通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比了不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏陳化前后的性能變化及配制成抹灰石膏后的性能變化。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)陳化后不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏及其配制成抹灰石膏后的需水量、凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度趨于一致。

與不經(jīng)陳化的建筑石膏及抹灰石膏相比需水量變小，凝結(jié)時(shí)間變長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度提高。通過(guò)機(jī)理分析陳化后的建筑石膏及抹灰石膏性能提高是因?yàn)棰笮蜔o(wú)水石膏的減少、晶粒的變大和晶格畸變的變小。

建筑石膏是一種低能耗的膠凝材料，其膠凝性質(zhì)很早就被人們所發(fā)現(xiàn)。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)保的關(guān)注越來(lái)越高，抹灰石膏得到了廣泛應(yīng)用。然而抹灰石膏的質(zhì)量卻很難控制，這是由于抹灰石膏使用的建筑石膏的相組成復(fù)雜，導(dǎo)致抹灰石膏的性能不穩(wěn)定。建筑石膏的相組成一般含有 β 半水石膏、Ⅲ型無(wú)水石 膏、Ⅱ型無(wú)水石膏、二水石膏。建筑石膏的性能不穩(wěn)定，不僅由相變化影響，還因石膏顆粒的大小變化以及石膏晶格畸變等影響。本文主要研究不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏陳化前后的自身性能及配制出抹灰石膏后的性能變化，分析了產(chǎn)生差異的主要原因，對(duì)抹灰石膏生產(chǎn)具有很好的借鑒作用。

試 驗(yàn) 

1.1 原材料建筑石膏：山西潞城石膏礦不同煅燒廠家提供，SO3 含量 40%左右；砂子：河砂，細(xì)度 40~70 目；纖維素醚：羥丙基甲基 纖維素醚，黏度約 40 Pa·s；緩凝劑：蛋白質(zhì)類。 

1.2 試驗(yàn)方法建筑石膏相組成按照文獻(xiàn) （談 曉 青 ，陳 寧 . 一種建筑石膏的快速 相組成分析方法：102175555B[P].2012-08-22.）方法測(cè)試，采用無(wú)水酒精浸泡法測(cè)試Ⅲ型無(wú)水石膏含量，采用加純凈水水化法，測(cè)試半水石膏含量；石膏性能按照 GB/T 9776—2008《建筑石膏》進(jìn)行 測(cè)試；抹灰石膏性能按照 GB/T 28627—2012《抹灰石膏》進(jìn)行 測(cè)試。本試驗(yàn)的陳化方法采用自然陳化法，將試樣敞口放置在溫度（23±2）℃、濕度（50±5）%的環(huán)境下,放置時(shí)間 30 d。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論 

2.1 陳化前建筑石膏及抹灰石膏的性能

2.1.1 陳化前建筑石膏的相組成 對(duì)山西潞城同一礦區(qū) A、B、C、D、E 廠煅燒的建筑石膏進(jìn) 行了相分析。
 

由表 1 可知，不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏相組成差別較大， 尤其是Ⅲ型無(wú)水石膏含量。A 廠的Ⅲ型無(wú)水石膏含量為 40.2%，而 E 廠的Ⅲ型無(wú)水石膏含量只有 6%，對(duì)于二水石膏 和Ⅱ型無(wú)水石膏的含量差別不大，都在 2%左右。

2.1.2 陳化前建筑石膏及抹灰石膏需水量 建筑石膏中的Ⅲ型無(wú)水石膏含量不同，對(duì)建筑石膏和抹灰石膏的需水量不同

由表 2 可知，Ⅲ型無(wú)水石膏含量在 6%時(shí)，建筑石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量為 60%，而當(dāng)Ⅲ型無(wú)水石膏含量在 40%時(shí)，建筑石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量為 69%。建筑石膏的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量隨 Ⅲ型無(wú)水石膏含量的增加呈增加趨勢(shì)，Ⅲ型無(wú)水石膏含量在 35%左右時(shí)，出現(xiàn)了不一致的規(guī)律。通過(guò)比表面積測(cè)試，確定主要原因是Ⅲ型無(wú)水石膏含量 35%建筑石膏樣品的比表面積較其它樣品明顯小而導(dǎo)致。使用以上建筑石膏樣品配制成抹灰石膏后，抹灰石膏的需水量從 28%增加到 33%。抹灰石 膏的用水量變化也是隨著Ⅲ型無(wú)水石膏含量增加而增加。在相同配方的情況下，抹灰石膏的需水量變化趨勢(shì)與建筑石膏的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量變化相同。

