发泡石膏轻质墙体材料的制备与性能分析

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发泡石膏轻质墙体材料的制备与性能研究oftheclosedbubblesandmakethebubbles’sizemoreevenlycomparedwiththeblanksample；Theoptimumdosageoftheaddingfoamwas1009powdersmixedwith150mlfoamsforpreparingfoamingplaster，underthisoptimumconditions，foamingplasters’densityandcoefficientofheatconductivityachievedabettervalue，andcomparedtotheblankplastersample，theapparentdensityofthesampledecreasedfrom1205kg／mJto517kg／m3，thecoefficientofthermalconductivityreducedfrom0．217W／(m·K)toO．121W／(m·K)．Themechanicalpropertiesandwaterresistanceofthesamplewererelativelygood，stillCansatisfytherequirementsforpreparingfoamingplastermaterials．3．ThefoamingplastermaterialWasmodifiedinordertosolvetheproblemofitsownlowhardnessandpoorwaterresistancebyaddingmodifiedcomponentssuchasflyash，cementandcompositewaterproofingagent，theinfluenceandmechanismofthemodifyingresearchwerediscussed．Ithasbeenfoundthataddingfly·ashCanimprovetheworkabilityofplasterslurry，thestrengthandthewaterresistanceperformanceCanbemodifiedbyaddingcementandcomposffewaterproofingagent．Theoptimummodificationschemewasmixed15wt％cement，20wt％flyash，and6wt％compositewaterproofingagentwithintheinorganicpowder．Thefoamingplastersample’waterdemandfornormalconsistencyWas44％，theflexuralstrengthWas1．98MPa,thecompressivestrengthWas3．90MPa,thewaterabsorptionrateWas18．6％，andthesofteningcoefficientWas0．67afterthemodification．Compared埘tlltheunmodifiedsample，thefoamingplastersample’waterdemandfornormalconsiStencyWasreducedby5％，thebendingstrengthWasincreasedby44．5％，thecompressivestrengthWasincreasedby38．3％，thewaterabsorptionrateWasreducedby58．6％，andsofteningcoefficientWasincreasedby45．7％．4。Thepolypropylenefiberswereaddedintotheinorganicpowdertoenhancethebendinganti-crackingperformanceoffoamingplastermaterials，andthefiberreinforcedfoamingplasterlightweightinsulationinsidewallplankWasprepared．Theresultshowedthattheaddingfiberhadimprovedthebendinganti-crackingperformanceofthefoamingplastermaterials．Whentheaddingfibers’lengthwere10—16mmandthemixingdosagewere1．0wt％谢mtheafter-mixedmethod，thebendingstrengthWasincreasedby55．9％，thecompressivestrengthWasincreasedby18．1％，compared埘廿lblanksimple，theotherperformancesalsocansatisfytherequirementsofpreparingfoamingplasterinsulationinnerpartitionwallVI 济南大学硕士学位论文materials．Furtherresearchwereconcentratedontheproductionprocessandapplicationtechnologyofthefiberreinforcedfoamingplasterlightweightinsulationinnerwallplank，theperformanceofthefoamingplasterlightweightinsulationinnerwallplankCannotonlymeettherequirementsofthenational’Scorrespondingstandardsbutalsohasbetterpropertiesoflightweight，heatpreservationandsoundinsulationthanotherpartitionboards．KeyWords：Physicalfoaming；Modification；Phosphorusplasterfoamingmaterials；LightweightinsulationinsidewallplankVII 1．1研究背景第一章绪论天然石膏为单斜晶系矿物，主要存在形式为二水石膏(Ca2S04·2H20)和无水石膏(Ca2S04)，天然石膏又称生石膏。天然石膏经过煅烧，粉磨后得到建筑石膏(CaES04·垤H20)，又称熟石膏【1-2】。石膏属气硬性胶凝材料，与水泥、石灰并称三大胶凝材料。石膏资源丰富，除天然石膏外，工业副产石膏排放量也在不断增加。建筑石膏与水混合凝固成型制备成石膏材料，石膏材料具有生产能耗低、成型工艺简单、成本低、保温隔音性能好等特点【3-5】。除天然石膏外工业副产石膏也可制备建筑石膏，工业副产石膏【6．7】的种类主要有脱硫石膏，氟石膏，磷石膏等。脱硫石膏【8】是对燃煤锅炉烟气湿法脱硫得到的脱硫副产品。目前我国脱硫石膏年排放量达近亿吨，脱硫石膏主要成分和天然石膏一样，都是二水硫酸钙，纯度为75％．90％之间，其物理化学性能与天然石膏无明显差别，脱硫石膏为黄白色粉末，碱含量低，所含主要杂质为亚硫酸钙和二氧化硅，有害物质少，酸碱度基本呈中性。氟石膏【9】是氟化盐厂利用浓硫酸和萤石制备氢氟酸的工业废渣，氟石膏年排放量约为500万吨，氟石膏的主要成分为无水硫酸钙，纯度为70％．90％，其物理化学性能特点为：氟含量高，反应活性低，凝结时间很长，应用需要进行改性处理；氟石膏为白色粉末，主要杂质为氟化钙和二氧化硅。氟石膏从反应炉中排出后为强酸性不能直接弃置，需要经过中和反应后才能排放，氟石膏经中和反应后为中性。磷石膏【lo-11】是以磷矿石为主要原料，湿法制取磷酸时所得的以二水硫酸钙为主要成分的工业副产物。目前我国磷石膏年排放量己达7000万吨，磷石膏的主要成分为二水硫酸钙，纯度为60％．90％，磷石膏中自由水含量约为10％．20％，其形态为潮湿粉末或料浆，性能与天然石膏相近。磷石膏多为灰白色，磷石膏中含有五氧化二磷、氢氟酸及游离酸等有害物质，PH约为1．9．5．3，长期堆放会引起对地表水和地下水的污染。工业副产石膏的的大量堆放不仅占用了大量的土地，增加了企业的堆渣费用，而且长期堆积也会引起环境污染。因此，实现副产石膏的大规模综合利用、根治副产石膏堆放问题迫在眉睫。由于副产石膏中磷石膏的堆放对环境污染最为严重，故本课题选用的石膏原料为磷石膏。 发泡石膏轻质墙体材料的制备与性能研冤当前，我国建筑用能已占到全社会终端能耗的27．5％，根据发达国家的经验，随着居民生活水平的提高，这一比例将逐步增加到40％左右。从国家发改委统计结果显示，我国要实现单位GDP产值能耗下降20％，全社会需节约5．6亿吨标准煤，其中建筑节能需要实现节约标准煤1．1亿吨，大约占总节约量的20％。显而易见，建筑节能已成为全社会节能的重要组成部分。目前我国使用最多的墙体材料是实心粘土砖，但是生产实心粘土砖需要大量黏土，从而毁坏了大量土地资源，严重破坏生态环境；煅烧实心粘土砖会大量消耗标准煤，并且造成极大的环境污染，有悖于节能减排发展绿色经济的理念。此外，粘土砖块体积小，质量重，施工效率比较低，不能满足建筑高层化、施工现代化的要求；另外，粘土砖也不能满足现代建筑保温、隔热、吸声、装饰性能的多功能要求。因此，为构建资源节约型和环境友好型社会，我国自2000年开始逐步禁止实心粘土砖的生产，并大力推行新型墙体材料的研发与应用。近年来，国内因建筑墙体保温材料引发火灾的报道常见诸报端。典型的案例有2009年2月，中央电视台新址一栋配楼发生火灾，过火面积约10余万平方米，造成1死6伤，直接经济损失16383万元；2010年11月，上海市余姚路胶州路高层住宅楼发生火灾，造成58死70伤，直接经济损失达5亿元。另外，山东省奥体中心在建体育馆、哈尔滨“经纬360度”双子星大厦、南京中环国际广场高层大楼、沈阳皇朝万鑫大厦等相继发生重大火灾，造成巨大的财产损失。火灾惨剧为我们敲响警钟。究其原因，无论是火灾的引发或火势的蔓延，都与使用的墙体保温材料易燃有密切关系。建筑保温材料防火安全性问题已经成为社会关注的焦点，也严重影响到建筑节能工作的进一步深化，因此，对防火保温材料的研究势在必行。1．2国内外应用研究现状1．2．1无机发泡材料的应用研究现状近年来随着对轻质发泡制品优良性能的深入了解，以发泡水泥为主的无机发泡材料早已引起了科研人员的高度重视。发泡水泥是以水泥为主要原料，通过加气或掺加物理泡沫引入泡孔，并大量掺加粉煤灰、矿渣、石粉等工业废料制备而成的一种节能、环保、利废的新型保温隔热材料，可用于屋面保温、地暖等【12。17】。刘朝松等【18‘20】对地暖保温发泡水泥的施工技术做了认真研究，探讨了发泡水泥作为绝热层的技术原理和特点，结合地暖工程实践，阐述了地暖发泡水泥保温层的施工工艺，并说明了此施工工艺的优点和 济南大学硕士学位论文原材物料的要求及施工要点，指出其具有较好的应用前景，值得推广。