紙面石膏板芯材性能的實(shí)驗(yàn)研究

孫 婧 元敬順 張會(huì)芳 黃洪亮

(河北建筑工程學(xué)院，河北張家口075024)

0 引言

紙面石膏板是以熟石膏為主要原料，摻入添加劑與纖維作為芯材，表面粘貼覆蓋專(zhuān)用的板紙而制成的一種建筑材料，是當(dāng)今建筑市場(chǎng)推崇的一種綠色建材.相對(duì)于其它新型內(nèi)墻材料而言，具有生產(chǎn)能耗與成本低、質(zhì)輕而強(qiáng)度高、保溫隔熱性能好、防火性能好，對(duì)室內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)性和裝飾性、可釘、可鋸、可刨，施工安裝方便、干法作業(yè)等優(yōu)點(diǎn).目前，我國(guó)石膏板行業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在差距及發(fā)展的巨大空間.中國(guó)的石膏板工業(yè)要想趕上發(fā)達(dá)國(guó)家水平，主要問(wèn)題不在于擴(kuò)大石膏板的生產(chǎn)規(guī)模，而在于要解決好石膏板的生產(chǎn)技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)和配套技術(shù)［1，2］.就其生產(chǎn)技術(shù)而言，紙面石膏板原材料工藝配比，即芯材的性能，是決定石膏板質(zhì)量的主要因素，也決定了相關(guān)生產(chǎn)工藝設(shè)備的使用.

在普通紙面石膏板的原料配比中引入減水劑，能有效減少建筑石膏拌合用水量，從而降低生產(chǎn)能耗，提高生產(chǎn)效率，降低成本;還可減少硬化體孔隙，提高強(qiáng)度.而發(fā)泡劑等外加劑的引入，則是在高強(qiáng)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步減輕制品質(zhì)量，提高制品質(zhì)量，擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域.

1 實(shí)驗(yàn)原材料

建筑石膏:山東平邑恒源石膏制品有限公司生產(chǎn)，主要化學(xué)成分見(jiàn)表1.

表1 石膏主要化學(xué)成分(%)

減水劑:本實(shí)驗(yàn)中使用的兩種減水劑的基本情況如表2所示.

表2 減水劑基本情況

發(fā)泡劑:KC－16，購(gòu)自北京中科筑誠(chéng)建材科技有限公司.

2 試驗(yàn)方法

建筑石膏流動(dòng)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度、強(qiáng)度的測(cè)定均按照GB9776－88《建筑石膏》規(guī)定方法進(jìn)行.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 減水劑對(duì)建筑石膏性能的影響

在石膏漿體中加入減水劑，目的是在保持相同流動(dòng)度的情況下降低石膏拌和用水量.本實(shí)驗(yàn)選擇了兩種不同類(lèi)型的減水劑，主要研究了W/G變化時(shí)減水劑對(duì)石膏性能的影響.

3.1.1 不同摻量減水劑的減水率測(cè)試

對(duì)兩種不同摻量減水劑的減水率進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示.從圖中可以看出，兩種減水劑的減水率隨減水劑摻量的增加逐漸增大，當(dāng)摻量到1.0%時(shí)，減水率逐漸趨于平緩，可見(jiàn)摻量再大，減水效果不再明顯.萘系減水劑相對(duì)于聚系減水劑因固含量高減水率也高，0.6%的摻量，減水率已超過(guò)20%，且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)未發(fā)現(xiàn)泌水現(xiàn)象，因此萘系的減水效果更穩(wěn)定，有利于在實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)用.

3.1.2 不同摻量減水劑對(duì)石膏凝結(jié)時(shí)間的影響

減水劑的摻加會(huì)影響石膏的水化進(jìn)程，兩種減水劑對(duì)建筑石膏凝結(jié)時(shí)間的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.

從圖2可以看出聚系和萘系減水劑對(duì)建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間的影響不同，萘系減水劑的摻入無(wú)論在初凝時(shí)間還是在終凝時(shí)間上，都對(duì)石膏起到促凝的作用，且隨著摻量的增加，促凝效果逐漸增強(qiáng).當(dāng)其摻量0.8%時(shí)，可使初凝時(shí)間縮短到10min以?xún)?nèi).比較而言，聚系則表現(xiàn)出明顯的緩凝作用，而且緩凝嚴(yán)重，當(dāng)摻量0.6%，摻加聚系減水劑初凝時(shí)間為40min，不利于石膏板的生產(chǎn).

3.1.3 不同摻量減減水劑對(duì)石膏強(qiáng)度的影響

不同摻量的萘系、聚系減水劑對(duì)石膏強(qiáng)度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3，圖4所示.

由圖3、圖4可以看出，水膏比變化時(shí)，摻加兩種減水劑后，石膏的抗折、抗壓強(qiáng)度均有提高.尤其是萘系減水劑的有明顯的減水增強(qiáng)的作用，摻量為0.2%抗折強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到3.2MPa，抗壓強(qiáng)度達(dá)到7.3MPa，且隨著摻量增加，抗折、抗壓強(qiáng)度不斷提高.聚系減水劑對(duì)強(qiáng)度的增加也有貢獻(xiàn)，但在摻量大于0.2%時(shí)，隨著摻量的增加，增強(qiáng)效果不明顯，這可能是由于聚系緩凝作用較強(qiáng)，在相同時(shí)間時(shí)間條件下，還未充分凝結(jié)，故強(qiáng)度數(shù)據(jù)較低.

