基于木结构建筑的防火耐水石膏板制备实验研究★

周述桂 杨德意 郭 智 刘 虎 罗雄文

(湖南科技学院，湖南 永州 425000)

1 概述

目前，木结构建筑凭借其轻巧、节能、防震性能好、工期短的特点在各类公共建筑及个人别墅建筑方面被广泛运用。但在木结构应用越来越广泛的同时，其弊端也愈加明显——即耐火性能极差。2017年12月10日，号称亚洲第一高的木塔四川九龙灵官楼在一场大火后变成一片废墟，给社会和人们的生命财产安全造成巨大隐患。目前很多国外建筑采用粘贴石膏板的方式来提高木结构防火性能。石膏板的主要成分是二水硫酸钙，在燃烧时释放出水分子从而达到耐火的效果。

石膏材料具有许多优良的建筑性能如节能、安全舒适等等，但是石膏材料遇水极易发生霉变，影响美观和使用效果[1]，它的强度也会因此降低，安全性能变差，安全风险提高，严重地制约了它在建筑墙体材料方面的应用和发展，因此，研究既防火、又耐水防潮的石膏板具有较强的现实意义。

2 防火耐水石膏板的制备方法分析

提高材料耐水性的措施，一般来说有三种：第一种是进行表面处理；第二种是在制作石膏板时在石膏浆中加入有机防水剂，降低吸水率；第三种是在石膏中加入无机改性剂，达到提高耐水性的目的。

2.1 表面处理

在材料的表面给其涂憎水材料，或者也可以将材料放在憎水材料里浸泡一段时间，使其表面覆盖有足够的憎水材料，然后放置一段时间，待其干燥后，表面会形成一种致密的防护膜，从而将水分子与材料隔离开来，从而让其耐水性得到改善。石膏板表面处理简单易行，但是若处理不当，则防水性会大大降低。比较常见的憎水材料有石蜡、丙烯酸、水玻璃等。贾兴文[2]通过实验指出，表面处理会使石膏板的早期强度降低。Colak[3]对丙烯酸对石膏板的作用作出了研究，发现丙烯酸对石膏板的抗折强度的改变尤为明显。

2.2 加入有机防水剂

在加入有机防水剂后，会在石膏板内部形成防水层，阻止外部水分子晶体向内部蔓延，从而达到提高石膏板耐水性的目的；常用的防水剂有松香防水剂，石蜡乳液等。石蜡乳液的稳定性很好，适于长时间储藏，可以降低石膏的吸水率。石蜡乳化后会形成很小很小的颗粒状物体，这些颗粒在经过一系列的反应后，从而在石膏表面形成一层防水膜，这层防水膜很好的阻碍了外部水分子的进入，成功降低了石膏的吸水率。但是加入石蜡乳液也有很多明显的缺点，第一，它会导致石膏板的耐高温性质变差；第二，它会导致石膏板后期耐水性质变差；第三，它本身会老化，加入它的石膏制品在使用时间较久以后，会丧失防水作用，因此本项目采用添加有机硅来进行实验[4]。

2.3 加入无机改性剂

无机改性剂可以让石膏中的结晶结构变成晶胶结构，使石膏内部结构发生改变，生成的耐水性物质对制品构成保护作用，改善了强度和耐水性[5]。市面常见的无机改性剂有生石灰等。

3 实验过程与分析

3.1 表面处理实验

采取以建筑石膏板为主要材料，水玻璃为辅助材料的方式，利用水玻璃对石膏板表面进行喷涂处理制备耐水性石膏板，同时进行一组对照实验，将两组石膏板进行泡水处理，结果如表1所示。

表1 实验数据分析(一)

通过对实验数据的分析，我们可以得知对石膏板进行表面处理能在很大程度上改善石膏板的耐水性。

3.2 加入有机防水剂实验

以建筑石膏粉为主要材料，有机硅为辅助材料的方式，在石膏板制作时添加有机硅，制备耐水性石膏板材料，以有机硅掺量为自变量进行了6组对照实验，参照GB/T 17669.3—1999建筑石膏力学性能的测定制备40 mm×40 mm×160 mm的石膏试块6块，两块为一组分别加入不同量的有机硅BS94(见表2)。

我们以石膏试块的吸水率、强度和耐火极限为参数对实验进行分析验证，我们将6组试块分别泡在水里4 h后，测定其吸水率、抗压强度、耐火极限，记录每组数据，得到表3。

表2 掺入不同含量有机硅实验分组

表3 实验数据分析(二)

对实验数据进行对比分析，我们可以得出如下结论：在有机硅掺入量为0.38%时，石膏试块的吸水率、抗压强度和耐火极限都达到了最佳。

3.3 加入无机改性剂实验

以石膏粉为主要材料，水泥、粉煤灰、生石灰等为辅助材料，利用无机改性剂对石膏进行改性处理，制备耐水性的石膏板，根据石膏与水泥水化反应后会生成难溶于水的钙矾石等物质的原理[5]，通过多次的实验和实验数据分析，可知往石膏粉中分别加入复合硅酸盐水泥和铝酸盐水泥对石膏进行无机改性，参照GB/T 17669.3—1999建筑石膏力学性能的测定制备40 mm×40 mm×160 mm的石膏试块10块[6]，五组分别加入不同量的复合硅酸盐水泥，五组分别加入不同量的铝酸盐水泥。分别将每组试块泡水4 h，对每个试块的力学性能(抗压强度、抗折强度、耐火极限、吸水率)进行测验，得到表4，表5。

表4 加入复合硅酸盐水泥

表5 加入铝酸盐水泥

由以上数据分析得知：两者对石膏试块的耐水性能和其他力学性能都有改善效果，其中复合硅酸盐水泥的改善效果更佳；当复合硅酸盐水泥的掺量为20%时，各方面的性能都达到最佳；石膏的抗压强度为9.49 MPa，相比提高了72.2%；石膏的抗折强度为4.38 MPa，相比提高了48.47%；石膏的耐火极限为46 min，相比提高了21.05%；石膏的吸水率为13.52%，相比降低了57.55%。

4 结语

通过以上多组对照实验和实验结果分析不难得到，加入无机改性剂的石膏试块再进行表面喷涂的混合处理方法是其中最好的方法。

1)表面涂抹水玻璃能一定程度上改善石膏板的耐水性和防潮性能。同时还能增加石膏板的耐火极限。

2)添加0.4%有机硅BS94即可使得石膏板吸水率降到4.33%，增加有机硅的含量降低效果不明显。

3)添加20%复合硅酸盐水泥使石膏试块的各方面力学性能改善到最佳，增加复合硅酸盐水泥的掺量降低效果不明显。

4)两种添加外加剂的方式在一定程度上能改善其防火耐水性能，但改性后的石膏板重量会增加。