不同組分對抹灰石膏新拌性能影響研究

唐 勇

(西南水泥有限公司，四川 成都 610000)

0 前 言

石膏是一種傳統建筑材料，古埃及、古希臘和古羅馬的現存文物或古跡的砌筑和抹灰層中，仍可以見到石膏基材料的蹤影。盡管石膏具有悠久的應用歷史，但由于缺乏科學的煅燒裝備和工藝，以及古代優秀配方技術的失傳，近代以來石膏的應用遠落后于水泥等建筑材料。20世紀50年代，干混砂漿在歐洲開始快速發展，德國可耐福公司于1964年發明了第一臺單層石膏抹灰砂漿噴涂機以及相對應的產品，抹灰石膏機械化施工隨即被推廣應用到世界各地[1]。在一些歐洲國家，抹灰石膏的用量占據抹灰總量的半數以上，形成了從基礎研究、生產技術、到應用施工的完整體系。目前，我國石膏砂漿研究主要集中在水膏比、緩凝劑、集料等方面，針對不同組分對石膏漿體新拌性能的研究較少。因此，本文重點研究了脫硫石膏、不同纖維素醚及摻量、輕重集料對石膏漿體新拌性能的影響，以期為機械噴涂抹灰石膏的工作性調節、配比設計和應用提供參考。

1 試驗部分

1.1 原 料

建筑石膏(以磷石膏、脫硫石膏為原料制備)由貴州某公司提供，其化學組成和物理性能見表1～2。緩凝劑為市售蛋白類建筑石膏緩凝劑。引氣劑為α-烯基磺酸。

表1 建筑石膏的化學組成 wt.%

表2 建筑石膏的物理性能

1.2 試驗方法

漿體的攪拌方法和擴散度參照《抹灰石膏》(GB/T 28627—2012)執行。硬化漿體的凝結時間參照《建筑石膏 凈漿物理性能的測定》(GB/T 17669.4—1999)進行測試。保水率和濕密度參照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》(JGJ/T 70—2009)執行。

2 結果與討論

2.1 不同復配比例對石膏凝結時間的影響

選擇國產緩凝劑，摻量為0.2%(占石膏質量比)。水粉比為0.7。

由圖1(a)可知，當脫硫石膏的摻量從10%提高到30%，石膏的初凝時間從95 min降低到77 min。脫硫石膏的摻量繼續增加至50%，石膏的初凝時間穩定在67 min左右。由圖1(b)可以看出，當灰鈣摻入量為10%時，脫硫石膏摻量(≤30%)顯著影響了石膏初凝時間，使得初凝時間從71 min降低到60 min。但是脫硫石膏的摻量繼續增加對石膏的初凝時間無明顯影響，維持在65 min左右。說明當磷石膏與脫硫石膏的比例大于2.33時，灰鈣的摻入縮短了石膏的初凝時間。并且在灰鈣存在的情況下，磷石膏與脫硫石膏的比例對初凝時間的影響不大。這主要是因為磷石膏含有部分雜質(主要為可溶性磷、氟等)，這些雜質附著于磷石膏表面，阻礙了石膏的溶解，因而延長了石膏的凝結時間[5]。脫硫石膏的摻入相當于稀釋了可溶磷的含量，所以石膏的初凝時間隨脫硫石膏的摻入而縮短。灰鈣的加入使得石膏漿體的pH值增加，更容易與可溶性磷反應生成沉淀物，減弱了磷石膏雜質對石膏凝結時間的影響。

(a)灰鈣摻量0%

2.2 纖維素醚摻量和種類對石膏漿體性能的影響

脫硫石膏摻量為50%，緩凝劑摻量為0.2%，灰鈣摻量為10%，調整用水量使石膏漿體的擴散度為(165±5)mm。

表3為不同摻量纖維素醚對石膏漿體性能的影響，由表3可以看出，纖維素醚的摻入對石膏漿體用水量影響明顯，但纖維素醚的種類對石膏漿體用水量的影響不大。纖維素醚的加入顯著提升了石膏漿體的保水率，其中A3、B3、C3組分別比空白組提升了11.8%、12.7%、11.8%。但是纖維素醚摻量的增加對石膏漿體保水率的影響較小。還可以看出，隨纖維素醚的加入，漿體的濕密度下降，其中A3、B3、C3組分別比空白組降低了6.5%、8.0%、6.7%。一般來說，纖維素醚結構含有的羥基和醚基基團易與水分子締合成氫鍵，使游離水變成結合水，從而發揮良好的保水性能[6]。同時，烷基基團的引入使含有纖維素醚的水溶液的表面能降低，因此，纖維素醚具有引氣的作用，最終降低了石膏漿體的濕密度[7]。綜合性能和成本考慮，摻量為0.125%的HPK150 MS適合用于抹灰石膏。

表3 纖維素醚對石膏漿體性能的影響

2.3 引氣劑對石膏性能的影響

脫硫石膏摻量為50%，緩凝劑摻量為0.2%，灰鈣摻量為10%，纖維素醚摻量為0.125%，水灰比為0.505。引氣劑對石膏漿體性能的影響見表4。

表4 引氣劑對石膏漿體性能的影響

由表4可以看出，引氣劑的加入明顯降低了石膏漿體的濕密度，其中引氣劑摻量為0.015%時，石膏漿體的濕密度比空白組降低了16.8%。一般來說，引氣劑的加入會造成石膏硬化體力學性能的下降[8]。所以綜合來看，引氣劑摻量為0.01%較適宜。

2.4 填料對石膏性能的影響

脫硫石膏摻量為50%，緩凝劑摻量為0.2%，灰鈣摻量為10%，纖維素醚摻量為0.125%，引氣劑摻量為0.01%，水灰比為0.505。

圖2為填料對石膏性能的影響，從圖2可知，重鈣的加入使得石膏漿體的凝結時間、擴散度和濕密度均有所增加。而隨著玻化微珠取代部分重鈣，石膏的凝結時間、擴散度和濕密度均不同程度降低。其中填料對濕密度的影響最大，重鈣摻量從23%提高到34%，對應的濕密度從1 514 kg/m3提高到1 696 kg/m3，當玻化微珠取代重鈣的量為22%時，石膏漿體的濕密度降低了18.7%。說明石膏漿體的密度主要受填料種類和摻量的影響。綜合性能和成本考慮，選擇填料摻量為27%，玻化微珠摻量占填料26%。

(a)重鈣

綜上所述，選擇磷石膏摻量為33%，脫硫石膏摻量為33%，重鈣摻量為20.4%，玻化微珠摻量為7%，灰鈣摻量為6.6%，緩凝劑摻量為0.2%，纖維素醚摻量為0.125%，引氣劑摻量為0.01%制備輕質抹灰石膏，測得初凝時間為83 min，保水率為99.2%，干密度為976 kg/m3，抗折強度為3.7 MPa，抗壓強度為5.52 MPa。性能滿足《抹灰石膏》(GB/T 28627—2012)中輕質底層抹灰石膏要求。

3 結 論

1)小于等于30%脫硫石膏的摻入可以縮短石膏漿體的凝結時間；灰鈣改變了石膏漿體的酸堿環境，使得凝結時間穩定性更好。

2)合適黏度和摻量的纖維素醚可以保證石膏漿體具有優異的保水性和合適的濕密度。

3)填料的選擇極大地影響了石膏漿體的濕密度。通過優選不同原材料，可以配置出符合標準要求且性能優異的抹灰石膏砂漿。

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