水胶比对石膏基复合调湿材料性能影响的试验研究

文｜厦门天润锦龙建材有限公司 厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司 黄洪财

环境湿度同人体健康有着重要的联系，据统计，当环境的相对湿度大于65%或小于38%时，病菌的繁殖、生长速度最快；而当相对湿度处于45%～55%的范围内，则病菌的死亡速度较快。而人体感受的最佳湿度范围则是40%～60%相对湿度。环境湿度的过高或过低，不但对人体健康非常不利，而且会容易损伤仪器、设备，使机械容易锈蚀、蒙尘，使精密仪器失准等等。石膏基胶凝材料，因自身轻质、多孔、微膨胀及凝结时间快等特性，是一种施工方便、快捷，具有良好的调湿、保温隔热、抗开裂等性能的绿色、环保型装饰材料。水胶比是石膏基胶凝材料施工、应用中的重要控制参数，本文通过研究水胶比的变化对石膏基复合调湿材料的抗压强度、抗折强度及吸湿、放湿性能的影响，探索其相应的影响规律。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

(1) 石膏：建筑石膏，福州和顺达贸易有限公司生产，其物理性能指标见表1。

(2) 硅藻泥：灰白色，筛余量嵊州市浙东硅藻土精细制品厂生产，市售。

(3) 缓凝剂：葡萄糖酸钠，新乡市中信化工有限公司生产，市售。

(4) 水：普通自来水，符合JGJ63-2006《混凝土用水标准》的要求。

1.2 试验方法

在固定胶材用量不变、缓凝剂用量不变的情况下，通过变化用水量来研究水胶比的变化对石膏基复合调湿材料物理力学性能的影响及吸湿、放湿性能的影响，具体配比见表2。抗压强度、抗折强度试件的成型、养护及测试按GB/T 9776-2008《建筑石膏》中规定方法进行。

复合调湿材料吸湿、放湿性能的测试方法按GB/T 20312-2006《建筑材料及制品的湿热性能 吸湿性能的测定》中的干燥器法进行。先将养护好的试样去除表皮、敲碎成小块，放置在125ml的带塞广口瓶中，每份试样的重量约为20g左右，将装试样的广口瓶放在（40±4）℃温度的烘箱中烘干至恒重、称量初始重量，后将装试样的广口瓶放置在温度（20±2）℃、湿度95%的干燥器中进行吸湿试验，试样吸湿饱和后则移到温度（20±2）℃、湿度33%的干燥器中进行放湿试验。干燥器中湿度的维持采用饱和盐溶液，95%的湿度采用20℃的KNO3饱和溶液维持，33%的湿度采用20℃的MgCl2饱和溶液维持。

2 结果和讨论

2.1 不同水胶比对石膏基复合调湿材料物理力学性能的影响研究

由图1中1#、2#配比组分可以看出，大掺量硅藻泥的加入对石膏基复合调湿材料的抗压、抗折强度影响非常大，会极大的降低复合调湿材料的抗压、抗折强度值。在1#、2#配比中，水胶比分别为0.55、0.70时，石膏基复合调湿材料的抗压强度值均不超过1.0MPa，而抗折强度值均不超过0.5MPa；同时，硅藻泥、石膏复掺时，复合调湿材料的抗压、抗折强度均随着水胶比的增加而降低。

表1 石膏的物理性能指标

表2 水胶比对石膏基复合调湿材料性能影响的试验配合比及物理力学性能结果

图1 不同水胶比对石膏基复合调湿材料物理力学性能影响图

图2 95%湿度下不同水胶比石膏基调湿材料的吸湿曲线图

图3 95%吸湿后33%湿度环境下的不同水胶比石膏基调湿胶材放湿曲线图

由图 1中 3#、4#、5#、6#四组配比组分可以看出，在石膏单掺的情况下，在0.50～0.65的水胶比范围内，石膏基复合调湿材料的抗压、抗折强度随着水胶比的增大会迅速的降低。当水胶比为0.50时，复合调湿材料的抗压、抗折强度分别为27.3MPa、5.7 MPa；而当水胶比为0.65时，复合调湿材料的抗压、抗折强度则分别降低为15.9MPa、4.7 MPa；且在水胶比为0.50～0.65的范围内、石膏单掺时，调湿材料的抗压强度随水胶比降低的速率要大于抗折强度的降低速率。

2.2 不同水胶比对石膏基复合调湿材料的吸湿-放湿性能研究

由图2中可以看出，在石膏单掺的情况下，在0.50～0.65的水胶比范围内，在经过120h的吸湿后，水胶比较大的5#、6#配比组分的吸湿性能要明显的强于水胶比较小的3#、4#配比组分。四组配比组分中，吸湿性最好的为水胶比0.60的5#配比组分，120h吸湿率达到了0.61%，最小的为水胶比0.50的5#配比组分，120h吸湿率为0.45%。所有配比组分的吸湿率增加速率均为先快后慢，前12h内的吸湿率增长速度最快，而经过96h的吸湿后，四组配比组分吸湿量均达到了饱和。

由图3中可以看出，在石膏单掺的情况下，在0.50～0.65的水胶比范围内，在95%的湿度环境下吸湿恒定后，33%湿度环境下进行放湿，经过144h的放湿后，总体放湿规律同吸湿过程基本相同，吸湿性能好的配比组分最终的放湿率同样的会相对较高，向空气中释放出的水分会相对较多；同样，水胶比较大的5#、6#配比组分放湿性能要优于水胶比较小的3#、4#配比组分。水胶比为0.60的5#配比组分石膏基调湿材料的放湿性能最好，最终放湿率达到了0.43%；而最小的3#、4#配比组分144h的放湿率则为均为0.30%以下。

2.3 机理分析

在一定的水胶比范围内，随着水胶比的增大、用水量的增加，石膏基胶凝材料的孔隙率会随之增加，相应的密度会随之减小，石膏硬化体中晶体触点也会相应的减少，从而导致硬化后石膏材料的抗折、抗压强度的降低。在石膏基复合调湿材料中，起胶凝作用的主要是石膏材料，随着水胶比的增大，石膏胶材的物理力学性能会相应的降低；而硅藻泥因自身是多孔保湿材料、水硬性差，所以硅藻泥的加入会极大的降低石膏基复合调湿材料的物理力学性能。

无机调湿材料的调湿性能同比表面积、孔隙率及孔径有关，在中高相对湿度环境下（43%～98%），孔隙率、特别是开孔孔隙率及孔径在调湿作用中起着主导作用。高湿度环境下，石膏基调湿材料中，孔隙率、特别是开孔空隙率越大，则材料的吸湿、放湿性能会越好；而同时，一定的湿度条件下，调湿材料中适宜的气孔孔径也会极大的提高的材料的调湿性能。所以95%的湿度环境下，水胶比较大的5#、6#配比组分的吸湿、放湿性能要明显的强于水胶比较小的3#、4#配比组分。而因5#配比组分水胶比相对较小，用水量较少，所以其胶凝材料形成的孔径相对较细、较为适中，所以5#配比组分的吸湿、放湿性能最好。

3 结论

（1）石膏基复合调湿材料中，硅藻泥的加入会极大的降低材料的物理力学性能。

（2）在0.50～0.65的水胶比范围内，随着水胶比的增加，石膏复合调湿材料的抗压、抗折强度会相应的降低，且抗压强度降低的速率要大于抗折强度。

（3）在0.50～0.65的水胶比范围内，在95%的吸湿及33%的放湿环境下，水胶比较大的石膏复合调湿材料配比组分的吸湿、放湿性能要明显的强于水胶比较小的配比组分。