張靜，崔龍丹，趙志剛，楊思忠，任成傳，王群，劉興華

（1.北京市燕通建筑構(gòu)件有限公司，北京 102202；2.北京市住宅產(chǎn)業(yè)化集團股份有限公司，北京 100161）

0 引言

隨著城市基本建設的飛速發(fā)展，對資源再利用和節(jié)能要求日趨嚴格，傳統(tǒng)燒結(jié)黏土磚、黏土空心磚等填充砌體被輕質(zhì)隔墻板所取代已勢在必行[1]。輕質(zhì)隔墻板是一種新型節(jié)能墻體材料，是一種外型類似空心樓板的墻材，但其兩側(cè)有公母榫槽，安裝時只需將板材立起，公母榫涂上少量嵌縫砂漿后拼裝起來即可。輕質(zhì)隔墻板具有輕質(zhì)高強、保溫隔熱、呼吸調(diào)濕、隔聲、防火等優(yōu)點，且可預制線管、線盒成品，線管通過板材內(nèi)部通孔鋪設，無需開槽，只需用打孔機制作接線盒安裝的方孔，安裝穿線管和接線盒后用建筑結(jié)構(gòu)膠進行固定即可，減少現(xiàn)場操作工序，加快施工速度。目前，輕質(zhì)隔墻板的研究已受到國內(nèi)外學者的高度關(guān)注[2-3]，且逐漸應用于框架式結(jié)構(gòu)高樓大廈、工業(yè)廠房、民用住宅，樓、堂、館、所的非承重隔墻[4-6]，以及舊房加層改造的分室、分戶、衛(wèi)生間、廚房非承重部位的隔斷，特別適用于防火要求較高的公共娛樂場所。

現(xiàn)階段，我國輕質(zhì)隔墻板種類較多，按其材質(zhì)分為蒸壓加氣混凝土隔墻板、EPS砂漿復合隔墻板、輕骨料混凝土隔墻板、輕鋼龍骨隔墻板等[7]。蒸壓加氣混凝土隔墻板具有質(zhì)量輕、成本低和隔聲防火好等優(yōu)點[8]，但存在生產(chǎn)工藝復雜、設備投資高、板材強度偏低、脆性大、抗沖擊差、吸水率高、易開裂等問題；EPS砂漿復合隔墻板具有輕質(zhì)、生產(chǎn)工藝簡單等優(yōu)點[9]，但其表層板材存在與芯材脫開的風險；輕骨料混凝土隔墻板具有堅固耐用、防水防火、保溫隔聲、抗凍性好等特點，但生產(chǎn)需使用輕骨料且經(jīng)高溫蒸壓養(yǎng)護[10]，生產(chǎn)工藝較復雜、設備投資高，造成成本較高；輕鋼龍骨隔墻板質(zhì)量輕、施工便捷，且管線布設隱蔽性好、材料運輸成本低，但隔聲差、吊掛力低（吊掛重物需要加固，導致成本增加）、敲擊空洞感明顯，另外，輕鋼龍骨與面板受溫度影響引起的變形量不同，導致接縫處易開裂[11]。以工業(yè)固廢脫硫石膏為主要原材料，結(jié)合鋪設鋼絲網(wǎng)或玻璃網(wǎng)格布作為增強材料[12]，制備了增韌石膏基泡沫混凝土隔墻板，具有大量消耗固廢材料、工藝簡單、成本低、收縮小、防水、抗沖擊性能和吊掛力高等優(yōu)點，是一種綜合性能優(yōu)良的隔墻板。

本文研究了水料比、水泥摻量和緩凝劑摻量對石膏基泡沫混凝土物理力學性能的影響，并確定了最佳配合比，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出適用于石膏基輕質(zhì)隔墻板的自動化高效生產(chǎn)工藝，并對產(chǎn)品性能和微觀結(jié)構(gòu)進行測試和分析。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：P·O42.5水泥，北京水泥廠有限責任公司，其物理力學性能及化學成分如表1和表2所示。

