通過試驗對比了不同廠家生産(chǎn)的建築石膏陳化前後的性能(néng)變化及配制成抹灰石膏後的性能(néng)變化。結果表明，經過陳化後不同廠家生産(chǎn)的建築石膏及其配制成抹灰石膏後的需水量、凝結時間、抗壓強度趨于一緻。

與不經陳化的建築石膏及抹灰石膏相比需水量變小(xiǎo)，凝結時間變長(cháng)，抗壓強度提高。通過機理(lǐ)分(fēn)析陳化後的建築石膏及抹灰石膏性能(néng)提高是因為(wèi)Ⅲ型無水石膏的減少、晶粒的變大和晶格畸變的變小(xiǎo)。

建築石膏是一種低能(néng)耗的膠凝材料，其膠凝性質(zhì)很(hěn)早就被人們所發現。随着國(guó)内對環保的關注越來越高，抹灰石膏得到了廣泛應用(yòng)。然而抹灰石膏的質(zhì)量卻很(hěn)難控制，這是由于抹灰石膏使用(yòng)的建築石膏的相組成複雜，導緻抹灰石膏的性能(néng)不穩定。建築石膏的相組成一般含有(yǒu) β 半水石膏、Ⅲ型無水石 膏、Ⅱ型無水石膏、二水石膏。建築石膏的性能(néng)不穩定，不僅由相變化影響，還因石膏顆粒的大小(xiǎo)變化以及石膏晶格畸變等影響。本文(wén)主要研究不同廠家生産(chǎn)的建築石膏陳化前後的自身性能(néng)及配制出抹灰石膏後的性能(néng)變化，分(fēn)析了産(chǎn)生差異的主要原因，對抹灰石膏生産(chǎn)具(jù)有(yǒu)很(hěn)好的借鑒作(zuò)用(yòng)。

試 驗 

1.1 原材料建築石膏：山(shān)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：羟丙基甲基 纖維素醚，黏度約 40 Pa·s；緩凝劑：蛋白質(zhì)類。 

1.2 試驗方法建築石膏相組成按照文(wén)獻 （談 曉 青 ，陳 甯 . 一種建築石膏的快速 相組成分(fēn)析方法：102175555B[P].2012-08-22.）方法測試，采用(yòng)無水酒精(jīng)浸泡法測試Ⅲ型無水石膏含量，采用(yòng)加純淨水水化法，測試半水石膏含量；石膏性能(néng)按照 GB/T 9776—2008《建築石膏》進行 測試；抹灰石膏性能(néng)按照 GB/T 28627—2012《抹灰石膏》進行 測試。本試驗的陳化方法采用(yòng)自然陳化法，将試樣敞口放置在溫度（23±2）℃、濕度（50±5）%的環境下,放置時間 30 d。

2 試驗結果與讨論 

2.1 陳化前建築石膏及抹灰石膏的性能(néng)

2.1.1 陳化前建築石膏的相組成 對山(shān)西潞城同一礦區(qū) A、B、C、D、E 廠煅燒的建築石膏進 行了相分(fēn)析。
 

由表 1 可(kě)知，不同廠家生産(chǎn)的建築石膏相組成差别較大， 尤其是Ⅲ型無水石膏含量。A 廠的Ⅲ型無水石膏含量為(wèi) 40.2%，而 E 廠的Ⅲ型無水石膏含量隻有(yǒu) 6%，對于二水石膏 和Ⅱ型無水石膏的含量差别不大，都在 2%左右。

2.1.2 陳化前建築石膏及抹灰石膏需水量 建築石膏中(zhōng)的Ⅲ型無水石膏含量不同，對建築石膏和抹灰石膏的需水量不同

由表 2 可(kě)知，Ⅲ型無水石膏含量在 6%時，建築石膏标準稠度需水量為(wèi) 60%，而當Ⅲ型無水石膏含量在 40%時，建築石膏标準稠度需水量為(wèi) 69%。建築石膏的标準稠度需水量随 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，出現了不一緻的規律。通過比表面積測試，确定主要原因是Ⅲ型無水石膏含量 35%建築石膏樣品的比表面積較其它樣品明顯小(xiǎo)而導緻。使用(yòng)以上建築石膏樣品配制成抹灰石膏後，抹灰石膏的需水量從 28%增加到 33%。抹灰石 膏的用(yòng)水量變化也是随着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築石膏的标準稠度需水量變化相同。

2.1.3 陳化前建築石膏及抹灰石膏的凝結時間

建築石膏中(zhōng)Ⅲ型無水石膏含量不同，對建築石膏的凝結時間不同，配制成抹灰石膏後凝結時間也有(yǒu)很(hěn)大差别，見表 3。由表3 可(kě)知，随着Ⅲ型無水石膏含量增加，建築石膏的初、 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(zhōng)Ⅲ型無水石膏含量在 27%左右時，呈現不規律變化，主要由于其建築石膏樣品中(zhōng)的二水石膏含量較其它高所導緻。

同樣配制成抹灰石膏後，抹灰石膏凝結時間的變化趨勢 與建築石膏一緻，都是随着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，初凝時間隻有(yǒu) 90 min。

