轻质抹灰石膏砂浆的应用研究进展

2022-04-26纪小敏朱宝贵蒋文肖钧孙赛寅羊中军

江苏建材 2022年2期

纪小敏，朱宝贵，蒋文，肖钧，孙赛寅，羊中军

（江苏盐砼新材料科技有限公司，江苏盐城 224000）

0 引言

相对于传统的抹灰石膏砂浆，轻质抹灰石膏砂浆是一种生态环保的新型墙体抹灰材料，具有较低的体积密度（≤1 000 kg/m3）和导热系数（＜0.3 W/(m·k)），能起到良好的保温和降低建筑物能耗的效果。结合国内相关领域的研究工作，介绍了轻质抹应石膏砂浆目前施工的技术措施、存在的问题以及其发展景。

1 轻质抹灰石膏砂浆的研究现状

轻质抹灰石膏砂浆是一种由建筑石膏、填充轻质集料、外加剂等混合而成的新型节能墙体材料。砂浆的强度主要由石膏和集料提供，石膏主要以半水石膏为主，溶解生成二水石膏，随着水化的进行，晶体颗粒不断生长，使浆体完全失去可塑性，生成强度。再通过添加一系列的外加剂调节石膏砂浆的凝结时间、保水率、粘结强度等性能，以获得满足工程需求的轻质抹灰石膏砂浆。

1.1 石膏

我国石膏资源丰富，天然石膏储存量居世界第一，且工业副产石膏排放量逐年递增，2018 年工业副产石膏排放量达200 Mt，全国现累计堆积量达850 Mt，如脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏等。

这些工业副产石膏的化学成分与天然石膏相差不大，并且在一定程度上，性能优于天然石膏。近年来，国家倡导固体废弃物资源化利用，工业副产石膏得到了广泛应用。脱硫石膏与磷石膏占我国工业副产石膏总产量的80%以上，是目前市场上轻质抹灰石膏砂浆的主要原料。而柠檬酸石膏等由于研究不足，尚未在市场上大面积应用。

1.2 填充轻质集料

轻质抹灰石膏砂浆相对于其他抹灰石膏砂浆，它更加突出的是轻质这个特点，所以填充轻质集料是目前最主流的手段。常见的轻质集料有玻化微珠、膨胀珍珠岩、聚丙烯颗粒等。填充轻质集料由于内部的疏松多孔结构使得石膏砂浆的密度降低，但又因其吸水率较大会导致石膏砂浆的强度性能受到影响，并且在一定程度上还会缩短石膏砂浆的凝结时间。廖明县[1]发现玻化微珠作为轻质骨料能够较大幅度降低轻质抹灰石膏砂浆的体积密度和导热系数，但同时石膏砂浆的抗压强度和粘结强度也会随之降低。李志博等[2]研究了不同种类的轻骨料对抹灰石膏砂浆的影响（表1），在掺量相同的情况下，轻骨料的密度越小，石膏砂浆的体积密度也越小，并且强度也会下降。

表1 不同轻骨料及掺量对轻质抹灰石膏砂浆性能的影响

因此，为了保证石膏砂浆轻质的同时还具有较好的力学性能，常通过添加保水剂、缓凝剂等外加剂来调节。

1.3 外加剂

1.3.1 缓凝剂

由于石膏凝结速度快，常通过添加缓凝剂降低石膏的溶解度，延长其施工时的可操作性。目前，应用较多的主要分为有机酸及其可溶性盐（如柠檬酸、酒石酸、硼酸等）、磷酸盐（如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等）、蛋白类（如骨胶、蛋白胨、酰胺类等）以及三者之间的复配。

傅鹏等[3]研究了不同种类的缓凝剂对脱硫石膏凝结时间的影响，发现柠檬酸＞三聚磷酸钠＞酒石酸。夏强等[4]研究了柠檬酸与骨胶对石膏的缓凝效果，发现骨胶的缓凝效果虽然不如柠檬酸，但强度降低损失较小，两者复合使用时效果会更好。刘俊飞等[5]专门研究了磷酸盐类缓凝剂对建筑石膏力学性能的影响，也证实了缓凝剂的掺量越大越会降低石膏砂浆的强度。因而为了保证有效增加石膏的缓凝时间并且具有较好的强度，要在满足施工的条件下，尽量减少缓凝剂的用量。

1.3.2 保水剂

保水剂使石膏砂浆具有良好的保水性，可以保证浆体充分水化的同时还能改善石膏砂浆的流挂性。另外，保水剂还可以使石膏砂浆具有良好的可塑性，从而提高其粘结强度。

通常采用纤维素醚作为保水增稠剂，根据离子型可分为四大类，性能最好、用途最广的是羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)。曹政[6]等人研究了HPMC 的掺量对石膏砂浆相关性能的影响，虽然砂浆的保水率和粘结强度会随其掺量的增加而变大，但由于其掺量增加会降低硬化体的致密性，从而降低浆体的抗压强度，其适宜掺量约为砂浆总量的10%。

1.4 矿物掺合料

为了获得性能更好的轻质抹灰石膏砂浆，大多选择通过添加矿物掺合料对石膏进行改性。这些矿物掺合料都是常用的火山灰质材料，自身具有一定的水硬性，与石膏复合能够发挥较好的胶凝特性，但单掺这些掺合料对石膏砂浆的强度提高效果不显著，一般选择复掺。常见的矿物掺合料有矿渣、石灰石粉、粉煤灰、水泥熟料等。

2 轻质抹灰石膏砂浆的施工技术

发达国家抹灰石膏砂浆的用量已达到全部抹灰材料的70%以上，关于石膏砂浆的相关研究、工业生产及现场施工已自成体系。而我国由于研究起步相对较晚，抹灰石膏砂浆的代替率不足10%。随着我国工艺设备水平和劳动力成本不断提高，抹灰石膏的施工正从手工涂抹向机械化施工过渡。

轻质抹灰石膏砂浆的施工性能良好，在施工现场加水通过人工搅拌或机器拌制即可使用，能够快速进行施工。由于人工操作效率低、工作量大，并且会导致轻质抹灰石膏砂浆平整度、垂直度较差，所以现在主要采用机械喷涂轻质抹灰石膏砂浆来解决传统抹灰工艺带来的质量问题。通过将搅拌好的轻质抹灰石膏砂浆泵送至喷枪位置处，借助空气压缩机的压力进行喷涂。操作人员可以自行控制喷涂过程中的应用速度来进行均匀喷涂，保证一次到位。机械的喷射力可使石膏砂浆与基层牢固的粘结，从而避免墙体脱落、开裂等质量通病，提高了人均劳动效率和施工进度，具有较高的经济效益。

3 存在的问题

我国天然石膏资源丰富，开采成本较低。但由于石膏资源分布不均匀，所以运输费用较高，故人们对工业副产石膏关注度不高。虽然，近年来工业副产石膏在抹灰材料中的应用取得了一定的成果，获得了市场的认可。但还存在一些关键性的技术问题（如脱硫石膏氯离子含量高、磷石膏无害化预处理），仍需研究人员进行大量研究来提供相关技术支撑。玻化微珠虽然是优质的轻质集料，但由于其粒径单一、级配差、吸水率大，若单独作为集料，会使砂浆具有较大的孔隙，就需更多的胶凝材料填充，严重影响砂浆的保温性能。在实际施工过程中，玻化微珠在搅拌过程中由于质轻会上浮，导致其在浆体中分布不均匀，从而影响硬化体性能。并且搅拌过度还会导致玻化微珠破损，增加吸水率。如今，市场上玻化微珠的价格相对较高，使得轻质抹灰石膏砂浆的成本也较高。