論述了抹灰石膏在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的歷史及市場(chǎng)發(fā)展情況，介紹了抹灰石膏在煅燒石膏的陳化、新型化學(xué)外加劑及機(jī)械化施工方面的最新技術(shù)進(jìn)展。分析了與水泥抹灰相比抹灰石膏的優(yōu)點(diǎn)，展望了抹灰石膏在室內(nèi)家裝市場(chǎng)的應(yīng)用前景。
抹灰石膏應(yīng)用的歷史
石膏是一種世界上最古老的建筑材料之一，直到現(xiàn)在石膏仍然是一種最常用的建筑材料。據(jù)歐洲石膏組織(EuroGypsum Organization)的相關(guān)資料報(bào)道，抹灰石膏的最早應(yīng)用可以追溯到距今 11 000 年以前，如考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在公元前 9000 年左右，位于土耳其中部的加泰土丘休于古城(CatalHuyuk)的遠(yuǎn)古居民就已經(jīng)開(kāi)始采用抹灰石膏作為裝飾壁畫(huà)的基底。公元前 7000 年左右的以色列人就開(kāi)始采用石膏作為一種地面找平材料。
公元前 3000 年左右的埃及人在修建金字塔的過(guò)程中就開(kāi)始采用石膏抹灰材料對(duì)石料進(jìn)行修補(bǔ)、填縫、砌筑、抹灰及地面找平等應(yīng)用。公元前 700 年的希臘人將石膏材料廣泛應(yīng)用于雕塑、各種藝術(shù)品及建筑中，很明顯希臘人利用石膏膠凝性能的技術(shù)源于埃及，在實(shí)際應(yīng)用中希臘人還發(fā)現(xiàn)與石灰石相比，石膏抹灰摸上去更溫暖而且更容易溶解。古羅馬作家 Plinius the Elder 在《自然史》中提到，羅馬人從希臘人及古巴比倫人那里學(xué)習(xí)到了石膏的技術(shù)。當(dāng)時(shí)羅馬人不僅已認(rèn)識(shí)到石膏抹灰與石灰抹灰的區(qū)別，而且還首次認(rèn)識(shí)到石膏材料只能用于室內(nèi)非結(jié)構(gòu)承重部位，如他們將石膏用于龐貝古城建筑的內(nèi)墻抹灰;在實(shí)際抹灰中羅馬人還開(kāi)發(fā)了多層石膏抹灰工藝，而且從底到面的抹灰石膏中的砂子數(shù)量及砂子顆粒尺寸逐次減小，這無(wú)疑對(duì)于提高抹灰石膏的抗裂性有重要意義。關(guān)于石膏的應(yīng)用技術(shù)古羅馬人 Vitruvius 在《建筑十書(shū)》(公元前 80～70 年)中已有簡(jiǎn)要論述。
后來(lái)羅馬人通過(guò)對(duì)歐洲的征服戰(zhàn)爭(zhēng)將石膏技術(shù)帶到了中歐與北歐，現(xiàn)在人們通過(guò)對(duì)羅馬人統(tǒng)治時(shí)代一些歐洲建筑物的考察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)羅馬人已知道在石膏抹灰中摻加麥桿與馬毛進(jìn)行增強(qiáng)。隨著西羅馬帝國(guó)在公元 476 年的滅亡，石膏技術(shù)似乎一下子失傳了，因而人們對(duì)中世紀(jì)石膏抹灰的應(yīng)用知之甚少。中世紀(jì)早期德國(guó)哈茨山脈(Harz)地區(qū)的人們采用不可溶硬石膏進(jìn)行城墻及建筑物內(nèi)墻的抹灰，公元 9～13 世紀(jì)的一些修道院、教堂及宮殿建筑中都有石膏抹灰的應(yīng)用，到文藝復(fù)興時(shí)代石膏抹灰更多用于藝術(shù)品創(chuàng)造。到 15 世紀(jì)末隨著城鎮(zhèn)的擴(kuò)建，石膏技術(shù)好像又復(fù)活了，到 17～18 世紀(jì)的巴洛克及洛可可時(shí)期，石膏抹灰在宮殿及教堂的內(nèi)墻應(yīng)用已非常流行，由于熟練的石膏抹灰工匠較為缺乏，在德國(guó)及意利甚至出現(xiàn)一些專門培訓(xùn)石膏抹灰工匠的學(xué)校。歐洲人在多次的大火災(zāi)中開(kāi)始認(rèn)識(shí)到了石膏抹灰的防火性能，1667 年英國(guó)國(guó)王路易十四頒布法令，要求所有的木結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)外墻都要進(jìn)行石膏抹灰，以達(dá)到提高木結(jié)構(gòu)房屋防火的目的。
