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石膏制品的干收縮性能研究
段慶奎 王立明 盧健銀
(寧夏石膏工業設計研究院，銀川750001)
摘要：通過測試應用四種石膏粉澆注成型的石膏砌塊的干收縮情況，分析對比了不同種類石膏制品干收縮性能的差異，并找到一種合適的外加可α以有效地控制石膏制品的干收縮。
關鍵詞：石膏制品;干收縮;結晶形態
0前言
建筑石膏制品以其輕質、保溫、隔熱、防火、隔聲、裝飾效果好、施工安裝方便等特點逐步成為墻體材料的主導產品。但是由于普通建筑石膏制品具有干收縮大的缺點，致使其應用受到了很大的限制。本系列試驗通過選用四種石膏粉作對比研究，著重分析了在其它條件一定時，不同種類石膏制品干收縮性能的差異。并通過摻入一種自制外加劑α，對建筑石膏制品的干收縮性能進行改善，使石膏既保留了石膏建材的輕質、環保等特點，又克服了石膏建材干收縮值大的缺點，大大拓展了石膏產品在建筑中的應用。
1 材料及實驗方法
1.1試驗用材料
選用四種石膏粉：建筑石膏粉，高強石膏粉，脫硫石膏粉，磷石膏粉。其基本性能見表l。
檸檬酸：天津市瑞金特化學品有限公司;硫酸鋁：西安化學試劑廠;磷酸氫鈣、磷酸二氫鈣：上海市試四赫維化工有限公司;磷酸三鈣：上海市潤捷化學試劑有限公司;外加劑α：自制;粉煤灰、石灰：市售。
1.2試樣的制備及性能測試
根據試驗配比稱量原料，用水量按大于標準稠度用水量20%進行稱取，將水和原料在攪拌鍋內攪拌均勻，然后澆注尺寸為160mmx40mmX40mm的模具內，輕微震動后，手工刮平，并于料漿初凝后、終凝前在模具的兩端輕輕地垂直插入兩塊載玻片，1.5h后拆模，將試樣在實驗室常溫環境下放置17h后通過游標卡尺測量兩塊載玻片之間的長度，并做記錄①;將試樣放入溫度為(40±2)℃的烘箱中烘干至恒重，三天后測量其長度，記錄②;將試樣于常溫下浸入自來水中，16h后取出擦干表面浮水后立即測量其長度，記錄③;……如此反復測量三次，把(①一②)/①記作試樣的**次干收縮值，依次類推，總共得到試樣的三次干收縮值。實驗完成三次循環后，選取試樣，并用無水乙醇浸泡，阻止石膏的繼續水化，然后用光學顯微鏡在10倍目鏡xl0倍物鏡下觀察，結合實驗數據分析確定石膏的干收縮機理。
2試驗結果與分析
從表2可知，以纖維石膏礦石為主的建筑石膏粉不論品位高低，干收縮值均偏大，基本都在0.2‰-0.3‰之間，不過以雪花石膏礦石為主的建筑石膏粉干收縮值卻基本維持在0.1‰之間，為什么兩者之間會有這么大的差異呢?從兩種石膏礦石的晶體圖片中(見圖1圖2)我們可以得出答案，相比纖維石膏礦石，雪花石膏礦石的晶體更小，細晶粒狀的結構單元堆積在一起，使石膏制品的體積更密實，致密性更好，不僅大大提高了石膏制品的抗壓強度，而且極大地限制了其干收縮性。
高強石膏粉和脫硫石膏粉的干收縮值均比較小，基本保持在0.1‰左右，這說明石膏制品的干收縮與石膏粉的膨脹性能關系不大。經粉磨后的脫硫石膏，其干收縮值較空白樣無明顯變化。這是因為物料在粉碎機內所受的力主要是劈裂的折斷，雖然這種粉磨方式是順著石膏的解理和裂紋進行破碎，不僅可以增加石膏的表面積，同時造成大量的斷鍵，增加物料表面的能量，提高石膏制品的強度，但卻不能改變石膏晶體的結晶形態，影響其膨脹與收縮的速率，從而降低石膏砌塊的干收縮值。
各種磷石膏粉的干收縮值都很小，基本都低于0.1‰，甚至“不收縮”。這是磷石膏的一種特性，磷石膏的結晶形態多為菱形或柱形的六方板狀晶體，雜質組分除硅、鋁、鐵、鎂、鉀外，還含有微量的磷、氟吸附在二水石膏晶體的表面。磷石膏砌塊其它石膏砌塊，空隙率高、容重小，也正因為砌塊內部這些均勻分布的微孔，石膏凝結膨脹或者烘干收縮時所產生的應力會被均勻分散，導致磷石膏砌塊干收縮小，應用于墻體時不易產生裂紋。
從表3可以看出，各種石膏粉的用水量對它們各自砌塊的干收縮值影響不大。通過實驗發現，’經過多次反復烘干一浸水一烘干過程后，石膏砌塊的長度變化開始不明顯，漸漸喪失了這種收縮性。
石膏制品的干收縮性會為施工帶來諸多不便。當石膏砌塊應用于墻體材料時，由于外界條件干濕冷熱交替變化，墻體很容易出現裂紋。這種現象在北方冬季室內供暖的情況下尤其明顯。如何解決石膏砌塊這種“呼吸”作用對墻體帶來的危害已經被各方所重視，我們針對目前施工過程中普遍采用的建筑石膏粉做了一系列實驗，已經研制出一種可以有效改善建筑石膏粉干收縮性能的外加劑α。
從表4可以看出，隨著外加劑α摻量的增加，石膏砌塊的干收縮值呈逐漸減小的趨勢，并在摻入在摻入量為5%時，干收縮值低于0.1‰，基本“不收縮”。這是因為外加劑α具有復雜的相組成，其含有的硅酸三鈣水化反應速度快，水化放熱量大，生成的水化硅酸鈣幾乎不溶于水，而以膠體微粒析出，并逐漸凝聚成為凝膠。經電子顯微鏡觀察，水化硅酸鈣的顆粒尺寸與膠體相當，實際呈結晶度較差的箔片狀和纖維顆粒，同時反應生成的氫氧化鈣也很快在溶液中達到飽和，呈六方板狀晶體析出，由此導致了外加劑α水化反應初期具有一定的收縮性，而石膏在凝結硬化初期因為水化吸熱體積微膨脹，二者的水化速率剛好相互重疊。因此外加劑α的摻入使石膏砌塊的膨脹率大大降低，從而很好地控制了石膏的干收縮性。通過一系列實驗發現，5%的外加劑α摻量為*佳，且內摻效果好于外摻。
3結語
各種石膏粉因為其自身的晶體結構特點，水化反應時的膨脹與收縮各不相同，致使其石膏制品的干收縮值也不盡相同，差異很大。建筑石膏粉(雪花石膏礦石除外)的干收縮值基本都在0.2‰～0.3‰之間;高強石膏粉和脫硫石膏粉的干收縮值均比較小，基本保持在0.1‰左右;各種都很小，基本都低于0.1‰，甚至“不收縮”。通過摻入外加劑α，可有效改善建筑石膏粉的干收縮性，隨著外加劑α摻量的增加，石膏砌塊的干收縮值呈逐漸減小的趨勢，并在摻入量為5%時達到*佳，既能有效控制石膏砌塊的干收縮性，又不至于增加很高的成本投入。
