高涂布率輕質抹灰石膏的研制

趙守佳，徐爐兵，李素巧，李廣濤

（1.山東天盛纖維素股份有限公司，山東菏澤 274051；2.青青源公司興義生產基地，貴州興義 562400）

0 引 言

輕質抹灰石膏由于施工簡便，與基層粘結力強、無空鼓、無開裂[1]，減少施工后期的返工和維修作業，節約材料，低碳綠色等特點得到了良好的應用效果，受到房地產開發商的歡迎。加上隔聲防火、調節居住環境的濕度，提高建筑的舒適度，深受住戶和使用者的青睞。

我國的抹灰石膏大多采用化學石膏?；瘜W石膏的綜合利用可以減少SO2、CO2的排放量，減少能源的消耗，具有明顯的生態環保優勢，為“雙碳”目標的實現做貢獻。

盡管眾多學者從不同角度對影響輕質抹灰石膏砂漿性能的因素、制備方法及性能進行了研究[2-5]，但是新的建筑材料（蒸壓加氣混凝土砌塊、ALC 板）和施工方式（鋁模板現澆混凝土、裝配式建筑）的涌現，抹灰石膏施工方式（機噴施工）和施工工人主體的改變，對輕質抹灰石膏提出了更多、更苛刻的要求，如薄層施工不掉粉、脫粉，涂布率由130 m2/cm 升至160 m2/cm，甚至190 m2/cm，抹灰石膏層表面光滑整潔等。

本文以建筑石膏為主要膠凝材料，重點研究了?；⒅榉N類、建筑石膏種類，纖維素醚種類及黏度、緩凝劑用量和普硅水泥用量對輕質抹灰石膏砂漿施工性、涂布率和強度的影響，以期為制備涂布率達190 m2/cm 及以上，且施工順暢的輕質抹灰石膏提供科學有效的技術依據。

1 試 驗

1.1 原材料

建筑石膏：山東魯潤生產；對比用建筑石膏：分別來自于江西億彩、山東聊城，其物理性能見表1。

表1 試驗用建筑石膏的物理性能

纖維素醚：天盛纖維素股份有限公司生產，分別為純HEMC、純HPMC 和EH 系列纖維素醚，均為白色至淺黃色粉末，堆積密度250~550 kg/m3，其中EH 系列纖維素醚是一種憎水化學改性、高取代度的HEMC，適合于石膏基和水泥基輕質砂漿的制備。纖維素醚的技術指標見表2。

表2 纖維素醚的技術指標

膨脹珍珠巖：粒徑70~90 目，參考JC/T 1042—2007《膨脹?；⒅椤愤M行性能測試，結果見表3。

表3 膨脹珍珠巖的物理性能

緩凝劑：Sika 200P，淺黃色粉末，屬于改性氨基酸類化合物，西卡（中國）有限公司；觸變劑：Bentonitex GS 納米改性膨潤土，由北京稀德瑪新材料科技公司提供；引氣劑：AOS（α-烯烴磺酸鈉），印度Winways 公司生產，廣東佛山清遠新材料公司提供。

1.2 試驗配方

輕質抹灰石膏的試驗配方如表4。

表4 輕質抹灰石膏的試驗配方g

1.3 試驗方法

（1）輕質抹灰石膏的標準擴散度用水量、凝結時間、保水率、抗折抗壓強度和粘結強度按GB/T 28627—2023《抹灰石膏》的規定進行測試。

（2）濕密度：按標準擴展度用水量制備輕質抹灰石膏漿料，裝入預先用擰干的濕毛巾擦拭過的100 mL 不銹鋼柱狀容器中，用抹灰刀輕搗幾次，除去漿料中的氣泡，并將容器上部多余的漿料刮去，用濕毛巾擦去多余的漿料，稱重即可。