我國(guó)的石膏技術(shù)運(yùn)用較晚，最早可追溯到 2000 多年前的秦漢時(shí)期，石膏用于古萬(wàn)里長(zhǎng)城的砌筑中，但技術(shù)水平較低，目前基本已完全風(fēng)化。在長(zhǎng)沙馬王堆漢墓的建造中，也發(fā)現(xiàn)了石膏運(yùn)用在砌筑灰漿中，但同樣存在技術(shù)水平較低的問(wèn)題。
抹灰石膏的市場(chǎng)發(fā)展
盡管抹灰石膏有非常久遠(yuǎn)的應(yīng)用歷史，但由于缺乏科學(xué)的煅燒裝備及工藝、也沒(méi)有現(xiàn)代的加外劑技術(shù)及配方技術(shù)，古代的煅燒石膏及用煅燒石膏與砂子現(xiàn)場(chǎng)配的抹灰石膏的品質(zhì)及穩(wěn)定性也不會(huì)得到較好的保證。20 世紀(jì) 50 年代末，隨著德國(guó)干混砂漿的快速發(fā)展，德國(guó)可耐福集團(tuán)開(kāi)發(fā)了單層石膏基抹灰干混砂漿產(chǎn)品，20 世紀(jì) 60年代中期他們又發(fā)明了單層石膏抹灰砂漿噴涂機(jī) PFT-G5C及機(jī)噴用抹灰石膏產(chǎn)品 MP75，并在隨后開(kāi)啟了抹灰石膏機(jī)械化施工的革命，從此抹灰石膏的技術(shù)及市場(chǎng)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，抹灰石膏的總用量已達(dá)到全部抹灰用量的 50%以上，有的甚至達(dá)到 70%，抹灰石膏的研究、生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)、裝備及施工等已形成體系。根據(jù)歐洲石膏協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)在歐洲有 65 個(gè)抹灰石膏的供應(yīng)商，每年有 300 萬(wàn)～400 萬(wàn) m2 的抹灰石膏應(yīng)用到建筑的內(nèi)墻及頂棚，其中僅德國(guó)的抹灰石膏就占到 200 萬(wàn) m2。與歐洲的磚、石或混凝土實(shí)體墻不同，北美的建筑形式多采用柱板式房屋，因而他們會(huì)更多地選用石膏板而不是石膏抹灰砂漿，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005 年美國(guó)生產(chǎn)了建筑石膏 2600 萬(wàn) t，而絕大部分都被用來(lái)生產(chǎn)石膏板，其中僅 1%用于生產(chǎn)抹灰石膏。我國(guó)抹灰石膏的研究與發(fā)展相對(duì)較晚，直到 20 世紀(jì) 80年代初期相關(guān)科研院所才開(kāi)始進(jìn)行抹灰石膏的研究。如冶金部武漢冶金建筑研究所與湖北應(yīng)城石膏制粉廠研制出了最早的石膏抹灰材料，并于 1983 年 12 月通過(guò)湖北省科委組織的鑒定;北京建筑材料科學(xué)研究院在 1983～1989 年，先后承擔(dān)國(guó)家建材局“六五”攻關(guān)項(xiàng)目“粉刷石膏研究”、“七五”攻關(guān)項(xiàng)目“粉刷石膏系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)”2 個(gè)課題，被評(píng)為建設(shè)部科技成
果推廣項(xiàng)目，并獲得北京市科委“新產(chǎn)品、新技術(shù)推廣證書(shū)”及國(guó)家建材局科技進(jìn)步三等獎(jiǎng);1990 年初《石膏基粉刷材料成套技術(shù)》被列為建設(shè)部“八五”攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目，主要由重慶建筑大學(xué)、江蘇建科院和山東建科院承擔(dān)，重點(diǎn)研究了脫硫石膏、天然石膏和氟石膏制取粉刷石膏的工藝、配方、性能及施工工
藝;隨著相關(guān)技術(shù)問(wèn)題的不斷解決，抹灰石膏開(kāi)始逐漸進(jìn)入市場(chǎng)，北京建筑材料科學(xué)研究院于 1995 年開(kāi)始立項(xiàng)，總投資數(shù)千萬(wàn)元，從國(guó)外引進(jìn)了年產(chǎn) 6 萬(wàn) t 的雙筒回轉(zhuǎn)窯石膏煅燒生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線采用法國(guó) OCI 公司的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)設(shè)備由西班牙 MONTERDA 公司提供，生產(chǎn)控制由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，并于 2002 年建成并正式投入使用。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，由于抹灰石膏的研究、生產(chǎn)、應(yīng)用技術(shù)
