建筑石膏制品性能影响因素的研究

建筑石膏制品性能影响因素的研究王坚*董金柱**赵键****讲师，太原大学建工系，030009；**工程师，山西省建筑科学研究院，030001;***技术员，太原市建筑总公司，030002太原收稿日期：2009—03—12

摘要

根据多年来建筑石膏制品的试验研究与生产过程中出现的问题，综合性地提出了影响其性能的几个主要因素以及所采取的措施。

关键词

新型建筑材料

石膏制品

性能研究

筑石膏制品是一种新型的建筑材料，具有质轻、防火、隔热、加工性能好、尺寸稳定以及特有的“呼吸作用”等优点，但是，由于材料本身特点及生产工艺不当等原因，也存在强度低、耐水性能差等弊端，致使其应用范围受到一定的局限。尤其近几年在山西省某纸面石膏板生产厂及石膏砌块制品厂的生产过程中发现，为保证产品质量，除应解决生产设备及工艺等方面的问题外，还需要进一步探讨影响建筑石膏制品性能的因素如石膏品位、凝结时间、脱模时间、掺合料品种等。

1石膏矿的品位

根据JC—82规定，生产建筑石膏制品的石膏矿的品位必须达到75%以上，而在实际生产中所使用的矿石，由于产地及矿层不同，其杂质含量波动较大，品位各异。因此对于不同品位的石膏矿石必须经过混合、均化后炒制，以保证建筑石膏在炒制工艺参数不变的情况下得到相同性能的建筑石膏。我们曾利用混合后平均品位大于75%的石膏矿石在相同的炒制工艺条件下制备的建筑石膏进行研究，发现由于其相组成及物理力学性能相近，所以用其制造的制品性能稳定，质量优异，匀质性能好。

2陈化

为保证石膏制品的生产工艺参数稳定且制品具有良好的匀质性能，必须将炒制的建筑石膏在料仓中进行陈化，从而使可溶性无水Ⅲ型石膏及二水石膏含量降低，半水石膏含量增加，晶体表面裂隙弥合，标准稠度用水量降低，达到提高强度的目的。试验结果证明陈化时间以7～15天为宜。

3凝结时间

建筑石膏具有遇水后迅速失去塑性且凝结时间快的特点，为建筑石膏的生产制品造成困难，影响制品的质量。因此需要根据制品的生产工艺条件，严格控制建筑石膏的凝结时间与硬化时间。而凝结时间、硬化速度除与石膏矿的品位、煅烧工艺、陈化时间以及细度、拌和水用量、温度等有关外，与掺加缓凝剂的种类与数量也有密切关系。

3.1试验结果

凡能降低石膏溶解度或者能使石膏颗粒外包复一层不易透水的薄膜的物质，均能做为缓凝剂。我们对此进行了系统的试验。在相同性能的建筑石膏中分别掺加不同量的骨胶、酒精、木质磺酸钙、生石灰、柠檬酸等，进行对比，试验所得结果为：

(1)当建筑石膏中掺加0.4%的骨胶，以降低石膏生成晶胚的速度达到缓凝目的。但掺量过多则会导致强度明显下降。

(2)在建筑石膏中掺加0.3%的酒精等弱电解质物质，降低石膏溶解度，延缓凝结时间。

(3)掺加5%～15%的生石灰于建筑石膏中，不仅能起到延缓凝结时间的作用，而且能够明显提高制品的强度、耐水性并减少制品干燥养护过程中的热耗。

3.2作用机理

(1)生石灰与建筑石膏中的钙离子间存在的共离子效应及生石灰水化热的影响，导致石膏溶解度降低，从而使生成晶胚的速度减缓，故起到延缓凝结时间的作用。

(2)由于生石灰在料浆中发生水化，水化后的氢氧化钙胶粒细小具有填充孔隙的作用，同时碳化后成为溶解度更小的碳酸钙覆盖于已经形成的二水石膏表面，从而提高了制品的耐水性与强度。

(3)生石灰在石膏料浆中所吸收的水分比石膏大一倍，因而在水化过程中放出的热量比石膏多九倍左右。所以掺石灰的石膏制品初始温度较高，相对地加快了制品的干燥速度，减少了干燥养护过程的热耗。

(4)掺加0.05%～0.08%的柠檬酸于建筑石膏中，由于王坚董金柱赵键建筑石膏制品性能影响因素的研究应用技术柠檬酸被建筑石膏分子吸附，使石膏颗粒带有相同电荷，使分子间产生斥力而阻止石膏分子的结合，达到延缓凝结时间的目的。但是掺量过多则会导致石膏料浆饱和度降低，同时也会由于缓凝剂的离子或分子造成石膏晶体连接困难，降低制品强度。

(5)木质磺酸钙是一种良好的表面活性剂，掺加在建筑石膏中能定向地吸附在石膏颗粒表面，加大石膏颗粒间的静电斥力，促使石膏粒子相互分离，破坏石膏的凝聚力，从而起到延缓凝结时间的作用。