3.2 發(fā)泡劑對(duì)建筑石膏性能的影響

3.2.1 發(fā)泡劑對(duì)石膏凝結(jié)時(shí)間的影響

將發(fā)泡劑用蒸餾水稀釋后，經(jīng)高速攪拌制得泡沫，然后用燒杯分別量取不同體積的泡沫摻入石膏，測(cè)其凝結(jié)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.從圖中可以看出建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間隨泡沫摻量的增加逐漸變大，初凝時(shí)間和終凝時(shí)間均大于空白樣的凝結(jié)時(shí)間，所以摻加發(fā)泡劑對(duì)石膏有一定的緩凝作用.

3.2.2 發(fā)泡劑對(duì)石膏密度及強(qiáng)度的影響

分別測(cè)試不同泡沫體積摻量的試塊的密度及抗折抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如圖6、圖7所示.

由圖6可以看出，隨著泡沫體積摻量的增大，石膏密度逐漸減小，在體積摻量為50ml時(shí)減重為2.3%，在摻量為250ml時(shí)減重率為14.7%.觀(guān)察石膏試條表面發(fā)現(xiàn)，隨著泡沫摻量的增大，局部會(huì)有少量直徑2mm以上的大孔出現(xiàn)，總體來(lái)說(shuō)氣泡分布比較均勻.

由圖7可知隨泡沫體積的增加，建筑石膏抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度都有所降低.這是由于不同孔徑的泡沫的引入必然會(huì)使硬化體孔隙率增加，引起強(qiáng)度的降低.尤其是泡沫摻量大時(shí)，泡沫聚集形成大孔，強(qiáng)度下降幅度大.

3.3 減水劑和發(fā)泡劑混摻對(duì)石膏性能的影響

考慮到聚系減水劑有緩凝作用，選用萘系減水劑與發(fā)泡劑混摻使用.將萘系減水劑摻量定為0.6%，也就是把減水率控制在20%左右，調(diào)整泡沫摻量來(lái)做實(shí)驗(yàn).

3.3.1 減水劑和發(fā)泡劑混摻對(duì)石膏凝結(jié)時(shí)間的影響

萘系減水劑摻量為0.6%，將不同體積的泡沫摻入石膏漿體攪拌均勻，測(cè)其凝結(jié)時(shí)間，結(jié)果如圖8所示.由圖中結(jié)果可知，當(dāng)萘系減水劑和發(fā)泡劑混摻時(shí)，隨著泡沫體積摻量的增大，初凝和終凝時(shí)間都有所增加.但與空白石膏樣品的凝結(jié)時(shí)間對(duì)比(初凝18min，終凝24min)，泡沫摻量較小時(shí)，凝結(jié)時(shí)間也短.當(dāng)泡沫摻量達(dá)到150ml時(shí)，凝結(jié)時(shí)間與空白樣相當(dāng).說(shuō)明適當(dāng)?shù)呐菽瓝搅?，不?huì)影響石膏板的正常生產(chǎn).

3.3.2 減水劑和發(fā)泡劑混摻對(duì)石膏密度及強(qiáng)度的影響將0.6%的萘系減水劑與不同體積的泡沫混摻，測(cè)其密度及強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9、圖10所示.

由圖9所示，隨著泡沫體積摻量的增大，石膏密度明顯減小;且當(dāng)泡沫摻量較大(＞200ml)時(shí)，密度變化趨于平穩(wěn)，減至最小1530g/cm3左右.從圖10的結(jié)果可以看出，隨著泡沫摻量的增大，石膏的抗折強(qiáng)度雖有所減小，但變化幅度不大，說(shuō)明石膏硬化體內(nèi)孔徑小、分布比較均勻的泡沫起到了增韌的作用.石膏的抗壓強(qiáng)度下降稍大些，但當(dāng)泡沫摻量為250ml時(shí)，仍可到達(dá)4MPa左右，比單摻250ml泡沫石膏的強(qiáng)度要大0.5MPa，說(shuō)明萘系減水劑的摻入，改善了漿體的流動(dòng)性，使泡沫分散的更加均勻，強(qiáng)度有所提高.

4 結(jié)論

通過(guò)研究不同種類(lèi)外加劑對(duì)建筑石膏密度、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等宏觀(guān)性能的影響，以及外加劑混摻對(duì)石膏性能的影響，可以得出下列結(jié)論:與石膏體系適應(yīng)性較好的減水劑是萘系減水劑，當(dāng)其摻量在0.4%～0.8%時(shí)，可有效降低石膏拌合水用量且不泌水，并有一定的促凝作用.選用的KC－16發(fā)泡劑，換算成質(zhì)量摻量在0.04% ～0.12%時(shí)，可有效降低硬化石膏體的密度，減重可到達(dá)15%左右.將萘系減水劑與發(fā)泡劑混摻，可改善漿體的流動(dòng)性，使泡沫分散更加均勻，不但可以滿(mǎn)足減重的要求，還可有效提高硬化體的韌性，抗壓強(qiáng)度完全滿(mǎn)足紙面石膏板產(chǎn)品性能的要求.

［1］袁潤(rùn)章.膠凝材料學(xué).武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2006

［2］王祁青.石膏基建材與應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009