石膏基泡沫混凝土在轻质隔墙板中的应用研究_张静.pdf

新型建筑材料2023020引言随着城市基本建设的飞速发展，对资源再利用和节能要求日趋严格，传统烧结黏土砖、黏土空心砖等填充砌体被轻质隔墙板所取代已势在必行1。轻质隔墙板是一种新型节能墙体材料，是一种外型类似空心楼板的墙材，但其两侧有公母榫槽，安装时只需将板材立起，公母榫涂上少量嵌缝砂浆后拼装起来即可。轻质隔墙板具有轻质高强、保温隔热、呼吸调湿、隔声、防火等优点，且可预制线管、线盒成品，线管通过板材内部通孔铺设，无需开槽，只需用打孔机制作接线盒安装的方孔，安装穿线管和接线盒后用建筑结构胶进行固定即可，减少现场操作工序，加快施工速度。目前，轻质隔墙板的研究已受到石膏基泡沫混凝土在轻质隔墙板中的应用研究张静1，崔龙丹1，赵志刚1，杨思忠2，任成传1，王群1，刘兴华1（1.北京市燕通建筑构件有限公司，北京102202；2.北京市住宅产业化集团股份有限公司，北京100161）摘要：以工业副产脱硫石膏为主要原材料制备石膏基泡沫混凝土，研究水料比、水泥掺量和缓凝剂掺量对石膏基泡沫混凝土物理力学性能的影响，确定最佳配合比，并对成型试样的微观结构进行分析。在上述基础上，研究石膏基轻质隔墙板的成型工艺，测试产品性能。结果表明：当水料比为 0.35，水泥掺量为 10%，缓凝剂掺量为 0.25%时，石膏基泡沫混凝土中生成的板状 CH 晶体、网状C-S-H 凝胶、针棒状 AFt 晶体和柱状 CaSO4 2H2O 晶体相互搭接，使成型试样的抗压强度和软化系数较高，收缩较低；先将缓凝剂溶于水再投放石膏中可以有效改善石膏遇水快速凝结硬化问题；制得的轻质隔墙板不仅具有轻质高强、保温隔热、收缩小的特点，还具有较好的防水性和抗冲击性能。关键词：石膏基泡沫混凝土；轻质隔墙板；脱硫石膏；水泥；微观结构中图分类号：TU528.2文献标识码：A文章编号：1001-702X（2023）02-0118-05Application of gypsum based foamed concrete in lightweight partition boardZHANG Jing1，CUI Longdan1，ZHAO Zhigang1，YANG Sizhong2，REN Chengchuan1，WANG Qun1，LIU Xinghua1（1.Yantong Precast Concrete Co.Ltd.，Beijing 102202，China；2.Beijing Building Industrialization Group Corp.Ltd.，Beijing 100161，China）Abstract：Gypsum based foamed concrete was prepared with industrial by-product desulfurized gypsum as the main raw material.The effects of water-solid ratio，cement content and retarder content on the physical and mechanical properties of gypsumbased foamed concrete were studied respectively to determine the optimal mix，and the microstructure of the sample was analyzed.On that basis，research the molding process of gypsum based light partition board and test product performance.The results showthat：When the water-material ratio is 0.35，the cement content is 10%，and the retarder content is 0.25%，plate-like CH crystals，reticulated C-S-H gel，needle-stick AFt crystals and columnar CaSO4 2H2O crystals formed in gypsum based foamed concrete overlap with each other，cause the compressive strength and softening coefficient of the molded sample higher and the shrinkage lower;The problem of rapid condensation and hardening of gypsum in water can be effectively improved by first dissolving retarder inwater and then putting gypsum;The prepared lightweight partition board not only has the characteristics of light weight，highstrength，heat insulation and less shrinkage，but also has better water resistance and impact resistance.Key words：gypsum based foamed concrete，lightweight partition board，desulfurization gypsum，cement，microstructure基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFC0703704）收稿日期：2022-08-23；修订日期：2022-11-02作者简介：张静，女，1994 年生，硕士，E-mail：。