(6)不同温度的拌和水对建筑石膏凝结时间也有差异。试验表明，当石膏料浆一直保持在较高温度(25℃～30℃)时，由于已经形成饱和的半水石膏及过饱和的二水石膏溶液，减缓了石膏结晶的形成，从而起到延缓凝结时间的作用。

4拌和用水量

建筑石膏水化成为二水石膏的过程，理论上只需要18.6%的水，制品成型过程中所需多的水被保留于石膏基体内，当水分蒸发后，制品内部形成多孔结构，致使密度减小，强度降低。

表1用水量与石膏制品强度的关系

用水量(%)凝结时间(min)烘干强度(Mpa)初凝终凝抗压抗折678.011.215.75.0709.011.514.04.7739.3

11.513.24.47610.512.313.04.0

表1中数据说明，随着拌和水用量的增加，凝结时间加长，强度依次递减。因此在保证生产需流动性的情况下，应当尽量减少拌和水用量，以保证石膏制品的强度。

5脱模时间

脱模时间对石膏制品的强度及生产率有直接关系，我们选用了几种不同的脱模时间进行对比试验，结果见表2。

表内数据说明，脱模时间过早或过迟均能影响制品的强度及产率。一般产品的脱模时间以30min～60min为宜(根据终凝时间推迟或提前)。

6静停时间

制品脱模之后在常温、常湿条件下放置多长时间再进行烘干养护，直接关系到石膏制品的性能及产率。

不同静停时间的强度对比试验结果示于表3。

表3数据表明：静停时间过短，在含水率较大的情况下，烘干时水分急剧逸出会导致石膏制品产生龟裂破坏；静停时间过长，虽然对制品性能有益但产率降低。适宜的静停时间以12h～24h为宜。

表2脱模时间与强度的关系

脱模时间(min)强度(Mpa)抗压抗折18(终凝)

4.72.0305.22.7605.72.9905.52.43645.02.2表3静停时间对制品强度的影响

静停时间(h)

含水率(%)

强度(Mpa)

抗压

抗折

1

33.5

5.8

2.3

4

32.1

6.3

2.9

8

30.0

7.1

3.1

12

30.0

7.0

3.2

24

28.7

7.3

3.1

36

24.5

8.9

3.7

48

22.0

8.9

3.6

72

22.0

9.0

3.6

7掺合料

建筑石膏属气硬性胶凝材料，在潮湿环境中其强度会大大降低。其原因为：第一，石膏浆体硬化时，晶体在结晶共生过程中，由于结晶接触点不稳定易发生歪曲和变形。在潮湿环境中出现溶解和再结晶，这种接触点的溶解将导致结构强度的降低。第二，石膏硬化体是一个孔隙率较大的多孔体，晶体界面由微裂缝形成了细微裂缝的网状结构，当遇水后，由于水渗透到微孔内形成水单分子薄膜，该水膜产生楔入尖劈作用，破坏了石膏晶体结构之间的微单元结构，导致石膏制品强度降低。第三，石膏具有溶解度高的特点，当水沿着或通过石膏制品表面流动时，石膏被溶解、剥离，从而引起强度降低。

改善与提高石膏制品耐水性能的途径很多，但要从根本上提高其耐水性能，必须改变石膏硬化体的结构，在石膏中加入一定量的硅酸盐水泥或其它含有活性二氧化硅、三氧化二铝和氧化钙的掺合料。例如在石膏中掺加水泥、石灰、矿渣、粉煤灰等材料时，它们与石膏在水化与硬化过程中将形成具有水硬性的水化硅酸钙或水化硫铝酸钙，这种水化产物的强度与稳定性均较二水石膏的结晶结构网大得多，对提高石膏制品的耐水性极为有利。

我们曾在建筑石膏中掺加一定量的火山灰质材料(水渣、粉煤灰、自燃煤矸石等)，在石灰碱性激发剂的作用下产生水化反应，使制品的耐水性能的强度大为提高，该法曾应用于工程中效果理想。分析其原因：一是石膏、石灰、水渣混合均匀后，加入水中，半水石膏立即水化结晶生成二水石膏获得早期强度。二是随着石膏的溶解，溶解的石膏与水渣中的铝酸三钙生成稳定的硫铝酸钙。水渣中结晶部分的化合物产生水解作用，上述反应生成的氢氧化钙成为水渣玻璃质成分的活性激发剂(水渣玻璃成分是指保持有一定化学性能的硅酸盐和铝酸盐)，当其在液态遇到氢氧化钙时活性被激发出来，反应生成稳定的硅酸钙和铝酸二钙。生成的硫铝酸钙最初呈胶态，随着胶态浓度的增加，结晶析出。另外由于水渣与石膏直接接触，使胶态的硅酸二钙与溶解的石膏不断反应，同时胶态硅酸二钙继续析出，新生成的钙矾石及水化硅酸三钙凝胶不断地填充于二水石膏晶体及其他空隙之间，从而提高了制品的后期强度。

8结论

在上述影响建筑石膏制品性能因素研究的基础上，利用建筑石膏做为胶结料与轻集料、纤维材料等配制的石膏制品已经得到广