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关于石膏砂浆技术的深度思考

来源: | 作者:fangdakang | 发布时间: 2021-04-28 | 594 次浏览 | 分享到:

凡是从事建材行业的人士都知道,2020年绝对是建材行业的石膏年;从年初开始,虽然有疫情的阴影,石膏的热度似乎不受任何影响的持续升温,人们在谈论石膏行业、交流石膏技术,更多的是对石膏的未来充满希望;君不见,个个石膏技术交流大会,人满为患,人们学习砂浆技术的积极性高涨,不亚于一个新时代的到来;建材行业同仁、朋友们见面,如果不谈论石膏话题,好像要落后于潮流,跟不上时代的发展。

 

石膏作为传统的胶凝材料,建材行业到处都有它的影子,固然,石膏有其透气、隔音、环保、固废利用等优点,但是,石膏粉作为砂浆的胶凝材料,在使用过程中还有很多问题需要解决,笔者经过多年的总结认为,石膏砂浆类似于普通砂浆,是一个复杂的技术体系,而不是简单的一个配方设计,要做好石膏砂浆,必须全面掌握技术体系,否则,做不好石膏砂浆,行业内很多人也这么认为。

 

按照国内石膏砂浆研究的现状来看,只有少数人对石膏砂浆技术有深入的研究,像山西赵云龙教授就是国内少数的资深石膏技术研发专家,如果对一项技术没有长期专注研究,只能成为行业熟手;真正能够把石膏砂浆研究透,并大量应用于市场上,还需要时日;需要行业内技术人员的刻苦努力,不断积累经验,掌握石膏砂浆的内在规律,实验室技术和施工技术有机结合起来,才能从根本上解决石膏砂浆技术问题。

 

近年来,石膏砂浆生产企业如雨后春笋般建立起来,发展速度令人振奋,一个中等城市,有几十家石膏砂浆企业成为常态,生产能力严重过剩,投资数千万的企业有之,家庭作坊式的企业有之,总起来说,企业规模大小不等,技术力量参差不齐,砂浆质量没有搞上去,但是,石膏砂浆价格不断下降,如何降低石膏砂浆成本成了研究主题,如果这种状态不改变,石膏砂浆行业前景堪忧。

 

笔者一直从事石膏砂浆的研发、生产、应用,对石膏砂浆有比较深入的研究,深刻认识到,要做好石膏砂浆,企业必须建立完整的实验室,配备专业的技术人员,对石膏砂浆进行深入的研究,对石膏砂浆的生产过程进行严格的控制,对石膏砂浆的施工进行科学的指导,才能做好石膏砂浆;本人不缺乏石膏砂浆研发、生产、应用的一手资料,但是写作水平有限,文章肯定有很多不足之处,希望行业同仁不吝赐教,旨在提高行业技术水平,促进行业发展。

 

1.石膏砂浆中石膏粉的选择

 

天然石膏在大自然中最为重要的存在状态是二水石膏,通过煅烧,生成半水石膏,作为建材行业的重要胶凝材料,这种石膏比较稳定,色泽比较一致,但是,开采成本也比较高,由于含有杂质,强度受到影响;天然石膏粉在市场上一般销售价格是800/吨,由于价格偏高,市场上只有特定情况下使用天然石膏,销售情况不好,因为国家政策限制开山取石,天然石膏的使用量受到限制。

 

近年来,国家加大对固废材料的利用,工业副产石膏作为固废得到了广泛的应用;一般来讲,湿法脱硫的工业副产石膏的主要成分也是二水硫酸钙,如果品位合适,氯离子不超标,可以通过煅烧的方法,脱水形成半水石膏,根据煅烧温度不同,可以形成α石膏,也叫高强石膏,β石膏,也叫建筑石膏。α石膏吸水率低,标准稠度小,强度高,而β石膏,吸水率高,标稠高,强度低。如果采用半干法脱硫,形成的亚硫酸钙较多,目前,还没有成熟的工艺来煅烧应用。一般来讲,高强石膏粉用于石膏自流平,而建筑石膏用于抹灰石膏砂浆。

 

目前,国内一般采用过烧工艺,无水石膏的含量较高,必须通过陈化过程,消化无水石膏,吸水形成半水石膏,当无水石膏低于4%时,二水石膏低于5%时,可以生产石膏砂浆;目前,国内开发了石膏三相测定仪,给石膏相关企业提供了一个检测石膏三相的有效手段。按照笔者的经验,虽然仪器非常好用,但也要用实验法对石膏粉进行检测,做到万无一失,这个实验比较简单,也非常重要。