2.1.4 陳化前建築石膏及抹灰石膏的抗壓強度

建築石膏中(zhōng)Ⅲ型無水石膏含量不同，對建築石膏及配制成抹灰石膏後的抗折抗壓強度影響不同，一般情況下，抹灰石膏中(zhōng)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(kě)見，随着Ⅲ型無水石膏含量增加，建築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，建築石膏及抹灰石膏抗折、抗壓強度最大分(fēn)别是 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，建築石膏及抹灰石膏抗折、抗壓強度最小(xiǎo)分(fēn)别是 2.13、4.65 MPa 和 2.04、4.28 MPa。

通過以上的試驗數據可(kě)知，建築石膏中(zhōng)Ⅲ型無水石膏含量不同，無論對建築石膏還是配制成抹灰石膏後的性能(néng)差别都比較大。建築石膏中(zhōng)Ⅲ型無水石膏含量越少，越适合配制抹灰石膏，即可(kě)以降低抹灰石膏标準稠度用(yòng)水量，也可(kě)以延長(cháng)凝結時間，而且強度更高。然而當把這些廠家生産(chǎn)的建築石膏放 置在溫度 25 ℃，濕度 50%的環境下，30 d 以後再進行試驗，試驗的結果完全不同。

陳化後建築石膏及抹灰石膏的性能(néng)

陳化後建築石膏相分(fēn)析

由表5試驗數據可(kě)知，未陳化的建築石膏中(zhōng)Ⅲ型無水石 膏初始含量是 6%~40%，經過陳化 30 d 後的建築石膏的相組。

由表 5 可(kě)知，Ⅲ型無水石膏均檢測不到，即通過陳化後Ⅲ 型無水石膏發生了相轉變，而經過陳化後的半水石膏含量均 有(yǒu)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、環境下陳化 30 d 全部轉變成半水石膏。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型無水石膏轉變成半水石膏。

2.2.2 陳化後建築石膏及抹灰石膏的需水量

由表 6 可(kě)見，經過陳化後建築石膏标準稠度需水量明顯較陳化前的小(xiǎo)。标準稠度需水量變化最大的是 A 廠從 69%降 到 55%，而變化最小(xiǎo)的是 E 廠，從 60%降到 55%。然而不同廠 家生産(chǎn)的建築石膏經過陳化後的标準稠度需水量基本趨于一 緻都在 55%左右，而不經陳化的建築石膏的标準稠度用(yòng)水量 波動較大從 60%到 69%。同樣配制成抹灰石膏以後，标準需水量明顯減小(xiǎo)，最大的标準稠度需水量減少 7.5 個百分(fēn)點，而最小(xiǎo)的也減少了 2.5 個百分(fēn)點。陳化後的建築石膏配制成抹灰石膏後，标準稠度需水量在 26%左右趨于一緻，而不經過 陳化的建築石膏配制的抹灰石膏需水量大，從 28%到 33%， 不同廠家的用(yòng)水量波動較大。

陳化後建築石膏及抹灰石膏的凝結時間

與表 3 對比，表 7 中(zhōng)經過陳化後建築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(yǒu)所延長(cháng)，最長(cháng)的延長(cháng) 11 min，而最短也延長(cháng) 3 min。陳化前後的建築石膏配制成抹灰石膏後的凝結時間變化更加明顯。不同廠家生産(chǎn)的建築石膏經過陳化，凝結時間波動較小(xiǎo)，初凝都在 23 min 左 右，而不經過陳化的凝結時間變化差别較大，最大差别 10 min 以上。由表 7 可(kě)知，陳化後的建築石膏配制成的抹灰石膏的凝結時間明顯延長(cháng)，不同廠家生産(chǎn)的建築石膏差别不大，而不經陳化的抹灰石膏凝結時間短，不同廠家生産(chǎn)的建築石膏凝結時間差别較大。

陳化後建築石膏及抹灰石膏的強度

與表 4 對比可(kě)知，表 8 中(zhōng)經過陳化後的建築石膏的抗壓強度都比未經陳化高，且不同廠家生産(chǎn)的建築石膏經過陳化 後，抗壓強度趨于一緻，都在 5.6 MPa 左右。經過陳化後的建築石膏配制成抹灰石膏後，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，而不同廠家生産(chǎn)的建築石膏，不經陳化配制成抹灰石膏抗壓強度差别較大。

