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有机硅憎水剂在保温砂浆中的应用研究
朱海霞，张琳，孙顺杰，吴兆毅
（汕头经济特区龙湖科技有限公司北京技术中心，北京100076）
0 前言
膨胀珍珠岩具有轻质、绝热、吸声、无毒、无味、不燃烧、不发霉且能吸收放射性等特点[1]，是一种质优价廉的保温材料。我国目前年生产能力约1000 万m3，主要用于轻质保温制品和抹灰料。但是，膨胀珍珠岩的吸水率极高，可高达自重的300%，吸水后导热系数迅速增大，保温效果急剧下降，还会因冰冻而导致破坏。因此，目前膨胀珍珠岩抹灰料还只能用于墙体内保温，而不能用于外墙外保温[2]。
为了使膨胀珍珠岩保温砂浆达到相关标准要求，必须对这种材料进行改性，使其具备防水功能，将吸水率降低到外保温材料允许的范围内。本试验选用德国Wacker 公司SILRESBS 1042 有机硅憎水剂对膨胀珍珠岩进行处理，与空白膨胀珍珠岩保温砂浆对比其在吸水率、软化系数、线性收缩率、抗压及抗折强度等方面的性能差异。
1 有机硅憎水剂作用机理
硅氧烷类憎水剂中活性成分的结构特点为多个有机硅单元，通常为3～6 个，具有可流动性，为透明的液体。能溶解在大多数溶剂中，能快速形成硅树脂网状结构。其典型结构如图1 所示。
由于活性成分不挥发，就克服了直接用硅烷所带来的易挥发、易造成环境污染及成分的损失等问题，而且，硅氧烷也具有良好的渗透性。尤其是当烷基为长链烷基时，形成的硅树脂网络具有很好的耐碱性能，可以长时间地发挥防水功能。由于有机硅化合物与无机硅酸盐之间有较强的化学亲合力，能有效地改变硅酸盐材料的表面特性。因此，采用有机硅类憎水剂可以对膨胀珍珠岩进行憎水处理。有机硅中带有反应活性的硅氧烷通过特定条件能相互作用形成氢键，而且还能与膨胀珍珠岩中的羟基起化学反应，形成末端带有SiR基的硅烷链，如图2、图3 所示。
上述作用生成牢固的疏水性网状硅氧烷分子膜，表面张力很低，能均匀地分布在多孔的膨胀珍珠岩微孔壁上，而不封闭其毛细管道，不影响干燥过程中内部水分的排出。干燥后再遇水，水在毛细管壁上的接触角为100，使滴在其上的水成为珠状，无法渗入到颗粒内部，从而使其具有防水功效。
2 试验
21 试验用材料
膨胀珍珠岩：外观为白色颗粒，堆积密度约70 kg/m3，河南信阳天意公司；
水泥：PO425 级，北京琉璃河水泥厂；
粉煤灰：II 级；
纤维素醚：PMC-50US，韩国三星；
减水剂：MELMENT F 10，德国巴斯夫；
有机硅憎水剂：SILRES BS 1042，德国Wacker；
粉末憎水剂：SILRES BS 69051 VP、SILRES BS PowderA，德国Wacker。
22 试验方法
（1）膨胀珍珠岩憎水处理：首先将BS 1042 按照02%的比例，用水稀释成均匀溶液；称取适量的膨胀珍珠岩样品，并用2 倍质量的BS 1042 稀释液喷洒，同时均匀拌合膨胀珍珠岩，尽可能保证膨胀珍珠岩对溶液均匀吸收。待膨胀珍珠岩将溶液完全吸收后，放入带通风设备的干燥箱中，在105 ℃温度下烘干到恒重，取出膨胀珍珠岩在室温下自然冷却到室温[3]。
（2）吸水率：参照GB/T 548632001《无机硬质绝热制品试验方法》，测试有机硅憎水剂处理后的珍珠岩对保温砂浆吸水率的影响。
（3）软化系数：参照GB/T 204732006《建筑保温砂浆》，测试有机硅憎水剂处理后的膨胀珍珠岩对保温砂浆软化系数的影响。
（4）线性收缩率：参照《膨胀玻化微球轻质砂浆》（征求意见稿），测试有机硅憎水剂处理后的膨胀珍珠岩对保温砂浆线性收缩率的影响。
（5）抗压、抗折强度：参照GB/T 176711999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》，测试有机硅憎水剂处理后的膨胀珍珠岩对保温砂浆抗压、抗折强度的影响。
