石膏砌塊的發(fā)展現(xiàn)狀與展望

黃守兵，唐 楷，繆建波

(1.自貢市建筑工程質(zhì)量檢測中心，四川自貢643000；2.四川理工學院材料與化學工程學院，四川自貢643000)

1 石膏砌塊簡介

石膏砌塊是以建筑石膏(β-半水石膏)或無水硬石膏為主要原料,根據(jù)不同型號和種類的要求,摻加適量水泥、珍珠巖、纖維、礦渣、粉煤灰、無機和有機增強劑、防水劑等輔助原料,經(jīng)澆注或壓制成型、自然干燥等工藝制成的一種新型輕質(zhì)內(nèi)墻體材料。與其他材料相比，石膏砌塊具有尺寸精確、裝配簡便、施工快捷、施工后的墻體可直接刮涂、隔音效果好、防火性能優(yōu)良、墻體可吊掛重物等優(yōu)點，近幾年推廣應用呈不斷擴大趨勢。

石膏砌塊作為墻體材料(主要用于內(nèi)隔墻)，具有質(zhì)輕(紅磚墻體重量的三分之一)、阻燃、能調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣、冬暖夏涼、抗震性能好等優(yōu)點。目前已生產(chǎn)的類型有石膏實心砌塊、石膏空心砌塊和石膏輕質(zhì)砌塊，其外形為一平面長方體,為方便施工,在縱橫四邊分別設(shè)有凸凹企口(凸樟和凹槽)。主要用干法施工，施工速度快，一名工人一天可鋪砌30～40 m2石膏砌塊墻面。石膏砌塊作為新型建筑材料,具有低能耗、低污染、重量輕、防火、隔熱、吸音、收縮率小、可釘、可鋸、可粘結(jié)等突出優(yōu)點,是取代紅磚的理想材料,具有廣闊的開發(fā)前景。

2 石膏砌塊功能

2.1 石膏砌塊的耐火性

石膏砌塊中的石膏是以二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)的形式存在，二水硫酸鈣在遇火高溫狀態(tài)下釋放結(jié)晶水，1 mol的二水石膏會先釋放1.5 mol的結(jié)晶水變成半水石膏(CaSO4·1/2H2O)，隨著溫度的進一步升高，再釋放0.5 mol的結(jié)晶水變成CaSO4。據(jù)推算，100 mm厚的石膏砌塊墻體，每1 m2要蒸發(fā)約10 kg水分[1]。在結(jié)晶水蒸發(fā)完之前，墻體的溫度不會進一步升高。因此，石膏砌塊具有優(yōu)良的防火性能，完全符合國家防火標準要求。

2.2 石膏砌塊的隔音性能

眾多建筑材料中，石膏砌塊是一種理想的隔音材料。60 mm厚的石膏空心砌塊就可以滿足國家標準《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》(GBJ 118-88)規(guī)定的住宅建筑隔聲要求。另外，以100 mm厚的石膏砌塊墻體為例，其建筑隔聲值已達到36～38dB，其他同規(guī)格建筑材料是難以達到此值的。實心砌塊的隔音值，尤其是低頻隔音值有所加強，更能滿足隔音要求。另外，通過在石膏砌塊中摻加輕集料，如膨脹珍珠巖、陶粒等，或采用空腔結(jié)構(gòu)加吸聲材料等，還能夠改善砌塊的保溫性和提高隔音性能。

2.3 石膏砌塊的舒適性

石膏砌塊在硬化過程中，形成無數(shù)個微小的蜂窩狀呼吸孔。由于石膏砌塊的微孔結(jié)構(gòu)特性，當室內(nèi)環(huán)境濕度較大時，呼吸孔自動吸濕；在相反的條件下，卻能自動釋放儲備水分。這樣反復循環(huán)，巧妙地將室內(nèi)濕度控制在一個適宜的范圍[1-2]。這種呼吸過程既不影響墻體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全程度，又提高了居住的舒適感。石膏與木材的平均導熱系數(shù)相近，均比較小。導熱系數(shù)小使得當人接觸它時不感覺冰冷，這就使人們特別鐘愛在室內(nèi)使用木材。石膏砌塊的特殊材質(zhì)決定了應用于建筑物后，使建筑物的功能得到顯著提高和改善。