邹兵华、李占斌等【2l】将水泥和多种发泡剂分别以不同的配合比进行了试验，测出了水泥和多种发泡剂各自混合物的干重量和湿重量，并通过认真分析得出了不同发泡剂用量变化时对普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥发泡效果的影响规律，其研究结论为水泥与不同发泡剂的最佳配合比等方面提供了重要的理论参考。论述了此方面发泡水泥材料的研究现状。随着能源危机全球化问题的日益凸显，对固体废弃物资源回收利用的研究已引起科技人员的重视。我国台湾Kuen．ShcngWang等【22】研究出了用下水道淤泥灰制备多孔发泡材料的方法，之前Monzo等【23】在十多年前就发现下水道淤泥灰有火山灰特性，是一种可再反应的材料，淤泥灰之所以能制成发泡材料是因为它的高钙含量和多孔结构。但先前研究多集中在对其进行烧结制成产品和资源再利用等方面。文献【22J指出，由于淤泥灰为微酸性材料，不能提供铝粉发泡所需的碱度，所以需要掺加水泥以提供足够的碱度并增加了材料的胶凝性。研究表明，当淤泥灰发泡材料中的淤泥灰含量为70％．85％，水固比为O．5．0．7，铝粉用量为O．1％．0．2％时形成发泡材料的泡孔结构最好，此时的发泡材料的孔径为0．1um左右，而单纯用水泥为原料以铝粉加气制备的发泡材料孔径均大于10um。试验证明，淤泥灰制备的发泡材料的气孔更细小、均匀，导热系数在0．084W(／m·K)．0．102W(／m·K)之间，此种材料的成功制备不仅明显改善了发泡材料的保温隔热性能，同时改善了淤泥灰固体废弃物的利用现状。国外对无机发泡材料的研究[24-31】也很广泛，其中印度的E．K．KunhanandanNambiar等【24。251对固体填充物(即粉煤灰和沙子)的类型和大小对发泡混凝土的性能的影响规律进行了研究。试验表明，填料的类型和大小明显影响发泡混凝土的强度，填料越细小制备的发泡混凝土的强度越高；密度不变时，用适量粉煤灰替代砂子可使试样强度进一步提高。德国的A．Just等【26】论述了发泡混凝土的两种发泡方式：物理发泡和化学发泡，物理发泡是通过机械发泡的方式将发泡剂制成细小的泡沫，然后将泡沫掺入水泥料浆中混合均匀经凝结制成泡沫混凝土，化学发泡一般是在水泥料浆中加入铝粉，并提供一定的温度，通过铝粉的发气反应产生的气孔制备的加气混凝土，加气混凝土制备需要经过蒸压养护条件，但是其具有质量轻和强度高的优点。另外，他们还利用某些添加剂对发泡混凝土进行改性研究，研究中通过SEM微观分析了添加剂和铝粉的对试样的影响情况。 发泡石胥轻质墙体材料的制各与性能研究美国的PaulJ．Tikalsky等口7】针对发泡混凝土的抗冻性进行了研究，指出了发泡混凝土抗冻性的主要影响因素为试样的抗压强度和吸水率，而渗透率和密度对试样的抗冻性影响较小，这一试验结论为改善混凝土的抗冻性提供了理论参考。1．2．2发泡石膏材料的应用研究现状石膏与水泥同是最常用的胶凝材料，发泡水泥在我国的研究应用较为广泛，而发泡石膏的研究应用却非常有限。葛曷一等【321对发泡石膏材料做了一些研究，他们以石膏和水泥为主要原料，使用复合发泡剂进行发泡制备出了发泡石膏试样。试验结果表明，使用的复合发泡剂对混合的石膏水泥料浆具有良好的发泡效果，随着发泡剂用量的增大，发泡石膏试样的容重、强度和导热系数均降低。另外对石膏的发泡研究主要集中在发泡石膏型【33‘37】方面，如高以熹等【361对发泡石膏型和熔模石膏型的差异进行了比较，通过对比论述了发泡石膏型的铸造特点。在文中，作者指出所用发泡剂性能的衡量指标，试验先是确定出了一种比较理想的发泡剂，然后研究了影响发泡效果的几个因素，并制定了发泡石膏型的工艺规则，最后制备出的发泡石膏型的发泡率大于50％，透气度高达6cm／min，抗压强度为O．8MPa。董光明、李惠芬等【37】人研究了以发泡石膏和水玻璃砂为原料的复合发泡石膏型的配比参数，试验表明，石膏：石粉：发泡剂为1：1：1．5％，水灰比为0．4．0．5时试样的性能较理想，确定的工艺为：发泡剂与水混合，搅拌20．30s后加入粉料以2000r／min的速度搅拌均匀，然后浇筑固化成型。在国外的相关研究相对较多，土耳其的AdnanColak等【381研究了发泡对石膏密度和强度的影响规律，选用了多种发泡方式进行试验，确定了发泡中所用的缓凝剂为柠檬酸，增粘剂为羧甲基纤维素，试验表明，通过发泡能使石膏试样密度和强度降低，不同发泡方式降低的程度不同，羧甲基纤维素掺加过多会影响试样密度的降低。墨西哥的J．C．Rubio．Avalos等【39】为了克服有机发泡材料高昂的成本和合成过程易产生有害气体的弊端，利用CaS04·1／2H20和NaHC03粉末及H20制备无机发泡石膏材料的反应方程式如式1．1所示：CaSO,·1／2H20+NaHC03+rill20——>CaSO,‘2三‘0+Na2S04+C02(1．1)反应得到了微孔泡沫石膏浆体，反应还生成少量的早强剂Na2S04提高了试样的凝结速率。反应中C02的生成，不仅实现了微孔结构，促进晶体网格的膨胀，同时降低了4 济南大学硕士学位论文石膏材料的导热系数。反应制得的发泡石膏隔热绝缘材料改变了在建筑行业几乎所有的绝缘隔热材料是都是有机发泡材料的现状，并对所得发泡石膏材料试样进行测试，发现其隔热绝缘性能明显优于混凝土发泡材料，且此无机发泡材料的生产过程能耗低，节能环保效果明显。1．2．3发泡剂及其应用研究现状发泡剂[40-411又称起泡剂，是能通过物理或化学方法在材料内部引入均匀泡孔结构的物质。人们按发泡方式的不同将发泡剂分为物理发泡剂和化学发泡剂，物理发泡剂是通过机械发泡或高速搅拌发泡剂产生稳定均匀的细小泡沫，化学发泡剂是通过化学反应产生气泡。发泡剂的应用较为广泛，例如制造无机发泡材料(发泡水泥、发泡石膏等)、有机发泡材料(泡沫树脂、泡沫橡胶、泡沫塑料等)、发泡食品等、另外由于发泡剂可引入泡孔结构，其广泛应用于消防、建筑和驱油采矿等领域。在无机发泡材料的研究应用中，多使用物理发泡制备无机发泡材料，与化学发泡相比，物理发泡具有成本低、发泡工艺简单、泡孔结构好等优点。国内外对无机胶凝材料物理发泡剂的研究应用较为广泛。国外对无机胶凝材料物理发泡剂研究较早，做法也比较先进，对新型发泡剂的研究和性能改善方面的研究较多心4习。发泡剂由早期的以表面活性剂类物质为主要起泡源的类别转变为现在的以蛋白质为主要起泡源的类别。美国、日本、意大利等相继开发出由烷基磺酸碱金属盐和水解蛋白质复合组成的高效蛋白质类液体发泡剂，并已具有多种发泡剂成熟的制备技术和测试方法。近年来，国内在无机胶凝材料物理发泡剂的研发方面取得了很大的进展。国内发泡剂的品种主要有磺酸盐类发泡剂H6舶】、植物发泡剂m】、动物发泡剂【50-52]等。我国许多科研人员‘53-631在此方面做了大量的研究，为发泡剂的研究应用做出了很大贡献。王迎宾、谢文磊等【48】对多种磺酸盐类表面活性剂的合成工艺等进行了认真的研究，探讨了芳基磺酸盐、脂肪醇醚磺酸盐、脂肪酸酯磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚磺酸盐表面活性剂的结构与性能的关系。屈志中等‘491研究了松香型植物发泡剂的制备工艺，试验表明松香皂化反应时，采用的碱为Na2C03时效果较好，分析了发泡剂配合比确定的依据，指出在制备发泡剂中关键要控制反应的温度和时间。 发泡石膏轻质墙体材料的制备与性能研冤王翠花等【52】研究了动物发泡剂的合成方法和稳定性改性研究，研究中以动物角质为原料，利用Ca(OH)2和NaHS03合成出可用于发泡水泥的动物发泡剂，并利用稳泡剂进行了稳泡研究。试验表明，烷基苯磺酸盐，三乙醇和阿拉伯树胶粉胺能起到明显的稳泡作用，其中烷基苯磺酸盐的稳泡效果最好，当其用量为每升发泡剂添加6．79时，发泡剂的发泡倍数为16．7，泡沫消泡时间高于3h。闫振甲等【631研发出一种名为“泡皇’’的水泥发泡剂，这种水泥发泡剂的多项性能已优于目前进口品牌产品。例如，发泡剂的发泡高度可达280mm，高于进口的170．190mm，泡沫的半消时间为250min，明显优于进口的30．90rain。另外，此发泡剂还具有憎水、促凝、增强和高闭孔率的优异性能，均优于进口产品。目前，已有哈萨克斯坦、蒙古、吉尔吉斯斯坦、乌克兰等多个国家购买了“泡皇"及相关发泡技术，中国的发泡剂已由进口转为出口，已开始向国际市场迈进。1．3发泡石膏的发泡工艺与设备及其在墙体材料中的应用现状1．3．1石膏发泡工艺本文主要研究通过物理发泡制备发泡石膏材料，使用的发泡剂为物理发泡剂。物理发泡石膏是利用发泡机将发泡剂加压发泡成均匀细小的泡沫，而后将泡沫掺入石膏料浆中搅拌均匀，掺入的泡沫经搅拌均匀分散在石膏料浆中形成均匀的空腔泡孔结构，随石膏凝胶而制得发泡石膏材料。发泡石膏材料内部大部分空间被气孔占据，所以发泡石膏的密度低，均匀分散的气孔使发泡石膏材料具有优异的轻质、保温、隔音性能，其发泡工艺流程如下图1．1所示：图1．1石膏发泡工艺流程6 济南大学硕士学位论文1．3．2发泡设备发泡设备就是能将物理发泡剂溶液制成泡沫的设备。发泡剂本身不能自动变为泡沫，它必须通过发泡机的外力作用才能制成泡沫。发泡机和发泡剂是相互配合的一个技术体系，各自都不能单独发挥作用。发泡设备本身是不能凭空产出泡沫来的，它是将空气引入发泡剂的水溶液中均匀分散，实现液气尽可能大的接触面，以使发泡剂中的表面活性物质在液膜表面形成双电层并包围空气，形成一个个气泡。发泡机最早出现于国外，其原始机型是采用叶轮高速旋转制泡，故又名“打泡机”。后来随着科技的进步，发泡机的发泡技术水平的不断提高，不断出现了新的机型，形成新的较成熟的技术体系。我国最早是在20世纪50年代开始使用的发泡机，但那时的发泡机不是独立的，而是将发泡剂加入到混凝土搅拌机或砂浆搅拌机后，一起搅拌发泡剂和混凝土(或砂浆)产成泡沫。20世纪70年代前后，才开始出现独立发泡的高速叶轮发泡机。以后又不断技术升级和换代，如今已发展为以高压充气为主体的第三代机型，满足了制备无机发泡材料的需要。发泡机的牌号和机型很多，但从发泡原理来划分，目前广泛应用的只有高速叶轮型、鼓风中低压型和高压空气型三类。同一类型的不同点，只是其附属设备与自动化控制方面的差异，发泡部分的结构大体相同。1．3．3发泡石膏在墙体材料中的应用现状目前，发泡石膏材料在墙体材料中的应用主要为纸面石膏板【“’671，纸面石膏板是以建筑石膏和护面纸为主要原材料，掺加适量纤维、淀粉、促凝剂、发泡剂和水等制成的轻质纸面薄型板。纸面石膏板作为一种新型建筑材料，在性能上有以下特点【68】：(1)生产能耗低，生产效率高。生产同等单位的纸面石膏板的能耗比水泥节省78％，且投资少、生产能力大、工序简单，便于大规模生产。(2)保温隔热性能好。纸面石膏板板芯含有大量微小气孔，因空气的导热系数很小，因此具有良好的轻质保温性能。(3)防火性能好。由于石膏本身不燃，且遇火时在释放化合水的过程中会吸收大量的热，延缓周围环境温度的升高，因此，纸面石膏板具有良好的防火阻燃性能。(4)隔音性能好。采用单一轻质材料，如加气砼、膨胀珍珠岩板等构成的单层墙体在厚度很大时才能满足隔声的要求，而纸面石膏板具有独特的空腔结构，具有较好的隔声性能。 发泡石青轻质墙体材料的制备与性能研究(5)装饰功能好。纸面石膏板表面平整，板与板之间通过接缝处理形成无缝表面，表面可直接进行装饰。(6)加工方便，可施工性好。纸面石膏板具有可钉、可刨、可锯、可粘的性能，用于室内装饰，可取得理想的装饰效果，仅需裁制刀便可随意对纸面石膏板进行裁切，旌工非常方便，用它做装饰材料可极大的提高施工效率。(7)舒适的居住功能。由于石膏板的孔隙率较大，并且孔结构分布适当，所以具有较高的透气性能。