已趨于完善，而且其性能優(yōu)點(diǎn)也開(kāi)始被施工人員接受，抹灰石膏在國(guó)內(nèi)進(jìn)入了較快速的發(fā)展。根據(jù)中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)石膏專業(yè)委員會(huì)專家估計(jì)，2004 年國(guó)內(nèi)的抹灰石膏用量已達(dá)到 100萬(wàn) t。泰山石膏 2004 年對(duì)國(guó)內(nèi)粉刷石膏的情況進(jìn)行過(guò)較詳細(xì)的市場(chǎng)調(diào)研，當(dāng)時(shí)大型全自動(dòng)化粉刷石膏生產(chǎn)線在國(guó)內(nèi)非常少，僅在北京、寧夏、新疆有幾條，全國(guó)幾百家企業(yè)中絕大多數(shù)企業(yè)的規(guī)模都較小，一般產(chǎn)量在 2000 t 左右，最小的產(chǎn)量?jī)H幾百噸，而且生產(chǎn)裝備簡(jiǎn)陋，基本沒(méi)有什么質(zhì)量控制，產(chǎn)品質(zhì)量也不太穩(wěn)定，應(yīng)用的地區(qū)主要在北京、天津、上海、新疆、河北、山東等地。經(jīng)過(guò)近 10 年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)抹灰石膏的用量已得到了快速增長(zhǎng)。根據(jù)中國(guó)砂漿網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)，2012 年抹灰石膏的用量已達(dá)到 260 萬(wàn) t。近兩三年隨著機(jī)噴應(yīng)用的快速發(fā)展，抹灰石膏的增長(zhǎng)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)加速期。根據(jù)中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)預(yù)拌砂漿分會(huì)的統(tǒng)計(jì)資料，2014 年抹灰石膏的用量已達(dá)到 350 萬(wàn) t。如果對(duì)比我們與歐洲的抹灰石膏的絕對(duì)用量不難發(fā)現(xiàn)，我們抹灰石膏的絕對(duì)用量已遠(yuǎn)超過(guò)歐洲總用量，但通過(guò)我們對(duì)市場(chǎng)的了解及相關(guān)市場(chǎng)產(chǎn)品的測(cè)試與分析發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)抹灰石膏的品質(zhì)與歐洲產(chǎn)品相比還存在一些差距。石膏原材料的穩(wěn)定性一直是制約抹灰石膏性能充分發(fā)揮的一個(gè)主要障礙，而原材料的穩(wěn)定又與石膏煅燒裝備及煅燒工藝密切相關(guān)，要提高國(guó)內(nèi)抹灰石膏的品質(zhì)還需在裝備與工藝上進(jìn)行更多的研究與投入;另外，由于我們?cè)跈C(jī)噴方面才剛剛真正起步，而歐洲已發(fā)展了50～60 年，在產(chǎn)品、施工工藝等方面已積累了大量的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，顯然未來(lái)在這方面我們要做的工作還不少。如果我們將石膏原材料的穩(wěn)定性及機(jī)噴技術(shù)完全解決并掌握好了，未來(lái)抹灰石膏的市場(chǎng)將會(huì)有更大的發(fā)展。
抹灰石膏的技術(shù)進(jìn)展
3.1 原材料的陳化技術(shù)