2.4 石膏砌塊的環(huán)保性

在水泥、石灰、石膏三大膠凝材料的生產(chǎn)過程中，建筑石膏的能耗最低，大力發(fā)展石膏制品就可起到節(jié)約能源、保護環(huán)境的作用。石膏砌塊平整度高，表面細膩光滑，外形美觀大方[3]。除此之外，石膏砌塊還具有生產(chǎn)清潔、施工方便等優(yōu)點，可廣泛適用于各種房屋建筑，特別是高層建筑物的非承重內(nèi)墻?？傊?，石膏砌塊不僅是一種性能非常好的建筑材料，而且是一種非常全面的、符合持續(xù)發(fā)展及循環(huán)經(jīng)濟的新型綠色建筑材料。

2.5 石膏砌塊的穩(wěn)定性

石膏砌塊分布著無數(shù)均勻微小的氣泡及孔道，這種構(gòu)造不僅降低了密度，還使它具有一定的可變性能，因而石膏砌塊具有較大的初始屈服變形值，成為一種具有延長特點的墻體材料。其次，石膏的體積穩(wěn)定在框架中能長期保持緊密結(jié)合。正是這種性能，墻體材料能夠與框架結(jié)構(gòu)一致同步變形。由于體積穩(wěn)定性的特點，只要石膏砌塊與框架結(jié)構(gòu)之間連接措施到位，就能有效防止地震中墻體與框架之間的脫位。經(jīng)有關(guān)振動研究部門對墻體的抗震能力進行了檢測，石膏砌塊輕質(zhì)墻體材料具有可以滿足抗震設(shè)計的變形能力，是抗震設(shè)防地區(qū)高層框架良好的抗震材料[4]。

3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

石膏工業(yè)在我國已有較長的發(fā)展歷史。國內(nèi)在20世紀70年代末就開始研制和生產(chǎn)石膏砌塊，但一般均為手工、立式單模生產(chǎn)。20世紀80年代，國家建材局組織專家組利用“立模成型、液壓頂升”原理研制出了集裝箱式結(jié)構(gòu)的石膏砌塊機組。產(chǎn)品規(guī)格及質(zhì)量要求均符合聯(lián)邦德國(DIN18163)標準。1985年國家在支援西藏項目中，從聯(lián)邦德國引進了一套集裝箱式石膏砌塊機組。后來因故該機組于1997年被轉(zhuǎn)售至武漢裕森公司，并生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，年生產(chǎn)能力為15×104m2左右。

我國的石膏砌塊研究已從單一的β-半水石膏向硬石膏及化工副產(chǎn)品石膏發(fā)展?？蒲泄ぷ髡咴诔浞掷霉I(yè)廢料,提高制品強度及耐水性方面進行了大量的研究,取得了一定的研究成果。但總體來看,我國的石膏砌塊生產(chǎn)及應用尚處于起步階段，目前約有十幾條生產(chǎn)線,生產(chǎn)能力僅20×104t左右,與發(fā)達國家相比,無論是品種還是數(shù)量均有很大差距[5]。

目前，國內(nèi)石膏砌塊成型機組的主要生產(chǎn)廠家有：泰安西格機電科技有限公司、北京力博特爾科技有限公司、武漢老三屆新型建材有限公司、杭州仁和建材技術(shù)開發(fā)有限公司等。這些廠家成型機組的單機生產(chǎn)能力都可達到15×104m2以上，符合國家政策的規(guī)模要求。近年來我國石膏砌塊行業(yè)已開始得到快速發(fā)展，目前約有四、五十家廠家在生產(chǎn)各種類型的石膏砌塊。比較具有代表性的廠家有：北瑪建筑裝飾材料有限公司、北京國華杰地動力技術(shù)服務有限公司、北京力博特爾科技有限公司在山東萊蕪的石膏空心砌塊生產(chǎn)線等。

在國外，石膏砌塊在工業(yè)領(lǐng)域有著十分廣泛的應用。歐洲是世界上石膏砌塊產(chǎn)量最高、采用量最大的地區(qū)。如法國在20世紀80年代,石膏砌塊的年產(chǎn)量就已達1 700×104t;德國年產(chǎn)600×104t,其中約1/4用化學石膏生產(chǎn);西班牙400×104t /年;荷蘭及比利時各為300×104t /年;在荷蘭石膏砌塊占所有隔墻材料的50%。國外工業(yè)發(fā)達國家石膏膠凝材料產(chǎn)量約占水泥產(chǎn)量的5.7%～26%，而我國的石膏膠凝材料產(chǎn)量占水泥產(chǎn)量的比例很低，僅占3%。目前，我國石膏砌塊的發(fā)展還處于起步階段，還有相當大的發(fā)展空間[6]。