当室内湿度较高时，可吸湿，而当空气干燥时，又可放出一部分水分，因而对室内湿度起到一定的调节作用，国外将纸面石膏板的这种功能称为“呼吸”功能，正是由于石膏板具有这种独特的“呼吸"性能，可在一定范围内调节室内湿度，使居住条件更舒适。由于纸面石膏板具有质轻、防火、隔音、保温、加工性能良好、施工方便、可拆装性能好，增大使用面积等优点，因此广泛用于各种工业建筑、民用建筑。尽管纸面石膏板具有以上诸多优点，但由于其发泡程度低，密度大于900K∥m3，导热系数约为o．2w／(m·K)，密度和导热系数不能较好满足轻质保温的要求，有待进一步降低，且纸面石膏板为薄型装饰板，厚度均不超过12mm，故主要应用于吊顶和室内贴面板等[691，并不适用于制备轻质保温的厚型内隔墙条板。1．4研究意义与前景本课题针对纸面石膏板不能应用于轻质保温内隔墙条板的问题，利用磷建筑石膏为主要原料，通过物理方法往石膏料浆中引入泡孔，拟制备出发泡程度高，厚度符合内墙保温板要求的发泡石膏轻质保温内隔墙条板。由于制备的内隔墙条板孔隙率高于纸面石膏板，厚度远远高于纸面石膏板，故其不仅具备纸面石膏板的各项优良性能，而且在轻质、保温、隔音等方面性能尤为突出，属于具有显著优势的新型墙体材料。本课题的研究意义有：(1)以磷建筑石膏为主要原料生产轻质保温隔墙板材，利于工业副产石膏资源的综合利用，大量减少副产磷石膏堆积严重、污染环境的现象。(2)本课题的研究应用可在墙体材料中大量代替实心粘土砖，不仅符合建筑节能的发展要求，而且还有利于产业结构调整，将建材行业的发展方向调整至更有发展前途的新型墙材行业。 济雨大学硕士学位论文(3)制得的发泡石膏轻质保温内隔墙条板为不燃材料，具有防火功能，不存在保温材料防火安全问题，有利于建筑节能政策的实施。(4)发泡石膏材料与发泡水泥材料相比，在保温隔音、节能环保方面性能更加优异，而且还具有呼吸功能，能调节室内湿度，是公认的新型绿色墙体材料，更符合国家对环境保护的要求。发泡石膏材料内部含有大量泡孔结构，具有质轻、憎水、保温、隔音、呼吸性能好等优点，满足国家标准对墙体材料建筑节能等各方面的要求，是一种应用前景广阔的新型节能墙体材料。目前，新型墙材取代传统墙材的速度正逐渐加快，从世界各国的墙材发展历史看，我国正处于最佳发展时期，新型墙材产品会越走越宽，发展趋势日益增长，随着国家节能环保政策的加强与落实，在环保、节能方面发泡材料制品优势更加突出。无机发泡材料必将向高强度、轻质量、安全环保和节能等方向发展。因此本课题的研究具有非常深远的意义。1．5研究内容及创新点1．5．1研究内容本课题以磷建筑石膏、水泥、粉煤灰为主要原材料，采用发泡剂通过物理方法往料浆中引入泡孔，辅以缓凝剂、稳泡剂等外加剂通过优异的工艺制备出多孔轻质发泡石膏试样，对发泡石膏材料制备工艺及性能进行深入研究，进而采用掺加无机粉料和高分子乳液防水剂的方法对发泡石膏进行改性研究，在此基础上通过纤维增强制备出发泡石膏轻质保温内隔墙条板，并探讨了此条板的制备工艺及应用技术问题，试验主要工艺流程如图1．2所示。主要研究内容可分为以下几部分：一、发泡石膏材料的制备工艺研究。(1)发泡剂的确定。根据发泡剂的起泡原理，利用市场常见的几种发泡剂分别对石膏进行发泡研究，并对各种发泡剂制备发泡石膏材料的发泡效果进行对比分析，选择出发泡性能好且适用于石膏的发泡剂。(2)缓凝剂的研究。针对石膏凝结时间短，掺加泡沫后搅拌时间过短，不足以充分将泡沫均匀分散到料浆中的问题，向石膏中掺加缓凝剂以改善其凝结时间过短的问题，研究不同缓凝剂的缓凝效果及作用机理，由于缓凝剂掺入后一般会影响石膏材料的强度，通过试验选取较为优异的缓凝剂。9 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究磷建筑石膏l水I发泡剂选取缓凝剂的确定稳泡性的研究按比例稀释看；赢]I芋兰竺苎挚发泡石膏试样的制备物理泡沫泡沫对性能的影响泡沫最佳掺量确定料浆和易性H改性研究}_—叫力学、防水性能纤维增强发泡石膏材料的制备发泡石膏隔墙条板的制备及应用研究图1．2试验主要工艺流程纤维长度纤维掺量掺加工艺(3)稳泡剂与泡沫掺量的研究。通过掺加稳泡剂改善泡沫的稳定性和泡孔结构，并研究不同掺量稳泡剂对泡孔和试样性能的影响规律及作用机理。以磷建筑石膏为原料，分别向石膏料浆中掺入不同剂量的泡沫制得发泡石膏试样，测试对比不同泡沫掺量下发泡石膏试样的各项性能，分析泡沫掺加对石膏材料各项性能的影响规律及作用机理。综合分析确定制备发泡石膏材料的泡沫和稳泡剂最佳掺加比例。二、发泡石膏材料的改性研究。针对单纯掺加泡沫后制得的发泡石膏材料力学、耐水等性能较差的问题，掺加无机粉料和高分子乳液防水剂等改性组分改善发泡石膏的力学和耐水等性能。通过探讨改性剂的改性效果及机理确定发泡石膏材料的改性方案。10 济南大学硕士学位论文三、纤维增强发泡石膏材料的制备及性能研究。掺加聚丙烯纤维提高发泡石膏材料的抗折防裂性能，研究纤维对发泡石膏的增强效果及作用机理，确定纤维增强发泡石膏材料的制备工艺，制备出纤维增强发泡石膏材料试样。四、纤维增强发泡石膏轻质保温内隔墙条板的制备及应用研究。研究纤维增强发泡石膏轻质保温内隔墙条板的生产制备工艺流程，确定纤维增强发泡石膏轻质保温内隔墙条板的生产工艺参数，测试隔墙条板的性能以确保达到国家标准的要求，进一步研究纤维增强发泡石膏轻质保温内隔墙条板的应用技术问题。1．5．2本文创新之处(1)本文首次对发泡石膏轻质墙体材料的制备工艺及性能进行了系统全面地研究。研究了发泡对石膏材料的影响并进行了一定的理论分析，确定了发泡石膏材料试样的原料配比及制备工艺参数，制备了发泡石膏材料试样。(2)针对发泡石膏强度和耐水等性能的不足，通过掺加水泥、高分子乳液防水剂等改性剂对发泡石膏材料进行了改性研究，并对改性的作用机理进行了理论分析，通过改性试验提高了发泡石膏材料试样的强度和防水等性能。(3)通过掺加聚丙烯纤维提高了发泡石膏材料的抗折防裂性能，研究了纤维增强发泡石膏的制备工艺，分析了聚丙烯纤维对发泡石膏材料的增强机理，制备了纤维增强发泡石膏复合材料。(4)制备了纤维增强发泡石膏轻质保温内隔墙条板，研究了条板的机械化生产工艺流程、性能及应用技术问题。 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究2．1原料第二章试验材料、仪器设备与试验方法(1)磷建筑石膏采用山东鲁西化工磷肥厂生产的磷建筑石膏粉，外观为灰白色粉末，性能符合GBT9776-2008《建筑石膏》，主要物相组成为CaS04"1／2H20，其化学成分见表2．1。表2．1磷建筑石膏化学成分其XRD测试结果如图2．1所示。图2．1磷建筑石膏XRD图(2)发泡剂磺酸盐类发泡剂、植物发泡剂和动物发泡剂。购于盐城市世隆装饰材料有限公司。(3)VAE·705乳液(醋酸乙烯一乙烯共聚乳液)北京有机化工厂生产，其主要技术指标如表2．2所示。 济南大学硕士学位论文(4)BC一991A苯丙乳液采用的BC．991A苯丙乳液为北京东方亚科力化工科技有限公司生产，其主要技术指标见表2．2。表2．2VAE．705乳液和BC．991A苯丙乳液的主要技术指标(5)快硬硫铝酸盐水泥济南建材市场售唐山特种水泥厂生产的R-SAC4．25级快硬硫铝酸盐水泥，满足国家标准JC714．1996的要求，快硬硫铝酸盐水泥的代号为R．SAC，其化学组成如表2．3所示。(6)粉煤灰II级低钙粉煤灰，其化学组成如表2．3所示。表2．3快硬硫铝酸盐水泥和粉煤灰的化学组成分析(％)(7)硼砂选用大石桥市贸隆硼业有限公司生产的硼砂，此硼砂符合GB厂r537．1997。为无色半透明的结晶，无臭，有风化性，水溶液显碱性反应。在沸水或甘油中易溶，在水中溶解，在乙醇中不溶。(8)柠檬酸选用天津市广成化学试剂有限公司生产的柠檬酸。为白色结晶颗粒，在干燥空气中易风化，而在潮湿空气中易结块，易溶于水和乙醇，微溶于乙醚。(9)纤维素选用天津市东威化工有限公司生产的纤维素。微黄色粉末，无嗅无味，无毒；易溶于冷水或热水，形成具有一定粘度的透明溶液。(10)明胶 发泡石霄轻质墙体材料的制备与性能研究选用天津市科密欧化学试剂开发中心生产的明胶。为无色至淡黄色片状物，或白色粉末。(11)聚丙烯纤维选用河北廊坊市永兴建材有限公司生产的聚丙烯纤维。具有分散性好、亲水性强、与无机胶凝材料基体的握裹力强等特点。从而能有效提高材料的抗折、防裂性能，其具体参数见表2．4。表2．4聚丙烯纤维参数指标2．2试验仪器与设备(1)Gz(Y)·40型发泡机；(2)CHD．50型建筑石膏标准稠度仪；(3)水泥凝结时间测定仪；(4)DHG．9145A型电热恒温鼓风干燥箱；(5)KZJ．6型电动抗折试验机；(6)YE．30型液压式压力试验机；(7)S8．TICER型X射线荧光光谱仪：(8)扫描电子显微镜：S-2500型IRScanningElectionMicroscope电镜：(9)DRH-III型导热系数测试仪；2．3发泡石膏材料的性能测试方法2．3．1标准稠度需水量的测定按照GB9776．2008《建筑石膏》标准进行测定。其测定方法为：先将稠度仪的简体内部及玻璃板擦净，并保持湿润，将简体复位，垂直放置于玻璃板上。将根据经验量取估计的标准稠度需水量的水于搅拌锅内，称取300±lg的石膏粉，在5秒钟内倒入搅拌锅内与水混合搅拌30秒左右成均匀料浆，将料浆迅速倒入稠度测定仪的筒体内，用刮刀刮去筒体上表面多于的谧浆，使简体上表面浆面齐平。从水与试14 济南大学硕士学位论文样接触50秒左右时，开动测定仪提升按钮，简体上提后，料浆下落扩展成为试饼状，测量试饼在两个垂直方向直径的尺寸，计算其算术平均值。记录下落料浆试饼直径为180mm+5mm时的用水量。计算此时加入水的质量与石膏粉的质量之比，以百分数表示。将试样按上述步骤连续测定两次，取两次测定结果的平均值作为该石膏粉的标准稠度用水量，精确至1％。2．3．2凝结时间的测定称取石膏粉200_+lg，按标准稠度用水量称量水，并把水倒人搅拌碗中，在5s内将石膏倒人水中。用拌和棒搅拌30S，得到均匀的料浆，倒人凝结时间测定仪的环形模中，然后将环形模下的玻璃底板一侧抬高约lcm，上下震动五次。用刮刀刮去环形模上表面的溢浆，使环形模上表面料浆齐平，然后将玻璃底板连同环形模置于测定仪的钢针下，调节凝胶时间测定仪使钢针针尖与料浆的表面相接触，且与环型模边缘最短距离大于10toni。迅速放松杆上的固定螺丝，钢针即下落插人料浆中。每隔30s左右测量一次，每次测量都应更换插入点，每次测量后将钢针上料浆擦净并校直钢针。记录从石膏与水接触开始，至钢针第一次下落插入料浆后碰不到玻璃底板所经历的时间，此即试样的初凝时间。记录从试样与水接触开始，至钢针第一次插入料浆的深度不大于lmm所经历的时间，此即试样的终凝时间。将试样按上述步骤连续测定两次，取两次测定结果的算术平均值作为该试样的初凝和终凝时间，测试结果精确至lmin。2．3．3绝干表观密度的测定称取制备试样所需的一定量的粉料和添加剂，量取标准稠度需水量的水于搅拌锅内，将各物料按照一定顺序倒入搅拌锅内的水中，用铲子迅速搅拌，得到均匀的料浆，然后加入一定量的泡沫继续进行搅拌至均匀料浆。然后将料浆倒入预先涂有一薄层矿物油的40mm×40mmxl60mm的条形三联模内。用刮刀将溢出的料浆刮去，使模具上表面平整。试样在室温下凝结完毕后脱模，置于温度恒定(40-士2"C)的干燥箱中，至两个小时内质量相差小于0．2％，此时可视为质量不再改变，即试样为绝干，放在天平上称量其质量m。表观密度按公式2．1计算，计算结果取三条试样所测数据的算术平均值，测试结果精确至lkg／m3。p=1％(2．1) 发泡石膏轻质墙体材料的制备与性能研究2．3．