周曉松 楊勇良 賈治龍

(1.中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢 430014;2.西安金地置業(yè)投資有限公司，陜西西安 710075;3.中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院，陜西西安 710082)

我國是一個(gè)能源短缺的國家，但單位建筑面積能耗卻是發(fā)達(dá)國家的2倍～3倍。因此，建筑行業(yè)的節(jié)能具有事關(guān)全局的重要意義。為此，我國政府高度重視建筑節(jié)能工作，已先后頒布《民用建筑節(jié)能條例》《民用建筑節(jié)能治理劃定》《夏熱冬冷地區(qū)棲身建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》《夏熱冬暖地區(qū)棲身建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等。早在十多年前就要求:2010年城鎮(zhèn)建筑要有50%的節(jié)能率，特大城市和部分城市率先達(dá)到65%;到2020年時(shí)城鎮(zhèn)建筑節(jié)能全部要達(dá)到65%。但實(shí)際進(jìn)展情況不容樂觀，目前能達(dá)到此目標(biāo)的只占同期建筑總量的不足10%。

因此，要切實(shí)推進(jìn)我國的建筑節(jié)能工作，還需要付出巨大的努力。首當(dāng)其沖的工作是要選擇或開發(fā)合適的綠色建筑材料。在多種新型綠色建筑材料中，石膏砌塊以其節(jié)能、環(huán)保、舒適、安全的優(yōu)越性能正被人們所逐漸接受［1，3，4］。石膏作為三大膠凝材料之一，在建筑物中的應(yīng)用已有上千年的歷史。石膏砌塊是由建筑石膏重新水化硬化后形成的二水硫酸鈣晶體組成的，形狀為長方體。它的主要原料是水泥、建筑石膏粉、無機(jī)纖維和珍珠巖。主要生產(chǎn)工藝是高速攪拌、澆筑成型、干燥養(yǎng)護(hù)。

我國石膏砌塊的發(fā)展可分為啟蒙、研發(fā)、發(fā)展三個(gè)階段。啟蒙階段始于20世紀(jì)70年代末，最先是在北京市發(fā)展石膏條板;研發(fā)階段為20世紀(jì)80年代～90年代，經(jīng)歷引進(jìn)國外生產(chǎn)機(jī)組、自行研制開發(fā)生產(chǎn)機(jī)組和成型模具，并編制了設(shè)計(jì)應(yīng)用圖集;發(fā)展階段始于20世紀(jì)90年代中后期，出現(xiàn)了大量的生產(chǎn)企業(yè)，但規(guī)模普遍偏?。?，3］。2004年，國家將石膏砌塊定為“綠色環(huán)保材料”，出臺(tái)了相關(guān)的免稅和扶持政策。

目前普通石膏砌塊的強(qiáng)度狀況是:抗壓強(qiáng)度一般為4 MPa～10 MPa，可以承受30 kg砂袋落差0.5 m沖擊3次以上，800 N重物垂直吊掛24 h未出現(xiàn)貫通裂紋，斷裂荷載可達(dá)5 kN以上。這種強(qiáng)度狀況還是不錯(cuò)的。但是石膏也有弱點(diǎn)，其最突出的弱點(diǎn)就是耐水性較差，導(dǎo)致它在一些場(chǎng)合的應(yīng)用受到限制。目前對(duì)于石膏砌塊的應(yīng)用主要限于非承重墻體，而且要避開潮濕環(huán)境(如衛(wèi)生間)，這樣就使得石膏砌塊的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)不能得到充分發(fā)揮。如果能解決石膏砌塊的耐水性問題，就可以突破這一限制，除了用于潮濕環(huán)境的隔墻之外，甚至可以將其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件之中，比如承重墻、樓蓋、梁、柱等。有實(shí)驗(yàn)表明，僅在普通樓蓋的表面鋪設(shè)一層石膏砌塊，就可以顯著提高整個(gè)建筑的保溫隔熱效果。因此，如果能將石膏砌塊進(jìn)行擴(kuò)展性應(yīng)用，在整個(gè)建筑體系中具有重大的意義。目前從強(qiáng)度、抗裂性、抗沖擊性、耐久性等指標(biāo)上來看，石膏砌塊用作承重構(gòu)件都沒問題，唯一的瓶頸問題在于耐水。因此，如何提高石膏砌塊的耐水性能需要進(jìn)行著重地研究。本文將對(duì)此作專題探討。

1 石膏耐水性差的機(jī)理分析

從機(jī)理上來說，石膏耐水性較差的原因主要包括三個(gè)方面:1)石膏硬化體的吸水率較大。這是因?yàn)樵谑嗔蠞{的攪拌過程中，摻入了過多的水量以滿足流動(dòng)性要求。這樣，除了讓半水石膏轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗨璧乃恐?，還有一定量的多余水分。石膏漿體硬化完成后，這些多余的水分就會(huì)溢出，在漿體內(nèi)留下大量的空隙和毛細(xì)孔，而且這些孔隙是相互貫通的，使得外界的水分可以滲入到石膏硬化體的內(nèi)部;2)半水石膏變?yōu)槎嘀螅谒械娜芙舛缺容^大［5］;3)石膏的水化產(chǎn)物中有溶解度較大的二水硫酸鈣，容易在水的作用下發(fā)生溶蝕，使晶體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和硬度下降。

2 石膏浸水對(duì)其性能的影響

石膏耐水性較差，在浸水后石膏的性能將會(huì)發(fā)生很大的改變，主要有:其一，石膏的抗壓強(qiáng)度降低幅度值較大，隨浸水時(shí)間的延長，抗壓強(qiáng)度逐漸恢復(fù);其二，浸水前石膏的抗折強(qiáng)度均不高，浸水后石膏的抗折強(qiáng)度均降低，甚至降幅超過抗壓強(qiáng)度的降幅，隨著浸水時(shí)間的延長，試件抗折強(qiáng)度逐漸恢復(fù)，但速度沒有抗壓強(qiáng)度快［6］。

