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抹灰石膏的使用探讨

抹灰石膏是一种建筑内墙及顶板表面抹面的材料,是传统的水泥砂浆的换代产品,采用建筑石膏为基料,并辅以优化性能材料及多种外加剂和集料配制而成的气硬性抹灰材料。抹灰石膏作为一种新型的内墙抹灰材料,具有轻质、防火、保温隔热、吸音、高强、不收缩、不易开裂、施工方便的特点,得到市场广泛的认可和大力推广。抹灰石膏与基层粘接牢固,可避免水泥砂浆抹面出现的空鼓,开裂、脱落等现象,抹灰石膏特别适用于加气混凝土墙体的抹灰。

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抹灰石膏优点

1 粘结力强

由于加入了多种聚合物,其保水性好。抹灰石膏几乎与各种墙体基材都能很好的粘结,对于加气混凝土墙体效果尤其明显,抹灰时不用刷任何界面剂。由于抹灰石膏具有微膨胀性,能有效抑制抹灰的收缩开裂现象,墙面抹灰层不会出现空鼓、开裂、脱落现象。

2 具有装饰作用

抹灰石膏墙面致密光滑不起灰,无毒、无味、不破裂,有较高的强度而不收缩,外观典雅,达到高级抹灰效果。

3 阻燃性好

抹灰石膏凝结后,有大量结晶水,在发生火灾时,石膏中大量结晶水释放出来,形成的蒸气阻挡了火焰的蔓延。同时在整个脱水过程中吸收了大量的热,从而提高了耐火性能。

4 保温隔热性好

抹灰石膏硬化体是一种多孔质材料,导热系数在相同厚度下,是混凝土制品的30%、粘土砖的45%。同时抹灰石膏固化后可有效防止声波传递,隔间效果良好。

5 施工方便

抹灰石膏有良好的和易性、保水性,现场加水搅拌均匀后即可直接上墙抹灰,操作自如,劳动强度低,材料消耗少。

6 节省工期

抹灰石膏抹灰层凝结硬化快,养护周期短,整个硬化及强度达标过程仅1-2d,施工工期比传统水泥砂浆可缩短70%左右。

7 具有良好的呼吸功能

抹灰石膏在硬化过程中,可形成微小蜂窝状呼吸孔,当室内环境湿度较大时,能自动吸湿。在相反条件下,能自动释放储备的水分,反复循环,将室内湿度控制在适宜范围之内,为居住者创造良好舒适的生活环境

8 有利冬季施工

抹灰石膏具有早强快凝的特性,施工不受季节限制,尤其在冬季(-5℃以上)仍可施工,其水化速度不因气温低而明显减慢,只要拌合水不结冰即可抹灰,是冬季室内抹灰施工的好材料。

抹灰石膏应用的历史

      石膏是一种世界上**古老的建筑材料之一,直到现在石膏仍然是一种最常用的建筑材料。据欧洲石膏组织(EuroGypsum Organization)的相关资料报道,抹灰石膏的最早应用可以追溯到距今 11 000 年以前,如考古学家发现,在公元前 9000 年左右,位于土耳其中部的加泰土丘休于古城(CatalHuyuk)的远古居民就已经开始采用抹灰石膏作为装饰壁画的基底。公元前 7000 年左右的以色列人就开始采用石膏作为一种地面找平材料。公元前 3000 年左右的埃及人在修建金字塔的过程中就开始采用石膏抹灰材料对石料进行修补、填缝、砌筑、抹灰及地面找平等应用。公元前 700 年的希腊人将石膏材料广泛应用于雕塑、各种艺术品及建筑中,很明显希腊人利用石膏胶凝性能的技术源于埃及,在实际应用中希腊人还发现与石灰石相比,石膏抹灰摸上去更温暖而且更容易溶解。古罗马作家 Plinius the Elder 在《自然史》中提到,罗马人从希腊人及古巴比伦人那里学习到了石膏的技术。当时罗马人不仅已认识到石膏抹灰与石灰抹灰的区别,而且还首次认识到石膏材料只能用于室内非结构承重部位,如他们将石膏用于庞贝古城建筑的内墙抹灰;在实际抹灰中罗马人还开发了多层石膏抹灰工艺,而且从底到面的抹灰石膏中的砂子数量及砂子颗粒尺寸逐次减小,这无疑对于提高抹灰石膏的抗裂性有重要意义。关于石膏的应用技术古罗马人 Vitruvius 在《建筑十书》(公元前 80~70 年)中已有简要论述。