4抗折强度的测定将绝干表观密度测试结束后的三条试样放在抗折试验机的两个支承辊上，试样的成型面，即用刮刀刮平的表面，侧立放置，试样各棱边与各辊垂直，并使加荷辊与二个支承辊保持等距。打开电源，开动抗折试验机，将试样折断。记录3个试样的抗折强度Rf(Maa)，并计算其平均值，结果精确至0．01MPa。若所测得的三个Rf值与其平均值的差不大于平均值的15％，则用该平均值作为该试样的抗折强度，若有一个值与平均值之差大于15％则应将此值舍去，以其余两个值计算平均值，若有两个以上的值与平均值之差大于15％，则重做试验。2．3．5抗压强度的测定抗折强度试验结束后得到6个折断的试样块，然后对其分别进行抗压强度试验。具体操作为：将试样放在抗压夹具内，试样的成型面与受压面垂直，受压面积为40．0mmx40．0mm。将试样连同抗压夹具置于抗压试验机上、下台板之间，并使试样紧靠下台板上夹具测量挡板，试样中心与下台板球轴中心对应。选择合适大小的砣，开动机器，使试样加载后30秒左右破坏。记录试破坏时的荷载P，抗压强度R按式(2．2)计算：R：iP(2．2)S、式中：R——抗压强度，MPmP——破坏荷载，N；S——横截面积，S=1600，mm2。根据记录的6个试样的破坏载荷计算相应的抗压强度，计算六个试样抗压强度的算术平均值，精确至0．01MPa。如果计算得到的六个抗压强度值与平均值相差均不大于10％，则该平均值即为此次测量的抗压强度；如果某个强度值与平均值相差大于10％，则舍去此值，以其余的强度值计算强度的平均值；如果存在二个及以上的强度值与平均值相差大于10％，应重做试验。2．3．6吸水率的测试按上文绝干表观密度测定中叙述的方法制备三条绝干试样。对绝干试样称重，记为ml。将试样竖立于盛有水的大烧杯中，并保证水能浸没试样顶端，2h后取出，用湿布擦除表面水滴，测重，记为m2其吸水率按照式2．3进行计算。 济南大学硕士学位论文w：。=(m：一m。)局，×100％(2·3)式中：ml—试样绝干时质量单位／g；mr水中浸泡2h试样质量单位儋；计算三条试样吸水率的算术平均值，该平均值即为该试样的吸水率，测试结果精确至0．1％。2．3．7软化系数的测试按上述绝干试样制备方法制备三组各两条绝干试样，每组各取一块绝干试样做抗压强度测试并记录数值；将每组另一块绝干试样竖立于盛满水的大烧杯中，并保证水能浸没试样顶端，试样在水中浸泡24小时后取出，甩掉试样表面水珠并用湿布擦去表面水滴，然后测试其抗压强度。分别计算每组浸泡24小时后试样抗压强度与绝干试样的抗压强度比值，此比值便为其软化系数。软化系数用甲表示，按照2．4式进行计算：K=f／F(2．4)式中：f为试样浸泡24小时后强度；F为试样绝干时强度。计算三组试样软化系数的算术平均值，精确至O．01，该平均值作为该试样的软化系数。2．3．8导热系数的测试按护热平板法进行测试。基于单向稳定导热原理，当试样上、下两面处于不同的稳定温度下，测量通过试样有效传热面积的热流及试样两表面间温差和厚度，计算导热系数。按照原料配比及上文所述制备试样方法，制作规格为lOmmx200mmx200mm发泡石膏试样三个为一组。将试样表面磨平，并消除粉末，使其接触紧密。将试样放置于40-a：O．2℃的干燥箱中进行干燥处理，待试样在两个小时内的重量相差不到O．2％时，此时即为绝干，取出放入干燥处冷却至室温便可进行导热系数测量。具体的测试操作步骤如下：①制作好的试件放置在导热系数测定仪加热板上，然后转动手柄，使冷板压紧试件，接触面应平整且结合紧密。并打开水管进行水冷。②开启电源开关和稳压电源。 发泡石罾轻质墙体材料的制备与性能研冤③打开电脑程序，检查通讯地址无误后，点击“确定”，进入操作主界面。先输入试样厚度。④热板升温：根据材料导热系数的高低，设置好护热板的恒定温度。一般高于冷板10℃以上。其方法：在电脑界面，先点击“修改”，然后在“温度设定”栏输入恒定温度值。然后点击“确定”，最后点击“加热启动”，护热板便按设定速度升至恒定温度。⑤量热板升温：护热板升温后，点击“电源启动”，然后调节稳压电源输出电压，一般在5．15伏之间，启动量热板升温。量热板温度一般比护热板低1．3度，当护热板达到设定值且稳定后，再调节稳压电源输出电压，使量热板升温至护热板设定温度，当两者相等且恒定一段时间后，再点击“自动测试"。片刻后界面自动显示导热系数值。点击“保存”，再点击“打印报告”，进入EXCEL界面，可打印保存计算结果。计算三条试样导热系数的算术平均值，精确至0．001W／(m·K)，该平均值即为该试样的导热系数。2．4发泡石膏轻质保温内隔墙条板的性能测试方法发泡石膏轻质保温内隔墙条板的性能测试的性能指标为：抗冲击性能、抗弯破坏荷载、抗压强度、软化系数、面密度、含水率、干燥收缩值、吊挂力、空气声隔声量、耐火极限、燃烧性能、传热系数。具体测试方法见建筑隔墙用保温条板标准GB／T23450．2009，各项性能指标要求如表2．5所示。表2．5建筑隔墙用保温条板的性能指标 济南大学硕士学位论文第三章发泡石膏材料的制备工艺研究3．1发泡剂的研究3．1．1发泡剂的起泡原理泡沫是气体分散于液体的分散体系，气体是不连续的分散相，液体是连续的分散介质。由于气体比液体的密度小得多，液体中的气泡会上升至液面，形成了由大量气泡堆积构成的气泡的聚集体，即泡沫。泡沫中气泡被一层极薄的液膜隔开，气泡交界处构成了多面体，形成Plateau边界，如图3．1。B图3．1气泡交界处的Plateau边界根据Laplace公式如图公式3．1，卸2％(3．1)液体内部与外部的压力差△p(附加压力)与液体的表面张力r成正比，与液膜的半径R成反比。图3．1中三个气泡的交界处A为凹液面，该点压力差Ap小于零；而B处液膜近乎平面，压力差Ap为零。因此B处液体压力大于A处，液体会从B处向A处排液，使两个气泡间的液膜减薄，最终破裂。当膜之间的夹角为120。时，A、B间液差最小，这就是多边形泡沫结构中大多是六边形的原因。发泡剂是表面活性剂的一种，其发泡原理是：通过向发泡剂溶液中充气或施以搅拌，便可形成被溶液包围的气泡，发泡剂的分子疏水端伸入气泡的气相中，亲水端伸入水中，在气泡的气．液界面形成定向吸附的单分子层；当上升的气泡至液面时，进一步吸附液体表面的发泡剂分子，形成由发泡剂双分子水膜构成的气泡，露出水面与空气接触的气泡有较长的寿命，随着气泡不断地产生，堆积在液体表面形成泡沫，如图3．2所示。19 发泡石膏轻质墙体材料的制备与性能研究图3．2泡沫形成示意图图中的发泡剂中这种双分子水膜气泡的液膜强度较普通水泡强度高，膜的厚度达到几百纳米以上，具有光的波长等级，在阳光照射下能看到七彩光谱带。泡沫形成过程中，气液界面的面积急剧增加，体系中的能量也随之增加，因此需要外界通过做功提供能量，比如搅拌或加压通气。外界做功的大小可由式3．2表示。％h=AE=rA(3．2)式中，△E为泡沫产生前后的能量差，如果液体的表面张力r越低，则施加相同的功所产生的气泡面积A越大，气泡体积就越大，说明此液体容易起泡。例如水的表面张力为72．8mN／m，加入十二烷基硫酸钠后，表面张力可降至39．5mN／m，容易产生泡沫。因此作为发泡剂的表面活性剂的要具有高的表面活性，发泡剂的起泡性可以用其降低水的表面张力的能力来表征，降低水的表面张力的能力越强，越有利于产生气泡【70。71】。3．1．2发泡剂的性能及石膏发泡剂的确定(1)发泡剂的常见种类发泡剂种类繁多，可以按不同的角度进行分类，如按照离子型分类、按照结构分类、按亲水基或疏水基分类等。最常用的分类方法为按照离子类型分类，发泡剂均为水溶性的，根据他们在水溶液中的状态和离子类型可以将其分为离子型发泡剂和非离子型发泡剂。离子型发泡剂又可分为阳离子发泡剂、阴离子发泡剂和两性离子发泡剂。研究和应用表明，阴离子发泡剂和两性发泡剂由于发泡性较好而受到普遍的欢迎，阳离子发泡剂 济南大学硕士学位论文由于成本高而较少应用，非离子发泡剂的发泡能力较差。无机胶凝材料发泡应用中最常见的发泡剂主要有磺酸盐类发泡剂、植物发泡剂和动物发泡剂，其中磺酸盐类发泡剂和植物发泡剂属于阴离子发泡剂，动物发泡剂属于两性发泡剂。磺酸盐类发泡剂为阴离子发泡剂中最常用且成本较低的发泡剂，其代表为十二烷基苯磺酸钠，烷基磺酸具有很高的表面活性，在较低的浓度下具有较高的起泡能力，具有起泡速度快、泡沫量大等优点。植物发泡剂是通过松香和烧碱的皂化反应制得的发泡剂，主要成分为松香树脂的钠盐，通用分子式为C19H29COONa，发泡剂中的离子状态为阴离子(C19H29COO’)，属于阴离子发泡剂。植物发泡剂具有发泡量大、成本低的特点。植物发泡剂发泡性能好，储存期比较长，制得的泡沫细小均匀，绿色环保。动物发泡剂是以动物角质为原料，通过水解反应然后加热溶解、加水稀释、高温脱水得到的黑褐色液体。动物发泡剂分子中含有大量的羧基(．coon)、氨基(-NH2)和酰氨基(．CONH2，．CONH．)，属于天然两性表面活性剂。动物发泡剂产生的泡孔较大，气泡稳定性较好，但生产工艺较为复杂，成本也较高，有刺激性气味。(2)石膏发泡剂的确定为研究磺酸盐类发泡剂、植物发泡剂和动物发泡剂的性能，分别对此三种发泡剂进行发泡试验制得泡沫，测试各发泡剂的起泡倍数、泡沫半泡时间、泡孔大小等性能。三种发泡剂制得的泡沫的形貌如图3．3所示，测试的性能结果如表3．I所示。(a)磺酸盐类发泡剂泡沫照片(b)植物发泡剂泡沫照片2l 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究(c)动物发泡剂泡沫照片图3．3三种发泡剂制得泡沫照片表3．1三种发泡剂性能测试结果由图3．3可以看到，三种发泡剂产生的泡沫均为白色，动物发泡剂产生的泡沫略微带有一些黄色。由表3．1中数据对比结果可以看出：磺酸盐类发泡剂的发泡倍数最高，起泡性最好，产生泡沫的泡孔最为细小，泡沫半消时间最短，稳定性最差；动物发泡剂的发泡倍数最低，起泡性最差，产生泡沫的泡孔最大，但泡沫的稳定性最好；植物发泡剂的起泡性能、泡沫稳定性及泡孔大小均介于磺酸盐类发泡剂和动物发泡剂之间。为了确定制备石膏发泡材料应该选用何种发泡剂，在泡沫掺量为一定固定比例值(此处泡沫掺量与石膏质量之比为150ml／lOOg)的条件下，分别由上述三种发泡剂制备发泡石膏试样，测试试样性能并进行比较分析，三种发泡剂制备试样的形貌如图3．4所示，性能测试结果如表3．2所示。由图3．4可以看出，不同发泡剂制各的发泡石膏试样的颜色受泡沫的影响发生了变化，掺入磺酸盐类发泡剂泡沫的试样变为纯白色，掺入动物发泡剂的试样变为黄白色，植物发泡剂的颜色与空白试样一致，颜色未发生变化。 济南大学硕士学位论文(a)磺酸盐类发泡剂制备试样(b)植物发泡剂制备试样(C)动物发泡剂制备试样图3．4三种发泡剂制得发泡石膏试样形貌照片表3．2三种发泡剂制得的发泡石膏的性能比较由表3．2可以看出，在泡沫掺量相同时，采用三种泡剂制作的发泡材料表观密度相差不大，但是选用动物发泡剂制作的轻质发泡石膏材料吸水率最大，这是由于其内部气孔较大造成的。而用磺酸盐类发泡剂制备的发泡石膏试样的力学性能明显低于动物发泡剂和植物发泡剂制备的发泡石膏试样，这是由于泡沫过于细小，泡孔壁薄，导致试样发 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究脆，力学性能降低。综合考虑，本论文选用泡沫大小适中，稳定性较好，成本低，用量少的植物发泡剂。后续试验选用的均是植物发泡剂。3．2缓凝剂的影响及机理分析在对石膏进行发泡制备发泡石膏材料试样时，由于石膏凝结时间较短，泡沫掺加后无法充分搅拌使其均匀地分散到石膏料浆中，因此在制备石膏发泡材料试样时需要选择适当的缓凝剂以减缓石膏的凝结。