轻质抹灰石膏的制备及性能研究

轻质抹灰石膏的制备及性能研究

刘海军

苏州庐南新型建材科技有限公司 江苏省苏州市  215100

摘要：目前我国建筑材料市场中最为常见的环保类产品之一就是轻质抹灰石膏，这种新兴的建筑抹灰材料是传统的水泥砂浆很好的替代材料。以轻质抹灰石膏完成抹灰工作一方面能够减缓传统凝胶式水泥抹灰法引发的凝结时间过慢、粘结强度较差、干后出现收缩开裂及施工后出现空鼓等问题，另一方面这种更加绿色环保的建筑材料在我国大力推行节能降耗的背景下也更加适宜当前市场。本研究采用添加不同缓凝剂与保水剂制备出不同轻质抹灰石膏样品，并对其各项性能进行研究与评价，以期为我国轻质抹灰石膏的开发提供思路。

关键词：轻质抹灰石膏；磷石膏；性能研究

1 引言

在建筑施工过程中，抹灰环节是其中较为重要的一个环节，也是现在建筑工程中必不可少的一个环节。随着我国对于环境保护的重视度不断提升，抹灰石膏作为一种相较于传统水泥砂浆更加环保的抹灰材料，受到了广大建筑行业工作人员的喜爱，被广泛利用于各种建筑的施工中。抹灰石膏相较于水泥有着调节室内湿度的特点，在防火灾方面有着优秀的表现，尤其是其体积稳定这一优点，极大的减少施工后发生空鼓问题的概率。轻质抹灰石膏在具有普通抹灰石膏的优点的前提下密度更低，当施工面积相同时，使用轻质抹灰石膏能够在极大程度上减小抹灰材料本身的重量，进而使得建筑的基体所承受的压力减小，同时还减少了抹灰材料本身的消耗，降低了建筑企业完成施工项目需要消耗的成本。

2 轻质抹灰石膏的制备

2.1 制备材料

制备轻质抹灰石膏的材料包括建筑石膏、玻化微珠、重钙粉、缓凝剂、保水剂、水、其他助剂等，具体如下所示：

（1）建筑石膏

本研究制备轻质抹灰石膏的建筑石膏主要是对磷石膏进行一定处理后获得，颜色为灰白色，化学成分组成为CaSO4、SiO2、Al2O3、Fe2O3、P2O5、F等，其各项基础性能指标如表1所示。建筑石膏中主要含有半水石膏，磷石膏在经过处理后制备出的建筑石膏晶体为板状，表面具有大量颗粒状物质，由此可以推测建筑石膏基础性能指标中标准扩散度用水量相对较大的原因可能是受建筑石膏晶体的特殊形态影响。

表1 建筑石膏的基础性能指标

（2）缓凝剂和保水剂

本研究采用的缓凝剂是柠檬酸和柠檬酸钠，采用的保水剂是山东赫达的羟丙基甲基纤维素（HPMC）和羧甲基纤维素（CMC），HPMC与CMC的黏度等级均为10万黏度。

（3）重钙粉和玻化微珠

重钙粉为长兴毅鸿新材料生产的150目-200目的重钙粉，玻化微珠是由浙江旗晟新材料提供，粒径为70-90目。

（4）其他化学试剂

本研究采用的其他助剂包括引气剂（牌号日本花王EMAL10G-3）、淀粉醚（苏州盖尔）、Ca（OH）2（分析纯）等。

2.2 轻质抹灰石膏制备方法

（1）缓凝剂的添加

由于石膏本身的水化速度快，释放热量大，与水接触几分钟就凝结，这样导致施工人员无法在短时间进行操作，为了保证轻质抹灰石膏现场的可操作性，因此在普通抹灰石膏中加入一定的缓凝剂以制备石膏水化速度更慢的轻质抹灰石膏是一个良好的途径。本研究在制备轻质抹灰石膏时主要采用柠檬酸和柠檬酸钠作为缓凝剂，其添加量分别为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％，并探索不同缓凝剂及不同添加量对凝结时间及轻质抹灰石膏试件强度的影响。

