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石膏制品的干收缩性能研究

石膏制品的干收缩性能研究
段庆奎  王立明  卢健银

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记作试样的第一次干收缩值,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掺量为最佳,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%时达到最佳,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。




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