淺析緩凝劑對建筑石膏基本性能影響

王麗 李伯洋 冉秀云 白風華 賈嚴嚴

（北新集團建材股份有限公司，北京 100000）

煙氣脫硫石膏作為燃煤電廠煙氣脫硫后的工業副產廢棄物經干燥、煅燒、研磨等工藝，可制備成性能良好的建筑石膏。石膏具有輕質、保溫、隔熱等優點。隨著人們對環保的重視及對資源循環利用的關注，煙氣脫硫建筑石膏被廣泛應用于裝飾行業[1]。和天然石膏相比，煙氣脫硫建筑石膏具有顆粒均勻、比表面積小、品位高等特點[2]。但是，由于建筑石膏料漿凝結硬化速率較快，限制了建筑石膏在建筑行業的應用[3-5]。為克服這一缺點，可向建筑石膏膠凝材料中加入適量緩凝劑，通過外加劑改善石膏基材的可操作時間和施工性能。但大多數緩凝劑的作用是多方面的[6]，對石膏起緩凝作用的同時嚴重影響石膏硬化體的力學強度[7]。本文主要研究不同的脫硫石膏緩凝劑對脫硫建筑石膏基本性能的影響，為石膏緩凝劑的改性、研發和應用提供理論和數據支撐。

1 試驗

1.1 原料

石膏：脫硫建筑石膏；緩凝劑A：檸檬酸類，分析純；緩凝劑B：磷酸鹽類，分析純；緩凝劑C：意大利西捷SICIT石膏緩凝劑PLASTRETARDPE；緩凝劑D：巴斯夫（BASF）（中國）股份有限公司HyConR7200F。

從表1可以發現，不同地方的建筑石膏因脫硫石膏脫硫工藝、煅燒制備工藝、雜質含量、后期處理方式的不同，其基本性能中的標準稠度用水量、凝結時間及力學強度等基本性能差別較大[8]。石膏1的標準稠度用水量較小，為0.56；而石膏5的標準稠度用水量為0.82。石膏1、3和4的凝結時間相對較長，石膏5的凝結速率較快，初凝小于3min。在力學強度方面，石膏5的力學強度值較低，抗折強度為3.7MPa，抗壓強度為8.38MPa；石膏2和石膏3的力學強度值較大，抗折強度分別為8.3MPa、8.1MPa，抗壓強度分別為22.58MPa、21.67MPa。從表1可以看出，建筑石膏2h力學強度跟絕干力學強度有相關性，因為建筑石膏2h內凝結過程已完成，通過2h力學強度可預判其制品的絕干力學強度高低。

表1 脫硫建筑石膏主要性能參數

1.2 試驗方法

脫硫建筑石膏基本性能測試參照GB/T17669.4-1999《建筑石膏凈漿物理性能》和GB/T17669.3-1999《建筑石膏力學性能》進行。脫硫建筑石膏凝結時間采用維卡儀進行測試，硬化體力學強度采用萬能試驗機，參照國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 緩凝劑對石膏基材凝結性能的影響

通過比較表1中各種建筑石膏的基本性能，選用石膏2作為試驗樣品，對其摻入不同比例的緩凝劑，測試緩凝劑對其凝結時間和力學強度的影響。對表2結果進行分析發現，隨著緩凝劑A和緩凝劑B摻量增加，石膏漿體的凝結時間明顯延長。對于緩凝劑A，摻量0.05%-0.1%范圍內其凝結時間變化幅度加大；對于緩凝劑B，摻量0.1%之后其凝結時間延長幅度增大。在相同摻量下，緩凝劑A的緩凝效果優于緩凝劑B。當緩凝劑A摻量為0.1%時，建筑石膏的初凝、終凝時間分別為71min和117min；當緩凝劑B摻量為0.3%時，建筑石膏的初凝、終凝時間分別為46min和80min。

表2 緩凝劑對石膏基材凝結時間影響

分別選用石膏2和石膏3為試驗樣品。由圖1和圖2可知，對于石膏2和石膏3，隨著緩凝劑摻量的增加，其凝結時間呈延長趨勢，當摻量到達一定劑量時，其凝結時間延緩程度顯著增大，之后隨著摻量的進一步增加，初凝和終凝時間繼續延長。