2.1.3 陳化前建筑石膏及抹灰石膏的凝結(jié)時(shí)間

建筑石膏中Ⅲ型無(wú)水石膏含量不同，對(duì)建筑石膏的凝結(jié)時(shí)間不同，配制成抹灰石膏后凝結(jié)時(shí)間也有很大差別，見(jiàn)表 3。由表3 可知，隨著Ⅲ型無(wú)水石膏含量增加，建筑石膏的初、 終凝時(shí)間呈逐漸縮短的趨勢(shì)，Ⅲ型無(wú)水石膏含量從 6%增加到 40%，初凝時(shí)間從 22 min 縮短 12 min，終凝時(shí)間從 24 min 縮短 14 min。其中Ⅲ型無(wú)水石膏含量在 27%左右時(shí)，呈現(xiàn)不規(guī)律變化，主要由于其建筑石膏樣品中的二水石膏含量較其它高所導(dǎo)致。

同樣配制成抹灰石膏后，抹灰石膏凝結(jié)時(shí)間的變化趨勢(shì) 與建筑石膏一致，都是隨著Ⅲ型無(wú)水石膏含量增加凝結(jié)時(shí)間 呈縮短的趨勢(shì)，Ⅲ型無(wú)水石膏含量在 6%左右時(shí)，初凝時(shí)間在 170 min 左右，而當(dāng)Ⅲ型無(wú)水石膏含量在 40%時(shí)，初凝時(shí)間只有 90 min。

2.1.4 陳化前建筑石膏及抹灰石膏的抗壓強(qiáng)度

建筑石膏中Ⅲ型無(wú)水石膏含量不同，對(duì)建筑石膏及配制成抹灰石膏后的抗折抗壓強(qiáng)度影響不同，一般情況下，抹灰石膏中Ⅲ型無(wú)水石膏含量越高，抗折抗壓強(qiáng)度越低（見(jiàn)表 4）。

由表 4 可見(jiàn)，隨著Ⅲ型無(wú)水石膏含量增加，建筑石膏及抹灰石膏的抗壓強(qiáng)度呈逐漸降低的趨勢(shì)。Ⅲ型無(wú)水石膏含量在 6%左右時(shí)，建筑石膏及抹灰石膏抗折、抗壓強(qiáng)度最大分別是 2.56、5.62 MPa 和 2.49、5.37 MPa，而Ⅲ型無(wú)水石膏含量在 40%左右時(shí)，建筑石膏及抹灰石膏抗折、抗壓強(qiáng)度最小分別是 2.13、4.65 MPa 和 2.04、4.28 MPa。

通過(guò)以上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，建筑石膏中Ⅲ型無(wú)水石膏含量不同，無(wú)論對(duì)建筑石膏還是配制成抹灰石膏后的性能差別都比較大。建筑石膏中Ⅲ型無(wú)水石膏含量越少，越適合配制抹灰石膏，即可以降低抹灰石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，也可以延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間，而且強(qiáng)度更高。然而當(dāng)把這些廠家生產(chǎn)的建筑石膏放 置在溫度 25 ℃，濕度 50%的環(huán)境下，30 d 以后再進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)的結(jié)果完全不同。

陳化后建筑石膏及抹灰石膏的性能

陳化后建筑石膏相分析

由表5試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，未陳化的建筑石膏中Ⅲ型無(wú)水石 膏初始含量是 6%~40%，經(jīng)過(guò)陳化 30 d 后的建筑石膏的相組。

由表 5 可知，Ⅲ型無(wú)水石膏均檢測(cè)不到，即通過(guò)陳化后Ⅲ 型無(wú)水石膏發(fā)生了相轉(zhuǎn)變，而經(jīng)過(guò)陳化后的半水石膏含量均 有不同程度的增加，剛好是其Ⅲ型無(wú)水石膏含量的減少量，說(shuō)明Ⅲ型無(wú)水石膏含量在上述的、環(huán)境下陳化 30 d 全部轉(zhuǎn)變成半水石膏。但二水石膏和Ⅱ型無(wú)水石膏含量基本不變。這表明通過(guò)陳化，改變石膏的相組成，主要是使Ⅲ型無(wú)水石膏轉(zhuǎn)變成半水石膏。