3 试验结果及讨论
本试验采用的配方见表1。
表1 保温砂浆性能对比试验用配方
其中加水量是通过调节砂浆达到标准稠度[（505）mm]时用水量确定的。
31 吸水率
空白与有机硅憎水剂处理珍膨胀珠岩保温砂浆的吸水率对比试验结果见表2。
从表2 可以看出，无论是否加粉末有机硅憎水剂，经过有机硅处理过的膨胀珍珠岩的保温砂浆比同配方空白保温砂浆的吸水率明显降低，而且降低幅度都在29%以上，最高可达452%。在空白珍珠岩保温砂浆中，即使加入粉末憎水剂，吸水率降低效果也不明显，最多降低68%。
32 软化系数
空白与处理膨胀珍珠岩保温砂浆的软化系数对比试验结果见表3。
从表3 可以看出，经有机硅憎水剂处理后的膨胀珍珠岩制成的保温砂浆的软化系数，较空白膨胀珍珠岩保温砂浆有一定的提高，提高最大的为1（仅为61%），而3 仅提高了23%。说明有机硅憎水剂处理后的膨胀珍珠岩对提高保温砂浆的软化系数有一定帮助，但并不明显。
33 线性收缩率
空白与有机硅憎水剂处理膨胀珍珠岩保温砂浆的线性收缩率对比试验结果见表4。
从表4 看出，使用空白膨胀珍珠岩作为骨料的保温砂浆，再加入粉末憎水剂后，其线性收缩率有一定的降低，但最大仅可降低267%。1 中，经过有机硅憎水剂预处理的膨胀珍珠岩保温砂浆，线性收缩率为017%，比同配方空白膨胀珍珠岩保温砂浆的线性收缩率降低了433%。在此基础上再加入粉末憎水剂，如3 中线性收缩率为014%，比1 空白膨胀珍珠岩保温砂浆的线性收缩率降低了533%。由于砂浆在干燥养护到达龄期的过程中，收缩过大会在体系内部产生收缩裂缝。尽管随着水泥水化作用的进行，能够对这类收缩裂缝产生愈合作用，但砂浆的这种自愈作用是有限的。所以有效地降低砂浆制品的线性收缩率可以提高砂浆制品的性能，因此，膨胀珍珠岩采用有机硅憎水剂预处理是非常必要的。
34 抗压及抗折强度
空白与有机硅处理膨胀珍珠岩保温砂浆的抗压抗折强度对比试验结果见表5。
从表5 可以看出，采用有机硅憎水剂处理过的膨胀珍珠岩保温砂浆的抗折、抗压强度都有明显的提高，其中1～3 试样的抗折强度分别提高了765%、1013%和837%，抗压强度分别提高了784%、797%和807%，均提高了76%以上。同样，只加入粉末憎水剂，空白膨胀珍珠岩保温砂浆的抗折、抗压强度只有一定程度的提高。抗折强度提高了103%和265%，抗压强度提高了331%和365%，均未超过37%。
4 结语
（1）从保温砂浆配方的加水量可以看出，膨胀珍珠岩用有机硅憎水剂SILRES BS 1042 处理后，加水量从120%下降到60%，减水效果明显，这从根本上决定了保温砂浆在水泥足够水化的同时，其各方面性能会有不同程度的提高。
（2）膨胀珍珠岩未经过有机硅憎水剂SILRES BS 1042 处理时，在粉料中加入粉末憎水剂BS Powder A 或BS 69051VP，在一定程度上可以降低保温砂浆的加水量，相应地降低其吸水率、线性收缩率，提高抗折、抗压强度，但是改善效果有限。
（3）将使用有机硅憎水剂SILRES BS 1042 进行预处理的膨胀珍珠岩作为保温砂浆的骨料，虽然对软化系数的提高有限，但能很大程度上降低拌合加水量，降低制品的吸水率、线性收缩率，并明显提高砂浆的抗折、抗压强度。在此基础上再加入粉末憎水剂BS Powder A 或BS69051 VP，对保温砂浆的各方面性能有进一步的改善。
参考文献：
[1] 韩喜林新型建筑绝热保温材料应用、设计、施工[M]北京：中国建材工业出版社，2005：195-203
[2] 张学亮憎水膨胀珍珠岩外保温砂浆[J]房产与应用，2000（2）：28
[3] 孟庆林，李秀辉，李宁，等低品质玻化微珠改性试验研究[J]新型建筑材料，2008（5）：43-45
下载：http://wwwctdiskcom/file/3829603