機理(lǐ)分(fēn)析

雖然同一礦區(qū)的石膏純度相同，但是不同廠家生産(chǎn)的建築石膏性能(néng)差别較大，從而導緻抹灰石膏性能(néng)不同。不同廠家生産(chǎn)的建築石膏，經過陳化後，其需水量變小(xiǎo)，凝結時間延長(cháng)， 抗壓強度提高。配制成抹灰石膏後，抹灰石膏的需水量也變小(xiǎo)，凝結時間相應延長(cháng)，抗壓強度提高。這個主要是因為(wèi)建築 石膏的相不同。陳化可(kě)使殘餘二水相和Ⅲ型無水相向 β 半水 相轉變，使 β 半水石膏水化過程中(zhōng)凝結時間稍有(yǒu)延長(cháng)、強度提高。Ⅲ型無水石膏陳化後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(cháng)，在力學(xué)性能(néng)方面優于Ⅲ 型無水相。陳化後的建築石膏水化速度變慢，高分(fēn)散度建築 石膏陳化，對其物(wù)理(lǐ)形态的影響，也是改善物(wù)理(lǐ)力學(xué)性能(néng)的重大因素。以 β 型半水石膏為(wèi)主要相組成的建築石膏，使用(yòng)前 最好經過陳化，以期達到強度最高值。建築石膏陳化的最佳狀 态為(wèi)：無水石膏基本轉化完，β 型半水石膏含量達到最高值。此時标準稠度用(yòng)水量最小(xiǎo)，強度達到最高值。Ⅲ型無水石膏 經過陳化可(kě)以使比表面積變小(xiǎo)，标準稠度用(yòng)水量下降，由于Ⅲ 無水石膏的持續變化導緻凝結時間和抗壓強度不穩定。經過有(yǒu)效的陳化可(kě)以改善石膏粉質(zhì)量，溫度、厚度、環境溫度都 會影響陳化效果。

當石膏從一個相轉變為(wèi)另一個相時，石膏晶體(tǐ)重新(xīn)排列， 同時導緻晶格缺陷[8]。石膏不同相的晶體(tǐ)排列示意見圖 1[9]。

不同石膏相的填充排列

由圖 1 可(kě)見，半水石膏相和Ⅲ型無水石膏相晶體(tǐ)結構相 同，隻是半水石膏失水以後留下 1 個直徑大約 0.3 nm 的孔道， 并未發生晶型轉變。這個孔道具(jù)有(yǒu)很(hěn)強的吸濕性，同時使得Ⅲ 性無水石膏具(jù)有(yǒu)很(hěn)強的與水反應能(néng)力，前面的試驗也驗證此觀點。Ⅲ型無水石膏在室内環境下就可(kě)以轉變成半水石膏，Ⅲ 型無水石膏含量多(duō)的建築石膏，水化速度快[。然而Ⅲ型無水 石膏比半水石膏少了半個水分(fēn)子，故水化生産(chǎn)二水石膏時比半水石膏需要多(duō)，需水量會變大。

由試驗可(kě)知，經過陳化後的建築石膏需水量明顯變小(xiǎo)，所減少的水分(fēn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了Ⅲ型無水石膏水化多(duō)出的水，且凝結時間明顯延長(cháng)。這個主要是因為(wèi)經過建築石膏陳化不僅是發 生相轉變，其建築石膏的晶體(tǐ)顆粒發生畸變。

由圖 2 可(kě)見，建築石膏新(xīn)粉的半水石膏晶格畸變較大 0.4%，晶粒尺寸較小(xiǎo)在 60~200 nm，而經過陳化後的晶格畸變 達到 0.2%，晶粒尺寸變到 100~300 nm，Ⅱ型無水石膏也發生 了同樣的變化。新(xīn)煅燒出的建築石膏在經水化後生成的二水 石膏要比原礦二水石膏晶粒小(xiǎo)的多(duō)。原礦二水石膏的晶粒是 1000~2000 nm，晶格畸變 0.1%，新(xīn)生産(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(néng)變化，即等 溫、等壓的封閉體(tǐ)系内，不作(zuò)非體(tǐ)積功的前提下，任何自發反 應總是朝着吉布斯自由能(néng)（G）減小(xiǎo)的方向進行。ΔG=0 時，反 應達平衡，體(tǐ)系的 G 降到最小(xiǎo)值。

建築石膏各相晶格畸變越大說明活性越高，在建築石膏中(zhōng)的表現也就是凝結時間越短。在實際生産(chǎn)中(zhōng)也發現同樣的 二水石膏摻量，新(xīn)生成的二水石膏觸凝效果更明顯。故在抹灰石膏施工(gōng)過程中(zhōng)，要及時清洗攪拌設備等，不能(néng)将已經硬化的 建築石膏繼續使用(yòng)，否則将會引起抹灰石膏出現快凝、開裂等問題。

（1）建築石膏是影響抹灰石膏質(zhì)量波動的主要原因，控制 好建築石膏的質(zhì)量品質(zhì)，可(kě)以提高抹灰石膏的質(zhì)量穩定性。（2）抹灰石膏中(zhōng)盡量選擇Ⅲ型無水石膏含量少的建築石 膏進行生産(chǎn)，如果使用(yòng)Ⅲ型無水石膏含量大的建築石膏，可(kě)以通過陳化降低Ⅲ型無水石膏含量後再使用(yòng)。（3）配制性能(néng)優異且穩定的抹灰石膏要求建築石膏中(zhōng)Ⅲ 型無水石膏含量應低于 10%，标準稠度用(yòng)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(yòng)性能(néng)穩定的建築石膏配制抹灰石膏性能(néng)較穩定， 抹灰石膏在合适的施工(gōng)狀态下需水量少，使用(yòng)較少的緩凝劑， 可(kě)達到較長(cháng)的可(kě)操作(zuò)時間，抹灰石膏的抗壓強度高。