不同组分对抹灰石膏新拌性能影响研究

唐 勇

(西南水泥有限公司，四川 成都 610000)

0 前 言

石膏是一种传统建筑材料，古埃及、古希腊和古罗马的现存文物或古迹的砌筑和抹灰层中，仍可以见到石膏基材料的踪影。尽管石膏具有悠久的应用历史，但由于缺乏科学的煅烧装备和工艺，以及古代优秀配方技术的失传，近代以来石膏的应用远落后于水泥等建筑材料。20世纪50年代，干混砂浆在欧洲开始快速发展，德国可耐福公司于1964年发明了第一台单层石膏抹灰砂浆喷涂机以及相对应的产品，抹灰石膏机械化施工随即被推广应用到世界各地[1]。在一些欧洲国家，抹灰石膏的用量占据抹灰总量的半数以上，形成了从基础研究、生产技术、到应用施工的完整体系。目前，我国石膏砂浆研究主要集中在水膏比、缓凝剂、集料等方面，针对不同组分对石膏浆体新拌性能的研究较少。因此，本文重点研究了脱硫石膏、不同纤维素醚及掺量、轻重集料对石膏浆体新拌性能的影响，以期为机械喷涂抹灰石膏的工作性调节、配比设计和应用提供参考。

1 试验部分

1.1 原 料

建筑石膏(以磷石膏、脱硫石膏为原料制备)由贵州某公司提供，其化学组成和物理性能见表1～2。缓凝剂为市售蛋白类建筑石膏缓凝剂。引气剂为α-烯基磺酸。

表1 建筑石膏的化学组成 wt.%

表2 建筑石膏的物理性能

1.2 试验方法

浆体的搅拌方法和扩散度参照《抹灰石膏》(GB/T 28627—2012)执行。硬化浆体的凝结时间参照《建筑石膏 净浆物理性能的测定》(GB/T 17669.4—1999)进行测试。保水率和湿密度参照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T 70—2009)执行。

2 结果与讨论

2.1 不同复配比例对石膏凝结时间的影响

选择国产缓凝剂，掺量为0.2%(占石膏质量比)。水粉比为0.7。

由图1(a)可知，当脱硫石膏的掺量从10%提高到30%，石膏的初凝时间从95 min降低到77 min。脱硫石膏的掺量继续增加至50%，石膏的初凝时间稳定在67 min左右。由图1(b)可以看出，当灰钙掺入量为10%时，脱硫石膏掺量(≤30%)显著影响了石膏初凝时间，使得初凝时间从71 min降低到60 min。但是脱硫石膏的掺量继续增加对石膏的初凝时间无明显影响，维持在65 min左右。说明当磷石膏与脱硫石膏的比例大于2.33时，灰钙的掺入缩短了石膏的初凝时间。并且在灰钙存在的情况下，磷石膏与脱硫石膏的比例对初凝时间的影响不大。这主要是因为磷石膏含有部分杂质(主要为可溶性磷、氟等)，这些杂质附着于磷石膏表面，阻碍了石膏的溶解，因而延长了石膏的凝结时间[5]。脱硫石膏的掺入相当于稀释了可溶磷的含量，所以石膏的初凝时间随脱硫石膏的掺入而缩短。灰钙的加入使得石膏浆体的pH值增加，更容易与可溶性磷反应生成沉淀物，减弱了磷石膏杂质对石膏凝结时间的影响。

(a)灰钙掺量0%

2.2 纤维素醚掺量和种类对石膏浆体性能的影响

脱硫石膏掺量为50%，缓凝剂掺量为0.2%，灰钙掺量为10%，调整用水量使石膏浆体的扩散度为(165±5)mm。

表3为不同掺量纤维素醚对石膏浆体性能的影响，由表3可以看出，纤维素醚的掺入对石膏浆体用水量影响明显，但纤维素醚的种类对石膏浆体用水量的影响不大。纤维素醚的加入显著提升了石膏浆体的保水率，其中A3、B3、C3组分别比空白组提升了11.8%、12.7%、11.8%。但是纤维素醚掺量的增加对石膏浆体保水率的影响较小。还可以看出，随纤维素醚的加入，浆体的湿密度下降，其中A3、B3、C3组分别比空白组降低了6.5%、8.0%、6.7%。一般来说，纤维素醚结构含有的羟基和醚基基团易与水分子缔合成氢键，使游离水变成结合水，从而发挥良好的保水性能[6]。同时，烷基基团的引入使含有纤维素醚的水溶液的表面能降低，因此，纤维素醚具有引气的作用，最终降低了石膏浆体的湿密度[7]。综合性能和成本考虑，掺量为0.125%的HPK150 MS适合用于抹灰石膏。

表3 纤维素醚对石膏浆体性能的影响

2.3 引气剂对石膏性能的影响

脱硫石膏掺量为50%，缓凝剂掺量为0.2%，灰钙掺量为10%，纤维素醚掺量为0.125%，水灰比为0.505。引气剂对石膏浆体性能的影响见表4。

表4 引气剂对石膏浆体性能的影响

由表4可以看出，引气剂的加入明显降低了石膏浆体的湿密度，其中引气剂掺量为0.015%时，石膏浆体的湿密度比空白组降低了16.8%。一般来说，引气剂的加入会造成石膏硬化体力学性能的下降[8]。所以综合来看，引气剂掺量为0.01%较适宜。

2.4 填料对石膏性能的影响

脱硫石膏掺量为50%，缓凝剂掺量为0.2%，灰钙掺量为10%，纤维素醚掺量为0.125%，引气剂掺量为0.01%，水灰比为0.505。

图2为填料对石膏性能的影响，从图2可知，重钙的加入使得石膏浆体的凝结时间、扩散度和湿密度均有所增加。而随着玻化微珠取代部分重钙，石膏的凝结时间、扩散度和湿密度均不同程度降低。其中填料对湿密度的影响最大，重钙掺量从23%提高到34%，对应的湿密度从1 514 kg/m3提高到1 696 kg/m3，当玻化微珠取代重钙的量为22%时，石膏浆体的湿密度降低了18.7%。说明石膏浆体的密度主要受填料种类和掺量的影响。综合性能和成本考虑，选择填料掺量为27%，玻化微珠掺量占填料26%。

(a)重钙

综上所述，选择磷石膏掺量为33%，脱硫石膏掺量为33%，重钙掺量为20.4%，玻化微珠掺量为7%，灰钙掺量为6.6%，缓凝剂掺量为0.2%，纤维素醚掺量为0.125%，引气剂掺量为0.01%制备轻质抹灰石膏，测得初凝时间为83 min，保水率为99.2%，干密度为976 kg/m3，抗折强度为3.7 MPa，抗压强度为5.52 MPa。性能满足《抹灰石膏》(GB/T 28627—2012)中轻质底层抹灰石膏要求。

3 结 论

1)小于等于30%脱硫石膏的掺入可以缩短石膏浆体的凝结时间；灰钙改变了石膏浆体的酸碱环境，使得凝结时间稳定性更好。

2)合适黏度和掺量的纤维素醚可以保证石膏浆体具有优异的保水性和合适的湿密度。

3)填料的选择极大地影响了石膏浆体的湿密度。通过优选不同原材料，可以配置出符合标准要求且性能优异的抹灰石膏砂浆。

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