表1 P·O42.5水泥的物理力學性能

表2 P·O42.5水泥的化學成分 %

脫硫石膏：主要成分為半水石膏，內(nèi)蒙古某電廠產(chǎn)，其礦物組成如圖1所示。

圖1 脫硫石膏的XRD圖譜

發(fā)泡劑：植物蛋白發(fā)泡劑，發(fā)泡倍數(shù)24倍，郴州千夕建筑材料有限公司生產(chǎn)，使用時按照m（發(fā)泡劑）∶m（水）=1∶30進行稀釋，所制得泡沫1 h沉降距為2 mm，1 h泌水率為10%。

減水劑：聚羧酸減水劑，上海英杉新材料科技有限公司生產(chǎn)，減水率26%。

緩凝劑：聚合改性氨基酸類石膏緩凝劑，河北協(xié)同化學有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗方案

按照表3設計的試驗配方，首先研究水料比、水泥摻量和緩凝劑摻量對石膏基泡沫混凝土物理力學性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響，其中，水泥摻量和稀釋后發(fā)泡劑摻量按占膠凝材料質(zhì)量計，緩凝劑摻量按占石膏質(zhì)量計。然后，按照最佳配方制備石膏基輕質(zhì)隔墻板，確定最佳成型工藝，并對其物理力學性能進行測試與分析。

表3 試驗配方設計

1.3 試驗方法

1.3.1 石膏基泡沫混凝土的性能

石膏基泡沫混凝土的干密度和抗壓強度按照JG/T 266—2011《泡沫混凝土》進行測試，收縮和軟化系數(shù)按照JG/T 169—2016《建筑隔墻用輕質(zhì)條板通用技術(shù)要求》進行測試，凝結(jié)時間按照GB/T 9776—2008《建筑石膏》進行測試。

1.3.2 石膏基輕質(zhì)隔墻板的性能

石膏基輕質(zhì)隔墻板的各項性能按照JG/T 169—2016進行測試。

1.3.3 微觀結(jié)構(gòu)

采用掃描電子顯微鏡對石膏基泡沫混凝土的微觀孔結(jié)構(gòu)和水化產(chǎn)物進行觀察與分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 水料比對石膏基泡沫混凝土性能的影響

按照水泥摻量20%、緩凝劑摻量0.35%制備石膏基泡沫混凝土，研究不同水料比（0.30、0.35、0.40、0.45、0.50）對其干密度和抗壓強度的影響，結(jié)果如表4所示。

表4 水料比對石膏基泡沫混凝土性能的影響

由表4可以看出：

（1）隨水料比的增大，石膏基泡沫混凝土的干密度呈先減小后增大的趨勢。這是因為，當水料比低于0.35時，泡沫與漿體之間的摩擦力較大，攪拌過程中大量泡沫破裂，導致其干密度較高。當水料比高于0.35時，漿體稠度變小，凝結(jié)時間延長，部分泡沫在漿體硬化前破裂，同樣導致干密度逐漸增大，但增幅不大。

（2）石膏基泡沫混凝土的抗壓強度隨著水料比的增加呈先提高后降低趨勢。當水料比為0.35時，所制得石膏基泡沫混凝土的抗壓強度達到最高，為3.7 MPa。這是因為，建筑石膏本身需水量較高[13]，當水料比較小時，拌合水的用量不能滿足石膏水化的需水量，導致其水化反應不完全，抗壓強度未達到最高值。當水料比較大時，石膏凝結(jié)速度相對降低，石膏反應過程中釋放的熱量導致部分泡沫破裂，同時，放熱過程加快了水分的蒸發(fā)。上述2種情形均會使成型試樣的大孔和連通孔率增加，試樣內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)較差導致抗壓強度降低。