       后来罗马人通过对欧洲的征服战争将石膏技术带到了中欧与北欧,现在人们通过对罗马人统治时代一些欧洲建筑物的考察发现,当时罗马人已知道在石膏抹灰中掺加麦杆与马毛进行增强。随着西罗马帝国在公元 476 年的灭亡,石膏技术似乎一下子失传了,因而人们对中世纪石膏抹灰的应用知之甚少。中世纪早期德国哈茨山脉(Harz)地区的人们采用不可溶硬石膏进行城墙及建筑物内墙的抹灰,公元 9~13 世纪的一些修道院、教堂及宫殿建筑中都有石膏抹灰的应用,到文艺复兴时代石膏抹灰更多用于艺术品创造。到 15 世纪末随着城镇的扩建,石膏技术好像又复活了,到 17~18 世纪的巴洛克及洛可可时期,石膏抹灰在宫殿及教堂的内墙应用已非常流行,由于熟练的石膏抹灰工匠较为缺乏,在德国及意利甚至出现一些专门培训石膏抹灰工匠的学校。欧洲人在多次的大火灾中开始认识到了石膏抹灰的防火性能,1667 年英国国王路易十四颁布法令,要求所有的木结构建筑内外墙都要进行石膏抹灰,以达到提高木结构房屋防火的目的。

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      我国的石膏技术运用较晚,**早可追溯到 2000 多年前的秦汉时期,石膏用于古万里长城的砌筑中,但技术水平较低,目前基本已完全风化。在长沙马王堆汉墓的建造中,也发现了石膏运用在砌筑灰浆中,但同样存在技术水平较低的问题。


抹灰石膏的市场发展



       尽管抹灰石膏有非常久远的应用历史,但由于缺乏科学的煅烧装备及工艺、也没有现代的加外剂技术及配方技术,古代的煅烧石膏及用煅烧石膏与砂子现场配的抹灰石膏的品质及稳定性也不会得到较好的保证。20 世纪 50 年代末,随着德国干混砂浆的快速发展,德国可耐福集团开发了单层石膏基抹灰干混砂浆产品,20 世纪 60年代中期他们又发明了单层石膏抹灰砂浆喷涂机 PFT-G5C及机喷用抹灰石膏产品 MP75,并在随后开启了抹灰石膏机械化施工的革命,从此抹灰石膏的技术及市场发展进入了一个新的发展阶段。在一些工业发达国家,抹灰石膏的总用量已达到全部抹灰用量的 50%以上,有的甚至达到 70%,抹灰石膏的研究、生产、标准、装备及施工等已形成体系。根据欧洲石膏协会的数据表明,现在欧洲有 65 个抹灰石膏的供应商,每年有 300 万~400 万 m2 的抹灰石膏应用到建筑的内墙及顶棚,其中仅德国的抹灰石膏就占到 200 万 m2。与欧洲的砖、石或混凝土实体墙不同,北美的建筑形式多采用柱板式房屋,因而他们会更多地选用石膏板而不是石膏抹灰砂浆,据统计,2005 年美国生产了建筑石膏 2600 万 t,而绝大部分都被用来生产石膏板,其中仅 1%用于生产抹灰石膏。我国抹灰石膏的研究与发展相对较晚,直到 20 世纪 80年代初期相关科研院所才开始进行抹灰石膏的研究。如冶金部武汉冶金建筑研究所与湖北应城石膏制粉厂研制出了**早的石膏抹灰材料,并于 1983 年 12 月通过湖北省科委组织的鉴定;北京建筑材料科学研究院在 1983~1989 年,先后承担国家建材局“六五”攻关项目“粉刷石膏研究”、“七五”攻关项目“粉刷石膏系列产品开发”2 个课题,被评为建设部科技成果推广项目,并获得北京市科委“新产品、新技术推广证书”及国家建材局科技进步三等奖;1990 年初《石膏基粉刷材料成套技术》被列为建设部“八五”攻关重点项目,主要由重庆建筑大学、江苏建科院和山东建科院承担,重点研究了脱硫石膏、天然石膏和氟石膏制取粉刷石膏的工艺、配方、性能及施工工艺;随着相关技术问题的不断解决,抹灰石膏开始逐渐进入市场,北京建筑材料科学研究院于 1995 年开始立项,总投资数千万元,从国外引进了年产 6 万 t 的双筒回转窑石膏煅烧生产线,该生产线采用法国 OCI 公司的设计,生产设备由西班牙 MONTERDA 公司提供,生产控制由计算机自动控制,并于 2002 年建成并正式投入使用。进入 21 世纪以来,由于抹灰石膏的研究、生产、应用技术已趋于完善,而且其性能优点也开始被施工人员接受,抹灰石膏在国内进入了较快速的发展。根据中国硅酸盐学会石膏专业委员会专家估计,2004 年国内的抹灰石膏用量已达到 100万 t。