圖1 石膏2摻入緩凝劑后料漿凝結時間趨勢圖

圖2 緩凝劑對石膏3凝結時間影響圖

對于石膏2，緩凝劑可不同程度延緩脫硫建筑石膏凝結時間，在相同摻量條件下，緩凝劑D對石膏2凝結時間的影響遠大于緩凝劑C，且隨著摻量的增加，差別越發明顯。對于石膏2，當緩凝劑摻量為0.01%時，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時間增至16.5min，終凝時間增至20min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時間增至7min，終凝時間增至20.3min；當緩凝劑摻量為0.02%時，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時間增至31.8min，終凝時間增至45min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時間增至7.5min，終凝時間增至20min；當緩凝劑摻量為0.03%時，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝增至40.5min，終凝時間增至56min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時間增至20min，終凝時間增至32min；當緩凝劑摻量為0.04%時，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時間增至48min，終凝時間增至75min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時間增至24min，終凝時間增至35.8min；當緩凝劑摻量為0.05%時，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時間增至55.7min，終凝時間增至86min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時間增至37.7min，終凝時間增至59.1min。對比表2和圖1可見，對同種建筑石膏，使用較低摻量的緩凝劑C和緩凝劑D就能達到緩凝時間較大幅度延長的要求。

對于石膏3，當緩凝劑摻量為0.02%時，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時間增至56min，終凝時間增至70min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時間增至21.3min，終凝時間增至34min；當緩凝劑摻量為0.04%時，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時間增至100min，終凝時間增至147min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時間增至60min，終凝時間增至85min；當緩凝劑摻量為0.06%時，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時間增至117min，終凝時間增至185min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時間增至89min，終凝時間增至120min；當緩凝劑摻量為0.08%時，摻入緩凝劑C的建筑石膏的初凝時間增至150min，終凝時間增至210min，摻入緩凝劑D的建筑石膏的初凝時間增至97min，終凝時間增至126min。從圖1和圖2發現，相同緩凝劑對不同石膏的適應性差別較大，不管是緩凝劑C還是緩凝劑D，在相同摻量條件下，對于石膏3的緩凝效果優于石膏2。

對緩凝劑C的研究表明其屬于蛋白質和無機鈣鹽復合形成的高效緩凝劑[2]。因此，當緩凝劑C摻入石膏基材料中，其與二水石膏表面的鈣離子結合生成覆蓋在二水石膏晶核表面的螯合物，從而降低了二水石膏晶核表面能，抑制了新的二水石膏晶核的生長，延緩了建筑石膏的凝結時間[9]。同時，由于蛋白質膠體的吸附和保護作用，其具有高效緩凝效果的同時對石膏硬化體強度的影響較小。

2.2 緩凝劑對石膏基材力學性能的影響

在石膏硬化體力學性能方面（圖3），石膏硬化體抗折和抗壓強度隨緩凝劑摻量增加而下降。緩凝劑B對脫硫建筑石膏力學強度的影響比相同摻量的緩凝劑A更顯著。向脫硫建筑石膏中分別摻入0.1%的緩凝劑A和緩凝劑B，其硬化體抗壓強度分別損失37%、55%，抗折強度分別損失40%、66%。這說明緩凝劑A和緩凝劑B的摻量適宜控制在0.1%以內，當摻量超過0.1%，石膏硬化體的強度損失顯著增加，抗折強度和抗壓強度損失均超過50%。基于上述結果可知，緩凝劑對石膏起緩凝作用的同時嚴重影響石膏基材及制品的力學強度。因此，為了減少緩凝劑對石膏基材強度的影響，應謹慎挑選緩凝劑，并選用適宜的摻量。

圖3 緩凝劑A和緩凝劑B對石膏基材力學強度影響

2.3 緩凝劑對石膏基材流動性能的影響

采用石膏3研究緩凝劑對石膏基材流動性能的影響。由圖4可以發現，適量的緩凝劑對石膏3的流動度有改善作用。選擇合適的緩凝劑不僅能延緩脫硫建筑石膏的凝結時間，某種程度上也有減水效果，改善石膏基材的流動性能。對于緩凝劑C其摻量在0.04%以內，對于緩凝劑D其摻量在0.06%以內，對石膏3的流動度有明顯改善作用。

圖4 緩凝劑對脫硫建筑石膏流動性能影響趨勢圖

3 小結

本文研究了不同類型緩凝劑對石膏基建筑材料凝結時間、力學性能和流動度的影響。通過測試結果發現，適量緩凝劑可以有效延緩建筑石膏的凝結時間。在摻量相同的條件下，緩凝劑A的緩凝效果優于緩凝劑B，緩凝劑C和緩凝劑D的緩凝效果好于緩凝劑A和緩凝劑B。同時發現，同一種緩凝劑的緩凝效果與基材有很大關系，對不同石膏的適應性差別較大。適量的緩凝劑C和緩凝劑D對建筑石膏的流動性能有改善作用，在起緩凝作用的同時有一定的減水效果。對于大多數的石膏緩凝劑，其適宜摻量應控制在0.1%以內，具體摻量根據產品需要和實際情況調整。