通過試驗對比了不同廠家生產(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。結果表明，經(jīng)過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、凝結時間、抗壓強度趨于一致。

與不經(jīng)陳化的建筑石膏及抹灰石膏相比需水量變小，凝結時間變長，抗壓強度提高。通過機理分析陳化后的建筑石膏及抹灰石膏性能提高是因為Ⅲ型無水石膏的減少、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)。隨著國內(nèi)對環(huán)保的關注越來越高，抹灰石膏得到了廣泛應用。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雜，導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型無水石 膏、Ⅱ型無水石膏、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，對抹灰石膏生產(chǎn)具有很好的借鑒作用。

試 驗 

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 試驗方法建筑石膏相組成按照文獻 （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.）方法測試，采用無水酒精浸泡法測試Ⅲ型無水石膏含量，采用加純凈水水化法，測試半水石膏含量；石膏性能按照 GB/T 9776—2008《建筑石膏》進行 測試；抹灰石膏性能按照 GB/T 28627—2012《抹灰石膏》進行 測試。本試驗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,放置時間 30 d。

2 試驗結果與討論 

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 對山西潞城同一礦區(qū) A、B、C、D、E 廠煅燒的建筑石膏進 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型無水石膏含量。A 廠的Ⅲ型無水石膏含量為 40.2%，而 E 廠的Ⅲ型無水石膏含量只有 6%，對于二水石膏 和Ⅱ型無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型無水石膏含量不同，對建筑石膏和抹灰石膏的需水量不同

由表 2 可知，Ⅲ型無水石膏含量在 6%時，建筑石膏標準稠度需水量為 60%，而當Ⅲ型無水石膏含量在 40%時，建筑石膏標準稠度需水量為 69%。建筑石膏的標準稠度需水量隨 Ⅲ型無水石膏含量的增加呈增加趨勢，Ⅲ型無水石膏含量在 35%左右時，出現(xiàn)了不一致的規(guī)律。通過比表面積測試，確定主要原因是Ⅲ型無水石膏含量 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與建筑石膏的標準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時間

建筑石膏中Ⅲ型無水石膏含量不同，對建筑石膏的凝結時間不同，配制成抹灰石膏后凝結時間也有很大差別，見表 3。由表3 可知，隨著Ⅲ型無水石膏含量增加，建筑石膏的初、 終凝時間呈逐漸縮短的趨勢，Ⅲ型無水石膏含量從 6%增加到 40%，初凝時間從 22 min 縮短 12 min，終凝時間從 24 min 縮短 14 min。其中Ⅲ型無水石膏含量在 27%左右時，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致。

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

2.1.4 陳化前建筑石膏及抹灰石膏的抗壓強度

建筑石膏中Ⅲ型無水石膏含量不同，對建筑石膏及配制成抹灰石膏后的抗折抗壓強度影響不同，一般情況下，抹灰石膏中Ⅲ型無水石膏含量越高，抗折抗壓強度越低（見表 4）。

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

通過以上的試驗數(shù)據(jù)可知，建筑石膏中Ⅲ型無水石膏含量不同，無論對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準稠度用水量，也可以延長凝結時間，而且強度更高。然而當把這些廠家生產(chǎn)的建筑石膏放 置在溫度 25 ℃，濕度 50%的環(huán)境下，30 d 以后再進行試驗，試驗的結果完全不同。

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試驗數(shù)據(jù)可知，未陳化的建筑石膏中Ⅲ型無水石 膏初始含量是 6%~40%，經(jīng)過陳化 30 d 后的建筑石膏的相組。

由表 5 可知，Ⅲ型無水石膏均檢測不到，即通過陳化后Ⅲ 型無水石膏發(fā)生了相轉(zhuǎn)變，而經(jīng)過陳化后的半水石膏含量均 有不同程度的增加，剛好是其Ⅲ型無水石膏含量的減少量，說明Ⅲ型無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型無水石膏含量基本不變。這表明通過陳化，改變石膏的相組成，主要是使Ⅲ型無水石膏轉(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，經(jīng)過陳化后建筑石膏標準稠度需水量明顯較陳化前的小。標準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)過陳化后的標準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準稠度用水量 波動較大從 60%到 69%。同樣配制成抹灰石膏以后，標準需水量明顯減小，最大的標準稠度需水量減少 7.5 個百分點，而最小的也減少了 2.5 個百分點。陳化后的建筑石膏配制成抹灰石膏后，標準稠度需水量在 26%左右趨于一致，而不經(jīng)過 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較大。

