隨著我國(guó)“碳達(dá)峰 碳中和”及“十四五”節(jié)能減排目標(biāo)的提出，降低建筑行業(yè)的碳排放、加快建材行業(yè)的綠色改造升級(jí)已是大勢(shì)所趨。石膏是工業(yè)減少碳排放的重要原料，具有質(zhì)量輕、保溫隔熱、防火等功能，且可作為水泥緩凝劑、制備石膏自流平砂漿、抹灰石膏砂漿等產(chǎn)品。輕質(zhì)抹灰石膏砂漿是抹灰石膏砂漿的一種，常以半水石膏為基材，摻入填料、輕質(zhì)骨料、添加劑等制備得到。

與傳統(tǒng)水泥抹灰砂漿相比，輕質(zhì)抹灰石膏砂漿具備自身重量輕，良好的吸濕性、粘結(jié)性、收縮性等優(yōu)勢(shì)。測(cè)試了石膏粉摻量、輕骨料摻量、緩凝劑摻量及纖維素醚摻量對(duì)輕質(zhì)抹灰脫硫石膏凝結(jié)時(shí)間及力學(xué)強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，脫硫石膏粉摻量的增加有利于輕質(zhì)抹灰石膏力學(xué)強(qiáng)度的提升，但提升幅度較小；玻化微珠的摻量不宜過高，否則不利于其抗折強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度；濟(jì)南輕質(zhì)抹灰石膏發(fā)現(xiàn)：檸檬酸鈉對(duì)輕質(zhì)抹灰脫硫石膏砂漿有緩凝效果；羥丙基甲基纖維素的摻入不利于輕質(zhì)抹灰脫硫石膏砂漿的抗壓強(qiáng)度。吳開勝等利用脫硫石膏、細(xì)砂、輕集料和外加劑制備得到輕質(zhì)抹灰石膏砂漿，當(dāng)輕質(zhì)抹灰石膏密度為990kg/m3時(shí)，其抗壓強(qiáng)度高于5MPa，粘接強(qiáng)度高于0.3MPa。葉蓓紅等采用脫硫石膏、玻化微珠、膨脹珍珠巖、纖維素醚、引氣劑、緩凝劑制得輕質(zhì)石膏抹灰砂漿，研究表明，輕骨料選用玻化微珠較佳，且用量為石膏用量的20%~35%；當(dāng)輕骨料選用膨脹珍珠巖時(shí)，用量為石膏用量的15%~25%。纖維素醚黏度不宜過大或過小，且用量為石膏用量的0.2%~0.4%。引氣劑摻量為輕質(zhì)抹灰石膏粉料總量的0.6%~1.2%。

盡管眾多學(xué)者對(duì)輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的制備方法及性能進(jìn)行了研究，但仍未詳盡地研究影響砂漿性能的因素。本文以β-半水石膏為主要膠凝材料，摻入玻化微珠、鈣粉及添加劑制備得到輕質(zhì)抹灰石膏砂漿，重點(diǎn)研究了玻化微珠種類及摻量，觸變劑種類及摻量，HPMC種類及摻量對(duì)輕質(zhì)抹灰石膏砂漿抗壓強(qiáng)度、表觀密度、體積密度及保水性的影響，以期為輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的物理性能和施工性能的改善提供科學(xué)有效的技術(shù)支撐。

1.1 原材料

脫硫石膏粉：脫硫石膏（CaSO4· 1/2H2O），其物理性能見表1。

表 1 脫硫石膏基本性能

鈣粉：400 目石灰石粉。

輕骨料：玻化微珠BH-1、BH-2、BH-3、BH-4，松散堆積密度分別為90kg/m3、100kg/m3、150kg/m3、200kg/m3。且玻化微珠摻量按輕質(zhì)抹灰石膏砂漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6%、8%、10%。

緩凝劑：采用蛋白質(zhì)類石膏緩凝劑，摻入比例為輕質(zhì)抹灰石膏砂漿質(zhì)量的0.05%~0.2%。

纖維素醚：采用羥丙基甲基纖維素醚（HPMC），HP-1、HP-2 黏度分別為40000mPa·s100000mPa·s。HPMC 摻量按輕質(zhì)抹灰石膏砂漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%、0.2%、0.3%。

觸變潤(rùn)滑劑：C-1 為安吉康科技有限公司，C-2 為山東多聚化學(xué)有限公司，C-3 為自制。觸變潤(rùn)滑劑摻量按輕質(zhì)抹灰石膏砂漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.03%、0.05%、0.1%。

1.2 試驗(yàn)方法

脫硫半水石膏的凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展度、用水量依據(jù)GB/T17669.4-1999《建筑石膏凈漿物理性能的測(cè)定》；脫硫半水石膏的力學(xué)性能依據(jù)GB/T9776-2008《建筑石膏》；玻化微珠堆積密度依據(jù)GB/T14684-2011《建筑用砂》；輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的保水率、抗壓強(qiáng)度、體積密度、濕密度、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度依據(jù)GB/T28627-2012《抹灰石膏》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