輕質抹灰石膏的涂布率按式（1）進行計算：

式中：C——輕質抹灰石膏的涂布率，m2/cm；

W——標準擴展度的用水量；

D——輕質抹灰石膏與水拌合好的漿料濕密度，g/L。

（3）抗裂性：按標準擴展度用水量制備輕質抹灰石膏漿料。在水平放置的石膏板上放楔形?？?，將輕質抹灰石膏漿料填充到?？騼?，用抹刀將多余的漿料刮去，抹平試件表面，形成一個楔形狀試件。將制備好的試件立刻放入初期干燥抗開裂儀中，用2 m/s 的風速對試件吹風16 h，觀察試件2 mm 厚度以下部位有無裂紋。

（4）氣泡穩定性：觀察拌合好的輕質抹灰石膏漿料的表觀細膩程度，測量濕密度。將漿料堆放在石膏板上，用抹刀刮抹1次，觀察抹灰石膏層的表觀。將拌合好的漿料放置40 min，再觀察漿料的表觀，測量濕密度，觀察刮抹1 次抹灰石膏層的表觀。

2 結果和討論

2.1 輕質抹灰石膏中纖維素醚種類的選擇

固定輕質抹灰石膏配比（g）為：m（建筑石膏）∶m（水泥）∶m（重鈣粉）∶m（膨脹珍珠巖）∶m（緩凝劑）∶m（觸變劑）∶m（引氣劑）∶m（纖維素醚）=880∶20∶20∶80∶0.4∶5.0∶0.10∶3.0，改變纖維素醚的種類，其余相同。纖維素醚種類對輕質抹灰石膏性能的影響見表5。

表5 纖維素醚種類對輕質抹灰石膏性能的影響

纖維素醚是天然高分子聚合物，分子鏈中含有羥基、羥乙基等親水基團，甲基、葡萄糖單元等憎水基團等，具有表面活性劑的性質。當纖維素醚溶于水中，分子就在氣液或氣固界面上聚集，從而大大降低體系的表面張力，也即減少了氣泡形成所需的能量，在抹灰石膏與水拌合過程中，便于氣泡的生成。不同類型的纖維素醚引氣能力不同。由表5 可見，3 種纖維素醚的引氣能力順序為：EH 系列＞純HEMC 系列＞純HPMC 系列，相應的輕質抹灰石膏的濕密度逐漸變小。

輕質抹灰石膏加水攪拌后制得抹灰石膏漿料，濕砂漿靜置40 min 后，使用純HPMC 系列纖維素醚會出現輕微“發糟”，靜置40 min 時施工性稍變差。使用純HEMC 系列纖維素醚制備的輕質抹灰石膏的濕砂漿靜置40 min 后出現明顯“發糟”，靜置40 min 時施工性明顯變差。把抹灰石膏刮抹在基層上，抹灰石膏層中有許多氣孔，但是幾次刮抹后，仍可以得到表面光滑的抹灰石膏層。關于“發糟”原因，與輕質抹灰石膏漿料的組成有關，抹灰石膏漿料自身穩泡能力不足，導致“微泡并小泡、小泡并大泡”，表觀上就是抹灰石膏漿料呈“馬蜂窩”狀。

與HPMC、HEMC 系列纖維素醚相比，EH 系列纖維素醚制備的輕質抹灰石膏砂漿濕密度最小。加水攪拌完成的輕質抹灰石膏的濕砂漿靜置40 min 后未出現“發糟”現象，仍施工順滑，得到的抹灰石膏層表面光潔，致密，僅有極少量氣泡。也就是說，添加EH 系列纖維素醚的輕質抹灰石膏可操作時間明顯偏長，而濕砂漿可操作時間過短時會影響正常的涂抹施工。EH 系列纖維素醚分子中引入了長鏈烷基，葡萄糖單元上的側鏈是寡聚的聚氧化乙烯醚一元醇，可在氣泡表面/界面形成一層彈性膜，這層彈性膜彈性和強度高，大大降低氣泡碰撞并泡的機會，氣泡難于破裂或并泡；同時由于纖維素醚的增稠作用，氣泡間的液體排除緩慢，最終在抹灰石膏漿料中形成均勻分布的微小氣泡并保持穩定（見圖1）。這是EH 系列纖維素醚在輕質抹灰石膏中引氣多同時穩泡好的原因。