2.2 水泥摻量對石膏基泡沫混凝土性能的影響

按照水料比0.35，緩凝劑摻量0.35%制備石膏基泡沫混凝土，研究不同水泥摻量（0、5%、10%、15%、20%）對其性能的影響，結(jié)果如表5所示。

表5 水泥摻量對石膏基泡沫混凝土性能的影響

由表5可知：

（1）隨著水泥摻量的增加，石膏基泡沫混凝土的干密度呈不斷增大趨勢。這是因為，水泥的密度相對較高，因此，隨著水泥取代石膏量的增加，制得試樣的干密度也不斷增大。另外，石膏基泡沫混凝土的抗壓強度隨著水泥摻量的增加呈先提高后降低的趨勢，由未摻水泥時的2.8 MPa，增加至10%摻量時的4.8MPa，再降低至水泥摻量20%時的4.0 MPa。這是因為，石膏水化反應生成具有膨脹性質(zhì)的柱狀CaSO4·2H2O，水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)搭接不密實、孔隙多，宏觀上表現(xiàn)為抗壓強度較低[14]。隨著水泥的摻入，試樣的水化產(chǎn)物中還出現(xiàn)了板狀的CH、網(wǎng)狀的C-S-H及針棒狀的AFt，與石膏水化生成的柱狀CaSO4·2H2O相互搭接、填補孔隙，使得抗壓強度逐漸提高。但隨著水泥摻量的繼續(xù)增大，膠凝材料總需水量不斷減小，在水料比不變的情況下，游離水含量增加，因水分蒸發(fā)產(chǎn)生的有害孔率增加，同樣導致微觀結(jié)構(gòu)受損，強度降低。

（2）隨著水泥摻量的增加，石膏基泡沫混凝土的收縮值呈不斷增大的趨勢，由未摻水泥時的-0.156 mm/m增加至20%水泥摻量時的0.161 mm/m。當水泥摻量為0～5%時，試樣表現(xiàn)為膨脹，這是因為，此時試樣中的水化產(chǎn)物以具有膨脹性質(zhì)的CaSO4·2H2O為主，導致試樣出現(xiàn)膨脹。當水泥摻量為10%～20%時，試樣表現(xiàn)為收縮，這是因為，復摻水泥后隨著水化反應的進行產(chǎn)生較大的塑性收縮和干燥收縮[15]，且水泥摻量越大該現(xiàn)象越明顯，此時，石膏遇水產(chǎn)生的膨脹不能抵消水泥水化產(chǎn)生的多種收縮，因此，石膏基泡沫混凝土的收縮率隨著水泥摻量的增加而不斷增大。當水泥摻量為10%時，石膏基泡沫混凝土試樣的體積穩(wěn)定性相對較好，收縮值為0.019mm/m。

（3）隨著水泥摻量的增加，石膏基泡沫混凝土的軟化系數(shù)呈先增大后減小的趨勢。當水泥摻量為10%時，試樣的軟化系數(shù)達到最高，為0.62，符合JG/T 169—2016對防水石膏條板的要求。這是因為，水泥水化生成的產(chǎn)物具有高強度和水硬性的特點，在合理的水泥摻量范圍內(nèi)，有利于試樣軟化系數(shù)的提高。但當水泥摻量過高時，試樣的孔結(jié)構(gòu)變差，導致其吸水率增加，軟化系數(shù)減小。

2.3 緩凝劑摻量對石膏基泡沫混凝土性能的影響

按照水膠比0.35，水泥摻量10%制備石膏基泡沫混凝土，研究不同緩凝劑摻量（0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.40%）對其終凝時間和抗壓強度的影響，結(jié)果如表6所示。