缓凝剂的掺量以占石膏粉料质量的百分比计算。3．2．1柠檬酸柠檬酸易溶于水，缓凝效果明显、价格低廉，是石膏常用缓凝剂。为探讨柠檬酸对石膏的缓凝效果，本论文分别掺加不同量的柠檬酸制作石膏试样，然后对试样的凝结时间及强度进行测试，如表3．3所示：表3．3柠檬酸对石膏试样的缓凝效果从表3．3可以看出：未掺加缓凝剂时，石膏材料试样的初凝时间为4分钟；当柠檬酸掺入量为0．1％时便具有较好的缓凝作用，初凝时间升至27分钟，但试样的抗折、抗压强度分别由3．35MPa、7．64MPa降至2．96MPa、6．56MPa；柠檬酸掺量达到0．2％．0．3％时，石膏试样的凝结时间明显延长，此时石膏材料的强度也大幅降低。由于后续试验发现柠檬酸掺入后对泡沫具有消泡现象，故不适合选用柠檬酸作为制备发泡石膏材料的缓凝剂。柠檬酸对石膏的缓凝作用是因为柠檬酸分子中含有具有极性的羟基，这些极性基团会吸附在石膏水化物的晶核上，阻碍半水石膏与水的水化反应，进而影响了石膏晶体的生长，也造成了石膏强度降低，另外由于柠檬酸为酸性，当掺入后破坏了皂化反应制备发泡剂的碱性环境，影响了泡沫的起泡性。 济南大学硕士学位论文3．2．2硼砂硼砂是无色半透明的结晶，易溶于水，也是较为常用的缓凝剂，为了探讨硼砂对石膏的缓凝作用，本论文分别掺加不同量的硼砂制作石膏试样，通过测试石膏试样的凝结时间以及强度考察其对石膏的缓凝效果，试验结果如表3．4所示：表3．4硼砂对石膏试样的缓凝效果由表3．4可以看出，石膏中加入硼砂可以使石膏产生缓凝效果，并且随硼砂掺量的增加，石膏凝结时间逐渐延长，石膏的强度也随之下降。硼砂加入石膏中可以与石膏中的钙离子发生反应生成络合物，抑制石膏的水化反应。但是在硼砂加入量在0．1％．0．3％时，其量不足以对石膏产生理想的缓凝效果。这是因为硼砂与硫酸钙可以形成与二水石膏晶型相同的复盐，促进石膏结晶。硼砂加入量大于0．5％时，缓凝效果才较为明显，初凝时间达到37分钟，但是此时试样抗折强度为1．22MPa，已不能满足国家标准对建筑石膏性能的要求。3．2．3纤维素纤维素是石膏较常用的缓凝剂，纤维素有甲基纤维素，羟乙基纤维素，羟甲基纤维素以及羧甲基纤维素等多种类型，由于羧甲基纤维素的缓凝效果和分散性较好，故本试验选用羧甲基纤维素进行缓凝试验。为了探讨羧甲基纤维素对石膏的缓凝作用，本论文分别掺加不同量的羧甲基纤维素制作石膏试样，并测试石膏试样的凝结时问及强度，试验结果如表3．5所示：羧甲基纤维素溶于水之后吸附于还没有遇水发生结晶的石膏颗粒表面，阻碍了半水石膏的水化，因此掺加羧甲基纤维素能够使石膏缓凝。由表3．5可以看出，在羧甲基纤维素掺量为O．1％时，试样初凝时间为46分钟，其缓凝效果十分显著，但此时试样抗折、抗压强度分别由3．52MPa、7．66MPa降至2．79MPa、4．51MPa；在试样中羧甲基纤维素 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究．掺量达到O．3％时，初凝时间急剧增加到147分钟，试样强度损失严重。试验中还发现羧甲基纤维素的掺加也会明显增加石膏料浆的稠度，造成发泡石膏料浆浇注成型时流动性下降。表3．5羧甲基纤维素对石膏试样的缓凝效果3．2．4明胶明胶是淡黄色半透明的结晶，能溶于水，对石膏材料有较好的缓凝作用。为了探讨明胶对石膏的缓凝作用，本论文分别掺加不同量的明胶制作石膏试样，并测试石膏试样的凝结时间以及强度，试验结果如表3．6所示：表3．6明胶对石膏试样的缓凝效果由表3．6可以看出，随明胶加入量的增大，石膏的凝结时间明显延缓，强度也随之降低。这是由于在石膏水化初期，明胶与半水石膏反应，形成一层保护膜附着在石膏表面，阻碍了石膏水化。在明胶掺量为O．2％时，明胶的缓凝效果已较为明显，石膏试样的初凝时间由4分钟升至31分钟，可以满足制备发泡石膏材料对凝结时间的要求，而且石膏材料的力学性能也较为优越。掺量大于0．3％时，初凝时间达到65分钟，凝结时间过长会降低制备发泡石膏材料的生产效率，故明胶的最佳掺量为0．2％。按O．2％掺量制作的石膏试样的微观形貌如图3．4所示，图3．4(a)为未加明胶的石膏试样SEM照片，图3．4(b)为加入0．2％明胶的石膏试样SEM照片。26 济南大学硕士学位论文—————疆衙————’群于髓■l(a)空白石膏试样SEM照片尸————蕊鬲————一’电干留●’(b)掺加明胶石膏试样SEM照片图3．4空白石膏试样与掺加明胶石膏试样SEM照片由图3．4可以看出，未添加明胶的石膏试样内部晶体多为细长针状，晶体相互交叉穿插在一起，结构之间连接较紧密，添加明胶的石膏试样晶体类型发生变化，多为短柱状，这样就使得石膏晶体之间的搭接良好程度下降，晶体结构也变得不再致密；因此石膏中掺加明胶在对其产生缓凝效果的同时，还使其强度降低。综合比较各种缓凝剂的缓凝效果可以看出，缓凝剂掺入后减缓石膏的结晶速度的同时也会降低石膏试样的力学性能，但是相对于其他的缓凝剂，在明胶掺量为O．2％时，综合缓凝效果较好，试样初凝时间为31分钟，抗折强度为3．46MPa，抗压强度为6．57MPa，故选用明胶作为本课题的缓凝剂。3．3稳泡剂对发泡石膏性能的影响及机理分析试验采用的植物发泡剂泡沫大小适中，起泡能力强，但其稳定性欠佳，在泡沫掺入料浆后，经过快速搅拌会发生较明显的消泡现象。这是因为发泡剂产生的泡沫虽然比普通水泡稳定，但由于泡沫的存在着气．液界面，它是热力学不稳定体系，受搅拌或时间的影响均会破裂，泡沫破裂的原因可分为以下几点：(1)重力的影响。因为泡沫表面的液体密度大于内部气体的密度，在重力的作用下，液体会向下流动，如图3．1所示，使气泡变薄直至破裂。泡沫壁较厚时受重力的影响最为严重。(2)气泡大小不均的影响。由于泡沫产生大小不一，根据公式3．I(Ap=2r／R)，由于液体表面张力r一定，附加压力Ap与气泡液膜的半径成反比。小气泡的附加压力大于27 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究大气泡，因此会使小气泡向大气泡排气，小气泡消失，大气泡变得更大液膜变薄，导致气泡破裂。如图3．5所示。oO④图3．5气泡大小不均引起的消泡现象(3)表面张力的影响。气泡多以多面体的形式存在(图3．1)，根据公式3．I(Ap=2r／R)，由于凹液面处的附加压力大于平液面的附加压力，故使气泡压力大出的液体向压力小处流动，导致泡沫变薄破裂。泡沫的消泡现象既影响了发泡石膏材料的性能，又提高了泡沫的成本。因此，需要提高掺加稳泡剂等方式提高泡沫的稳定性。泡沫的稳定性是发泡剂中不同于起泡性的另一概念，指泡沫产生后的持久性。本文通过掺加自制有机醇类稳泡剂明显改善泡沫的稳定性，降低泡沫的消泡现象。通过分别测试石膏料浆Vl和泡沫的体积V2以及将泡沫掺入料浆经搅拌均匀浇注成型后的体积V3，可以计算出掺入泡沫后的消泡率D，，其计算如公式3．3所示：JD，=(K+％一v3)／Cvl+V2)×100％(3．3)公式中Vl是按标准稠度需水量制备的石膏料浆，此处V1=80ral，V2=150ml，测试掺入不同用量(以干粉料总质量百分比计)的稳泡剂后的V3的变化从而得出泡沫消泡率D，如下图3．6所示。根据图3．6的数据制备出稳泡剂在不同掺量下，表观密度约为520kg／m3左右的发泡石膏材料试样，对试样吸水率、力学性能和导热系数进行测试，得出稳泡剂发泡石膏材料性能的影响数据如表3．7所示。由图3．6和表3．7可以看出：掺加适量(50．8％)稳泡剂改善了泡沫的稳定性，降低了泡沫的消泡率，提高了试样的强度，降低了试样的吸水率和导热系数：当稳泡剂掺量大于O．8％时，试样的强度会随着稳泡剂掺量增加而降低。 济南大学硕士学位论文0．40．81-2掺量／％图3．6稳泡剂对泡沫消泡率的影响表3．7稳泡剂对发泡石膏材料性能的影响∞惦的：8∞巧加佰们50逞料赠涎 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究图3．7掺加稳泡剂对发泡石膏试样泡孔宏观形态的影响由图3．7可以看出，未掺加稳泡剂时，试样内部泡孔相互连通、大小不均，掺入0．8％稳泡剂后试样内部泡孔较为均匀、独立，泡孔结构得到改善，当稳泡剂掺量达到1．6％时，孔壁变薄，泡孔明显变小。稳泡剂主要成分为水溶性高分子聚合物，石膏料浆中掺入适量稳泡剂后，一方面，这些高分子良好的水溶性不仅能提高泡沫液相泡壁粘度，使得泡壁的韧性提高，阻止气泡排气排液的发生，同时还形成了高强度的界面膜，从而提高了泡沫的稳定性；另一方面，长链聚合物大分子相互穿插于石膏料浆中，显著提高石膏料浆的粘度，加大石膏料浆流动的阻力，使得料浆中泡沫变形破裂阻力变大，从而导致发泡石膏试样中泡孔均匀，泡孔之间相互独立且封闭，宏观上表现为导热系数、吸水率降低和强度提高。当稳泡剂掺入过多时泡孔逐渐变小，泡孔越小，试样承受载荷破坏时抵抗外力的泡孔壁越薄，故使试样强度降低。稳泡剂增加泡孔变小的原因是：由公式Ap=2r／R可知，泡沫曲率半径R=2r／Ap，由于有机溶液的表面张力小于无机溶液，稳泡剂(有机溶液)的大量掺加，降低了料浆的表面张力，而独立泡沫的附加压力Ap不变，故泡沫曲率半径降低。当稳泡剂掺量为0．8％时，泡沫消泡率为由未掺时的47％降至29％，发泡石膏试样的强度、吸水率、导热系数等性能均有所改善。后续试验均按0．8％的比例掺加了稳泡剂。 济南大学硕士学位论文3．4泡沫掺量对发泡石膏性能的影响及机理分析考察不同泡沫掺加量对试样抗压抗折强度以及表观密度的影响，分别按lOOg粉料中掺加0-250ml泡沫的比例制作发泡石膏试样并测试其性能，所得试验结果如表3．8所不：表3．8不同掺量泡沫对石膏试样性能的影响由表3．8可以看出，泡沫的加入引起石膏试样表观密度的降低，但是抗压抗折强度也会随着表观密度减少而相应的降低。为更清晰的观察泡沫的掺加对轻质发泡石膏试样各性能的影响，将表3．8的数据以图的形式表示出来，如图3．8所示。O50100150200250掺量自Ⅲ1009j盼料善越翻露群O∞100150200250掺量叫1009粉料(a)泡沫掺量对石膏试样强度的影响(b)泡沫掺量对石膏试样表观密度的影响O50505O5O5O5O5O≯＆B54321OEd罨避想 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究O∞100150200250掺量枷，l∞g粉料(c)泡沫掺量对石膏试样吸水率的影响0∞1001502∞掺t／n】l／lOOg粉料(d)泡沫掺量对石膏试样软化系数的影响OSO100150200250掺量h叫100窖盼料(e)泡沫掺量对石膏试样导热系数的影响图3．8泡沫掺量对石膏试样各项性能的影响由图3．8可以看出，发泡石膏材料的抗折抗压强度，表观密度和导热系数均随泡沫掺量的增加而减小，吸水率随之上升。当在lOOg粉料中掺加lOOml．150ml泡沫时，发泡石膏的轻质保温性能较为优越，强度，吸水率，软化系数也在可接受范围内。但是后期试验中掺加水泥改性和纤维增强中均提高了发泡石膏的表观密度，根据后期试验确定；泡沫最佳掺量为lOOg粉料中掺加150ml泡沫，此时才能保证最终制备的发泡石膏材料满足建筑保温隔墙材料对轻质保温的要求j当泡沫掺量高于150ml时，发泡石膏材料的各项性能过低而不满足制备保温隔墙材料的要求。未经发泡的石膏试样内部结构密实，而经过发泡工艺制得的发泡石膏试样富含大量的气孔，这样使得其导热系数和表观密度大大降低。