陳化后建筑石膏及抹灰石膏的凝結時間

與表 3 對比，表 7 中經(jīng)過陳化后建筑石膏無論是初凝時間還是終凝時間都明顯較未陳化的凝結時間有所延長，最長的延長 11 min，而最短也延長 3 min。陳化前后的建筑石膏配制成抹灰石膏后的凝結時間變化更加明顯。不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏經(jīng)過陳化，凝結時間波動較小，初凝都在 23 min 左 右，而不經(jīng)過陳化的凝結時間變化差別較大，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時間明顯延長，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時間短，不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏凝結時間差別較大。

陳化后建筑石膏及抹灰石膏的強度

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

機理分析

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，從而導致抹灰石膏性能不同。不同廠家生產(chǎn)的建筑石膏，經(jīng)過陳化后，其需水量變小，凝結時間延長， 抗壓強度提高。配制成抹灰石膏后，抹灰石膏的需水量也變小，凝結時間相應延長，抗壓強度提高。這個主要是因為建筑 石膏的相不同。陳化可使殘余二水相和Ⅲ型無水相向 β 半水 相轉(zhuǎn)變，使 β 半水石膏水化過程中凝結時間稍有延長、強度提高。Ⅲ型無水石膏陳化后的半水石膏相的水化速率較Ⅲ型 無水相低，凝結時間較Ⅲ型無水相長，在力學性能方面優(yōu)于Ⅲ 型無水相。陳化后的建筑石膏水化速度變慢，高分散度建筑 石膏陳化，對其物理形態(tài)的影響，也是改善物理力學性能的重大因素。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)過陳化，以期達到強度最高值。建筑石膏陳化的最佳狀 態(tài)為：無水石膏基本轉(zhuǎn)化完，β 型半水石膏含量達到最高值。此時標準稠度用水量最小，強度達到最高值。Ⅲ型無水石膏 經(jīng)過陳化可以使比表面積變小，標準稠度用水量下降，由于Ⅲ 無水石膏的持續(xù)變化導致凝結時間和抗壓強度不穩(wěn)定。經(jīng)過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 會影響陳化效果。

當石膏從一個相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€相時，石膏晶體重新排列， 同時導致晶格缺陷[8]。石膏不同相的晶體排列示意見圖 1[9]。

不同石膏相的填充排列

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

由試驗可知，經(jīng)過陳化后的建筑石膏需水量明顯變小，所減少的水分遠遠超出了Ⅲ型無水石膏水化多出的水，且凝結時間明顯延長。這個主要是因為經(jīng)過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，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)過陳化后的晶格畸變 達到 0.2%，晶粒尺寸變到 100~300 nm，Ⅱ型無水石膏也發(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 應總是朝著吉布斯自由能（G）減小的方向進行。ΔG=0 時，反 應達平衡，體系的 G 降到最小值。

建筑石膏各相晶格畸變越大說明活性越高，在建筑石膏中的表現(xiàn)也就是凝結時間越短。在實際生產(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程中，要及時清洗攪拌設備等，不能將已經(jīng)硬化的 建筑石膏繼續(xù)使用，否則將會引起抹灰石膏出現(xiàn)快凝、開裂等問題。

（1）建筑石膏是影響抹灰石膏質(zhì)量波動的主要原因，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型無水石膏含量少的建筑石 膏進行生產(chǎn)，如果使用Ⅲ型無水石膏含量大的建筑石膏，可以通過陳化降低Ⅲ型無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 型無水石膏含量應低于 10%，標準稠度用水量控制在 55%左 右，初凝時間控制在 22 min，抗壓強度一般控制在 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， 可達到較長的可操作時間，抹灰石膏的抗壓強度高。