建筑石膏缓凝剂的研究进展

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我国是石膏资源大国,天然石膏储量丰富，工业副产石膏产量急剧增加。石膏广泛应用于建材、化工、农业等各领域，建筑石膏具有绿色轻质、质优价廉、防火保温、隔音抗震等诸多优点。作为新型低耗建材，建筑石膏具有较大的市场需求和良好的发展前景。

但建筑石膏凝结硬化时间较短，其应用受到严重限制。为解决过快凝结问题，通常向石膏胶凝材料中加入缓凝剂，可以有效地延长建筑石膏凝结时间，从而改进石膏材料的生产工艺和施工效果。建筑石膏缓凝剂的研究进展极大地影响着石膏材料的技术和应用。

一、研究现状

目前常用的建筑石膏缓凝剂主要有以下三类：有机酸及其可溶性盐、碱性磷酸盐及大分子蛋白质类缓凝剂。其缓凝机理主要有以下几种：1.可以降低半水石膏溶解度；2.减缓半水石膏的溶解速率；3.具有缓凝作用的离子吸附在二水石膏晶体表面并结合于晶格中；4.形成有效的络合物从而阻碍离子向晶体周边扩散[1]。近几年，缓凝剂的研究主要集中在缓凝机理、复配效果以及强度影响等方面。

(一)有机酸及其可溶性盐。有机酸及其可溶性盐主要有柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸、酒石酸钠以及丙烯酸钠等。有机酸及其可溶性盐的缓凝机理主要是有机酸与钙离子络合，有机酸钙在石膏晶体表面沉淀，抑制晶体c轴生长，降低晶体的生长速率，石膏水化进程减慢，从而达到缓凝效果[2]。

彭家慧[3]研究发现，在缓凝剂低掺量条件下，柠檬酸相比于多聚磷酸钠及骨胶缓凝效果明显。柠檬酸对半水石膏溶解、液相离子浓度及二水石膏过饱和度影响较小，其缓凝作用主要在于抑制二水石膏的生长。陈明凤[3]等试验表明，pH值对柠檬酸缓凝剂影响较大。在pH=8.5时，柠檬酸3个羧基完全电离，形成的络合物柠檬酸钙稳定性最好，此时缓凝剂效果最好。冯春花[4]等研究认为，柠檬酸缓凝效果优于酒石酸。孔祥付[5]等发现，柠檬酸加入量为0.3%就可以有较好的缓凝效果，但随着增量加大，石膏晶体结构恶化，强度急剧下降。

(二)碱性磷酸盐。碱性磷酸盐类缓凝剂主要有六偏磷酸钠、多聚磷酸钠以及三聚磷酸钠等。碱性磷酸盐类缓凝剂的作用机理主要是与钙离子形成难溶的磷酸钙，附着在半水石膏和二水石膏上，抑制半水石膏溶解和二水石膏晶核的生长，同时碱性磷酸盐对二水石膏晶体中钙离子选择性吸附，阻碍二水石膏晶体生长并改变晶体形貌[6，7]。

彭家慧[8]等研究表明，三聚磷酸钠可以明显减低前期石膏水化率，降低液相离子浓度和过饱和度，二水石膏晶体析出环境改变，从而改变晶体形貌。多聚磷酸钠在碱性条件下，石膏强度较高，而在酸性条件下强度较低[9]。刘俊飞[10]等发现，磷酸盐类缓凝剂在小于0.005%低掺量下，随掺量增大，凝结时间明显增加，强度损失急剧增加。

(三)大分子蛋白质类。大分子蛋白质类缓凝剂主要以骨胶为典型代表。其缓凝机理主要为骨胶中活性基团与钙离子络合，吸附在石膏晶核表面，减缓石膏水化进程，从而达到缓凝效果。

彭家慧[11]等研究发现骨胶可以使早期水化速率减慢，延长凝结时间。通过络合覆盖使二水石膏晶核变慢，晶体粗化，但形貌并未发生改变。骨胶添加量少，就可以有较好的缓凝效果，对强度影响较小。pH值对骨胶影响较小，在石膏中加0.3%骨胶，石膏强度随pH值并无明显变化。姚毅惠[12]等试验表明，以磷石膏为材料，骨胶添加量为0.42%，缓凝时间和抗压强度最好。黄滔[13]等研究发现蛋白质类缓凝剂中酰胺基团可与钙离子螯合，缓凝效果较好。

(四)缓凝剂复配。缓凝剂复配通常指两种及以上缓凝剂混合使用。国内复配缓凝剂相关研究较少。张劲[14]等试验发现，以柠檬酸、苹果酸、三聚磷酸钠为主的复合缓凝剂相较于单一缓凝剂缓凝效果好和强度损失较小；在复合缓凝剂掺量0.1%条件下，终凝时间73min，抗压抗折强度损失分别只有4%和12.2%。曹晓梅[14]等研究发现，蛋白质类缓凝剂PT和三聚磷酸钠复配，在蛋白质类缓凝剂PT和三聚磷酸钠添加量分别为0.05%和0.12%条件下试验，凝结时间长于5h，抗压强度和抗折强度分别下降26%和5%，相比于单一缓凝剂凝结时间长，强度影响小，效果好。

二、问题和展望

近年来，国内对建筑石膏缓凝剂的研究多集中于常规缓凝剂的机理、工业副产石膏的性能影响以及部分复配缓凝剂效果。存在的问题主要有以下几点:常规缓凝剂的研究多集中于缓凝效果和微观晶体结构，机理研究理论相对统一，复配缓凝剂机理理论研究较少；不同工业副产石膏缓凝剂效果差异大，缓凝剂研发缓慢，难以满足市场需求；缓凝剂用量过大对强度产生较大损失，严重影响建筑石膏的广泛应用。

缓凝剂作用于石膏水化和晶体生长过程，研究水化进程中缓凝剂离子和官能团的作用，为加速研发新的缓凝剂提供理论基础；通过微米级晶体角度，研究缓凝剂对石膏强度影响，为解决强度损失提供可能；工业副产石膏杂质成分多，探究不同杂质成分对缓凝剂和建筑石膏的影响，可以提高缓凝剂使用效率；目前国内外缓凝剂复配研究较少，充分发挥复配缓凝剂的叠加效应，已成为当前缓凝剂研究重要方向。