 

石膏的三相测定非常重要,应该作为一项常规检测项目;有段时间,市场上建筑石膏粉特别紧张,处于供不应求的局面,这时,一些石膏煅烧厂家,石膏粉没有陈化好就出厂销售,结果造成大量石膏砂浆出现开裂、空鼓、花脸等质量问题,一些砂浆企业赔了不少钱,质量事故给企业敲响了警钟。一些煅烧企业,实力雄厚,对石膏粉的质量控制比较严格,产品质量稳定,逐渐成为行业品牌,一些不注重质量的企业,逐渐丢失市场,最后只能被淘汰。

 

脱硫石膏、磷石膏是目前市场主导产品,特别是脱硫石膏在市场上已经大面积使用,而磷石膏在云、贵、川等省份也有大量应用;而柠檬石膏、盐石膏正在研究当中,还没有大面积在市场上应用。每一项新技术要逐步推广,不断总结经验,不能操之过急,避免造成巨大经济损失。

 

2.石膏砂浆市场从火爆逐渐走向理性

 

1999年的下半年开始,石膏砂浆热度开始升温,参加石膏学术大会的人员越来越多,关心石膏砂浆行业的人越来越多,相关行业的企业家想介入石膏行业,分一杯羹;本来是水泥基学术大会,也增加了石膏的学术内容,如果没有石膏学术内容,好像不入流,参加者大打折扣,人处在这个狂热氛围当中,很难保持一个清醒的头脑。

 

为了不错过石膏砂浆大发展的机会,很多企业积极研发石膏砂浆,有条件的要上石膏砂浆,没有条件创造条件也要上石膏砂浆,人们快速上设备,招聘石膏技术人员;和石膏砂浆相关的广告满天飞,整个建材行业都认为,石膏的春天将要到来,还有的人认为,石膏砂浆将要代替水泥砂浆,水泥砂浆的企业家噤若寒蝉,害怕石膏基砂浆掉单,积极准备上石膏砂浆生产线。

 

水泥基砂浆在国内推广多年,出现了很多问题,像空鼓、开裂、起泡、强度差等,人们开始把目光投向石膏砂浆,认为石膏砂浆的质量问题少,配方好掌握,正是在这种大背景条件下,人们开始介入石膏砂浆生产、应用;经过一年多的发展,各地石膏砂浆企业快速建立起来,其生产能力远远超过市场需求量,石膏砂浆的市场价格一落千丈,甚至接近成本价,一些企业具备生产能力后,根本没有生产,浪费了资源,后悔莫及。

 

由于石膏砂浆技术人才短缺,企业学到一个配方,就开始生产,根本不懂石膏砂浆质量控制,更不懂根据地材的变化、环境的变化、施工方式的变化调整配方,刚刚生产,就出现大量质量问题,被迫停产整顿;人们逐渐认识到,石膏砂浆不是像想象的那么简单,要做好石膏砂浆,必须建立实验室,配备专业的技术人员,建立完整的售后服务队伍。

 

随着时间的流逝,人们开始认识到石膏砂浆的复杂性,企业投资建立石膏砂浆实验室,选派专业技术人员参加学术会议,接受石膏技术培训;现在的学术大会,谈论石膏砂浆的人少了,人们更加理性的去看待石膏砂浆的发展,对石膏砂浆技术体系有了一个更加清醒的认识,静下心来学习砂浆技术的人多了,这应该是一个正常的状态,这是行业之幸呀,笔者希望石膏砂浆行业迅速走入一个理性发展阶段。

 

3.石膏砂浆生产、应用是一个技术体系的推广

 

石膏砂浆类似于预拌砂浆,是一个完整的技术体系,只有正规的砂浆企业才能做好石膏砂浆体系,小作坊式的生产企业很难做好;首先要求有标准实验室,配备专业技术人员,掌握石膏砂浆的特性,对石膏砂浆的运营流程能够进行全方位的质量控制。

 

对原材料的指标进行全面检测,包括石膏标稠、初凝时间、终凝时间、强度、结晶水、三相、氯离子含量、细度、均一性等指标。过去,大家忽视了均一性指标的测定,导致石膏粉存在不均匀的情况,砂浆的缓凝时间不好调整,砂浆质量不稳定,导致施工出现问题;目前,很多企业已经认识到了这个问题,特别是磷石膏粉生产厂家,增加了匀质化设备,提升了石膏粉的质量,石膏匀质化问题得到了解决。