2.1 輕骨料種類、摻量對(duì)輕質(zhì)抹灰石膏砂漿性能的影響

玻化微珠為無(wú)機(jī)玻璃質(zhì)礦物材料，具有質(zhì)量輕、防火絕熱、吸水率小、抗老化、耐高低溫等優(yōu)良特性，且理化性能穩(wěn)定，屬于高性能、環(huán)保型輕質(zhì)絕熱材料，可替代膨脹珍珠巖、聚苯顆粒等傳統(tǒng)輕質(zhì)骨料，用于制備保溫隔熱砂漿、輕質(zhì)砌筑砂漿等。

固定脫硫半水石膏與鈣粉用量為94%、92%、90%，對(duì)應(yīng)的玻化微珠BH-1、BH-2、BH-3、BH-4 摻量分別為6%、8%、10%，且添加劑用量不變時(shí)，測(cè)得的輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的濕密度、抗壓強(qiáng)度結(jié)果見圖1。

（a）濕密度結(jié)果

（b）抗壓強(qiáng)度結(jié)果

圖 1 玻化微珠種類及摻量對(duì)輕質(zhì)抹灰石膏性能的影響

由圖1（a）可知，玻化微珠堆積密度相同時(shí)，隨著玻化微珠摻量增加，輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的濕密度隨之減小，BH-1、BH-3在8% 摻量時(shí)除外，其中，BH-2、BH-4 兩種玻化微珠砂漿濕密度降低的趨勢(shì)接近。說(shuō)明玻化微珠作為優(yōu)良的輕質(zhì)骨料，可較大幅度降低砂漿的濕密度。同一玻化微珠摻量下，隨著玻化微珠堆積密度的增加，輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的濕密度整體呈增加的趨勢(shì)，但是增加幅度隨之減小。有可能是玻化微珠堆積密度較大時(shí)，其表面玻化率反而較小，玻化微珠表面積的增加使得砂漿用水量上升，又玻化微珠中粉狀偏多，從而使得砂漿濕密度大。同時(shí)，砂漿濕密度主要受玻化微珠堆積密度和引氣劑摻量影響，當(dāng)微珠堆積密度較小時(shí)，顆粒對(duì)水和添加劑的吸附作用更明顯，占用的漿體更多，所以在實(shí)際應(yīng)用中堆積密度小的輕骨料用量較少，堆積密度大的輕骨料用量較多。

由圖1（b）可知，玻化微珠堆積密度相同時(shí)，輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的抗壓強(qiáng)度隨玻化微珠摻量的增加整體呈下降的趨勢(shì)，主要是因?yàn)椴；�微珠自身�?qiáng)度低，摻量增大導(dǎo)致砂漿硬化體抗壓強(qiáng)度降低。同一玻化微珠摻量下，隨著玻化微珠堆積密度增加，抗壓強(qiáng)度呈先增后減的趨勢(shì)，整體上BH-3 對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度高于BH-2、BH-4 對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度，遠(yuǎn)高于BH-1 對(duì)應(yīng)的砂漿強(qiáng)度。說(shuō)明玻化微珠堆積密度不宜過大。又玻化微珠價(jià)格較高，且在石膏砂漿中用量比較大，使得材料成本提高。綜合考慮，玻化微珠堆積密度為150kg/m3 時(shí)，制得的砂漿具有較好的工作性能和較高性價(jià)比。

2.2 體積密度對(duì)輕質(zhì)抹灰石膏砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

固定脫硫半水石膏與鈣粉用量為94%，對(duì)應(yīng)的玻化微珠BH-1、BH-2、BH-3、BH-4 摻量分別為6%，且添加劑用量不變時(shí)，測(cè)得的體積密度對(duì)輕質(zhì)抹灰石膏砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響結(jié)果見圖2。

圖 2 體積密度對(duì)輕質(zhì)抹灰石膏砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

由圖2 可知，輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度隨砂漿體積密度的增加而增加，這是因?yàn)轶w積密度增加，使得砂漿硬化體內(nèi)空隙減小，從而提高砂漿密實(shí)度。同時(shí)，體積密度高的砂漿，其漿體與基底的粘結(jié)更充分，界面交接處薄弱點(diǎn)被漿體彌補(bǔ)，使得界面粘結(jié)更加牢固，說(shuō)明輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的體積密度越高，其拉伸粘結(jié)強(qiáng)度越高。輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的體積密度與濕密度呈正相關(guān)，這也意味著輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度與濕密度呈正相關(guān)。

2.3 纖維素醚種類、摻量對(duì)輕質(zhì)抹灰石膏砂漿性能的影響

固定脫硫石膏、鈣粉及玻化微珠總用量為100%，且緩凝劑及觸變劑用量不變，當(dāng)纖維素醚HP-1、HP-2 摻量分別為0.1%、0.2%、0.3% 時(shí)，輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的保水率、抗壓強(qiáng)度結(jié)果見圖3。