目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)抹灰石膏都是采用天然或脫硫石膏煅燒制備的以 β 半水石膏相為主的建筑石膏作為主要原材料，由于煅燒裝備及煅燒工藝的特點(diǎn)，實(shí)際煅燒出來(lái)的建筑石膏中往往存在一定的過(guò)燒產(chǎn)物，即可溶性Ⅲ型無(wú)水石膏。由于Ⅲ型無(wú)水石膏在水蒸氣或水作用下會(huì)快速轉(zhuǎn)化為半水石膏，通常煅燒出來(lái)的建筑石膏在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間自然陳化后，其中的Ⅲ型無(wú)水石膏會(huì)吸收空氣中的水蒸氣而逐漸自然轉(zhuǎn)變?yōu)?β 半水石膏，進(jìn)而建筑石膏的需水量也會(huì)相應(yīng)地逐漸降低、凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度也會(huì)逐漸有所延長(zhǎng)和增長(zhǎng)，最后建筑石膏的性能不僅趨于穩(wěn)定而且也趨于優(yōu)化。國(guó)內(nèi)一些抹灰石膏的生產(chǎn)企業(yè)在實(shí)際的生產(chǎn)與研究中也發(fā)現(xiàn)了陳化對(duì)抹灰石膏性能的影響，他們都提出煅燒后的石膏必須經(jīng)過(guò)有效陳化將Ⅲ型無(wú)水石膏的量降低到可控范圍后才能保證抹灰石膏的品質(zhì)及性能穩(wěn)定。事實(shí)上，關(guān)于石膏的陳化問(wèn)題不僅是我們存在，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在煅燒石膏時(shí)也存在同樣的問(wèn)題。尤其是為了提高生產(chǎn)效率并實(shí)現(xiàn)節(jié)能，快速沸騰閃燒及粉磨煅燒一體化的煅燒方式在歐美已越來(lái)越普遍，采用這種快速煅燒的一個(gè)主要問(wèn)題就是煅燒石膏中存在較多的過(guò)燒Ⅲ型無(wú)水石膏;另外由于抹灰石膏的包裝、儲(chǔ)存及運(yùn)輸裝備的發(fā)展與進(jìn)步，煅燒好的建筑石膏實(shí)際上多數(shù)情況下存放在大包或筒倉(cāng)內(nèi)，在這種相對(duì)密閉的條件下，煅燒好的石膏基本上很難得到充分陳化，進(jìn)而石膏的品質(zhì)也得不到較好的保證。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，德國(guó)石膏煅燒裝備供應(yīng)商 Claudius Peter 公司在幾年前推出一種加速石膏陳化的裝置，如圖 1 所示，并在保加利亞 AD 公司的石膏煅燒生產(chǎn)線上進(jìn)行了安裝與測(cè)試評(píng)估。
陳化裝置的基本工藝是將剛燒好的石膏通過(guò)氣流導(dǎo)入到一個(gè)圓柱形陳化筒內(nèi)，陳化器需要的濕度由煅燒石膏的相組成確定，帶有一定濕度的熱空氣(155 ℃左右)由 Peter 磨的尾氣提供到均化器內(nèi)，煅燒好的石膏粉在有濕度的熱空氣作用下形成懸浮狀態(tài)，并可以充分與空氣中的水氣反應(yīng)，這種條件下過(guò)燒的Ⅲ型無(wú)水石膏可以快速轉(zhuǎn)化為半水石膏，而半水石膏變化不大，欠燒的二水石膏也會(huì)在高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榘胨啵M(jìn)而達(dá)到加速陳化的目的。表 1 列出了煅燒好的石膏在陳化前及經(jīng)過(guò)陳化器強(qiáng)制陳化后的性能統(tǒng)計(jì)值。
也一直是石膏研究與應(yīng)用的一個(gè)重要話題。我們能了解到的最早的建筑石膏強(qiáng)制陳化技術(shù)的專利是由美國(guó) Harry EsmondBroookby 于 1920 年 3 月 8 日提出申請(qǐng)，并于 1921 年 3 月 8日獲得授權(quán)的，他的思路是在煅燒石膏中引入 1%左右的易吸潮的氯化物，以加快煅燒石膏的吸潮與陳化;隨后 1926 年 10
月 4 日美國(guó) Samuel G. Mcanally 申請(qǐng)一項(xiàng)加速石膏陳化的發(fā)明專利，并于 1929 年 5 月取得授權(quán)，他的思路更簡(jiǎn)單有效，直接向剛煅燒好的石膏中引入 1.2%~1.5%的水或水蒸氣，并同時(shí)攪拌煅燒石膏與水或水蒸氣 5~6 min，即可實(shí)現(xiàn)煅燒石膏的陳化;美國(guó)石膏公司的 Frank L Marsh 等于 1939 年 10