圖1 EH 纖維素醚氣泡形成和穩定的示意

輕質抹灰石膏砂漿在施工應用時，遇大風天氣容易出現開裂。抹灰石膏的抗裂性試驗結果表明，3 種纖維素醚制備的輕質抹灰石膏層經風吹后沒有發現裂紋。一方面，纖維素醚具有良好的保水性，能夠使建筑石膏充分水化，建筑石膏自身建立強度；另一方面，纖維素醚對建筑石膏之間以及填料間形成有效粘結，提高了建筑石膏晶體與填料間的內聚力，提高了抹灰石膏的強度。

EH 纖維素醚的引氣產生大量微小氣泡，在抹灰石膏漿料中起到“滾珠”作用，同時大量的氣泡存在增加了濕砂漿的體積和屈服應力，因此新拌砂漿的施工性和抗下垂性提高。

根據以上試驗結果，選擇EH 系列纖維素醚制備輕質抹灰石膏。

2.2 EH 系列纖維素醚黏度對輕質抹灰石膏性能的影響

EH 系列纖維素醚在輕質抹灰石膏中起到保水、增稠、引氣和穩定氣泡的作用，同時包裹顆粒物料，增加體系的內聚力，這些作用與纖維素醚的黏度有關。固定輕質抹灰石膏配比（g）為：m（建筑石膏）∶m（水泥）∶m（重鈣粉）∶m（膨脹珍珠巖）∶m（緩凝劑）∶m（觸變劑）∶m（引氣劑）∶m（EH 纖維素醚）=880∶20∶20∶80∶0.2∶5.0∶0.10∶3.0，僅改變纖維素醚的黏度，其余相同。纖維素醚黏度對輕質抹灰石膏性能的影響見表6。

表6 纖維素醚黏度對輕質抹灰砂漿性能的影響

由表6 可知，隨著纖維素醚黏度的增加，輕質抹灰石膏標準擴展度用水量逐漸增加，同時高黏度的纖維素醚的引氣能力更強，相應的抹灰石膏的濕密度降低，抹灰石膏的涂布率逐漸升高。由于纖維素醚的引氣能力，導致抹灰石膏漿料中小氣泡增多，水分擴散的面積增加，抹灰石膏的保水率隨著纖維素醚黏度的增加而降低。當纖維素醚的黏度為121 000 mPa·s時，抹灰石膏的加水量最大，但是濕密度升高，導致涂布率降低，抹灰石膏的強度不能符合GB/T 28627—2023 的要求。由于抹灰石膏層上有氣泡，所以不使用黏度為121 000 mPa·s的EH 纖維素醚進行后續試驗。綜合考慮，EH 纖維素醚黏度以44 000~60 000 mPa·s 為宜，后續試驗均使用黏度為50 000 mPa·s 的EH 纖維素醚。

2.3 緩凝劑用量對抹灰石膏性能的影響

抹灰石膏層的開裂與抹灰石膏的強度密切相關，強度高，開裂的風險就少。建筑石膏與水凝結速度快，當制成抹灰石膏時，必須加入合適的緩凝劑，以延長抹灰石膏的凝結時間，為抹灰石膏的施工提供足夠的可操作時間。合適的緩凝劑應當具有以下條件：（1）抹灰石膏凝結時間的延長與緩凝劑的用量呈線性關系，而不是指數關系，以免由于建筑石膏凝結時間的差異導致在同樣摻量緩凝劑條件下，凝結時間的延長呈指數增長。（2）抹灰石膏初凝和終凝時間的間隔短。抹灰石膏的初凝時間控制抹灰石膏漿料的可操作時間，而抹灰石膏的終凝時間是可以進行下道工序施工開始的時間。因此，初凝和終凝時間間隔的變小有利于施工效率的提高，縮短施工時間。（3）緩凝劑對抹灰石膏的強度影響小。凝結時間延長是以抹灰石膏強度的降低為代價，如果緩凝劑的加入能夠延長抹灰石膏的凝結時間，但是降低抹灰石膏強度的幅度小，將會降低抹灰石膏層開裂的風險。