 

石膏砂浆生产过程中,要注意石膏粉不要受潮,否则,二水石膏占比增加,石膏速凝,石膏上墙后,容易开裂、空鼓,要随时抽检石膏粉的三相;石膏砂浆属于特种砂浆范畴,需要高速搅拌器,搅拌时间要控制在3分钟到5分钟;石膏砂浆装袋过程中,开始的几包和后面的几包要回锅重新搅拌,防止这几包砂浆离析。

 

施工过程中的加水量、搅拌时间、基层处理,每个环节都要处理好,如果一个环节出现问题,就会全盘皆输。

 

4.石膏检测的内容、指标及其在实际生产中的应用

 

石膏粉的三相检测,固废石膏经过煅烧后,二水石膏转化为半水石膏、无水石膏,无水石膏如果含量过多,就会引起石膏砂浆上墙后开裂、花脸;如果欠烧,二水石膏含量超标,石膏砂浆上墙后,容易导致早凝、空鼓、开裂、强度偏低等,甚至不凝结,形成不了强度。根据笔者的多年实践经验,一般来讲,二水石膏控制在5%以内、无水石膏控制在4%以内,就是安全指标,企业应该根据具体情况,制定企业内控标准;通过三相检测,把三相控制在合理范围之内,这样才能保证石膏原料质量,这个理念已经被大多数相关人士所接受,笔者也看到大多数石膏砂浆企业购买了三相分析仪,希望大家把三相检测作为一个常规检测项目。

 

石膏标准稠度是一个重要检测指标,指100克石膏粉取得一定流动度所需要的加水量,用百分数表示;称取300±1克半水石膏粉和预定稠度水量下,按照一定实验方法,石膏浆体流动度达到22±0.5CM时,加水量占石膏量的百分数;α石膏粉吸水率低,一般在45-55%,强度高,而β石膏粉吸水率较高,一般在60-80%,强度较低;因此,通过标准稠度的测定,也能够判断石膏粉的强度。

 

细度是描述半水石膏的一个重要指标,关系到半水石膏的凝结速度和模型强度,一般情况下,半水石膏的细度越细,比表面积越大,与水的接触面积越大,在水中的溶解速度越快,与水结合后反应充分,石膏浆的凝结速度加快,形成网络状结构,模型强度高,吸水率相对降低。但是,当石膏粉细度达到一定程度后,由于产生较大的结晶压力,石膏模型强度下降。α石膏粉细度较细,模型强度高,而β石膏粉细度较粗,模型强度较低。

 

凝结时间是石膏粉的一个主要指标,初凝时间是指在标稠用水量下,从石膏粉撒入水中,至石膏浆失去流动性开始变稠时所需要的时间;终凝时间是指石膏粉散入水中到石膏浆固化时需要的时间,在标准稠度用水量下,初凝时间不短于6分钟,终凝时间不长于25分钟,适宜的凝结时间是石膏粉在生产中正常使用的先决条件,在实际生产中,我们希望初凝时间长一些,终凝时间要短一些。如果初凝时间短,说明石膏粉没有炒熟,或者石膏粉受潮,或者石膏粉存放时间过长等原因。如果终凝时间过长,说明石膏粉过烧,或者没有陈化,表现为石膏浆稀,注模时容易漏浆,甚至石膏浆不凝固,影响。

 

抗折强度是判断石膏粉质量的一个重要指标,一般检测石膏粉两小时湿抗折强度和40度干燥抗折强度,实际生产过程中,保证模型良好吸浆条件下,尽量增加抗压强度,增加石膏砂浆的使用寿命。

 

5.石膏砂浆中砂骨料的选择及应用

 

在设计重质石膏砂浆、轻质石膏砂浆、石膏砂浆自流平中,都涉及到用砂的问题,骨料的选择直接影响到石膏砂浆的质量和砂浆的成本,只有根据各地地材的实际情况,正确选用砂骨料,才能保证石膏砂浆质量,降低石膏砂浆成本,产品才有市场竞争力,笔者对这一点有深刻的体会。

 