2.2.2 陳化后建筑石膏及抹灰石膏的需水量

由表 6 可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)陳化后建筑石膏標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量明顯較陳化前的小。標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量變化最大的是 A 廠從 69%降 到 55%，而變化最小的是 E 廠，從 60%降到 55%。然而不同廠 家生產(chǎn)的建筑石膏經(jīng)過(guò)陳化后的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量基本趨于一 致都在 55%左右，而不經(jīng)陳化的建筑石膏的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 波動(dòng)較大從 60%到 69%。同樣配制成抹灰石膏以后，標(biāo)準(zhǔn)需水量明顯減小，最大的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量減少 7.5 個(gè)百分點(diǎn)，而最小的也減少了 2.5 個(gè)百分點(diǎn)。陳化后的建筑石膏配制成抹灰石膏后，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量在 26%左右趨于一致，而不經(jīng)過(guò) 陳化的建筑石膏配制的抹灰石膏需水量大，從 28%到 33%， 不同廠家的用水量波動(dòng)較大。

陳化后建筑石膏及抹灰石膏的凝結(jié)時(shí)間

與表 3 對(duì)比，表 7 中經(jīng)過(guò)陳化后建筑石膏無(wú)論是初凝時(shí)間還是終凝時(shí)間都明顯較未陳化的凝結(jié)時(shí)間有所延長(zhǎng)，最長(zhǎng)的延長(zhǎng) 11 min，而最短也延長(zhǎng) 3 min。陳化前后的建筑石膏配制成抹灰石膏后的凝結(jié)時(shí)間變化更加明顯。不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏經(jīng)過(guò)陳化，凝結(jié)時(shí)間波動(dòng)較小，初凝都在 23 min 左 右，而不經(jīng)過(guò)陳化的凝結(jié)時(shí)間變化差別較大，最大差別 10 min 以上。由表 7 可知，陳化后的建筑石膏配制成的抹灰石膏的凝結(jié)時(shí)間明顯延長(zhǎng)，不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏差別不大，而不經(jīng)陳化的抹灰石膏凝結(jié)時(shí)間短，不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏凝結(jié)時(shí)間差別較大。

陳化后建筑石膏及抹灰石膏的強(qiáng)度

與表 4 對(duì)比可知，表 8 中經(jīng)過(guò)陳化后的建筑石膏的抗壓強(qiáng)度都比未經(jīng)陳化高，且不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏經(jīng)過(guò)陳化 后，抗壓強(qiáng)度趨于一致，都在 5.6 MPa 左右。經(jīng)過(guò)陳化后的建筑石膏配制成抹灰石膏后，其抗壓強(qiáng)度明顯較未陳化的高，且不同廠家的抗壓強(qiáng)度都在 5.41 MPa 左右，而不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏，不經(jīng)陳化配制成抹灰石膏抗壓強(qiáng)度差別較大。

機(jī)理分析

雖然同一礦區(qū)的石膏純度相同，但是不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏性能差別較大，從而導(dǎo)致抹灰石膏性能不同。不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏，經(jīng)過(guò)陳化后，其需水量變小，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)， 抗壓強(qiáng)度提高。配制成抹灰石膏后，抹灰石膏的需水量也變小，凝結(jié)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度提高。這個(gè)主要是因?yàn)榻ㄖ?石膏的相不同。陳化可使殘余二水相和Ⅲ型無(wú)水相向 β 半水 相轉(zhuǎn)變，使 β 半水石膏水化過(guò)程中凝結(jié)時(shí)間稍有延長(zhǎng)、強(qiáng)度提高。Ⅲ型無(wú)水石膏陳化后的半水石膏相的水化速率較Ⅲ型 無(wú)水相低，凝結(jié)時(shí)間較Ⅲ型無(wú)水相長(zhǎng)，在力學(xué)性能方面優(yōu)于Ⅲ 型無(wú)水相。陳化后的建筑石膏水化速度變慢，高分散度建筑 石膏陳化，對(duì)其物理形態(tài)的影響，也是改善物理力學(xué)性能的重大因素。以 β 型半水石膏為主要相組成的建筑石膏，使用前 最好經(jīng)過(guò)陳化，以期達(dá)到強(qiáng)度最高值。建筑石膏陳化的最佳狀 態(tài)為：無(wú)水石膏基本轉(zhuǎn)化完，β 型半水石膏含量達(dá)到最高值。此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量最小，強(qiáng)度達(dá)到最高值。Ⅲ型無(wú)水石膏 經(jīng)過(guò)陳化可以使比表面積變小，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量下降，由于Ⅲ 無(wú)水石膏的持續(xù)變化導(dǎo)致凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度不穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)有效的陳化可以改善石膏粉質(zhì)量，溫度、厚度、環(huán)境溫度都 會(huì)影響陳化效果。