月 31 日也獲得一項(xiàng)關(guān)于石膏加速陳化的專利，其原理也是利用大量的溫度略低于 42 ℃、濕度為 60%的濕空氣處理剛煅燒好的石膏，使Ⅲ型無(wú)水石膏轉(zhuǎn)化為半水石膏;因?yàn)樵诔叵录铀蛩魵鈴?qiáng)制陳化石膏時(shí)，除了Ⅲ型無(wú)水石膏轉(zhuǎn)化為半水石膏外，如果工藝條件不合適，半水石膏也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槎啵?span style="display:none">kQ0膩?zhàn)幽z粉_可再分散乳膠粉_羥丙基甲基纖維素_聚丙烯纖維_木質(zhì)纖維素_北京萬(wàn)圖明科技有限公司
顯然二水石膏含量較高也不利于抹灰石膏的性能，如凝結(jié)時(shí)間大幅縮短，需要更多的緩凝劑，而緩凝劑過(guò)多會(huì)使抹灰石膏的強(qiáng)度損失較大。基于此，1968 年美國(guó)石膏公司的 William AKinkade 等又申請(qǐng)一項(xiàng)關(guān)于石膏陳化的專利，他們先向剛煅燒好的石膏中加入不超過(guò) 3%的水，一方面使煅燒石膏降溫，另一方面也使石膏進(jìn)行了陳化，降溫到 82～100 ℃后再進(jìn)行加熱升溫到 100 ℃以上，這樣就可以防止因引入水分過(guò)多而且溫度低而產(chǎn)生較多的二水石膏。兩年后 William A Kinkade又將他 1968 年的專利進(jìn)行了小的修改，前面加水將煅燒石膏降溫到沸點(diǎn)以下 82～100 ℃并加快Ⅲ型無(wú)水石膏陳化的步驟不變，只是后面干燥時(shí)在另一個(gè)低氣壓的倉(cāng)內(nèi)完成，為了快速讓石膏粉中的游離水蒸發(fā)掉，除了升溫，還可以采用微波加速水的逸出;美國(guó)石膏公司的 Eugene E O'neill 在 1979 年申請(qǐng)了一項(xiàng)可用于煅燒石膏連續(xù)陳化的圓筒形裝置，這個(gè)裝置底部有一個(gè)大的攪拌漿葉，轉(zhuǎn)速可以達(dá)到 100～500 r/min，通過(guò)它可以將從圓筒上部進(jìn)入的溫度為 150~180 ℃煅燒石膏攪拌成流動(dòng)態(tài)，進(jìn)石膏進(jìn)口處上方有一個(gè)加水裝置，即石膏邊進(jìn)入陳化筒邊攪拌成流態(tài)，并從另外一邊的筒側(cè)邊略低于進(jìn)料口高度的地方出料。法國(guó) Larfage Platres 公司的 Jeorg Bold 于表 1 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，煅燒好的石膏經(jīng)過(guò)陳化器強(qiáng)制陳化后，石膏粉中的Ⅲ型無(wú)水石膏吸收水氣轉(zhuǎn)變?yōu)榘胨啵笮蜔o(wú)水石膏的含量已從 5%～10%降低 1%左右;而且由于Ⅲ型無(wú)水石膏轉(zhuǎn)化為半水石膏首先發(fā)生在無(wú)水石膏的裂隙內(nèi)部，進(jìn)而使石膏粉的 BET 比表面積降低 22%～42%，石膏的相組成及比表面積的改變最終使得經(jīng)過(guò)陳化后的石膏需水量降低，強(qiáng)度大幅提高。
其實(shí)關(guān)于石膏加速陳化的技術(shù)一直都在不斷地發(fā)展中，2008 年及 2010 年也申請(qǐng)了一項(xiàng)石膏陳化的工藝與裝置，他們的陳化裝置類似一個(gè)分段回轉(zhuǎn)窯，回轉(zhuǎn)窯外部下方有加熱火頭，以保證回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部溫度不低于 100 ℃，煅燒好的石膏進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯的第一段，計(jì)算好量的水及水蒸氣均勻地加入到石膏中，隨轉(zhuǎn)窯的自轉(zhuǎn)，物料被窯壁的刮刀翻轉(zhuǎn)并向窯的第二段運(yùn)動(dòng)，第二段只是加熱脫去過(guò)多的自由水，最后從第二段進(jìn)入料倉(cāng)或冷卻段?？傮w而言，石膏的加速陳化對(duì)石膏的性能有重要的影響，歐美國(guó)家有關(guān)煅燒石膏的陳化工藝與陳化裝置的技術(shù)發(fā)明已發(fā)展了近 100 年，但我們國(guó)家的石膏絕大多數(shù)廠家都是靠自然陳化。自然陳化雖然也有一定效果，但隨著將來(lái)抹灰石膏的普及、用量增大以及人們對(duì)抹灰石膏性能要求的提高，自然陳化顯然并不能達(dá)到最優(yōu)的效果，在國(guó)外已有研究與應(yīng)用基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出適合于我們煅燒石膏的陳化工藝與裝置對(duì)于提升目前建筑石膏的品質(zhì)有明顯的意義。
