外加剂及掺材对粉刷石膏性能的影响

关键词　β半水膏　粉刷石膏　石膏　　

粉刷材料是重要的建筑材料，在房屋建筑工程中有着很大的用量。传统的粉刷材料主要是：水泥砂浆、水泥石灰沙浆、石灰沙浆等。这些粉刷材料在实际应用中往往存在以下问题：硬化时间较长，施工进度慢，容易起鼓、开裂，尤其在加气混凝土砌块上易脱壳或产生龟裂；浆体碱性过高，易使涂覆于其上的有机漆膜发黄。为了克服这些弊病，目前我国许多建筑施工企业均采用这种方法进行后期施工处理，即在固化好的水泥砂浆表面再涂抹一层重钙腻子。这种抹灰腻子主要用107胶、重钙粉和熟胶粉，或者现场熬制的PVA溶胶和重钙粉组成。但是这种材料凝结也较慢，同时，重钙本身无任何粘结作用，其粘结作用完全靠有机粘结剂来实现，随着有机粘结剂的老化、降解，这类涂层极易剥落或粉化，笔者调查了数年前使用该类材料的几处建筑，其部分墙面涂层已经开始剥落。此外，这些粉刷材料还存在着现场施工污染较大等问题，加之有的材料甲醛超标，其对室内空气的污染更不可小视。粉刷石膏的生产和应用克服了传统粉刷材料的许多不足。粉刷石膏的优点主要有：固化时间比传统材料短，大大加快了施工进度；粘结力强、硬化后体积稳定性好；适合于在各种墙面上施工，且不易开裂、起鼓或剥落；施工和易性好，可手工涂抹，也可机械喷涂；可打磨、磨光，无需在表面再刮腻子，综合造价低；粉刷石膏材料为多孔构造，故具“呼吸功能”，可调节室内温度和空气质量；属于固体砂浆和粉刷材料，施工污染小，施工落地灰少，以至于施工现场卫生条件好。正因如此，粉刷石膏属于国家大力推广的绿色抹墙粉刷材料。目前，在工业发达国家，粉刷石膏的用量已占到其粉刷材料用量的50%～80%，其产品种类也较多，性能十分优良。我国近几年粉刷石膏的用量逐年上升，但总的应用还不那么普遍，除了人们对该类产品有一个认识和接受的过程外，主要原因是，一些厂家生产产品性能不稳定，施工中随着气候及施工条件的变化易产生一些操作或质量上的问题等等。为此，国内许多科研院所均进行了大量相关研究和产品开发，取得了不少成果[1～11] 。本文将结合笔者的实验，探讨粉刷石膏常用外加剂及掺材对其性能的影响。

1 　原材料

1.1 　半水石膏

实验所用β型半水石膏为湖北省荆门某石膏厂及应城某石膏厂生产。β型半水石膏符合我国建筑石膏标准(GB9776-88)的各项性能指标。

1.2 　矿渣及水泥熟料

所用矿渣取自武汉钢铁公司，所用水泥熟料为湖北华新水泥厂生产，白水泥为武汉生产。

1.3 　石灰及膨润土

所用石灰为黄石市生产，膨润土为Na基膨润土，是湖北鄂州生产。

1.4 　化学添加剂

所用的缓凝剂如：柠檬酸、酒石酸、酒石酸钾钠、柠檬酸钠、磷酸盐，均为工业级； SC缓凝剂为上海建材研究院生产，CM和CMC粉均从市场购置。

2 　实验结果

2.1 　缓凝剂对石膏凝结时间的影响

由于常用的β半水石膏粉的凝结时间太短，根本无法满足粉刷、涂抹的施工要求，因此常常加入缓凝剂以延长或调节粉刷材料的凝结时间。常用缓凝剂有：有机酸及其盐(如：柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸、酒石酸钾钠等) 、磷酸盐和硼酸盐、变性蛋白质、蔗糖等，选择缓凝剂要综合考虑缓凝效果、原料成本以及对其它性能的影响。我们选择了几种缓凝剂，研究了它们对β粉刷石膏浆体初凝及终凝的影响。以荆门产β半水石膏为原料的结果见表1。以应城某厂生产的β半水石膏粉为原料，对比了柠檬酸对其的缓凝效果，结果见表2。

