纸面石膏板芯材性能的实验研究

孙 婧 元敬顺 张会芳 黄洪亮

(河北建筑工程学院，河北张家口075024)

0 引言

纸面石膏板是以熟石膏为主要原料，掺入添加剂与纤维作为芯材，表面粘贴覆盖专用的板纸而制成的一种建筑材料，是当今建筑市场推崇的一种绿色建材.相对于其它新型内墙材料而言，具有生产能耗与成本低、质轻而强度高、保温隔热性能好、防火性能好，对室内温度自动调节性和装饰性、可钉、可锯、可刨，施工安装方便、干法作业等优点.目前，我国石膏板行业与发达国家还存在差距及发展的巨大空间.中国的石膏板工业要想赶上发达国家水平，主要问题不在于扩大石膏板的生产规模，而在于要解决好石膏板的生产技术、应用技术和配套技术［1，2］.就其生产技术而言，纸面石膏板原材料工艺配比，即芯材的性能，是决定石膏板质量的主要因素，也决定了相关生产工艺设备的使用.

在普通纸面石膏板的原料配比中引入减水剂，能有效减少建筑石膏拌合用水量，从而降低生产能耗，提高生产效率，降低成本;还可减少硬化体孔隙，提高强度.而发泡剂等外加剂的引入，则是在高强基础上，进一步减轻制品质量，提高制品质量，扩大产品的应用领域.

1 实验原材料

建筑石膏:山东平邑恒源石膏制品有限公司生产，主要化学成分见表1.

表1 石膏主要化学成分(%)

减水剂:本实验中使用的两种减水剂的基本情况如表2所示.

表2 减水剂基本情况

发泡剂:KC－16，购自北京中科筑诚建材科技有限公司.

2 试验方法

建筑石膏流动度、标准稠度、强度的测定均按照GB9776－88《建筑石膏》规定方法进行.

3 实验结果与分析

3.1 减水剂对建筑石膏性能的影响

在石膏浆体中加入减水剂，目的是在保持相同流动度的情况下降低石膏拌和用水量.本实验选择了两种不同类型的减水剂，主要研究了W/G变化时减水剂对石膏性能的影响.

3.1.1 不同掺量减水剂的减水率测试

对两种不同掺量减水剂的减水率进行测定，实验结果如图1所示.从图中可以看出，两种减水剂的减水率随减水剂掺量的增加逐渐增大，当掺量到1.0%时，减水率逐渐趋于平缓，可见掺量再大，减水效果不再明显.萘系减水剂相对于聚系减水剂因固含量高减水率也高，0.6%的掺量，减水率已超过20%，且在实验过程中发现未发现泌水现象，因此萘系的减水效果更稳定，有利于在实际生产的应用.

3.1.2 不同掺量减水剂对石膏凝结时间的影响

减水剂的掺加会影响石膏的水化进程，两种减水剂对建筑石膏凝结时间的影响，实验结果如图2所示.

从图2可以看出聚系和萘系减水剂对建筑石膏的凝结时间的影响不同，萘系减水剂的掺入无论在初凝时间还是在终凝时间上，都对石膏起到促凝的作用，且随着掺量的增加，促凝效果逐渐增强.当其掺量0.8%时，可使初凝时间缩短到10min以内.比较而言，聚系则表现出明显的缓凝作用，而且缓凝严重，当掺量0.6%，掺加聚系减水剂初凝时间为40min，不利于石膏板的生产.

3.1.3 不同掺量减减水剂对石膏强度的影响

不同掺量的萘系、聚系减水剂对石膏强度的影响，实验结果如图3，图4所示.

由图3、图4可以看出，水膏比变化时，掺加两种减水剂后，石膏的抗折、抗压强度均有提高.尤其是萘系减水剂的有明显的减水增强的作用，掺量为0.2%抗折强度已经达到3.2MPa，抗压强度达到7.3MPa，且随着掺量增加，抗折、抗压强度不断提高.聚系减水剂对强度的增加也有贡献，但在掺量大于0.2%时，随着掺量的增加，增强效果不明显，这可能是由于聚系缓凝作用较强，在相同时间时间条件下，还未充分凝结，故强度数据较低.