根据石膏配方的设计要求,砂子可以选择100目以下的石粉,40目以下的连续级配砂子,20目以下连续级配砂子,使用多少粒径的砂子,和石膏砂浆的施工厚度有关,一般来讲,施工厚度薄,选用较细的砂子,施工厚度厚,选用较粗的砂子,只有这样才能满足施工的需要。

 

目前市场上可以选择的砂骨料包括天然砂、机制砂、建筑垃圾细骨料等,这些砂子均可以应用到石膏砂浆当中;天然砂、机制砂中的石英砂一般比较好用,但是设计到机制砂、建筑垃圾细骨料,砂子的石粉含量不同,石粉的粘性不同,吸水率不同,因此,调整配方要困难一些,实践证明,用“冯氏砂子级配分析法”,完全可以解决机制砂、建筑垃圾细骨料在石膏砂浆中的应用问题。

 

国内大部分地区,砂子、重钙的价格非常高,如果在石膏砂浆中应用,成本非常高,产品没有市场竞争力,如果在配方中使用石粉,可以大大降低石膏砂浆的成本,对砂浆的市场推广非常有利。

 

6.石膏砂浆中添加剂的科学选择与应用

 

石膏砂浆中最为常用的添加剂是羟丙基甲基纤维素,在石膏砂浆中起到保水的作用,半水石膏在形成二水石膏的凝结过程中起到提供水的作用;根据纤维素链的长短,分为低粘度纤维素、中粘度纤维素、高粘度纤维素,石膏砂浆配方中加入纤维素,不但起到了保水作用,还有增稠、增粘的作用,因为抹灰工要求砂浆不但有稠度,还要求砂浆滑爽、不粘刀,因此,选择纤维素种类时,要注意,在保证保水性的前提条件下,尽量选择低粘度的纤维素,几百粘度的纤维素价格非常高,可能会增加石膏砂浆的成本。

 

石膏缓凝剂也是石膏砂浆中必用的添加剂,用量很大;一般来讲,半水石膏遇水后凝结时间为5-20分钟,缓凝剂的主要作用是延缓石膏的水化,增加开放时间,主要机理是放慢半水石膏相的溶解速度;目前,常用的缓凝剂有磷酸盐、硼酸盐、有机酸及其可溶性盐、蛋白类;石膏砂浆的缓凝时间越长,强度损失越大,反之,强度损失小,在满足施工的条件下,尽量少使用缓凝剂;如果要求石膏砂浆的缓凝时间较短,建议使用柠檬酸钠、酒石酸、磷酸盐等化合物;如果需要凝结时间超过一个小时,最好选用高效蛋白石膏缓凝剂。

 

近年来,石膏自流平发展迅速,特别在北方地区,由于大面积推广地暖取暖,所以需要回填材料;原来,使用细石混凝土、地坪砂浆作为地暖回填材料,存在碱性腐蚀盘管的现象,而欧、美、日已经开始使用石膏自流平进行回填。石膏自流平配方当中使用聚羧酸高效减水剂减水效果好,而受到人们的青睐;合理的使用聚羧酸减水剂,可以增加石膏自流平的强度,如果加大聚羧酸的使用量,增加了缓凝效果,降低了石膏的强度,特别是前期强度。

 

消泡剂一般用于石膏自流平砂浆中,由于施工过程中气泡的存在,会影响石膏的强度;在配方当中,适量加入消泡剂,可以消除施工过程中产生的气泡,有效提高砂浆的抗渗性和抗压强度。石膏自流平中加入消泡剂之后,可以消除不稳定的大气泡,使气泡均匀,增加石膏自流平流动度,改善砂浆硬化后的表观状态,从而使自流平砂浆硬化后抗压、抗折强度有显著提高。不同种类的消泡剂作用机理不同,和不同砂浆体系的适应性不同,通过实验来确定消泡剂的效果,便于科学选用;产品不在多么高档,关键是适合于市场。

 

可再分散乳胶粉是石膏基干粉预拌砂浆中的主要添加剂,胶粉是通过乳液喷雾、干燥而来,与水接触重新分散成乳液,化学性质与初始乳液完全相同,在石膏砂浆中加入可再分散乳胶粉可以改善砂浆多种性能。可以提高石膏的粘接力、内聚力;降低材料的吸水性和弹性模量;增强材料的抗折强度、抗冲性、耐磨性、耐久性;提高材料的施工性能。可再分散乳胶粉加少了不起作用,加多了会导致内聚力过大,对砂浆产生不良影响,只有合理的加量才能起到重要作用。