        泰山石膏 2004 年对国内粉刷石膏的情况进行过较详细的市场调研,当时大型全自动化粉刷石膏生产线在国内非常少,仅在北京、宁夏、新疆有几条,全国几百家企业中绝大多数企业的规模都较小,一般产量在 2000 t 左右,**小的产量仅几百吨,而且生产装备简陋,基本没有什么质量控制,产品质量也不太稳定,应用的地区主要在北京、天津、上海、新疆、河北、山东等地。经过近 10 年的发展,国内抹灰石膏的用量已得到了快速增长。根据中国砂浆网的统计,2012 年抹灰石膏的用量已达到 260 万 t。近两三年随着机喷应用的快速发展,抹灰石膏的增长已经进入一个加速期。根据中国建筑材料联合会预拌砂浆分会的统计资料,2014 年抹灰石膏的用量已达到 350 万 t。如果对比我们与欧洲的抹灰石膏的****用量不难发现,我们抹灰石膏的绝对用量已远超过欧洲总用量,但通过我们对市场的了解及相关市场产品的测试与分析发现,国内抹灰石膏的品质与欧洲产品相比还存在一些差距。石膏原材料的稳定性一直是制约抹灰石膏性能充分发挥的一个主要障碍,而原材料的稳定又与石膏煅烧装备及煅烧工艺密切相关,要提高国内抹灰石膏的品质还需在装备与工艺上进行更多的研究与投入;另外,由于我们在机喷方面才刚刚真正起步,而欧洲已发展了50~60 年,在产品、施工工艺等方面已积累了大量的实际应用经验,显然未来在这方面我们要做的工作还不少。如果我们将石膏原材料的稳定性及机喷技术完全解决并掌握好了,未来抹灰石膏的市场将会有更大的发展。

抹灰石膏的技术进展


3.1 原材料的陈化技术

       目前市场上绝大多数抹灰石膏都是采用天然或脱硫石膏煅烧制备的以 β 半水石膏相为主的建筑石膏作为主要原材料,由于煅烧装备及煅烧工艺的特点,实际煅烧出来的建筑石膏中往往存在一定的过烧产物,即可溶性Ⅲ型无水石膏。由于Ⅲ型无水石膏在水蒸气或水作用下会快速转化为半水石膏,通常煅烧出来的建筑石膏在经过一段时间自然陈化后,其中的Ⅲ型无水石膏会吸收空气中的水蒸气而逐渐自然转变为 β 半水石膏,进而建筑石膏的需水量也会相应地逐渐降低、凝结时间和抗压强度也会逐渐有所延长和增长,**后建筑石膏的性能不仅趋于稳定而且也趋于优化。国内一些抹灰石膏的生产企业在实际的生产与研究中也发现了陈化对抹灰石膏性能的影响,他们都提出煅烧后的石膏必须经过有效陈化将Ⅲ型无水石膏的量降低到可控范围后才能保证抹灰石膏的品质及性能稳定。事实上,关于石膏的陈化问题不仅是我们存在,欧美发达国家在煅烧石膏时也存在同样的问题。尤其是为了提高生产效率并实现节能,快速沸腾闪烧及粉磨煅烧一体化的煅烧方式在欧美已越来越普遍,采用这种快速煅烧的一个主要问题就是煅烧石膏中存在较多的过烧Ⅲ型无水石膏;另外由于抹灰石膏的包装、储存及运输装备的发展与进步,煅烧好的建筑石膏实际上多数情况下存放在大包或筒仓内,在这种相对密闭的条件下,煅烧好的石膏基本上很难得到充分陈化,进而石膏的品质也得不到较好的保证。针对这个问题,德国石膏煅烧装备供应商 Claudius Peter 公司在几年前推出一种加速石膏陈化的装置,如图 1 所示,并在保加利亚 AD 公司的石膏煅烧生产线上进行了安装与测试评估。