为了探究掺入泡沫对试样微观结构∞：8∞：f；矗；拍柏：8∞：；已0O0O0O搽峨兽餐∞逞僻*签 济南大学硕士学位论文的影响，利用SEM对未掺泡沫空白试样和掺加150ml泡沫的试样进行微观分析比较，如图3．9所示：(a)空白试样微观形貌(b)掺加150ml泡沫试样微观形貌图3．9空白试样与掺加泡沫的石膏材料的微观形貌图3．9(a)为未加泡沫的空白石膏试样的微观形貌电镜照片，图3．9(b)为在1009粉料中加入150ml泡沫制得发泡石膏试样的微观形貌电镜照片。由此可以看出未加泡沫的石膏试样多以针状和块状结晶，晶体大小不均匀，但晶体之间排列较为紧密。加入了泡沫的石膏试样，晶体形态并未发生变化，但是其内部引入泡孔结构。因此，泡沫的加入降低了发泡石膏试样的表观密度和强度，并使其具有一定的保温隔热性能。向1009粉料中掺加150ml泡沫为确定的最佳泡沫掺加比例，在此条件下发泡石膏的轻质、隔热性显著，试样的表观密度由1205kg／m3降为517kg／m3，导热系数由0．217W／(m·K)降为O．121W／(m·K)。此时试样的其他性能也较为优越，抗折强度为1．35MPa，抗压强度2．81MPa，吸水率为76．7％，软化系数为0。45，仍可满足制备发泡石膏材料的要求。后续试验泡沫掺量与粉料质量比例均为150ml／1009。3．5小结(1)对磺酸盐类发泡剂、植物发泡剂和动物发泡剂的性能及其泡沫对发泡石膏材料的影响进行了比较。试验表明，植物发泡剂起泡能力、泡沫稳定性介于另外两者之间，泡沫大小适中，制备的发泡石膏材料性能较好，最适应用于制备石膏发泡材料。 发泡石膏轻质墙体材料的制备与性能研究(2)对比研究了柠檬酸、硼砂、羧甲基纤维素、明胶四种缓凝剂的缓凝效果。试验发现，明胶缓凝效果较好，确定明胶的最佳掺量为0．2％，此时可使石膏初凝时间由5分钟延缓至31分钟。(3)掺加稳泡剂提高了泡沫的稳定性，改善了泡孔的结构。试验表明，制备发泡石膏试样过程中掺入0．8％稳泡剂时，发泡石膏试样内部泡孔大小更均匀、封闭，泡沫的消泡率由未掺稳泡剂时的47％降至29％，泡孔结构的改善也保证了发泡石膏试样的宏观性能。(4)研究了泡沫掺量对石膏材料性能的影响。泡沫掺加降低了石膏材料的密度和导热系数，与此同时也降低了石膏材料的力学性能和耐水性能等。试验确定泡沫的最佳掺加比例为：150ral泡沫／lOOg粉料，此时发泡石膏的密度和导热系数达到一个较优的值，与空白石膏试样相比，发泡石膏试样的表观密度由1205kg／m3降为517kg／m3，导热系数由0．217W／(m·IO降为O．121W／(m·K)，试样的综合性能相对较好，仍能满足制备发泡石膏材料的要求。 济南大学硕士学位论文第四章发泡石膏材料的改性研究与空白石膏试样相比，掺加泡沫制得的发泡石膏表观密度降低，保温隔热性也有较大幅度的提升，但强度却随着表观密度的减小而降低。而且，由于发泡石膏内部大量泡孔的存在，使其吸水率较大，极大地限制了发泡石膏的应用。另外，由于泡沫掺入后须在短时间内与料浆搅拌均匀，石膏料浆必须具有良好的和易性。针对这些问题，本课题对石膏基体进行了改性，以期改善发泡石膏材料的各项性能。4．1掺加无机粉料对发泡石膏材料的改性研究4．1．1掺加快硬硫铝酸盐水泥对发泡石膏材料的改性及机理分析在发泡石膏中掺加一定量的快硬硫铝酸盐水泥，可提高发泡石膏的强度并且可以改善其耐水性能。为讨论掺加快硬硫铝酸盐水泥对发泡石膏的改性效果，本论文分别掺加不同量的快硬硫铝酸盐水泥制作发泡石膏试样(粉料掺加均为内掺，掺量以占粉料总质量百分比计)，然后对试样(均为自然养护下3天后)的强度、吸水率以及软化系数进行测试，试验结果如表4．1所示。为更清晰地观察快硬硫铝酸盐水泥对发泡石膏试样性能的影响，把上表4．1的数据，用图的形式表示，如图4．1所示。为探讨快硬硫铝酸盐水泥的掺加对发泡石膏材料的作用机理，利用扫描电镜观察其改性效果，如图4．2所示。表4．1快硬硫铝酸盐水泥对发泡石膏各种性能的影响由表4．1及图4．1可以看出：在发泡石膏材料中加入快硬硫铝酸盐水泥可使其强度、软化系数提高，但吸水率也升高，并且随着水泥掺量的增加发泡石膏的各方面性能均有所提升。 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究5∞基湖藤鳓520雹5101520水泥掺量惕(a)对试样强度的影响Z5101520水泥掺量脯(c)对试样表观密度的影响置5101520水泥掺量／％(b)对试样吸水率的影响互5101520水泥掺量肋(d)对试样软化系数的影响图4．1掺加快硬硫铝酸盐水泥对试样各项性能的影响(a)未掺加水泥(b)掺加水泥图4．2掺加快硬硫铝酸盐水泥对发泡石膏的影响SEM照片36昭跎鲫∞伯阳”他述静繁餐6420864208642321td逞巡黑鸵们∞柏鸲盯柏0O0O疑曦晕：障 济南大学硕士学位论文从上图4．2可以看出未掺水泥时，发泡石膏试样的晶体为细长针状、柱状和块状晶体，掺入水泥后晶体形貌变化并不十分明显，但是图4．2(b)掺加水泥的试样出现一些较大的片层状晶体，这可能是加入水泥后，石膏与水泥反应生成晶型较大的钙矾石，钙矾石硬度较高，提高了试样的强度。其反应机理是：选用的水泥为快硬硫铝酸盐水泥，快硬硫铝酸盐水泥水化产物中主要含有大量的铝酸三钙(C3A)，将水泥加入石膏中，铝酸三钙(C3A)与石膏(CaS04·O．5H20)发生反应生成钙矾石，其反应式4．1如下：3CaO．A12D3+3(CaS04·0．5吼D)+30．巩D—一3国D．彳乞03·3CaS04·32H20(4．1)钙矾石的硬度较高，耐水性能好，故水泥的掺入可以提高石膏材料试样的强度和软化系数。但是水泥是水硬性胶凝材料，水泥水化过程不断吸收水分，从而提高了试样的吸水率。当水泥掺量小于5％时，不足以明显改善石膏材料的水化过程，但掺量达到20％时会明显提高发泡石膏材料的成本和表观密度，表观密度提高会降低材料的保温隔热性能，经过试验研究最终确定掺加15％快硬硫铝酸盐水泥时，发泡石膏材料试样的综合性能较好，后续试验均按15％掺加快硬硫铝酸盐水泥。4．1．2掺加粉煤灰对发泡石膏材料的改性及机理分析发泡石膏的制备过程中，掺加泡沫过程中需要将泡沫与料浆在短时间充分搅拌均匀，这就要求发泡石膏料浆具有很好的和易性，掺加粉煤灰可以提高石膏料浆的和易性从而保证泡沫在料浆中分散均匀，从而提高发泡石膏材料的均一性和稳定性。另外，粉煤灰为活性矿物质，其掺入后与水泥组分复合作用可起到很好的活性激发作用。为讨论粉煤灰对石膏的改性效果，本论文对分别掺加不同量的粉煤灰的石膏料浆的标准稠度用水量进行测量，然后对掺加粉煤灰试样的强度、吸水率和软化系数进行测试，掺加粉煤灰改性的试验结果如表4．2所示，为探讨粉煤灰的掺加对发泡石膏材料的作用机理，利用扫描电镜观察其改性效果，如图4．3所示。从表4．2的数据可以看出：在发泡石膏材料中加入粉煤灰后，降低了石膏的标准稠度需水量，提高了石膏料浆的和易性，这是由于粉煤灰中含有大量的二氧化硅，二氧化硅的大量存在改善了料浆的和易性；随着粉煤灰掺量的增加，试样的强度先升高后降低，而掺加粉煤灰对吸水率、表观密度、软化系数影响较小。 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究表4．2粉煤灰对发泡石膏各项性能的影响(a)未掺加粉煤灰试样SEM照片(b)掺加20％粉煤灰试样SEM照片图4．3掺加粉煤灰对发泡石膏的影响SEM照片从图4．3可以看出未掺粉煤灰时，发泡石膏试样的晶体为柱状和片状晶体，掺入粉煤灰后出现大块状晶体，这是由于粉煤灰掺入后与石膏及水泥组分发生反应生成的硅酸钙和块状的钙矾石，与掺加水泥作用机理相似，反应如下式4．2．式4．5。CaO+1-12D—一似0四2(4．2)xCa(OH)2+Siq+nH2D———◆xC『口D·Si02+(x+n)H20(4．3)3ca(oI-I)2+彳乞D3—_3国D·彳乞D3+3H20(4．4)3CaO．A1203+3(CaS04。O．54D)+3o．5J％D—_3C口D．彳乞03·3CaS04·32H20(4．5)反应生成的硅酸钙和钙矾石具有较高的强度，从而使试样的强度升高，到产量大于20％时，随粉煤灰掺量的增加试样的强度逐渐降低，这是由于粉煤灰、水泥、石膏相互 济南大学硕士学位论文反应存在最佳配比，而水泥的掺量一定，粉煤灰就存在一个最佳掺量，当掺量大于最佳掺量时，多于的粉煤灰单纯作为填料存在于发泡石膏材料中，从而降低了材料的力学性能。由表4．2可以看出，粉煤灰的掺量为20％时，试样的标准稠度用水量为44％，抗折强度为1．81MPa，抗压强度为3．51MPa，表观密度为596kg／m3，吸水率为80．8％，软化系数为0．51，试样的综合性能最佳。后续试验中均按20％的比例掺加粉煤灰。4．2掺加有机高分子乳液防水剂对发泡石膏材料的改性研究向发泡石膏中加入一定量的高分子乳液，高分子溶液随试样干燥后形成连续的憎水的有机网状结构膜包覆在石膏试样中，可以提高石膏材料的力学性能和耐水性能。具体操作流程是先将乳液在水中分散均匀，然后将混合均匀的粉状物料倒入其中进行搅拌，搅拌均匀后将石膏料浆倒入模具中，室温固化成型。选用VAE乳液和苯丙乳液分别进行试验，乳液掺量以占粉料总质量的百分比计。4．2．1掺加VAE乳液、苯丙乳液对发泡石膏材料的改性及机理分析分别通过掺加不同剂量的VAE乳液、苯丙乳液制备发泡石膏材料试样，然后依次测试样的强度和耐水性能。将不同乳液对试样强度及耐水性能的影响进行比较，其实验结果如表4．3、表4．4所示：表4．3VAE乳液对发泡石膏试样各种性能的影响表4．4苯丙乳液对发泡石膏试样各种性能的影响39 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究为了更加形象地对比掺加VAE乳液、苯丙乳液对材料的影响，将表4．3和表4．4的数据以图的形式表示，如图4．4所示。对VAE乳液、苯丙乳液掺量均为6％的V3、B3号试样进行SEM分析，与空白试样(I①)微观形貌对比分析，SEM测试结果如图4．5所示。O2468vAs*L液掺量M(a)掺加VAE乳液对试样强度的影响O2468VAF．乳液掺量惕(c)掺加VAE乳液对试样吸水率的影响7472垂70螫6802468苯丙乳液掺量／％(b)掺加苯丙乳液对试样强度的影响O2‘68苯丙乳液掺ttm(d)掺加苯丙乳液对试样吸水率的影响864208642O8B321日龟《毯嗫2O864208642O8B4321者罩避嘿∞为∞柏∞{寻竹述褥繁瞽 济南大学硕士学位论文互2468VAE乳液掺量惕0．550．540．弱0．52籁0．51嗡S0．50餐0．490．480．470．46置248苯丙乳液掺R／％(e)掺加VAE乳液对试样软化系数的影响(f)掺加苯丙乳液对试样软化系数的影响图4．4VAE乳液、苯丙乳液对发泡石膏材料性能的影响尸___—__—_驾嚣；；=____-___’1毫于毋●’(a)未掺加乳液⋯—————霹鬲—————_’孵啊●'(b)掺加VAE乳液(c)掺加苯丙乳液图4．5空白试样与掺加VAE乳液试样、苯丙乳液试样SEM照片41H眙∞鹞∞M耽∞船矩“0O0O0O凝懈基餐 发泡石臂轻质墙体材料的制备与性能研究图4．4为分别掺加VAE乳液、掺加苯丙乳液对发泡石膏试样抗压抗折强度、吸水率、软化系数的影响。由上图可以看出，掺加VAE乳液后，试样的抗压抗折强度提高，吸水率降低，软化系数增大，当VAE掺量超过6％时，随VAE掺量增加，试样的力学性能和耐水性能增加的便不再明显；掺加适量苯丙乳液后，试样的抗压抗折强度提高，吸水率降低，软化系数增大，当掺入量达到4％时，抗压强度和软化系数已达到最高值，掺入量大于4％时，各项性能均逐渐下降。