3.2 发泡剂对建筑石膏性能的影响

3.2.1 发泡剂对石膏凝结时间的影响

将发泡剂用蒸馏水稀释后，经高速搅拌制得泡沫，然后用烧杯分别量取不同体积的泡沫掺入石膏，测其凝结时间，实验结果如图5所示.从图中可以看出建筑石膏的凝结时间随泡沫掺量的增加逐渐变大，初凝时间和终凝时间均大于空白样的凝结时间，所以掺加发泡剂对石膏有一定的缓凝作用.

3.2.2 发泡剂对石膏密度及强度的影响

分别测试不同泡沫体积掺量的试块的密度及抗折抗压强度，结果如图6、图7所示.

由图6可以看出，随着泡沫体积掺量的增大，石膏密度逐渐减小，在体积掺量为50ml时减重为2.3%，在掺量为250ml时减重率为14.7%.观察石膏试条表面发现，随着泡沫掺量的增大，局部会有少量直径2mm以上的大孔出现，总体来说气泡分布比较均匀.

由图7可知随泡沫体积的增加，建筑石膏抗折强度、抗压强度都有所降低.这是由于不同孔径的泡沫的引入必然会使硬化体孔隙率增加，引起强度的降低.尤其是泡沫掺量大时，泡沫聚集形成大孔，强度下降幅度大.

3.3 减水剂和发泡剂混掺对石膏性能的影响

考虑到聚系减水剂有缓凝作用，选用萘系减水剂与发泡剂混掺使用.将萘系减水剂掺量定为0.6%，也就是把减水率控制在20%左右，调整泡沫掺量来做实验.

3.3.1 减水剂和发泡剂混掺对石膏凝结时间的影响

萘系减水剂掺量为0.6%，将不同体积的泡沫掺入石膏浆体搅拌均匀，测其凝结时间，结果如图8所示.由图中结果可知，当萘系减水剂和发泡剂混掺时，随着泡沫体积掺量的增大，初凝和终凝时间都有所增加.但与空白石膏样品的凝结时间对比(初凝18min，终凝24min)，泡沫掺量较小时，凝结时间也短.当泡沫掺量达到150ml时，凝结时间与空白样相当.说明适当的泡沫掺量，不会影响石膏板的正常生产.

3.3.2 减水剂和发泡剂混掺对石膏密度及强度的影响将0.6%的萘系减水剂与不同体积的泡沫混掺，测其密度及强度，实验结果如图9、图10所示.

由图9所示，随着泡沫体积掺量的增大，石膏密度明显减小;且当泡沫掺量较大(＞200ml)时，密度变化趋于平稳，减至最小1530g/cm3左右.从图10的结果可以看出，随着泡沫掺量的增大，石膏的抗折强度虽有所减小，但变化幅度不大，说明石膏硬化体内孔径小、分布比较均匀的泡沫起到了增韧的作用.石膏的抗压强度下降稍大些，但当泡沫掺量为250ml时，仍可到达4MPa左右，比单掺250ml泡沫石膏的强度要大0.5MPa，说明萘系减水剂的掺入，改善了浆体的流动性，使泡沫分散的更加均匀，强度有所提高.

4 结论

通过研究不同种类外加剂对建筑石膏密度、凝结时间、强度等宏观性能的影响，以及外加剂混掺对石膏性能的影响，可以得出下列结论:与石膏体系适应性较好的减水剂是萘系减水剂，当其掺量在0.4%～0.8%时，可有效降低石膏拌合水用量且不泌水，并有一定的促凝作用.选用的KC－16发泡剂，换算成质量掺量在0.04% ～0.12%时，可有效降低硬化石膏体的密度，减重可到达15%左右.将萘系减水剂与发泡剂混掺，可改善浆体的流动性，使泡沫分散更加均匀，不但可以满足减重的要求，还可有效提高硬化体的韧性，抗压强度完全满足纸面石膏板产品性能的要求.

［1］袁润章.胶凝材料学.武汉:武汉理工大学出版社，2006

［2］王祁青.石膏基建材与应用.北京:化学工业出版社，2009