　  从以上实验结果可以看出，柠檬酸和SC缓凝剂有着较好的缓凝效果，柠檬酸盐的缓凝效果次之，当加入量相同时，酒石酸及其盐的缓凝效果明显比柠檬酸和SC要差； 蔗糖的缓凝效果比柠檬酸、酒石酸及SC均要差；磷酸盐缓凝效果最差。同样的缓凝剂在相同的加入量下，对不同产地不同厂家的β半水石膏粉的缓凝效果是不一样，我们实验当中，选择了多家β石膏粉产品，均存在这一问题。这可能与不同产地的原料、不同厂家的生产工艺(如煅烧温度、原料粒度) 以及储藏运输等均有着密切联系。这一现象在许多学者的研究中均有结果证实[5] 。实验中还发现，缓凝剂并非加入越多越好，以柠檬酸为例，随着柠檬酸加入量的增加，石膏浆体凝结时间加长，其强度损失也加大，生产成本也加大，当不加保水剂的情况下，其试样表面有大量的水泌出。因此，在满足施工要求的前提下，一方面要加入适当量的缓凝剂，另一方面也要加入一定量合适的保水剂，以保证水化反应充分完成。此外，加入其它的混合材也可起增强的作用。

2.2 　矿渣及水泥等熟料粉刷石膏强度特性的影响

利用矿渣及水泥熟料等掺材以改善粉刷石膏的产品性能，国内已进行过相关的报道。我们在这方面也进行了一些实验研究，结果见表3(所用β石膏粉为荆门粉) 。

　  在加入矿渣的同时，还可适当加入一些添加剂，提高其活性。不难看出，石灰对粉刷石膏的强度增加相应较少，矿渣在不加水泥熟料的情况下，材料强度增加也不大。矿渣的加入还可改善粉刷石膏的和易性，使施工中易于操作。然而需要注意的是，以上几种材料的加入量不宜过多，这是因为这些材料的碱性较大，造成粉刷石膏pH 较大，这会导致涂覆于其上的有机聚合物膜变黄变质。这一点可能需要根据具体应用工程的情况加以调整。

2.3 　保水剂对粉刷石膏性能的影响

粉刷石膏为了能满足实际应用的需要，其加入了一定的缓凝剂，正如以上所述，缓凝剂较易导致石膏水化反应变慢，石膏浆体表面便会有一定量的水渗出，这些水会蒸发，便会严重影响到水化反应的完全进行，从而影响材料的强度。我们对几种保水剂(CM、CMC、钠基膨润土)进行了实验，结果见表4(所用石膏粉为荆门生产) 。

从表上不难看出，3种保性剂的保性率是：MC大于CMC大于膨润土，相对无机保水剂而言，有机保水剂除了保水效果好外，还可以提高粉刷石膏的抗折强度，实验发现，有机保水剂还可提高粉刷石膏对墙体的粘结力。此外，MC和CMC还可改善粉刷石膏的表面光度。然而，3种保水剂的原料成本，膨润土小于CMC小于CM，所以，在实际当中我们应根据具体情况选用保水率，也可混合搭配使用。

我们通过实验设计了一组配方，其性能测试见表5 (所用β半水石膏粉为荆门石膏粉) 。

3 　结论

从以上实验结果及讨论可以得出以下结论：

(1) 常见缓凝剂的缓凝效果。柠檬酸> 柠檬酸盐> 酒石酸> 酒石酸盐> 蔗糖> 磷酸盐，SC 缓凝效果也较好。相同的缓凝剂在相同用量时，对不同产地的β半水石膏粉可能有不同缓凝效果。

(2) 作为无机掺材，矿渣及水泥可以提高粉刷石膏的强度。

(3) 3种保水剂的保水效果。MC大于CMC大于钠基膨润土。

(4) 实际生产中，根据具体情况，通过合理设计配方，既满足实际指标要求，又要尽量降低生产成本，以利于产品的推广应用。

(1 武汉理工大学材料学院，武汉　430070) (2 山东工业陶瓷研究设计院，淄博　255031)