3.2 新型化學(xué)外加劑
除了穩(wěn)定的石膏原材料外，配制性能優(yōu)異的抹灰石膏還需要各種新型的化學(xué)外加劑，如緩凝劑、速凝劑、保水劑、增稠劑及憎水劑等。常用的石膏緩凝劑是可溶性角質(zhì)蛋白，這種材料可以用強(qiáng)堿(如氫氧化鈉或氫氧化鈣)水解動(dòng)物的蹄子或角制備，這種制備工藝可以得到帶羧基、氨基、磺基及酰胺基長(zhǎng)鏈的大分子，Richard A. Kuntze 的研究結(jié)果顯示[3]，如果這種官能團(tuán)處于合適的位置，短分子鏈的可溶性角質(zhì)蛋白的緩凝效率更高。陶氏化學(xué)的 A Hecker 和 R Baumann 采用超聲波測(cè)試凝結(jié)時(shí)間的方法，研究了酒石酸、蘋果酸和多聚磷酸 3 種緩凝劑對(duì)抹灰石膏凝結(jié)時(shí)間的影響，他們認(rèn)為酒石酸是緩凝效率最好的緩凝劑，但這種緩凝劑要發(fā)揮緩凝效率需要系統(tǒng)有堿性環(huán)境，在 pH 值為 12 時(shí)才能發(fā)揮最好的效率，基于此，歐洲很多抹灰石膏中都會(huì)摻入一定量的石灰以提高系統(tǒng)的緩凝性能;蘋果酸的緩凝效率低于酒石酸，且摻蘋果酸的抹灰石膏的初凝與終凝時(shí)間間隔較短，這種特性決定了蘋果酸比較適合于手工抹灰;多聚磷酸鹽也可以作為石膏緩凝劑，但它通常用作輔助的緩凝劑，其主要特點(diǎn)是延長(zhǎng)終凝的時(shí)間，對(duì)于后續(xù)表面處理工序較多的特殊石膏抹灰，通過(guò)引入多聚磷酸鹽是一個(gè)很好的選擇。另外，他們?cè)谘芯恐羞€發(fā)現(xiàn)，在抹灰石膏中引入一定量的速凝劑，如超細(xì)二水硫酸鈣，與常規(guī)緩凝劑復(fù)合使用，抹灰石膏的凝結(jié)時(shí)間及其它性能的穩(wěn)定性能會(huì)更好，所以雖然表面上看在抹灰石膏配方中引入速凝劑會(huì)增加緩凝劑的用量并進(jìn)而增加成本，但從提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，減少用戶實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的投訴方面考慮，這種技術(shù)手段還是很有意義的。Richard A Kuntze 在他的最新著作中也有相似的觀點(diǎn)，他認(rèn)為硫酸鋁與石灰就是抹灰石膏的穩(wěn)定劑，是抹灰石膏中的必要組分。其實(shí)這種復(fù)摻速凝劑的配方設(shè)計(jì)雖然對(duì)穩(wěn)定性有好處，但速凝劑的摻量必須精確控制在一個(gè)范圍內(nèi)，這不僅要求產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)人員對(duì)配方要精心設(shè)計(jì)，也要求生產(chǎn)裝備能支持這種原料的精確計(jì)量，否則不僅不會(huì)提高穩(wěn)定性，反而使體系性能更差更不穩(wěn)定。石膏基抹灰用的保水劑與水泥基干混砂漿產(chǎn)品常用的保水劑基本相同，通常都是各種羥乙基(羥丙基)甲基纖維素醚，合適黏度及改性度的纖維素醚產(chǎn)品對(duì)于保證石膏早期的保水性能及施工性能非常重要。機(jī)噴抹灰石膏要求保水增稠產(chǎn)品能在非常短時(shí)間內(nèi)溶于水并建立起稠度，但如果建立稠度時(shí)間過(guò)快，石膏粉料可能會(huì)因?yàn)閬?lái)不及與水潤(rùn)濕而產(chǎn)生結(jié)團(tuán)，并導(dǎo)致抹灰表面出現(xiàn)小的顆粒。陶氏化學(xué)的李建等[27]針對(duì)這種情況近幾年推出一種新型的纖維素醚產(chǎn)品，主要解決機(jī)噴抹灰砂漿中結(jié)團(tuán)的問(wèn)題。由于抹灰石膏的水化產(chǎn)物二水石膏的溶解度與普通水泥的水化產(chǎn)物相比較大，因而石膏基材料的耐水性一直是人們所擔(dān)心的問(wèn)題，但隨著化學(xué)外加劑技術(shù)的進(jìn)步，石膏基材料的耐水性得到較大提升。瓦克化學(xué)的 Daniel Schildbach近幾年針對(duì)石膏基材料開(kāi)發(fā)出一種新型憎水劑 Silres BS Powder S，他們?cè)谀ɑ沂嘀袚饺?0.2%的新型 Powder S 后，按EN520 進(jìn)行吸水率測(cè)試的結(jié)果表明，抹灰石膏的吸水率從 35%左右降低到 4%左右，即吸水率減少了 90%;摻有 0.3%的 Powder S的抹灰石膏在室外經(jīng)過(guò)一個(gè)秋冬季的曝曬后仍保持完好，而沒(méi)有摻 Powder S 的樣品表面已嚴(yán)重剝落;而且這種新型材料本身無(wú) VOC 排放，在砂漿與水?dāng)嚢钑r(shí)不會(huì)產(chǎn)生灰塵，也不影響施工性能，這種新型憎水產(chǎn)品可以使石膏基產(chǎn)品可用于室內(nèi)的任何區(qū)域。