 

另外,防水剂、聚乙烯醇粉末、触变润滑剂、引气剂、低膨胀剂、促凝剂等添加剂也在石膏砂浆中得到了广泛的应用。

 

7.目前市场上石膏砂浆的品类

 

石膏砂浆的品种很多,包括重质石膏、轻质石膏、石膏自流平等产品,重质石膏砂浆由于市场竞争白热化,几乎没有利润,企业生产的积极性不高,而轻质抹灰石膏、石膏自流平市场价格比较高,有利润空间,大家更希望生产、销售轻质抹灰砂浆、石膏自流平。

 

市场上流行的轻质抹灰石膏砂浆追求高涂布率,这是施工方采购的一个重要指标。如果达到160高涂布率,配方中的石膏、水泥等胶凝材料必须达到90%,而玻珠(70-90目)要达到10%,如果石膏粉和玻珠价格较高,这个配方的成本比较高,所以,市场上人们逐渐认可涂布率130的产品。一些地区,轻质抹灰石膏的价格很低,配方中要加入成本较低的掺合料,这样可以大大降低砂浆成本,满足市场的需要。

 

石膏自流平砂浆在山东济南推广、应用,逐渐被甲方接受,近来,开始向全国推广,速度非常快;石膏自流平的优点很多,政府鼓励使用固废材料、施工速度快、不空鼓、不开裂、对地暖盘管的腐蚀性小。正是这些优势,让石膏自流平砂浆迅速被大家所接受,很多建筑项目,原来设计用细石混凝土回填,后来变更为使用石膏自流平,可以看出相关人员对石膏自流平的青睐。

 

石膏自流平对配方技术要求非常高,原来配方中使用α石膏,成本较高;后来改为使用β石膏,这样大大降低了成本,让市场更容易接受;有砂石膏自流平28天的抗压强度可以达到20-37兆帕,无砂石膏自流平28天的抗压强度可以达到15-20兆帕。如果地面强度要求较高,或者以石膏地面交工,建议使用有砂自流平,如果小型装修工程,以地板、PVC、瓷砖铺设地面交工,建议使用无砂自流平。有砂自流平对砂子级配有严格要求,如果砂子级配不合理,容易导致砂浆层开裂、空鼓等质量事故。

 

现在市场上流行加气石膏自流平,用于地暖盘管基层回填,表层用有砂石膏自流平填平,人们更倾向于轻质、环保、隔音等性能砂浆的研究、应用。

 

8.石膏砂浆市场上存在的问题商榷

 

首先,人们对石膏砂浆技术的复杂性没有一个充分的认识,普遍认为只要有配方就可以生产,对实验室建设可有可无,没有建立一个完整的质量控制体系,生产出的石膏砂浆质量把控不到位,经常出现问题,导致经营亏损,对石膏砂浆的前景丧失信心。

 

石膏行业缺乏专业技术人才,大学课程中,没有对应的专业,在材料学中有关于石膏砂浆的介绍,没有石膏方面的专业人才,行业发展太快,人才培养太慢,整个市场上技术指导不到位,人才的缺乏成了行业发展的瓶颈。

 

石膏砂浆厂无序竞争,导致市场上石膏产品供大于求,各个厂家打起了价格战,石膏砂浆价格断崖式下降,市场上石膏砂浆质量没有上去,石膏砂浆的价格大幅下降,又出现恶性竞争的局面,不利于石膏砂浆质量的提升。

 

一些企业重视实验室技术研发,不重视和施工方技术对接,产品往往在实验室中测试性能良好,一旦到了工地出现各种各样的问题,解决不了施工问题,石膏砂浆的推广受到影响。

 

石膏砂浆刚刚普及、推广,很多施工队没有掌握好砂浆的施工技术,施工方法存在问题,像轻质抹灰石膏,剪力墙上必须打好界面剂,石膏层才不会起泡;石膏自流平施工,必须先打水、再打界面剂,才能开始做自流平;自流平加水量控制不好,会出现空鼓、开裂现象。

 

2020年已经像中国的高铁一样,飞速而过,来不及回味过去一年的工作,已经进入了新的一年。新的一年,新的高度、新的理念、新的希望、新的思维,只有树立信心,才能克服前进路上的困难。希望建材行业的同仁们,大家合作共赢,共同进步,再创辉煌。