图4．5为空白试样与掺加VAE乳液试样、苯丙乳液试样SEM照片，图4．5(a)为未掺加VAE的发泡石膏试样断面的微观形貌，图4．5(b)为掺加了VAE的发泡石膏试样的断面的微观形貌。通过比较可以看出：与空白试样相比，掺加VAE的石膏试样内部VAE乳液憎水聚合膜粘结在晶体缝隙之间，并且在石膏内部形成了一层交联的网状结构，能将材料更好的连成一体，因此掺加VAE乳液会使发泡石膏试样强度和软化系数提高而吸水率下降；与空白试样相比，掺加苯丙乳液的石膏试样并未发现明显聚合成膜现象，但试样在苯丙乳液粘结作用下，内部晶体之间搭接更加紧密，使晶体之间缝隙减少，晶体堆积更致密，因此掺加苯丙乳液会使发泡石膏试样强度和软化系数提高而吸水率下降。掺加VAE乳液试样内部成膜现象明显，而掺加苯丙乳液试样内部未发现明显成膜现象，这可能是由于VAE乳液的最低成膜温度为5。C，而苯丙乳液的最低成膜温度21℃，在室温条件下VAE乳液明显比苯丙乳液成膜容易。对比可以看出，VAE掺入后对试样力学性能和耐水性能的改善效果明显优于苯丙乳液。由于VAE掺量超过6％时，改性效果基本达到稳定状态，且随着其掺量的增加会提高制备发泡石膏材料的成本，最终确定VAE乳液的最佳掺量为6％，此时，试样的抗折强度为2．02MPa，抗压强度为3．91，吸水率为21．68％，软化系数为0．59。4．2．2自制高分子乳液复合防水剂对发泡石膏材料改性及机理分析通过掺加VAE乳液明显提高了发泡石膏材料的力学性能和耐水性能，但改性后发泡石膏材料的软化系数为O．59，低于国家标准对隔墙保温板软化系数的要求(≥0．6)。为了进一步改善发泡石膏材料的防水性能，以VAE乳液为原料通过添加憎水J'FN剂制备出复合防水剂，并研究了复合防水剂对试样力学性能和耐水性能的影响，试验结果如表4．5所示。42 济南大学硕士学位论文表4．5复合防水剂对发泡石膏试样各种性能的影响为更清晰地观察复合防水剂对发泡石膏试样性能的影响，把上表4．5的数据用图的形式表示出来，如图4．6所示：O2468掺量肋807060霉50蓄柏30201002468掺量觞(a)对试样力学性能的影响(b)对试样吸水率的影响02468掺量脱(c)对试样软化系数的影响图4．6防水剂对试样性能的影响为探讨复合防水剂的掺加对发泡石膏材料的作用机理，利用扫描电镜观察其改性效果，如图4．7所示。430505O5叮响帖晌¨籁峨葚铎 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究(a)泡孔整体形态(b)泡孔内部结构图4．7掺加复合防水剂的发泡石膏试样微观形貌由图4．6所示的试验结果可知，随着防水剂掺量的增加，发泡石膏材料吸水率逐渐降低，试样的强度、软化系数不断升高，当防水剂掺量为6％时，改性效果理想，试样的性能趋于稳定。与单纯掺加VAE乳液相比，复合防水剂地改性效果类似于VAE乳液，可显著改善发泡石膏材料的力学性能和防水性能，由于掺入憎水外加剂使其在防水性能方面改性效果优于单纯掺加VAE乳液的改性效果。图4．7(a)为掺加复合防水剂发泡石膏试样泡孔整体形态的微观形貌，图4．7(b)试样泡孔的内部结构，利用SEM测试手段，观察掺加复合防水剂后发泡石膏材料的微观形貌，如图4．7所示。由测试结果可知，发泡石膏材料的泡孔为封闭孔，泡壁表面光滑、无裂缝：泡孔内部的结构比较致密，晶体之间填充着大量憎水颗粒及聚合物薄膜。复合防水剂的防水机理为：一方面，防水剂中的憎水组分可附着于制品内部孔洞和孔隙的表面，改变孔洞和孔隙的表面性质，使其具有憎水性；另一方面，防水剂中高分子聚合物组分能够均匀分布在石膏晶体中，并形成立体交联的网状阻水膜既能阻止水的侵入又能在结构上增强材料的韧性，从而达到阻水增强的目的。掺加复合防水剂具有很好的改性效果，复合防水剂最佳掺量为6wt％，此时发泡石膏材料的各项性能趋于稳定，试样的抗折强度为2．01MPa，抗压强度为3．92MPa，吸水率为18．8％，软化系数为0．66，满足国家相关标准对保温隔墙材料力学性能和耐水性能的要求。后续试验均按6％的比例掺加复合防水剂。 济南大学硕士学位论文4．3发泡石膏材料的改性方案上文针对发泡石膏材料力学性能和耐水性能较差的问题，进行了一系列的改性研究，研究表明，掺加水泥、自制复合防水剂均可较好的改善发泡石膏的力学性能和耐水性能；掺加粉煤灰可改善石膏料浆的和易性，提高料浆的均一性和稳定性；通过试验确定了各自最佳改性方案为：内掺15wt％快硬硫铝酸盐水泥、20wt％粉煤灰，外掺6wt％复合防水剂。4．4发泡石膏材料的性能研究为研究发泡石膏在改性前后制得的发泡石膏试样的各项性能，制备空白石膏试样和改性前、后发泡石膏试样，对不同试样各项性能分别进行测试，试验结果如表4．6所示：表4．6不同发泡石膏试样的性能比较表4．6中编号为1的试样是空白的未经发泡的石膏试样，编号为2的试样是加入最佳泡沫掺量而未改性的发泡石膏试样，编号为3的试样是按最佳改性方案改性后的发泡石膏试样。经过比较分析可以发现：掺加泡沫后石膏材料的表观密度、导热系数均降低，轻质保温性能提高，然而泡孔的大量存在也大幅降低了试样的强度和耐水性能，发泡石膏试样经过改性后，力学性能和耐水性能明显改善，由于掺加水泥使试样表观密度有所升高从而也略微增大了试样的导热系数。在泡沫与粉料掺加比例为150ml／1009的掺量下，制备的发泡石膏材料(2号)的表观密度为517kg·m一，抗折强度为1．37MPa，抗压强度为2．82MPa，吸水率为77。2％，导热系数为0．122W／(m·K)，软化系数为O．46。与空白石膏试样(1号)相比，表观密度下降57．1％，抗折强度下降63．2％，抗压强度下降62．8％，吸水率为49．9％，导热系数降低43．3％，软化系数降低29．2％改性后制得发泡石膏试样(3号)表观密度为596kg·m。3，标准稠度需水量为44％，抗折强度为1．98MPa，抗压强度为3．90MPa，吸水率18．6％，导热系数0．136W／(m·目，45 发泡石膏轻质墙体材料的制备与性能研究软化系数为O．67。与未改性试样(2号)相比，表观密度提高15．3％，标准稠度降低5％，抗折强度提高44．5％，抗压强度提高38．3％，吸水率降低58．6％，导热系数提高11．5％，软化系数提高45．7％。4．5小结通过掺加水泥、粉煤灰和复合防水剂改善了发泡石膏材料的力学、耐水等性能。确定最佳改性方案为：内掺15％水泥、20％粉煤灰，外掺6％复合防水剂。改性后制得的发泡石膏试样标准稠度为44％，抗折强度为1．98MPa，抗压强度为3．90MPa，吸水率18．6％，软化系数为0．67。与未改性试样相比，试样标准稠度需水量降低了5％，抗折强度提高了44．5％，抗压强度提高了38．3％，吸水率降低了58．6％，软化系数提高了45．7％。 济南大学硕士学位论文第五章纤维增强石膏发泡材料的制备与性能研究石膏制品的普遍存在抗折强度低，易开裂的问题，在制备石膏板材时通过都掺加纤维提高石膏材料抗折防裂的性能。为提高发泡石膏材料的抗折防裂性能，通过掺加纤维对石膏进行增强制备纤维增强发泡石膏材料，对掺加纤维的影响规律进行试验研究，确定纤维的掺加方案。5．1试验内容(1)选取的纤维种类为聚丙烯纤维。聚丙烯纤维是一种以聚丙烯为主要原料，经特殊的表面处理技术，纤维在无机胶凝材料中具有极佳的分散性及与料浆的握裹力，加入石膏中可有效防止及抑止干缩、温度变化等因素引起的微裂缝形成及发展，大大改善材料的阻裂抗折性能，抗冲击及抗震能力。试验用聚丙烯纤维形貌见图5．1。图5．1聚丙烯纤维形貌照片(2)掺加工艺的确定。分别采用先掺法、同掺法和后掺法，制备聚丙烯纤维／发泡石膏材料。先掺法是纤维先和水搅拌均匀再和粉料混合，同掺法是纤维先和粉料搅拌均匀再加水搅匀，后掺法是粉料先与水搅匀后再与纤维混合。三种掺加工艺的流程图如图5．2所示。对三种掺加工艺制备的复合材料的性能进行测试，考察抗折强度和抗压强度，得出最佳掺加工艺。47 发泡石膏轻质墙体材料的制备与性能研究l纤维加水搅拌1rI加粉料搅拌1rII注入模具固化成型(a)先掺法粉料、纤维干搅拌1r加水充分搅拌1r注入模具固化成型粉料加水搅拌1r加入纤维搅拌、rl注入模具固化成型(b)同掺法(c)后掺法图5．2三种掺加工艺的流程图(3)纤维最佳掺量和最佳尺寸的确定。考察不同长度和不同掺量的聚丙烯纤维对聚丙烯纤维／发泡石膏材料力学性能(抗折、抗压强度)的影响，通过比较得出纤维的最佳长度和最佳掺量。(4)制备出聚丙烯纤维／发泡石膏材料。研究了纤维掺加后对复合材料的力学性能和耐水性能的影响并对纤维的影响机理进行分析。5．2聚丙烯纤维／发泡石膏复合材料制备工艺研究5．2．1聚丙烯纤维的掺加工艺在聚丙烯纤维／发泡石膏复合材料的制备过程中，当纤维的长度和掺量确定的情况下，掺加工艺的不同会影响复合材料的各项性能，所以要通过试验先确定出最佳的掺加工艺以便进一步的探索和研究。试验中选用10．16mm长的纤维，纤维用量为粉料总质量的1．0％，泡沫用量与粉料的比例为150ml／lOOg，分别用先掺法、同掺法、后掺法三种掺加工艺制得复合材料并进行力学性能测试，试验结果见表5．1。表5．1掺加工艺对复合材料力学性能的影响未掺纤维试样先掺法同掺法后掺法2．023．072．953．123．924．424．324．63 济南大学硕士学位论文由表5．1的数据比较不同掺加工艺对复合材料力学性能的影响，可以看出采用后掺法制备的聚丙烯纤维／发泡石膏材料，力学性能最优，为最佳掺加工艺。这是由于采用后掺法时，水先与石膏混合搅拌成均匀浆体，再加入聚丙烯纤维搅拌均匀，此种掺加工艺既保证了半水石膏的充分水化，又能使纤维很好的得到石膏的包裹，故后掺法要优于其他两种掺加工艺。后续试验均按照后掺法工艺进行。5．2．2聚丙烯纤维的掺加尺寸为探讨不同纤维长度对复合材料力学性能的影响，得出纤维的最佳长度。在纤维掺量不变暂定为无机粉料总质量的1．0％的条件下，剪取3-9ram，10．16mm，17．23mm三个梯度等级长度的纤维，分别对石膏进行增强制备发泡石膏试样，测试其对石膏抗折强度的增强效果。试验结果见图5．3。3．02．5垂2·鹱1．辖蝠1．0．5O．0长度／mm图5．3聚丙烯纤维不同长度对复合材料抗折强度的影响从图5．3可以看出，纤维掺量为1％的条件下，纤维长度为10．16mm时，纤维增强效果优于纤维长度为3-9ram和17．23mm时，此时纤维增强发泡石膏试样的强度最高。其原因是：纤维长度较小时，石膏与纤维机械结合不牢固，不能起到增强抗折强度的作用：纤维过长时，会导致纤维弯曲结团现象严重，无法搅匀，进而影响增强效果，使其成型效果不理想。49 发泡石膏轻质墙体材料的制备与性能研冤当纤维长度为10．16mm，纤维增强石膏试样的抗折强度最高，故聚丙烯纤维的最佳长度为10．16mm。5．2．3聚丙烯纤维的掺加对复合材料性能的影响及机理分析聚丙烯纤维的掺入在提高石膏制品抗折强度的同时，也会影响石膏材料的其他性能，比如泡沫消泡率、表观密度、耐水性能等。试验分别采用最佳长度(10．16mm)不同掺量的纤维增强石膏制成聚丙烯纤维／发泡石膏材料试样，对试样泡沫消泡率、强度、表观密度、耐水性能和导热系数进行测试，以便研究纤维掺入对石膏性能的影响情况。试验分五组，纤维掺量分别为0％、O．5％、1．O％、1．5、2％，测试不同掺量下复合材料试样的性能，将试验结果如表5．2所示。表5．2掺加聚丙烯纤维对复合材料试样性能的影响O0．51．01．52．029414753582．022．483．153．353．283．924．314。634．