3 石膏耐水性差的主要解決措施

根據(jù)機(jī)理分析，可找出解決耐水性問題的措施。目前的常用措施包括以下幾方面。

3.1 采用磷石膏做砌塊

采用半水磷石膏和水?dāng)嚢枭a(chǎn)砌塊，可以從本質(zhì)上改善普通石膏的耐水性問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種磷石膏砌塊可以達(dá)到優(yōu)良的耐水性能［9］，同時(shí)尺寸精確、強(qiáng)度高。

3.2 摻入活性火山灰質(zhì)材料

根據(jù)機(jī)理分析，要提高石膏及其制品的耐水性，可引入一種材料，使石膏在水化過程中生成新物質(zhì)來填充石膏硬化體空隙，同時(shí)改變二水石膏的結(jié)晶接觸點(diǎn)［7］。這類摻加料包括水泥、生石灰、粉煤灰等［8］，可以使石膏內(nèi)部出現(xiàn)難溶性的水化硫鋁酸鈣，使石膏砌塊的孔隙密實(shí)度提高，實(shí)現(xiàn)耐水效果。具體介紹如下:1)水泥。主要機(jī)理是水泥中的C3A可以和石膏反應(yīng)生成鈣礬石，從而提高石膏的水硬性和強(qiáng)度;2)生石灰。用少量生石灰代替消石灰摻入石膏中，可使耐水性提高、強(qiáng)度增大。作用原理是:生石灰和消石灰都能使石膏的溶解度降低，但磨細(xì)后的生石灰比表面積很小，大概只相當(dāng)于消石灰的1/100，因此它只需要很少的水分就可以達(dá)到表面濕潤，因此可以降低石膏漿體的標(biāo)準(zhǔn)稠度，使制品密度增大，提高耐水性;3)粉煤灰。粉煤灰也是活性礦物質(zhì)，能適當(dāng)提高石膏的軟化系數(shù)［4，10，11］?？梢圆捎谜羝B(yǎng)護(hù)作為配合。

3.3 摻入高分子聚合物

主要包括三類:防水劑、促進(jìn)劑和交聯(lián)劑［12］。這里簡單介紹一下防水劑的作用機(jī)理:防水劑與石膏漿體均勻混合后，其中的憎水物質(zhì)會(huì)立即分散在石膏漿體的連續(xù)相內(nèi)。半水石膏漿體凝結(jié)、硬化后，憎水物質(zhì)會(huì)失水而凝聚成防水膜。這樣，當(dāng)有外界水分侵入時(shí)，細(xì)微網(wǎng)絡(luò)中的防水膜會(huì)阻礙毛細(xì)作用導(dǎo)致滲入的現(xiàn)象產(chǎn)生，從而降低吸水率。

3.4 涂層法

在石膏砌塊的表面涂刷甲基硅醇鈉、氯偏乳液防水劑及防水飾面等。若能嚴(yán)格操作，可以取得較為理想的防水效果［12］。

4 結(jié)語

可見，石膏砌塊的耐水問題已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和工程界的重視，開發(fā)出了多種解決方案。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟，這一問題有望得到徹底解決，使得石膏砌塊可以擴(kuò)展應(yīng)用到結(jié)構(gòu)性材料之中。在建筑的承重構(gòu)件中，面積比較大、對(duì)整體結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果能產(chǎn)生明顯影響的就是樓蓋。樓蓋是建筑的主要構(gòu)件之一，從節(jié)能的角度來看，重要性不亞于墻體。所以，如果能將石膏砌塊擴(kuò)展應(yīng)用到樓蓋之中，配合石膏砌塊非承重墻體，顯然將使建筑的節(jié)能效果有更加顯著的提升，促進(jìn)建筑節(jié)能戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)。

［1］ 吳愛崢.石膏砌塊的應(yīng)用［J］.山西建筑，2006，32(2):168.

［2］ 李國位，蔣志全.我國石膏砌塊生產(chǎn)發(fā)展評(píng)述［J］.非金屬礦，1998(2):4-6.

［3］ 顏宏亮，馬 林.墻體改革與輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的發(fā)展［J］.住宅科技，2001(8):39-41.

［4］ 黃 丹，楊 林，曹建新.石膏砌塊耐水性研究進(jìn)展［J］.廣東化工，2009(7):82-83.

［5］ 隋 肅，李建權(quán)，關(guān)瑞芳，等.石膏制品的耐水性能研究［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2005，8(3):328-331.

［6］ 梁 耀，劉寶舉，楊元霞.早期保濕及后期浸水對(duì)氟石膏—粉石灰—水泥膠結(jié)材試件強(qiáng)度的影響［J］.粉煤灰，2006(3):24-26.

［7］ 陳懷軍，石宗利.灰色關(guān)聯(lián)分析在石膏基墻材實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用［J］.墻材革新與建筑節(jié)能，2006(7):32-34.

［8］ 單衛(wèi)良.新型復(fù)合膠凝材料的研究［J］.新型建筑材料，2005(12):50-51.

［9］ 趙建華，楊玉發(fā)，王 偉.磷石膏制耐水型石膏砌塊的研究與應(yīng)用［J］.硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2008(1):15-19.

［10］ 張文勇，鄭麗華.耐水型石膏砌塊的開發(fā)與研究［J］.科技資訊，2008(7):12-13.

［11］ 路國忠，李 凱.新型石膏防水劑的研制［J］.建材技術(shù)與應(yīng)用，2008(9):6-9.

［12］ 王 堅(jiān).提高石膏制品防水性能的措施［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2001(5):70-71.