石膏制品的干收缩性能研究

　　段庆奎 王立明 卢健银

　　(宁夏石膏工业设计研究院，银川750001)

　　摘要：通过测试应用四种石膏粉浇注成型的石膏砌块的干收缩情况，分析对比了不同种类石膏制品干收缩性能的差异，并找到一种合适的外加可α以有效地控制石膏制品的干收缩。

　　关键词：石膏制品;干收缩;结晶形态

　　0前言

　　建筑石膏制品以其轻质、保温、隔热、防火、隔声、装饰效果好、施工安装方便等特点逐步成为墙体材料的主导产品。但是由于普通建筑石膏制品具有干收缩大的缺点，致使其应用受到了很大的限制。本系列试验通过选用四种石膏粉作对比研究，着重分析了在其它条件一定时，不同种类石膏制品干收缩性能的差异。并通过掺入一种自制外加剂α，对建筑石膏制品的干收缩性能进行改善，使石膏既保留了石膏建材的轻质、环保等特点，又克服了石膏建材干收缩值大的缺点，大大拓展了石膏产品在建筑中的应用。

　　1 材料及实验方法

　　1.1试验用材料

　　选用四种石膏粉：建筑石膏粉，高强石膏粉，脱硫石膏粉，磷石膏粉。其基本性能见表l。

　　柠檬酸：天津市瑞金特化学品有限公司;硫酸铝：西安化学试剂厂;磷酸氢钙、磷酸二氢钙：上海市试四赫维化工有限公司;磷酸三钙：上海市润捷化学试剂有限公司;外加剂α：自制;粉煤灰、石灰：市售。

　　1.2试样的制备及性能测试

　　根据试验配比称量原料，用水量按大于标准稠度用水量20%进行称取，将水和原料在搅拌锅内搅拌均匀，然后浇注尺寸为160mmx40mmX40mm的模具内，轻微震动后，手工刮平，并于料浆初凝后、终凝前在模具的两端轻轻地垂直插入两块载玻片，1.5h后拆模，将试样在实验室常温环境下放置17h后通过游标卡尺测量两块载玻片之间的长度，并做记录①;将试样放入温度为(40±2)℃的烘箱中烘干至恒重，三天后测量其长度，记录②;将试样于常温下浸入自来水中，16h后取出擦干表面浮水后立即测量其长度，记录③;……如此反复测量三次，把(①一②)/①记作试样的**次干收缩值，依次类推，总共得到试样的三次干收缩值。实验完成三次循环后，选取试样，并用无水乙醇浸泡，阻止石膏的继续水化，然后用光学显微镜在10倍目镜xl0倍物镜下观察，结合实验数据分析确定石膏的干收缩机理。

　　2试验结果与分析

　　从表2可知，以纤维石膏矿石为主的建筑石膏粉不论品位高低，干收缩值均偏大，基本都在0.2‰-0.3‰之间，不过以雪花石膏矿石为主的建筑石膏粉干收缩值却基本维持在0.1‰之间，为什么两者之间会有这么大的差异呢?从两种石膏矿石的晶体图片中(见图1图2)我们可以得出答案，相比纤维石膏矿石，雪花石膏矿石的晶体更小，细晶粒状的结构单元堆积在一起，使石膏制品的体积更密实，致密性更好，不仅大大提高了石膏制品的抗压强度，而且极大地限制了其干收缩性。

　　高强石膏粉和脱硫石膏粉的干收缩值均比较小，基本保持在0.1‰左右，这说明石膏制品的干收缩与石膏粉的膨胀性能关系不大。经粉磨后的脱硫石膏，其干收缩值较空白样无明显变化。这是因为物料在粉碎机内所受的力主要是劈裂的折断，虽然这种粉磨方式是顺着石膏的解理和裂纹进行破碎，不仅可以增加石膏的表面积，同时造成大量的断键，增加物料表面的能量，提高石膏制品的强度，但却不能改变石膏晶体的结晶形态，影响其膨胀与收缩的速率，从而降低石膏砌块的干收缩值。

　　各种磷石膏粉的干收缩值都很小，基本都低于0.1‰，甚至“不收缩”。这是磷石膏的一种特性，磷石膏的结晶形态多为菱形或柱形的六方板状晶体，杂质组分除硅、铝、铁、镁、钾外，还含有微量的磷、氟吸附在二水石膏晶体的表面。磷石膏砌块其它石膏砌块，空隙率高、容重小，也正因为砌块内部这些均匀分布的微孔，石膏凝结膨胀或者烘干收缩时所产生的应力会被均匀分散，导致磷石膏砌块干收缩小，应用于墙体时不易产生裂纹。

　　从表3可以看出，各种石膏粉的用水量对它们各自砌块的干收缩值影响不大。通过实验发现，’经过多次反复烘干一浸水一烘干过程后，石膏砌块的长度变化开始不明显，渐渐丧失了这种收缩性。

　　石膏制品的干收缩性会为施工带来诸多不便。当石膏砌块应用于墙体材料时，由于外界条件干湿冷热交替变化，墙体很容易出现裂纹。这种现象在北方冬季室内供暖的情况下尤其明显。如何解决石膏砌块这种“呼吸”作用对墙体带来的危害已经被各方所重视，我们针对目前施工过程中普遍采用的建筑石膏粉做了一系列实验，已经研制出一种可以有效改善建筑石膏粉干收缩性能的外加剂α。

　　从表4可以看出，随着外加剂α掺量的增加，石膏砌块的干收缩值呈逐渐减小的趋势，并在掺入在掺入量为5%时，干收缩值低于0.1‰，基本“不收缩”。这是因为外加剂α具有复杂的相组成，其含有的硅酸三钙水化反应速度快，水化放热量大，生成的水化硅酸钙几乎不溶于水，而以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成为凝胶。经电子显微镜观察，水化硅酸钙的颗粒尺寸与胶体相当，实际呈结晶度较差的箔片状和纤维颗粒，同时反应生成的氢氧化钙也很快在溶液中达到饱和，呈六方板状晶体析出，由此导致了外加剂α水化反应初期具有一定的收缩性，而石膏在凝结硬化初期因为水化吸热体积微膨胀，二者的水化速率刚好相互重叠。因此外加剂α的掺入使石膏砌块的膨胀率大大降低，从而很好地控制了石膏的干收缩性。通过一系列实验发现，5%的外加剂α掺量为*佳，且内掺效果好于外掺。

　　3结语

　　各种石膏粉因为其自身的晶体结构特点，水化反应时的膨胀与收缩各不相同，致使其石膏制品的干收缩值也不尽相同，差异很大。建筑石膏粉(雪花石膏矿石除外)的干收缩值基本都在0.2‰～0.3‰之间;高强石膏粉和脱硫石膏粉的干收缩值均比较小，基本保持在0.1‰左右;各种都很小，基本都低于0.1‰，甚至“不收缩”。通过掺入外加剂α，可有效改善建筑石膏粉的干收缩性，随着外加剂α掺量的增加，石膏砌块的干收缩值呈逐渐减小的趋势，并在掺入量为5%时达到*佳，既能有效控制石膏砌块的干收缩性，又不至于增加很高的成本投入。