當(dāng)石膏從一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)相時(shí)，石膏晶體重新排列， 同時(shí)導(dǎo)致晶格缺陷[8]。石膏不同相的晶體排列示意見(jiàn)圖 1[9]。

不同石膏相的填充排列

由圖 1 可見(jiàn)，半水石膏相和Ⅲ型無(wú)水石膏相晶體結(jié)構(gòu)相 同，只是半水石膏失水以后留下 1 個(gè)直徑大約 0.3 nm 的孔道， 并未發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。這個(gè)孔道具有很強(qiáng)的吸濕性，同時(shí)使得Ⅲ 性無(wú)水石膏具有很強(qiáng)的與水反應(yīng)能力，前面的試驗(yàn)也驗(yàn)證此觀點(diǎn)。Ⅲ型無(wú)水石膏在室內(nèi)環(huán)境下就可以轉(zhuǎn)變成半水石膏，Ⅲ 型無(wú)水石膏含量多的建筑石膏，水化速度快[。然而Ⅲ型無(wú)水 石膏比半水石膏少了半個(gè)水分子，故水化生產(chǎn)二水石膏時(shí)比半水石膏需要多，需水量會(huì)變大。

由試驗(yàn)可知，經(jīng)過(guò)陳化后的建筑石膏需水量明顯變小，所減少的水分遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了Ⅲ型無(wú)水石膏水化多出的水，且凝結(jié)時(shí)間明顯延長(zhǎng)。這個(gè)主要是因?yàn)榻?jīng)過(guò)建筑石膏陳化不僅是發(fā) 生相轉(zhuǎn)變，其建筑石膏的晶體顆粒發(fā)生畸變。

由圖 2 可見(jiàn)，建筑石膏新粉的半水石膏晶格畸變較大 0.4%，晶粒尺寸較小在 60~200 nm，而經(jīng)過(guò)陳化后的晶格畸變 達(dá)到 0.2%，晶粒尺寸變到 100~300 nm，Ⅱ型無(wú)水石膏也發(fā)生 了同樣的變化。新煅燒出的建筑石膏在經(jīng)水化后生成的二水 石膏要比原礦二水石膏晶粒小的多。原礦二水石膏的晶粒是 1000~2000 nm，晶格畸變 0.1%，新生產(chǎn)的二水石膏晶粒是 400 nm，晶格畸變 0.4%。此變化符合吉普斯自由能變化，即等 溫、等壓的封閉體系內(nèi)，不作非體積功的前提下，任何自發(fā)反 應(yīng)總是朝著吉布斯自由能（G）減小的方向進(jìn)行。ΔG=0 時(shí)，反 應(yīng)達(dá)平衡，體系的 G 降到最小值。

建筑石膏各相晶格畸變?cè)酱笳f(shuō)明活性越高，在建筑石膏中的表現(xiàn)也就是凝結(jié)時(shí)間越短。在實(shí)際生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn)同樣的 二水石膏摻量，新生成的二水石膏觸凝效果更明顯。故在抹灰石膏施工過(guò)程中，要及時(shí)清洗攪拌設(shè)備等，不能將已經(jīng)硬化的 建筑石膏繼續(xù)使用，否則將會(huì)引起抹灰石膏出現(xiàn)快凝、開(kāi)裂等問(wèn)題。

（1）建筑石膏是影響抹灰石膏質(zhì)量波動(dòng)的主要原因，控制 好建筑石膏的質(zhì)量品質(zhì)，可以提高抹灰石膏的質(zhì)量穩(wěn)定性。（2）抹灰石膏中盡量選擇Ⅲ型無(wú)水石膏含量少的建筑石 膏進(jìn)行生產(chǎn)，如果使用Ⅲ型無(wú)水石膏含量大的建筑石膏，可以通過(guò)陳化降低Ⅲ型無(wú)水石膏含量后再使用。（3）配制性能優(yōu)異且穩(wěn)定的抹灰石膏要求建筑石膏中Ⅲ 型無(wú)水石膏含量應(yīng)低于 10%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量控制在 55%左 右，初凝時(shí)間控制在 22 min，抗壓強(qiáng)度一般控制在 5.0 MPa。（4）使用性能穩(wěn)定的建筑石膏配制抹灰石膏性能較穩(wěn)定， 抹灰石膏在合適的施工狀態(tài)下需水量少，使用較少的緩凝劑， 可達(dá)到較長(zhǎng)的可操作時(shí)間，抹灰石膏的抗壓強(qiáng)度高。