改性聚乙烯醇协同硅酸盐水泥制高强防水石膏

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230217

摘要/Abstract

摘要：

以脱硫石膏为基料，以液碱活化聚甲基氢硅氧烷（PMHS）催化改性聚乙烯醇（PVA）防水剂协同硅酸盐水泥研发高强防水石膏。探究了改性PVA防水剂、硅酸盐水泥对脱硫石膏标准试块表面吸水率、力学性能和软化系数的影响；通过红外光谱确定改性疏水剂、硅酸盐水泥单独及协同研发强防水石膏的连接形式；通过热重仪分析不同掺加剂对石膏热稳定性的影响；研究表明，改性PVA防水剂协同硅酸盐水泥制高强防水石膏的最佳配比为：防水剂120 g、硅酸盐水泥150 g，此时表面吸水率9.35%，绝干抗压强度22.54 MPa、软化系数67.57%，同时有效提高了纸面石膏板的热稳定性。

关键词: 液碱活化甲基含氢硅油, 催化改性, 改性PVA疏水剂, 热稳定性, 高强防水石膏

Abstract:

Based on desulfurized gypsum， the waterproof agent developed by modifying polyvinyl alcohol （PVA） catalyzed by liquid alkali activated Polymethyl hydrogen siloxane （PMHS） cooperated with portland cement to develop high-strength waterproof gypsum. The effects of modified PVA waterproofing agent and portland cement on the surface water absorption， mechanical properties and softening coefficient of desulfurization gypsum standard test block were investigated. The connection form of strong waterproof gypsum developed by modified hydrophobic agent and portland cement independently and cooperatively was determined by infrared spectrum. The influence of different additives on the thermal stability of gypsum was analyzed by thermogravimetry. The research shows that the best ratio of modified PVA waterproof agent and portland cement to produce high-strength waterproof gypsum is： waterproof agent 120 g and portland cement 150 g. At this time， the surface water absorption rate is 9.35%， the absolute dry compressive strength is 22.54 MPa， and the softening coefficient is 67.57%. At the same time， the thermal stability of gypsum board is effectively improved.

Key words: Liquid alkali activated methyl hydrogen-containing silicone oil, Catalytic modification, Modified polyvinyl alcohol hydrophobic agent, Thermal stability, High strength waterproof plaster

中图分类号:

O647

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图/表 20

表1 液碱活化PMHS与PVA改性制防水剂的实验设计

Table 1 Experimental design of PMHS and PVA modified by liquid alkali to prepare waterproof agent

Entry	m（liquid alkali activated PMHS）∶m（PVA）	m（NBDL）/g
1	1∶2	2.4
2	1∶1.5	2.4
3	1∶1	2.4
4	1.5∶1	2.4
5	2∶1	2.4

表2 脱硫石膏外掺防水剂制防水石膏的实验设计

Table 2 Experimental design of desulfurized gypsum mixed with waterproofing agent to make waterproof gypsum

Entry	m（desulfurized gypsum）/g	m（waterproofing agent）/g	m（deionized water）/g
1	1 000	0	600
2	1 000	10	600
3	1 000	20	600
4	1 000	40	600
5	1 000	60	600
6	1 000	80	600
7	1 000	100	600
8	1 000	120	600
9	1 000	150	600

表3 复配防水剂制高强防水石膏实验设计

Table 3 Experimental design of preparation of high strength waterproof gypsum with compound waterproofing agent

Entry	m（desulfurized gypsum）/g	m（deionized water）/g	m（modified waterproofing agent）/g	m（portland cement）/g
1	1 000	600	100	100
2	1 000	600	100	150
3	1 000	600	100	200
4	1 000	600	120	100
5	1 000	600	120	150
6	1 000	600	120	200
7	1 000	600	140	100
8	1 000	600	140	150
9	1 000	600	140	200

表4 混合防水剂协同硅酸盐水泥制备高强防水石膏实验设计

Table 4 Experimental design of preparation of high strength waterproof gypsum by modified waterproofing agent and portland cement

Entry	m（desulfurized gypsum）/g	m（deionized water）/g	m（mixed waterproofing agent）/g	m（portland cement）/g
1	1 000	600	100	100
2	1 000	600	100	150
3	1 000	600	100	200
4	1 000	600	120	100
5	1 000	600	120	150
6	1 000	600	120	200
7	1 000	600	140	100
8	1 000	600	140	150
9	1 000	600	140	200