3.3 機(jī)械噴涂技術(shù)
干混砂漿代替?zhèn)鹘y(tǒng)砂漿不僅改變了攪拌方式，提高了配合比的精確性，更重要的是通過(guò)配方技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更好的施工性能，并提高施工效率，抹灰石膏的機(jī)械化施工技術(shù)就是一個(gè)最明顯的例證。由于石膏基抹灰比水泥基抹灰材料的濕密度更低，凝結(jié)時(shí)間更短，強(qiáng)度發(fā)展更快，所以石膏基抹灰產(chǎn)品更利于大面積機(jī)噴施工，提高施工效率。前文已介紹最早的抹灰石膏干混砂漿在 20 世紀(jì) 50 年代末由德國(guó)可耐福公司推出，到 20 世紀(jì) 60 年代中期抹灰石膏機(jī)噴設(shè)備及機(jī)噴抹灰石膏產(chǎn)品就進(jìn)入了市場(chǎng)，經(jīng)過(guò) 50 多年的發(fā)展，目前德國(guó)的建筑工地抹灰石膏的機(jī)械化噴涂幾乎達(dá)到 100%。石膏抹灰的機(jī)械噴涂技術(shù)無(wú)疑可以降低環(huán)境污染、降低勞動(dòng)力消耗、提高施工效率并提高施工質(zhì)量，盡管機(jī)械化施工存在這么多的優(yōu)點(diǎn)，但在我國(guó)抹灰石膏的機(jī)械化施工普及度仍較低，直到近兩三年隨著建筑工地的人工成本上漲的壓力越來(lái)越大，石膏抹灰的機(jī)械化施工才有了較快速的發(fā)展，下面我們通過(guò)一個(gè)實(shí)際案例對(duì)比分析抹灰石膏機(jī)械噴涂施工與手工施工的人工成本差異。以 20 個(gè)工人進(jìn)行一個(gè) 6 萬(wàn) m2 的內(nèi)墻粉刷工程為例，機(jī)械化噴涂需要將工人分成 4 組，即每臺(tái)噴涂機(jī)配 5 名工人進(jìn)行石膏噴涂施工，每臺(tái)設(shè)備 1 d 的施工量為 600 m2，即每天可以完成 2400 m2 的施工面積，完成 6 萬(wàn) m2 的施工只需要 25 d就能完成;而如果采用人工施工，目前熟練抹灰工 1 d 平均能完成 45 m2 的石膏抹灰施工，20 個(gè)工人每天可以完成 900 m2的施工面積，完成 6 萬(wàn) m2 的抹灰 20 個(gè)工人需要 67 d 才能完成。即完成這項(xiàng)抹灰工程需要多給工人支付 42 d 的人工工資，假定一線城市每個(gè)熟練抹灰工人的日平均工資是 350 元，則完成這個(gè)抹灰工程需多支出 350×20×42=29.4 萬(wàn)元。目前進(jìn)口品牌的噴涂機(jī)價(jià)格一般約在 7 萬(wàn)元/臺(tái)，4 臺(tái)設(shè)備也只需要28 萬(wàn)元。所以說(shuō)采用機(jī)械化噴涂技術(shù)，做完一個(gè) 6 萬(wàn) m2 的石膏噴涂抹灰施工就可以將增加設(shè)備的成本收回，后面的施工就可以直接節(jié)省更多的人工成本了?；谝陨戏治?，很多建筑施工單位都看到了石膏噴涂施工的經(jīng)濟(jì)效益與巨大商機(jī)，石膏的機(jī)械化噴涂施工在國(guó)內(nèi)，尤
其是在華東地區(qū)得到非?？焖俚陌l(fā)展。據(jù)某噴涂設(shè)備供應(yīng)商的估計(jì)，僅華東地區(qū) 2013 年的機(jī)噴抹灰石膏施工面積已達(dá)到150 萬(wàn) m2，2014 年的施工面積約為 250 萬(wàn)～300 萬(wàn) m2，絕對(duì)施工面積已超過(guò)德國(guó)的 200 萬(wàn) m2/年。