4 今后的發(fā)展方向

4.1 開發(fā)新型石膏砌塊成型機組

目前利用“立模成型、液壓頂升”原理設(shè)計開發(fā)的成型機組仍是世界上最先進的機組。其生產(chǎn)效率較高，每1 h可達6～7個周期，每周期可頂出1～2排，每排模腔數(shù)可達10～30個，這就在提高產(chǎn)量的同時降低了能耗和成本。同時由于采用制造十分精密的模腔，并在里面電鍍耐磨硬鉻，因此砌塊尺寸精度高、表面光潔，省去了砌墻時的抹灰工序。

4.2 利用廢料、優(yōu)化配方，降低制造成本

通過優(yōu)化配方，在提高石膏砌塊各項技術(shù)性能和使用性能的基礎(chǔ)上，降低生產(chǎn)成本。開發(fā)多種形狀、規(guī)格的石膏空心砌塊，或在石膏砌塊內(nèi)摻加膨脹珍珠巖、超輕陶粒等輕集料，或在改用高強石膏(α-半水石膏)的同時摻入大比例的粉煤灰，或摻加爐渣等廢料以提高產(chǎn)品強度及降低成本，或摻加水泥及用玻璃纖維增強，或在脫硫石膏中摻加粉煤灰及激發(fā)劑以提高制品耐水性等[7]。

4.3 開發(fā)完整的產(chǎn)品體系

在基本規(guī)格(666 mm×500 mm)石膏砌塊的基礎(chǔ)上，開發(fā)各種其他規(guī)格及形狀的產(chǎn)品，形成較完整的產(chǎn)品系列，以滿足不同用戶的需求。另外為了便于砌筑工人操作，還可開發(fā)一些小規(guī)格的石膏砌塊。

4.4 開發(fā)石膏砌塊墻體的配套施工機具及配件

施工機具：如開槽工具、開洞工具等；配件：如石膏砌塊墻體專用的門框、窗框及固定件，彈性連接壓邊條，異形連接件和保護角，密封條，鍍錫溝紋扁鋼等；輔助材料：如粘結(jié)石膏、嵌縫石膏、混合石膏等。

4.5 在石膏砌塊中加入其它成分

隨著現(xiàn)代社會的告訴發(fā)展，人們對建筑的要求越來越高，石膏砌塊在建筑行業(yè)中起著越來越重要的作用。用單一的石膏粉鑄造的石膏砌塊在強度、抗裂性能和環(huán)保等方面已經(jīng)不能滿足人們的要求。因此人們開始向石膏砌塊中加入一些其他材料，以改變其性能來滿足要求。

4.5.1 玻璃纖維石膏砌塊

在實際應用中，個別墻體(特別是長墻)出現(xiàn)豎向裂縫，導致墻體返修率高，一定程度上影響了石膏砌塊的市場占有和開拓。石膏砌塊的裂縫與使用的原材料和成品收縮有關(guān)。制造石膏砌塊的原材料主要是建筑石膏粉，目前國內(nèi)生產(chǎn)建筑石膏粉大多用二級石膏，品位在70%～75%；生產(chǎn)方式采用回轉(zhuǎn)窯、沸騰爐、連續(xù)炒鍋進行煅燒[8]。建筑石膏粉的強度決定了石膏砌塊的抗折強度難以提高。研究和探索將玻璃纖維應用于石膏砌塊生產(chǎn)，盡量提高制品強度，改善制品抗裂性能，有利于該產(chǎn)品的推廣應用[9]。

4.5.2 麥秸石膏砌塊

脫硫石膏作為工業(yè)煙氣脫硫的副產(chǎn)物，隨著我國電廠煙氣脫硫工藝的全面實施，脫硫石膏的排放量隨之劇增，年排放量近4 000×104t，脫硫石膏除部分用于水泥緩凝劑、生產(chǎn)脫硫建筑石膏，大部分采用露天堆放或掩埋的方式進行處理，占用大量寶貴土地資源的同時，還給周邊環(huán)境造成嚴重污染[10]。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物秸稈資源豐富，年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈約6×108t，目前對秸稈的利用，除用于造紙、牲畜飼料外，大多數(shù)(70%～80%)以掩埋或焚燒方式進行處理，這不僅浪費了資源，而且由于焚燒產(chǎn)生大量煙霧，對空氣污染嚴重[11-12]。所以從環(huán)保和固體廢棄物資源化利用的角度出發(fā)，以脫硫石膏為膠結(jié)料，麥秸為增強材料，粉煤灰為摻和 料，配以復合緩凝劑、激發(fā)劑等外加劑生產(chǎn)制備麥秸增強脫硫石膏砌塊可收到經(jīng)濟和環(huán)保的雙重收益[13]。

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