性剂的JS涂料性能不及改性JS涂料。 理想。采用最佳配方时,3个型号的JS涂料的测试结 综上所述,脱硫石膏可以直接掺加到JS涂料中 果不但平均值合格,而且每个试件都合格,这反映了 作为惰性填料,制得的Js涂料综合性能较优且质量 掺加脱硫石膏后Js涂料的性能是稳定的。 稳定,这为脱硫石膏的利用找到了一条新途径。 这是由于:1)经分析认为,脱硫石膏对Js涂料性 参考文献: 能的影响不占主要因素(这可从表4-_6的极差数值 【1】丁士能.脱硫石膏何处觅出路【EB/OL].(2010—05—25) 看出),因而在配方中主要以物理效应为主;2)为了增 [2013-11-Ol1.http://www.docin.com/p-531078651.htm1. 加对SO 的吸收效果,采用的CaCO,粉较细,得到的 [2]刘数华,冷发光,罗季英.建筑材料试验研究的数学方法 烟气脱硫石膏的粒径分布为细端粒径12~20 m,平 【M】.北京:中国建筑出版社,2006. 均粒径25—45 Ixm,粗端粒径60 ̄90 .m『31,可对Js涂 【3]王栋民,罗小红,范德科,等.烟气脱硫石膏粒径分布特征 料内部未水化水泥颗粒和石英砂的空隙起到填充作 研究【c 第三届全国石膏生产与应用技术交流大会论文 集.2008. 用,增加膜的密实性。刘数华 等通过对辅助胶凝材 【4]刘数华,冷发光,李丽华.混凝土辅助胶凝材料[M】.北京:中 料的研究认为,粉体的致密性意义不逊于活性效应; 国建材工业出版社。2010. 3)以CaSO ・2H20为主要成分的脱硫石膏在常温下 活性很低,在Js涂料中仅仅作为惰性填料,因而掺加 脱硫石膏的Js涂料在经过浸碱、浸水、800 oC、紫外