（2）保水剂

浆体的保水性能是决定轻质抹灰石膏质量的关键因素之一。由于施工现场墙面比较干燥，他会吸去抹在墙面上掺了缓凝剂抹灰石膏大量的水分，再加上掺了缓凝剂的抹灰石膏凝结时一般在1~2h,使得石膏不能完全水化，这样会造成粘结强度有所下降，并出现空鼓起壳等现象，为了避免这种现象的发生，掺入适量保水剂，提高石膏的保水性，从而提高砂浆粘结强度。本研究在采用的保水剂为HPMC和CMC，其添加量分别为0％、0.05％、0.10％、0.15％、0.20％，在加入保水剂后，以需水量、凝结时间、保水率、强度作为评价轻质抹灰石膏性能的指标。

2.3 轻质抹灰石膏性能检测方法

本研究检测添加了不同缓凝剂及保水剂的轻质抹灰石膏样品的凝结时间、强度、标准扩散度需水量、保水率、粘结强度等性能，其具体检测方法如下：

（1）凝结时间的检测方法

方法参考国家标准GB/T 17669.4-1999《建筑石膏净浆物理性能的测定》（后简称《测定》）。首先，以各个样品的标准扩散度用水量为标准，在搅拌锅中加入适量的水，并称取200g样品加入搅拌锅中，搅拌30s后，将均匀的浆液倒入环模中，后抬高玻璃底板10mm，并上下震动5次。之后将样品放置于凝结时间测定仪下进行检测。每份样品检测两次，以平均值记录样品的初凝时间与终凝时间。

（2）强度的检测方法

方法主要参考GB/T 17669.3-1999，强度检测的指标主要包括试件的抗折强度与抗压强度。首先制备出尺寸大小为40*40*160mm的轻质抹灰石膏样品试件，然后对试件进行干燥。进行试件干燥的方法如下：将不同轻质抹灰石膏样品制备出的试件于试验环境中静置24h后即可进行拆模。拆出的试件放置于试验条件下养护7d后将试件再次转移至温度为40℃的干燥箱中进行干燥，直至试件干燥为恒重，冷却至室温，之后即可进行强度检测。试件养护7天、干燥，进行粘结强度检测。

（3）标准扩散度用水量的检测方法

方法主要参考《测定》。首先，将稠度仪的内部及玻璃板清洁干净，并保证其处于湿润状态。其次将一定量的水加入搅拌锅中，并称取300g的样品，加入搅拌锅中，待轻质抹灰石膏与水搅拌均匀后，将其迅速注入稠度仪中，并确保浆面与稠度仪筒顶面齐平，静置50s。最后启动稠度仪测定样品扩展直径约为180mm时的加水量，以百分数表示。每份样品检测两次，以检测结果的平均值作为样品的标准扩散度用水量。

（4）保水率的检测方法

方法主要参考国家标准GB/T28627-2012《抹灰石膏》。首先在布氏漏斗中放入一张定性滤纸，并使用纯水浸湿。之后将漏斗与抽滤瓶连接，抽滤60s后再次称量漏斗重量（G1），进行记录。其次，以标准扩散度用水量为标准制备不同轻质抹灰石膏的浆液样品，并将其倒入布氏漏斗中，使用T型刮板刮平，确保浆液的厚度约为10mm。之后称量此时布氏漏斗的重量（G2），进行记录。再次，完成重量记录后，将带有样品的漏斗与抽滤瓶连接，抽滤20min，抽滤负压为53kPa。完成抽滤后称量此时漏斗与样品的总重量（G3），进行记录。最后，整理并计算得出样品的保水率，其计算公式如下：

R=[1-]*100

式中R代表样品的保水率，单位为％；W1代表(G2-G1)，单位为g；W2代表(G2-G3)，单位为g；K1代表样品的标准扩散度用水量，单位为％。每份样品检测两次，取平均值作为样品保水率进行记录。

3 轻质抹灰石膏的性能检测结果

3.1 缓凝剂对轻质抹灰石膏性能的影响

3.1.1 缓凝剂对轻质抹灰石膏凝结时间的影响

本研究选择采用的缓凝剂分别为柠檬酸及柠檬酸钠，其对于轻质抹灰石膏凝结时间的影响如图1所示。分析可知，两种缓凝剂的添加量在0.1％~0.5％时，轻质抹灰石膏的初凝时间处于5~45min，并与终凝时间的差距相对有限。一般而言，凝结时间与缓凝剂添加量呈正相关。当添加量为0.5％时，柠檬酸的初凝时间为21min，柠檬酸钠为46min。因此，柠檬酸钠用于轻质抹灰石膏中作为延缓石膏的水化、凝结效果比柠檬酸更好。