中国科技核心期刊118NEW BUILDING MATERIALSNEW BUILDING MATERIALS国内外学者的高度关注2-3，且逐渐应用于框架式结构高楼大厦、工业厂房、民用住宅，楼、堂、馆、所的非承重隔墙4-6，以及旧房加层改造的分室、分户、卫生间、厨房非承重部位的隔断，特别适用于防火要求较高的公共娱乐场所。现阶段，我国轻质隔墙板种类较多，按其材质分为蒸压加气混凝土隔墙板、EPS 砂浆复合隔墙板、轻骨料混凝土隔墙板、轻钢龙骨隔墙板等7。蒸压加气混凝土隔墙板具有质量轻、成本低和隔声防火好等优点8，但存在生产工艺复杂、设备投资高、板材强度偏低、脆性大、抗冲击差、吸水率高、易开裂等问题；EPS 砂浆复合隔墙板具有轻质、生产工艺简单等优点9，但其表层板材存在与芯材脱开的风险；轻骨料混凝土隔墙板具有坚固耐用、防水防火、保温隔声、抗冻性好等特点，但生产需使用轻骨料且经高温蒸压养护10，生产工艺较复杂、设备投资高，造成成本较高；轻钢龙骨隔墙板质量轻、施工便捷，且管线布设隐蔽性好、材料运输成本低，但隔声差、吊挂力低（吊挂重物需要加固，导致成本增加）、敲击空洞感明显，另外，轻钢龙骨与面板受温度影响引起的变形量不同，导致接缝处易开裂11。以工业固废脱硫石膏为主要原材料，结合铺设钢丝网或玻璃网格布作为增强材料12，制备了增韧石膏基泡沫混凝土隔墙板，具有大量消耗固废材料、工艺简单、成本低、收缩小、防水、抗冲击性能和吊挂力高等优点，是一种综合性能优良的隔墙板。本文研究了水料比、水泥掺量和缓凝剂掺量对石膏基泡沫混凝土物理力学性能的影响，并确定了最佳配合比，在此基础上开发出适用于石膏基轻质隔墙板的自动化高效生产工艺，并对产品性能和微观结构进行测试和分析。1试验1.1原材料水泥：P O42.5 水泥，北京水泥厂有限责任公司，其物理力学性能及化学成分如表 1 和表 2 所示。表 1P O42.5 水泥的物理力学性能表 2P O42.5 水泥的化学成分%脱硫石膏：主要成分为半水石膏，内蒙古某电厂产，其矿物组成如图 1 所示。图 1脱硫石膏的 XRD 图谱发泡剂：植物蛋白发泡剂，发泡倍数 24 倍，郴州千夕建筑材料有限公司生产，使用时按照 m（发泡剂）m（水）=130 进行稀释，所制得泡沫 1 h 沉降距为 2 mm，1 h 泌水率为 10%。减水剂：聚羧酸减水剂，上海英杉新材料科技有限公司生产，减水率 26%。缓凝剂：聚合改性氨基酸类石膏缓凝剂，河北协同化学有限公司生产。1.2试验方案按照表 3 设计的试验配方，首先研究水料比、水泥掺量和缓凝剂掺量对石膏基泡沫混凝土物理力学性能和微观结构的影响，其中，水泥掺量和稀释后发泡剂掺量按占胶凝材料质量计，缓凝剂掺量按占石膏质量计。然后，按照最佳配方制备石膏基轻质隔墙板，确定最佳成型工艺，并对其物理力学性能进行测试与分析。表 3试验配方设计安定性凝结时间/min抗折强度/MPa抗压强度/MPa初凝3 d3 d28 d合格1792334.98.625.254.6终凝28 dCaOSiO2Al2O3CO2MgOSO3Fe2O3K2OTiO2Na2O56.321.26.95.02.32.62.21.10.90.5编号水料比石膏/%水泥/%减水剂/%缓凝剂/%稀释后发泡剂/%1#0.3080200.550.355.22#0.3580200.550.355.23#0.4080200.550.355.24#0.4580200.550.355.25#0.5080200.550.355.26#0.3510000.550.355.27#0.359550.550.355.28#0.3590100.550.355.29#0.3585150.550.355.210#0.3580200.550.355.211#0.3590100.550.205.212#0.3590100.550.255.213#0.3590100.550.305.214#0.3590100.550.355.215#0.3590100.550.405.2张静，等：石膏基泡沫混凝土在轻质隔墙板中的应用研究119新型建筑材料2023021.3试验方法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压强度按照 JG/T 2662011 泡沫混凝土 进行测试，收缩和软化系数按照 JG/T1692016 建筑隔墙用轻质条板通用技术要求 进行测试，凝结时间按照 GB/T 97762008 建筑石膏 进行测试。1.3.2石膏基轻质隔墙板的性能石膏基轻质隔墙板的各项性能按照 JG/T 1692016 进行测试。1.3.3微观结构采用扫描电子显微镜对石膏基泡沫混凝土的微观孔结构和水化产物进行观察与分析。2结果与讨论2.1水料比对石膏基泡沫混凝土性能的影响按照水泥掺量 20%、缓凝剂掺量 0.35%制备石膏基泡沫混凝土，研究不同水料比（0.30、0.35、0.40、0.45、0.50）对其干密度和抗压强度的影响，结果如表 4 所示。表 4水料比对石膏基泡沫混凝土性能的影响由表 4 可以看出：（1）随水料比的增大，石膏基泡沫混凝土的干密度呈先减小后增大的趋势。这是因为，当水料比低于 0.35 时，泡沫与浆体之间的摩擦力较大，搅拌过程中大量泡沫破裂，导致其干密度较高。当水料比高于 0.35 时，浆体稠度变小，凝结时间延长，部分泡沫在浆体硬化前破裂，同样导致干密度逐渐增大，但增幅不大。（2）石膏基泡沫混凝土的抗压强度随着水料比的增加呈先提高后降低趋势。当水料比为 0.35 时，所制得石膏基泡沫混凝土的抗压强度达到最高，为 3.7 MPa。这是因为，建筑石膏本身需水量较高13，当水料比较小时，拌合水的用量不能满足石膏水化的需水量，导致其水化反应不完全，抗压强度未达到最高值。当水料比较大时，石膏凝结速度相对降低，石膏反应过程中释放的热量导致部分泡沫破裂，同时，放热过程加快了水分的蒸发。上述 2 种情形均会使成型试样的大孔和连通孔率增