抹灰石膏的常用緩凝劑為無機鹽、有機酸和蛋白質類，以蛋白質類效果為最好。固定輕質抹灰石膏配比（g）為：m（建筑石膏）∶m（水泥）∶m（重鈣粉）∶m（膨脹珍珠巖）∶m（觸變劑）∶m（引氣劑）∶m（纖維素醚）=880∶20∶20∶80∶5.0∶0.10∶3.0，僅改變緩凝劑的用量，其余相同。氨基酸類緩凝劑用量對輕質抹灰石膏性能的影響見表7。

表7 緩凝劑用量對輕質抹灰砂漿性能的影響

由表7 可知，緩凝劑用量對抹灰石膏用水量、保水率和涂布率影響較小，但是，隨著緩凝劑用量的減小，抹灰石膏的初凝和終凝時間縮短，而強度逐漸提高。當緩凝劑用量為0.020%時，抹灰石膏的物理性能符合GB/T 28627—2023 的技術要求。因此，緩凝劑的用量選擇為0.015%~0.020%。

2.4 水泥用量對抹灰石膏性能的影響

抹灰石膏在實際應用時，現場施工條件有時苛刻，如風速大、環境溫度高、基層吸水率大、基層吸水速度快，使得抹灰石膏層容易開裂。為降低抹灰石膏層開裂的幾率，常在抹灰石膏配方中加入灰鈣粉或水泥。固定輕質抹灰石膏配比（g）為：m（建筑石膏）∶m（膨脹珍珠巖）∶m（觸變劑）∶m（引氣劑）∶m（纖維素醚）=880∶80∶5.0∶0.12∶3.0。調節水泥的用量，同時改變重鈣粉的用量，通過調節緩凝劑的用量，使輕質抹灰石膏的凝結時間相近，其余相同。水泥用量對抹灰石膏性能的影響見表8。

表8 水泥用量對輕質抹灰石膏性能的影響

由表8 可知，和不加水泥的抹灰石膏相比，抹灰石膏的標準擴展度用水量稍有降低，這是因為水泥破壞了建筑石膏的結晶性。

在輕質抹灰石膏中加入水泥，抹灰石膏不僅在塑化階段強度提高，而且最終的強度也會提高。一是由于水泥中含有鈣離子，是建筑石膏的促凝劑；二是水泥中的鋁酸三鈣和建筑石膏反應形成鈣礬石，使二水石膏晶體間的范德華力轉化為化學鍵，不同石膏晶體間的牢固程度極大增加；三是硅酸三鈣和硅酸二鈣水化生成水化硅酸鈣凝膠，填充在二水石膏晶體的空隙中，提高了抹灰石膏體系的密實度。

調節緩凝劑的用量，使不同水泥用量的抹灰石膏初凝時間相同，測試不同抹灰石膏體系的放熱峰。發現，添加水泥的輕質抹灰石膏放熱峰比不加水泥時出現早，減少了輕質抹灰石膏層開裂的可能。從另一個角度證明，添加水泥時，抹灰石膏在塑性階段的強度會上升得快。

水泥用量小，水泥的水化成分分布在二水石膏中，沒有相連形成網狀結構，因此水泥的添加并不影響抹灰石膏的收縮率，總的來講，添加少量水泥的抹灰石膏是膨脹的。

從試驗結果看，添加水泥會改善輕質抹灰石膏的性能，用量以2%~4%為宜。

2.5 不同來源的建筑石膏和膨脹珍珠巖

對輕質抹灰石膏性能的影響

輕質抹灰石膏的主要原材料是建筑石膏和膨脹珍珠巖，要生產出施工性好、涂布率好、抹灰石膏層表面平整的輕質抹灰石膏，建筑石膏和膨脹珍珠巖及其他助劑需要相容性好。

2.5.1 建筑石膏來源對輕質抹灰石膏性能的影響

固定輕質抹灰石膏配比（g）為：m（建筑石膏）∶m（水泥）∶m（重鈣粉）∶m（膨脹珍珠巖）∶m（緩凝劑）∶m（觸變劑）∶m（引氣劑）∶m（纖維素醚）=880∶20∶20∶80∶0.20∶5.0∶0.10∶3.0。僅改變建筑石膏的產地，其余相同。建筑石膏來源對輕質抹灰石膏性能的影響見表9。