图1 单掺防水剂对石膏试块性能的影响A.The influence of single waterproofing agent on the surface water absorption of gypsum test block； B.The influence of single waterproofing agent on the softening coefficient of gypsum test block； C.The influence of single waterproofing agent on the compressive strength of gypsum test block

Fig.1 Effect of single waterproofing agent on properties of gypsum test block

图示1 PMHS与石膏基质反应机理方程式

图示2 液碱活化PMHS与石膏基质反应机理方程式

图示3 PVA与石膏基质反应机理方程式

图2 不同配比对石膏试块防水（A）和力学（B）性能的影响

Fig.2 Effects of different proportions on waterproof （A） and mechanical （B） properties of gypsum block

图示4 液碱活化PMHS协同 PVA反应机理方程式

图示5 防水剂与石膏基质反应机理方程式

图3 改性防水剂掺量对石膏试块防水性能的影响

Fig.3 Influence of modified waterproof agent content on waterproof performance of gypsum test block

图4 改性防水剂掺加量对石膏力学性能的影响

Fig.4 Effect of modified waterproofing agent on mechanical properties of gypsum

图5 硅酸盐水泥添加量对表面吸水率（A）和抗压强度（B）的影响

Fig.5 Effect of portland cement addition on surface water absorption （A） and compressive strength （B）

表5 改性防水剂复配正交实验结果分析

Table 5 Analysis of the results of orthogonal experiment of modified waterproofing agent

Entry	m（modified waterproofing agent）/g	m（portland cement）/g	Surface water absorption/%	Absolute dry compressive strength/MPa	Soak 2 h compressive strength/MPa	Softening coefficient/%
1	100	100	15.63	18.87	12.35	65.45
2	100	150	14.24	19.32	12.67	65.58
3	100	200	14.22	19.65	12.93	65.80
4	120	100	11.58	21.17	14.03	66.27
5	120	150	9.35	22.54	15.23	67.57
6	120	200	10.03	22.39	14.67	65.52
7	140	100	13.58	20.98	13.88	66.16
8	140	150	12.85	21.07	14.01	66.49
9	140	200	12.91	21.16	13.74	63.94

表6 混合防水剂复配正交实验结果分析

Table 6 Analysis of orthogonal experiment results of mixed water repellent

Entry	m（mixed waterproofing agent）/g	m（portland cement）/g	Surface water absorption/%	Absolute dry compressive strength/MPa	Soak 2 h compressive strength/MPa	Softening coefficient/%
	100	100	5.29	3.89	2.35	60.41
2	100	150	5.73	4.42	2.67	60.40
3	100	200	6.34	5.23	2.93	56.00
4	120	100	3.48	2.73	2.03	74.36
5	120	150	4.19	3.15	2.53	80.32
6	120	200	4.81	4.39	3.67	83.59
7	140	100	2.56	2.07	1.88	90.82
8	140	150	2.94	3.16	2.01	63.61
9	140	200	3.68	3.89	2.74	70.44

图6 混合防水剂复掺硅酸盐水泥制防水石膏A.Front view； B.Sectional view； C.SEM image

Fig.6 Waterproofing plaster made by mixing waterproofing agent and Portland cement

图7 外掺改性剂后石膏试块的SEM图A.Blank sample； B.Liquid alkali activated PMHS+PVA modified waterproofing agent； C.Portland cement waterproof agent； D.Liquid alkali activates PMHS+PVA compound portland cement waterproofing agent（A-1， B-1， C-1 and D-1 are the plane scans of Fig.A－D， respectively）

Fig.7 SEM image of gypsum test block after adding modifier

图8 外掺改性剂后石膏试块的FT-IR图a.Blank sample； b.Liquid alkali activated PMHS+PVA modified waterproofing agent； c.Portland cement waterproof agent； d.Liquid alkali activates PMHS+PVA compound portland cement waterproofing agent

Fig.8 FT-IR diagram of gypsum test block after adding modifier

图9 高强防水石膏热的TG（A）和DTG（B）曲线

Fig.9 TG （A） and DTG （B） curves of high strength waterproof gypsum

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