在機(jī)械化噴涂快速發(fā)展的同時(shí)，我們也必須看到目前也存在一些問(wèn)題，除了材料、設(shè)備外，主要是施工人員的技術(shù)培訓(xùn)及施工組織與管理，由于歐洲的建筑工人都會(huì)受到專門機(jī)構(gòu)充分的免費(fèi)培訓(xùn)，他們可以通過(guò)機(jī)噴將抹灰效率提高到最大化，而我國(guó)由于機(jī)械化施工對(duì)于實(shí)際操作的農(nóng)民工而言還是一個(gè)新事物，他們接受并掌握這種新技術(shù)與新工藝還需要時(shí)間，關(guān)鍵是不同操作環(huán)節(jié)間的配合與銜接，需要一個(gè)不斷學(xué)習(xí)、磨合與熟練的過(guò)程。為了更好地規(guī)范抹灰石膏的機(jī)械化噴涂應(yīng)用，近幾年相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)已經(jīng)開(kāi)展了一些標(biāo)準(zhǔn)的起草與施工的培訓(xùn)工作，如中國(guó)建材聯(lián)合會(huì)石膏分會(huì)已于 2014 年 6 月開(kāi)始起草《機(jī)噴抹灰石膏》的材料標(biāo)準(zhǔn)，2014 年 12 月中國(guó)建材聯(lián)合會(huì)砂漿分會(huì)與上海建科院也開(kāi)始起草《機(jī)械抹灰石膏應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的施工規(guī)范，2015 年 9 月石膏分會(huì)與同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合組織了首屆“石膏建材生產(chǎn)控制和機(jī)械施工技能培訓(xùn)”的生產(chǎn)與施工培訓(xùn)，隨著這些工作的推進(jìn)，未來(lái)抹灰石膏的機(jī)械化施工將會(huì)朝著更健康的方向發(fā)展。
抹灰石膏的發(fā)展前景
抹灰石膏作為一種最古老的建筑材料之一，已經(jīng)歷了上萬(wàn)年的應(yīng)用與發(fā)展，這足已證明其頑強(qiáng)的生命力，尤其是近50～60 年干混砂漿技術(shù)的快速發(fā)展，以及各種配方技術(shù)與施工技術(shù)的發(fā)展，抹灰石膏這種傳統(tǒng)的建筑材料又迎來(lái)了一個(gè)最佳的發(fā)展時(shí)期。特別是隨著抹灰石膏憎水技術(shù)的發(fā)展，抹灰石膏的耐水性能得到了一個(gè)較大的提升，抹灰石膏在室內(nèi)裝飾裝修中將會(huì)得到最大范圍的應(yīng)用。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家抹灰石膏的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)及石膏抹灰在室內(nèi)抹灰中占的比例，抹灰石膏在國(guó)內(nèi)仍有非常大的發(fā)展空間，未來(lái)抹灰石膏在室內(nèi)抹灰中占的比例會(huì)越來(lái)越高。與傳統(tǒng)的水泥抹灰相比，抹灰石膏有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)：
(1)由于煅燒溫度僅是水泥煅燒的 1/10 左右，不僅生產(chǎn)能耗低，而且二氧化碳排放也少;
(2)抹灰石膏凝結(jié)硬化快、施工周期短，可節(jié)省大量的時(shí)間成本;
(3)收縮比水泥低一個(gè)數(shù)量級(jí)、開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)非常低，施工質(zhì)量非常好;
(4)密度輕、施工性能好且更適合于機(jī)械化施工;
(5)室內(nèi)使用過(guò)程中優(yōu)異的熱工性能、調(diào)濕性能、隔音及防火性能讓室內(nèi)居住的人感到更舒適、更安全。
如前文，2012 年與 2014 年全國(guó)抹灰石膏的產(chǎn)量分別為260 萬(wàn) t 與 350 萬(wàn) t，即近兩年石膏抹灰的年平均增長(zhǎng)率為15.7%，在房地產(chǎn)行業(yè)發(fā)展放緩及一些傳統(tǒng)建筑材料增速普遍減慢的大背景下，抹灰石膏確實(shí)有非常好的表現(xiàn)。根據(jù)抹灰石膏自身的特點(diǎn)、國(guó)外的發(fā)展規(guī)律、相關(guān)技術(shù)的進(jìn)展及最近兩年在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的快速發(fā)展趨勢(shì)，我們有理由相信未來(lái)抹灰石膏將會(huì)有更大的發(fā)展空間。