（a）保水率結(jié)果

（ b）抗壓強(qiáng)度結(jié)果

圖 3 纖維素醚種類及摻量對(duì)輕質(zhì)抹灰石膏性能的影響

由圖3（a）可知，同一黏度下，輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的保水率均隨纖維素醚摻量的增加而增加。可能是HPMC 在水中形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠鎖住漿體中的自由水，使得料漿中自由水減少，流動(dòng)度減小, 從而使得保水率提高。同一HPMC 摻量下，HP-2 保水性能優(yōu)于HP-1，說(shuō)明HP-2 的保水效果較佳，在摻量為0.3% 時(shí)，保水率達(dá)到85% 以上。

由圖3（b）可知，同一黏度下，隨纖維素醚摻量的增加，輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的抗壓強(qiáng)度隨之減小。可能是因?yàn)榧尤際PMC后，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量會(huì)隨HPMC 的增加而增加，導(dǎo)致漿體水灰比增大，漿體硬化后的孔隙增多，使得石膏砂漿強(qiáng)度降低。同時(shí)，HPMC 摻量≤ 0.2% 時(shí)，HP-2 對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度小于HP-1對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度，且HP-2 制備的砂漿抗壓強(qiáng)度下降幅度大于HP-1 制備的砂漿抗壓強(qiáng)度下降幅度。說(shuō)明纖維素醚黏度過高時(shí)對(duì)強(qiáng)度的不利影響較大。

纖維素醚種類和摻量對(duì)石膏砂漿的施工性能影響較大，通過在內(nèi)墻試用制得的輕質(zhì)抹灰石膏砂漿，結(jié)果表明, 相同纖維素醚摻量下，黏度越高，拌制的砂漿粘性越好，使用時(shí)更容易上墻，但更具有“粘刀”現(xiàn)象。石膏砂漿常采用“打灰餅—充筋—復(fù)筋—抹灰—找平”的施工流程，工人在抹灰、找平時(shí)對(duì)黏性強(qiáng)的材料使用不習(xí)慣，為了追求進(jìn)度，便會(huì)采取增加用水量的方式，造成砂漿質(zhì)量下降的不利影響。為滿足工人的施工需求，并保證砂漿質(zhì)量，采用中低粘度、保水率高的纖維素醚效果較好，綜合考慮，選用HP-1 可制得符合標(biāo)準(zhǔn)要求、施工性好的輕質(zhì)抹灰石膏砂漿。

2.4 觸變劑種類、摻量對(duì)輕質(zhì)抹灰石膏砂漿性能的影響

固定脫硫石膏、鈣粉與玻化微珠總用量為100%，且緩凝劑及纖維素醚用量不變，當(dāng)C-1、C-2、C-3 摻量為0、0.03%、0.05%、0.1% 時(shí)，輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的保水率結(jié)果見圖4。

圖 4 觸變劑種類及摻量對(duì)輕質(zhì)抹灰石膏保水率的影響

由圖4 可知，C-1 對(duì)保水率的影響較大，尤其是摻量＞0.03% 時(shí)，隨著用水量增加，保水率大幅下降，摻量增至0.1%時(shí)，保水率降低了15.5%。隨著觸變潤(rùn)滑劑摻量的增加，C-2、C-3 整體保水率呈上升的趨勢(shì)，且C-3 的保水性能優(yōu)于C-2。觸變潤(rùn)滑劑對(duì)改善砂漿的抗流掛性、潤(rùn)滑性和施工性具有重要意義，觸變潤(rùn)滑劑具有明顯的增稠作用，可使砂漿在降低纖維素醚摻量的情況下抗流掛性能提高，粘度降低，改善“粘刀”現(xiàn)象。C-1 與C-2 類觸變潤(rùn)滑劑在實(shí)際使用中還需另外添加增稠材料才能達(dá)到C-3 的施工效果，增加了砂漿成本。考慮不同的觸變潤(rùn)滑劑的性能差異及砂漿的施工性能，自制觸變潤(rùn)滑劑可制備出性能優(yōu)良的輕質(zhì)抹灰石膏砂漿。

（1）同一玻化微珠堆積密度下，當(dāng)玻化微珠摻量增加時(shí)，輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的濕密度隨之減小，同時(shí)抗壓強(qiáng)度也整體呈下降的趨勢(shì)；同一玻化微珠摻量下，當(dāng)玻化微珠堆積密度逐級(jí)增加時(shí)，輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的濕密度整體增加，而抗壓強(qiáng)度先增后減。綜合考慮施工性能與成本，堆積密度為150kg/m3 的玻化微珠效果較好。

（2）同一黏度下，砂漿保水率隨纖維素醚摻量的增加而增加，而抗壓強(qiáng)度隨之減小。不同黏度纖維素醚的保水率差異較小，但黏度過高對(duì)抗壓強(qiáng)度的不利影響較大，同時(shí)黏度過高影響施工性，所以應(yīng)選擇中低粘度、保水性能好的纖維素醚。

（3）自制觸變潤(rùn)滑劑保水性能、抗流掛性好，能夠制備出性能優(yōu)良的、高性價(jià)比的輕質(zhì)抹灰石膏砂漿。

（4）輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度與體積密度呈正相關(guān)。輕質(zhì)抹灰石膏砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于普通抹灰砂漿，與墻面粘結(jié)力強(qiáng)，在抹灰砂漿空鼓風(fēng)險(xiǎn)方面具有更優(yōu)異的效果。