表9 不同來源建筑石膏對輕質抹灰石膏性能的影響

山東的建筑石膏是以脫硫石膏為原材料，而江西的建筑石膏是以磷石膏為原材料，由表9 可知，使用磷建筑石膏制備高涂布率的輕質抹灰石膏不可行，不僅涂布率低，而且抗壓強度和粘結強度不符合GB/T 28627—2023 的要求。因此，生產高涂布率輕質抹灰石膏應使用脫硫建筑石膏。

2.5.2 膨脹珍珠巖來源對輕質抹灰石膏性能的影響

珍珠巖經過高溫膨脹后均稱為膨脹珍珠巖，表面封閉、內部中空的球形，顆粒大小窄的稱為?；⒅?，市場上供應的多是開孔的膨脹珍珠巖。開孔和閉孔的膨脹珍珠巖在輕質抹灰石膏的生產中各有優勢，開孔的產品表面不規整，粒徑分布寬，更有利于保證抗下垂性；而閉孔產品施工輕滑，不易粘刀，但由于粒徑分布窄，表面規整，抹灰石膏的抗下垂性差。

固定輕質抹灰石膏配比（g）為：m（建筑石膏）∶m（水泥）∶m（重鈣粉）∶m（膨脹珍珠巖）∶m（緩凝劑）∶m（觸變劑）∶m（引氣劑）∶m（纖維素醚）=880∶20∶20∶80∶0.20∶5.0∶0.08∶3.0。僅改變膨脹珍珠巖來源，其余相同。膨脹珍珠巖來源對輕質抹灰石膏性能的影響見表10。

表10 不同來源膨脹珍珠巖對輕質抹灰石膏性能的影響

由表10 可知，3 種膨脹珍珠巖制備的輕質抹灰石膏的物理性能符合GB/T 28627—2023 的要求，施工順滑，但是隨著膨脹珍珠巖的堆積密度的增大，輕質抹灰石膏的涂布率逐漸減小。因此，當生產涂布率為190 m2/cm 時，應當使用堆積密度低于80 kg/m3的膨脹珍珠巖。

要生產出高涂布率、性價比高、工作性能好的輕質抹灰石膏，不僅要控制建筑石膏、膨脹珍珠巖和其他助劑的質量，還要從合理的配比、施工工藝等方面進行優化。通過系統研究，對輕質抹灰石膏砂漿配比進行優化，確定各組分適宜摻量：建筑石膏88%~90%，普硅水泥2%~4%，膨脹珍珠巖8.0%，采用EH 纖維素醚，控制其黏度為50 000 mPa·s 左右，摻量約為0.30%。按照確定的配比，制得的輕質抹灰石膏砂漿涂布率在190 m2/cm 以上，物理性能符合GB/T 28627—2023中輕質底層抹灰石膏砂漿指標要求。對制備的輕質抹灰石膏砂漿進行試應用，施工過程發現，該輕質抹灰石膏砂漿具有優良的施工性能，且硬化后的石膏砂漿層表面光潔，可節約后續施工中的界面劑和建筑膩子的消耗量。

3 結 論

（1）生產高涂布率的輕質抹灰石膏應當選擇脫硫建筑石膏和低堆積密度的膨脹珍珠巖。

（2）EH 纖維素醚能具有保水、增稠、引氣功能和良好的氣泡穩定性，為生產高涂布率的輕質抹灰石膏提供了可能。從施工和物理性能綜合考慮，EH 纖維素醚的黏度宜為50 000 mPa·s，在輕質抹灰石膏中的用量為0.30%左右。

（3）氨基酸類緩凝劑能明顯延長輕質抹灰石膏砂漿的凝結時間，給輕質抹灰石膏提供足夠的可操作時間，在保證輕質抹灰石膏物理性能的條件下，用量宜為0.015%~0.020%。

（4）普硅水泥能給輕質抹灰石膏提供好的塑性強度和最終強度，減少抹灰石膏層開裂的風險，用量宜為2%~4%。