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半干法石膏胶凝材料是未来石膏制品发展的方向
安徽森科新材料有限公司 张庚福
一、浇注法石膏胶凝材料
目前国际上和中国国内石膏砌块的生产工艺均为:以建筑石膏(α或β)为主要原料(亦可加入轻集料)、纤维增强材料、发泡剂等辅助材料,经加水搅拌、在流体状态下浇注成型,经过干燥(自然晾晒和烘干)制成的块状、板状的轻质建筑石膏制品,如:石膏砌块、石膏条板、纸面石膏板、抗静电地板石膏基材、石膏模盒等。
理论上半水石膏水化的需水量为18.62%,而实际制作石膏制品时其需水量都大大超过它,原因是使石膏浆体具有流动性,便于生产操作,使石膏浆体具有一定的流动性的需水量称为标准稠度需水量,一般在0.7左右(α石膏在0.35-0.4左右),β石膏实际生产中的水膏比远远大于“标稠”,即0.8-0.9,甚至达到1.0,德国石膏砌块生产的水膏比在0.9左右,除去石膏水化结晶的需水量,多余的自由水(60-70%)需要干燥(人工或自然)延长出厂时间,增加生产成本(约8元/㎡),由于自由水占据了石膏硬化体内大量空间,石膏硬化体密度虽轻,但硬度小,强度低,搬运破碎率高、市场认同度低,制约了石膏胶凝材料的发展。
为降低水膏比,在石膏砌块生产实践中,多采用如下方法:
手工浇注:手工生产,石膏浆体的流动性要求小, 其水膏比可大大降低,一般在0.6左右,降低了干燥压力,但生产效率低。
高效减水剂,据说可降低水膏比10-20%,但生产中至今未遇到真实的减水剂,同时价格昂贵,生产实用价值不高。
球磨粉碎,改变颗粒级配和形貌,增加石膏胶体流动度,降低水膏比约10%(实验室实验),但生产实践上少见。
添加改性剂,增加流动度,这是很好的途径,笔者经过长期实践,其水膏比也仅降低10%左右,未能彻底改变水膏比多的现状。
长期以来,为解决高水膏比的干燥问题,业内石膏砌块企业从生产实践中总结出如干燥下方法:
芯孔水平放置法:利用风的水平方向流动的特点,把砌块芯孔水平放置,便于通风,加快干燥速度;
建干燥楼,把砌块放到楼房上,因高度增加,风力增大,离开湿度大的地面,便于去湿。
建干燥窑,通过加热干燥。
上述干燥方法虽有一定效果,但未根本解决石膏砌块的干燥瓶颈,且生产成本高,占地面积大,搬运成本高,未能形成连续大规模化生产,再加上力学性能差,破碎率高,虽然是绿色建材,但严重的制约了石膏砌块的发展。
二、半干法石膏砌块的提出
应用研究是为生产第一线服务的,市场的需求是应用研究的方向,石膏砌块浇注法多余自由水的干燥制约了其发展,能否有一种半干法石膏砌块的生产工艺彻底解决其发展瓶颈问题。
为此,依据对石膏材性的多年研究和其工艺实践,我们提出了半干法石膏砌块的研究课题。半干法石膏砌块的研究的基本原则是:
半干法石膏砌块的各项指标仍执行JC/T698-2010;
半干法石膏砌块与浇注法一样,只是加水量大大减少,但必须百分百水化,即熟石膏(半水石膏)CaSO4.1/2H20→H20水化反应(空气中)→二水石膏(CaSO4. 2H20);
半干法石膏砌块的机械化生产仍是模腔成型,但工艺流程与浇注法不同。
研究表明,半干法石膏砌块与浇注法石膏砌块的结晶理论基本一致,但水化过程和水化反应速率大不一样。
半干法在低水膏比的时候,由于无多余自由水迟缓水化反应,其晶核产生,晶体形成反应速率快,其水化热高于浇注法5-10℃(初终凝时间远短于浇注法),由于无多余自由水,再加上添加是SK半干法石膏助剂,晶体结构粗壮,致密,硬化密度大,力学性能高,由于配方中除供给结晶的需水量外,还有多余的少量的自由水,可确保完全水化反应,只是生产中最好水化反应一致,不要因水与石膏粉的界面接触不均匀而影响同步水化,因此加入分散剂非常重要。
通过大量实验,半干法石膏砌块有如下技术问题需解决:
由于水膏比低,水化反应激烈,一般水化热高出浇注法5-10℃,某些建筑石膏粉甚至高出10℃,由于反应激烈,易造成硬化体产生细微裂缝;
初终凝时间比浇注法缩短1-2min;
在水膏比低的情况下如何确保水与石膏的完全结合,完全水化;
密度大,如何降低密度以满足标准要求;
半干法石膏胶凝材料粘性极大,选择好不粘的界面材料;
半干法石膏胶凝材料对环境温度、水温、粉体温度等敏感性极强,其配方如何满足生产要求;
同类石膏,但不同品质,不同类石膏其配方均不一致,其工业化生产时候通过大量的实验以最终确定其配方;
调整好初终凝时间与现有浇注法基本一致,使石膏砌块高生产效力保持;
在解决好上述技术问题后,与其配套的机械设备设计必须满足如下技术要求:
浇注法石膏砌块是在静态的状态下水化、硬化,而半干法石膏砌块是在动态的状态下水化、硬化,其动态的应力、速率应不破坏其水化时晶体结构;
在配方中分散剂的配合下,如何确保水与石膏粉体的充分结合;
机械工艺流程时段必须与石膏胶凝
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