714．5559618．30．670．13765718．50．680．14869519．1O．690．15573721．70．690．16477927．40．620．171为进一步深入研究纤维对发泡石膏材料的影响原因，对试样的微观形貌进行SEM测试，测试结果如图5．4所示。(a)未掺加聚丙烯纤维(b)掺加聚丙烯纤维图5．4掺加与未掺加聚丙烯纤维的试样围观形貌 济南大学硕士学位论文掺加聚丙烯纤维对复合材料性能及微观结构的影响如表5．2和图5．4所示。由表5．2可以看出，随着纤维掺量的增加，掺入泡沫的消泡率提高，试样的抗折、抗压强度和软化系数均先升高后下降，而试样的表观密度、吸水率和导热系数不断升高。纤维掺入后对试样性能的影响可以分为两个方面：一方面，纤维掺入料浆后随着纤维的搅拌提高了泡沫的消泡率，降低了试样内部的孔隙率，使得试样的表观密度升高，从而提高了试样的强度、软化系数和导热系数，降低了试样的吸水率。另一方面，纤维掺入后随料浆凝结分散在试样内部影响了试样的性能，试样内部适量纤维的均匀分散主要提高了试样的抗折、抗压强度，降低了试样的吸水率。聚丙烯纤维是一种质轻、密度小的纤维，纤维的掺加使得复合材料的致密度减小，孔隙率进一步增大使得试样吸水率升高，纤维的均匀分散能在试样承受载荷断裂时减缓裂纹的进一步扩散，从而起到增强的作用，提高了试样的强度。当纤维掺量过多(>1．5％)时，由于纤维体积过大，石膏不能较好的包覆所有的纤维，纤维在料浆中不能均匀分散，纤维容易结团，使得试样成形效果不理想，宏观上试样强度下降，吸水率升高。纤维掺入后，消泡率提高和纤维的增强两方面作用影响了试样的各项性能，当纤维掺量为1．O％．1．5％时，纤维增强发泡石膏材料的综合性能较好，均能满足制备保温隔墙材料的要求，为节约成本和保证发泡石膏制品具有较好的保温隔热性能，确定聚丙烯纤维的最佳掺量为1．O％。纤维的最佳掺加方案为：采用后掺法，纤维的掺加长度为10．16mm，掺量为1．0％。在此条件下纤维对发泡石膏材料的增强效果较好，与未掺纤维试样相比，材料的抗折强度由2．02MPa升至掺加纤维后的3．15MPa，提高了55．9％，抗压强度由3．92MPa升至4．63MPa，提高18．1％，其他性能也均能满足制备发泡保温隔墙材料的要求。5．3小结向发泡石膏材料中掺加纤维可以改善石膏材料的抗折防裂性能，从而保证了其在墙体板材上的应用。试验表明，当纤维长度为10．16mm，掺量为1．O％时，按后掺法制备的纤维增强发泡石膏材料，与未掺纤维试样相比，抗折强度由2．02MPa升至掺加纤维后的3．15MPa，提高了55．9％，抗压强度由3．92MPa升至4．63MPa，提高了18．1％，其他性能也均能满足制备发泡保温隔墙材料的要求。 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究第六章纤维增强石膏发泡轻质保温内隔墙板的研究与应用6．1纤维增强石膏发泡轻质保温内隔墙板制备工艺的研究6．1．1纤维增强石膏发泡轻质保温内隔墙板的生产工艺流程纤维增强石膏发泡材料不仅轻质、保温、隔音性能好，不燃烧，而且大量利用工业副产物磷石膏、粉煤灰等。研究的应用推广既可以大量替代传统的实心粘土砖，又能有效缓解工业副产物磷石膏、粉煤灰大量堆积的现状。故对纤维增强石膏发泡材料制备轻质保温内隔墙板的机械化生产工艺流程进行研究，确定了纤维增强石膏发泡轻质保温内隔墙板的生产工艺流程，其生产工艺流程如图6．1所示。工艺流程简述(1)将计量好的水与防水剂置入搅拌机内搅拌30秒，然后将磷石膏、水泥、粉煤灰等原料分别采用计算机控制的电子计量称计量，加入搅拌机内与水混合搅拌2分钟，然后纤维被连续定量加入搅拌机共同搅拌1分钟成均匀料浆。(2)将掺加稳泡剂后的物理发泡剂与水按一定比例混合均匀，经发泡机物理发泡制成泡沫；同时将泡沫置入料浆中继续搅拌50秒使泡沫均匀分布在料浆中。(3)制得的磷石膏发泡料浆经流浆法连续注入皮带传送的成型模具中，连续成型。(4)磷石膏发泡料浆在凝固皮带上凝固后，产品进入加速辊道分离，横向输送，进入养护窑养护，得到产品。6．1．2纤维增强石膏发泡轻质保温内隔墙板的性能指标测试发泡石膏轻质保温内隔墙条板的性能测试的性能指标为：抗冲击性能、抗弯破坏荷载、抗压强度、软化系数、面密度、含水率、干燥收缩值、吊挂力、空气声隔声量、耐火极限、传热系数。所制备发泡石膏轻质保温内隔墙条板厚度为90ram，其各项性能测试结果及性能指标要求如表6．1所示。 济南大学硕士学位论文图6．1发泡石膏轻质保温内隔墙板工艺流程示意图自动控制 发泡石膏轻质墙体材料的制各与性能研究表6．1发泡石膏轻质保温内隔墙条板的性能测试结果及性能指标要求(板厚90ram)由表6．1可以看出制备的发泡石膏轻质保温内隔墙条板的各项性能指标均能满足国家标准的要求，其中条板的耐火、保温、隔音性能突出。6．2纤维增强发泡石膏轻质保温内隔墙板的应用研究6．2．1应用存在的问题和施工防治措施(1)轻质隔墙板通常由于温度变化引起变形差，使轻质隔墙板与混凝土构件连接处产生变形或开裂。防治措施：操作地点环境温度不低于．5摄氏度，秋冬季节施工风较大时，施工地点应临时将门窗封闭，以减少拼接裂缝产生。(2)墙板安装时的含水率较大，安装后随着温度、湿度等外部条件的变化；板与板之间，板与主体结构之间由于板形干缩变形引起裂缝。防治措施：安装前要对板材质量、龄期、含水率等进行检验，特别要控制板材的相对含水率小于或等于40％时方可进行安装。(3)建筑物的沉降变形也会引起板材的拼缝开裂或造成板面龟裂。防治措施：安装墙板时应将其顶端和侧边粘结面结合处满涂粘和剂，涂刮均匀，不得漏刷，粘和剂涂刮厚度不应小于5mm。在墙板与梁柱接缝处、墙板与凹槽拼缝处应将灰尘、泥屑清洗干净后，涂一层万能胶，板间缝隙3mm．5mm，轻质隔墙板与主体结构构件之间缝隙lOmm，满刮水泥结合材料，将板上端顶紧、板边挤压密实，并将挤出来粘结料刮平。(4)轻质隔墙板安装时未严格按照操作规程施工，板与板之间、板与混凝土构件之间预留的间隙过大，施工时采用888胶腻子等干缩变形较大的材料填充，就会产生裂缝。 济南大学硕士学位论文防治措施：大面积墙板安装施工时，可考虑采用留置接口后做法，即先做部分接口，待部分接口胶结材料固化、干缩稳定后再将留置接口补做，以减少整体干缩变形量，避免干缩裂缝出现。(5)轻质隔墙板抹灰前未认真做基层处理，拼缝处嵌缝条固定不牢，抹灰分层把关不严，养护不及时，都会造成抹灰层空鼓、开裂。防治措施：水电预留应与隔墙板安装同步进行，板面若需开孔应在墙板安装前电钻钻孔，不得任意剔凿及随意敲打板面，且孔洞尺寸应小于80ram×80ram，水暖吊件必须固定在预埋铁件上。采用在轻质隔墙板墙体上切割开槽、打孔预埋管线时，应按设计要求的部位和尺寸弹线定位后，采用专用切割工具切割。6．2．2成品保护及注意事项(1)运输中应侧立搬运，不得平抬。(2)成品堆放场地应平整、干燥，应进行遮盖，防止雨淋、曝晒。(3施工时各工种要紧密配合，合理安排工序。墙板安装后7天内不得碰撞敲打，稳固后方可进行下道工序施工。(4)安装预留预埋时，宜用专用工具进行钻孔扩孔，不得对墙壁用力敲击。(5)对刮完腻子的墙板，不得进行任何剔凿。(6)采用电梯运料上下时注意不得撞击板材，要做到轻拿轻放，侧抬侧立并互相绑牢，堆放处应平整，下垫好木方。(7)注意运输小车不要碰撞墙板及已砌筑安装好的门口。6．3小结对发泡石膏材料制备成内隔墙板进行了系统研究，确定了机械化生产工艺，对制备的内隔墙条板进行了各项性能指标测试。结果表明，制备的发泡石膏轻质保温内隔墙条板各项性能均符合国家标准的要求，并且其保温隔音性能明显优于其他隔墙板材。 发泡石膏轻质墙体材料的制备与性能研究7．1结论第七章结论与展望(1)对磺酸盐类发泡剂、植物发泡剂和动物发泡剂的性能及其泡沫对发泡石膏材料的影响进行了比较。试验表明，植物发泡剂起泡能力、泡沫稳定性介于另外两者之间，泡沫大小适中，制备的发泡石膏材料性能较好，最适应用于制备石膏发泡材料。(2)对比研究了柠檬酸、硼砂、羧甲基纤维素、明胶四种缓凝剂的缓凝效果。试验发现，明胶缓凝效果较好，确定明胶的最佳掺量为O．2％，此时可使石膏初凝时间由5分钟延缓至31分钟。(3)掺加稳泡剂提高了泡沫的稳定性，改善了泡孔的结构。试验表明，制备发泡石膏试样过程中掺入O．8％稳泡剂时，发泡石膏试样内部泡孔大小更均匀、封闭，泡沫的消泡率由未掺稳泡剂时的47％降至29％，泡孔结构的改善也保证了发泡石膏试样的宏观性能。(4)研究了泡沫掺量对石膏材料性能的影响。泡沫掺加降低了石膏材料的密度和导热系数，与此同时也降低了石膏材料的力学性能和耐水性能等。试验确定泡沫的最佳掺加比例为：150ml泡沫／1009粉料，此时发泡石膏的密度和导热系数达到一个较优的值，与空白石膏试样相比，发泡石膏试样的表观密度由1205kg／m3降为517kg／m3，导热系数由0．217W／(m·K)降为0．121W／(m·K)，试样的综合性能相对较好，仍能满足制备发泡石膏材料的要求。(5)通过掺加水泥、粉煤灰和复合防水剂对发泡石膏材料的力学、耐水等性能进行；了改性研究。确定最佳改性方案为：内掺15％水泥、20％粉煤灰，外掺6％复合防水剂。：改性后制得的发泡石膏试样标准稠度为44％，抗折强度为1．98MPa，抗压强度为3．90MPa，吸水率18．6％，软化系数为0．67。与未改性试样相比，试样标准稠度需水量降低了5％，抗折强度提高了44．5％，抗压强度提高了38．3％，吸水率降低了58．6％，软化系数提高了45．7％。(6)向发泡石膏材料中掺加纤维可以改善石膏材料的抗折防裂性能，从而保证了其在墙体板材上的应用。试验表明，当纤维长度为10．16ram，掺量为1．0％时，按后掺法制备的纤维增强发泡石膏材料，与未掺纤维试样相比，抗折强度由2．02MPa升至掺加纤 济雨大学硕士学位论文维后的3．15MPa，提高了55．9％，抗压强度由3．92MPa升至4．63MPa，提高了18．1％，其他性能也均能满足制备发泡保温隔墙材料的要求。(7)对发泡石膏材料制各成内隔墙板进行了系统研究，确定了机械化生产工艺，对制备的内隔墙条板进行了各项性能指标测试。结果表明，制备的发泡石膏轻质保温内隔墙条板各项性能均符合国家标准的要求，并且其保温隔音性能明显优于其他隔墙板材。7．2今后工作建议发泡石膏轻质墙体材料在保温、隔音方面性能优异，而且还具有呼吸功能，能调节室内湿度，是公认的新型绿色节能墙体材料。发泡石膏轻质墙体材料的制备与性能研究是在建筑节能已受到国家高度关注的背景下开展的，本课题的研究对室内墙体材料的节能保温工作具有重要参考意义。但由于种种原因，课题中仍然存在～些需要进一步深入研究、改进的地方，今后对发泡石膏材料的进一步深入研究迫在眉睫。需要继续研究的主要内容如下所示。(1)发泡石膏材料的耐水性能的研究。虽然本文对发泡石膏材料的耐水研究取得了较好的成果，但目前防水处理的成本偏高，提高了石膏发泡材料的应用成本，今后对发泡石膏材料的耐水研究应进一步降低防水处理的成本。(2)稳泡剂的进一步深入研究。稳泡剂的掺加能降低泡沫掺入后的消泡率，在实际生产应用中，在高速搅拌条件下容易提高泡沫消泡率，提高了泡沫成本的同时也影响了材料的性能，应迸一步加强对泡沫稳泡性能的研究，泡沫的稳定性对发泡石膏材料的生产应用至关重要。(3)增强纤维与无机材料界面结合状况的研究。本文的聚丙烯纤维具有分散性好，亲水性强、与无机胶凝材料基体的握裹力较强等优点，但由于有机聚丙烯纤维与无机胶凝材料的界面结合情况有待进一步改善，纤维与无机材料的界面结合情况的改善有待进一步深入研究。