图1 不同添加量的缓凝剂对轻质抹灰石膏凝结时间的影响

3.1.2 缓凝剂对轻质抹灰石膏强度的影响

缓凝剂对轻质抹灰石膏强度的影响检测结果如图2所示。分析可得：随着缓凝剂的增加，轻质抹灰石膏试件的抗折强度会有所下降，其中柠檬酸钠在抗折强度上相对于柠檬酸抗折强度下降更多。而对于抗压强度而言，强度同样随着缓凝剂添加量的增加而下降，其中柠檬酸损失的抗压强度同样小于柠檬酸钠。

图2 不同添加量缓凝剂对轻质抹灰石膏强度的影响

3.2 保水剂对轻质抹灰石膏性能的影响

3.2.1 保水剂对轻质抹灰石膏标准扩散度用水量的影响

本研究采用粘度等级相同的HPMC、CMC作为保水剂，检测其对于轻质抹灰石膏标准扩散度用水量的影响[1]，其结果如表2所示。分析可得：当保水剂的黏度等级为10万时，轻质抹灰石膏的标准扩散度用水量跟不同种类的保水剂的添加量成正相关，而对比两种保水剂，添加量相同时，CMC的增稠效果相对于HPMC更强。

表2 不同添加量保水剂对轻质抹灰石膏标准扩散度用水量的影响

3.2.2保水剂对轻质抹灰石膏保水率的影响

检测两种保水剂对轻质抹灰石膏保水率的影响，其结果如图3所示。分析可得：在黏度等级与添加量相同的情况下，以HPMC为保水剂的轻质抹灰石膏的保水性高于CMC。其中以CMC为保水剂的轻质抹灰石膏在添加量大于0.10％后，其保水率就出现了明显的下降，且后续随着添加量的增多而继续下降。

图3 不同保水剂对轻质抹灰石膏保水率的影响

4 结语

目前，我国建筑行业的发展前景较好，建筑领域的市场广泛，大量建筑项目被不断提出并执行，这使得建筑行业使用的抹灰材料总量也不断提升。在传统建筑施工中，大多是采用水泥砂浆进行抹灰工作，这种方法不仅需要消耗大量的建筑成本，同时还存在着空鼓现象严重等多个问题。而在施工过程中，合理运用轻质抹灰石膏代替水泥基材料，不仅能够减少部分材料成本，还能够提升抹灰的最终效果，使得越来越多建筑企业在施工中积极采用轻质抹灰石膏。本研究的轻质抹灰石膏的主要组成为磷石膏，并在其中加入不同缓凝剂与保水剂，对制备出的轻质抹灰石膏的各项性能进行检测，发现以柠檬酸为缓凝剂的轻质抹灰石膏的强度更强，以柠檬酸钠为缓凝剂的抹灰石膏缓凝时间更长，以CMC为保水剂的轻质抹灰石膏的增稠效果更强，以HPMC为保水剂的轻质抹灰石膏保水性更好，综合考虑凝结时间、强度、增稠效果与保水性，以柠檬酸作为石膏缓凝剂并以HPMC为石膏保水剂制备出的轻质抹灰石膏性能更加适宜。

参考文献

[1] 艾冬明,张景伟,张道令. 外加剂对磷石膏基抹灰石膏性能的影响[J]. 新型建筑材料,2019,46(7):41-44.                   

[2]蒋青青,焦宝龙,孙泽宇,祝亚龙,董小帅.轻质底层抹灰石膏检测注意事项[J].江苏建材,2022(04):10-12.

[3]李洪伟,习海平.轻质抹灰石膏砂浆性能影响机制研究[J].江西建材,2022(07):20-22+25.

[4]李志博,蔡鲁宏,田胜力,吴金明,章银祥.引气剂对轻质抹灰石膏性能的影响研究[J].新型建筑材料,2022,49(07):115-117+155.

[5]纪小敏,朱宝贵,蒋文,肖钧,孙赛寅,羊中军.轻质抹灰石膏砂浆的应用研究进展[J].江苏建材,2022(02):11-13.