表6 緩凝劑摻量對石膏基泡沫混凝土性能的影響

由表6可知，隨緩凝劑摻量的增加，石膏基泡沫混凝土漿體的終凝時間不斷延長，由0.20%摻量時的65 min延長至0.40%摻量時的196 min。其抗壓強度則隨著緩凝劑摻量的增加而降低，由0.20%摻量時的5.8 MPa降低至0.40%摻量時的4.2 MPa。出現(xiàn)這種情況是因為，緩凝劑的添加會使水化生成的二水石膏晶體形貌發(fā)生改變，針棒狀晶體減少，搭接點減少，不能形成緊密搭接的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且隨著緩凝劑摻量的增加，該現(xiàn)象越明顯，從而導致抗壓強度逐漸降低[16-17]。

綜上可知，當水料比為0.35，水泥摻量為10%，緩凝劑摻量為0.25%時，所制得石膏基泡沫混凝土的綜合性能最佳，其終凝時間為87 min，干密度為840kg/m3，抗壓強度為5.6 MPa，收縮值為0.019mm/m，軟化系數(shù)為0.62。

2.4 石膏基泡沫混凝土試樣的微觀結(jié)構(gòu)

按上述最佳配合比制備石膏基泡沫混凝土，并對其微觀孔結(jié)構(gòu)和水化產(chǎn)物進行觀察，SEM照片如圖2所示。

圖2 石膏基泡沫混凝土的SEM照片

由圖2可見，制得石膏基泡沫混凝土試樣的孔結(jié)構(gòu)較好，孔徑尺寸較小，孔徑分布均勻，且孔壁較厚。生成的水化產(chǎn)物中含有板狀CH晶體，網(wǎng)狀的C-S-H、針棒狀的AFt晶體及柱狀CaSO4·2H2O晶體，這些水化產(chǎn)物相互搭接，使成型試樣的物理力學性能較好。

2.5 石膏基輕質(zhì)隔墻板成型工藝

按上述最佳配合比制備石膏基輕質(zhì)隔墻板，此時終凝時間為87min。因石膏遇水會快速凝結(jié)硬化，因此在投料時先將緩凝劑、減水劑與水混合均勻，再加入石膏和水泥，攪拌均勻后發(fā)泡。先將緩凝劑溶于水中后，與石膏發(fā)生反應的是溶有緩凝劑的水溶液，該方式有效控制了石膏的凝結(jié)速度，解決了石膏遇水快速硬化問題。石膏基輕質(zhì)隔墻板的成型工藝如圖3所示。

圖3 石膏基輕質(zhì)隔墻板的成型工藝

2.6 石膏基輕質(zhì)隔墻板性能

采用上述最佳配合比的石膏基泡沫混凝土制備3000 mm×600mm×90 mm石膏基輕質(zhì)隔墻板，結(jié)構(gòu)示意見圖4，并按照JG/T 169—2016對其各項性能進行測試，結(jié)果如表7所示，其所測性能均符合JG/T 169—2016要求，與不同板材性能對比情況如表8所示。

圖4 石膏基輕質(zhì)隔墻板結(jié)構(gòu)示意

表7 石膏基輕質(zhì)隔墻板的性能

表8 不同板材性能對比

3 結(jié)論

（1）當水料比為0.35，水泥摻量為10%，緩凝劑摻量為0.25%時，所制得石膏基泡沫混凝土的綜合性能最佳，其凝結(jié)時間為87min，干密度為840kg/m3，抗壓強度為5.6MPa，收縮值為0.019 mm/m，軟化系數(shù)為0.62。

（2）石膏基泡沫混凝土的孔結(jié)構(gòu)分布均勻，且孔徑較小，生成的水化產(chǎn)物中含有板狀CH晶體、網(wǎng)狀C-S-H凝膠、針棒狀AFt晶體和柱狀CaSO4·2H2O晶體，這些水化產(chǎn)物相互搭接，使成型試樣的綜合性能較好。

（3）采用最佳配合比石膏基泡沫混凝土制備的石膏基輕質(zhì)隔墻板質(zhì)量輕、強度高，且防水防火性能好、韌性高，還具有較好的吊掛力和抗沖擊性能。