半干法石膏胶凝材料是未来石膏制品的发展方向

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：1、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。2、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。3、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。4、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：1)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；2)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。3)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：1、半干法石膏砌块的各项指标仍执行JC/T698-2010；2、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）；3、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：1、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；2、初终凝时间比浇注法缩短1-2min；3、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；4、密度大，如何降低密度以满足标准要求；5、半干法石膏胶凝材料粘性极大，选择好不粘的界面材料；6、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；7、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；8、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：1、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；2、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；3、机械工艺流程时段必须与石膏胶凝体的初终凝时间一致；4、满足石膏砌块标准控制尺寸时，芯孔率的最大化与石膏胶凝材料添加轻质材料协同，满足表观密度的要求；5、半干法石膏砌块的石膏浆体敏感性极强，其机械生产的自动控制和动力等如何适应其要求；6、模腔布料均匀，成型砌块硬化体力学性能一致。7、如何确保上榫口光滑标准。8、配料精准，无废料。三、半干法石膏砌块工业化生产的成功半干法石膏砌块提出后，得到现有石膏砌块企业和即将上该项目的仁人志士的广泛认同，给了我们研究的力量和动力。经过近两年来的研发、小试、中试、工业化生产终于成功，现将相关情况介绍如下：经过小试、中试半干法石膏砌块的基本配方已研制成功，即SK半干法石膏砌块助剂，其功能包含：调晶、调凝、分散、增粘、防潮等功效，针对不同的石膏适度调整其组合以满足生产和性能要求。工业化生产时的水膏比一般在0.3左右，去除水化结晶需水18.62%，规范允许砌块内存在自由水不大于8%，生产时水化热排水约2%，成型后多余水：30-18.62-8-2=1.38%，1至2天完全可以自然蒸发。某脱硫石膏浇注法与干法生产测试对比如下：国家标准GB/T9776-2008《建筑石膏》检验项目绝干强度24小时吸水率48小时吸水率表观密度软化系数抗折抗压单位MPaMPa%%Kg/m3技术要求≤1100≥0.6检验结果浇注法生产（40*40*160试块）4.09512.623.7726.229980.35.7614.5720.7821.6310860.3干法生产（成型石膏砌块机成品取40*40*160样块5.4919.054.585.3715990.545.2326.076.197.3516350.70注：1、如做成空心砌块，空心率和添加轻质材料表观密度完全小于标准800kg/m3；2、实心砌块密度可调至1200kg/m3。干法石膏砌块照片1干法石膏砌块照片2砌块一般规格为：厚80、100、120、150、180、200mm，长500、600、666mm，高度：235、245、255mm。规格也可依据用户要求设计。半干法与浇注法石膏砌块指标对比项目半干法浇注法国标欧标1原料建筑石膏β1.8-2.5mpa＞1.8mpa2水膏比28-3460-903抗压强度mpa10-253-54抗折强度KN8-122-4≧2.01.7-4.05自然干燥时间1d-3d20d-30d含水率＜8%含水率6-8%6表观密度空心800-100实心110-1400空心≦800实心≦1000空心≦800实心≦1100≦15007软化系数＞0.8≦0.6＞0.6半干法石膏砌块工业化生产的试产成功，颠覆了传统的浇注法生产工艺，表现了其众多优点：1、水膏比在0.3左右，远低于浇注法，砌块成型后1-2天即可出厂，无需干燥，节约大量堆场；2、砌块成型速度快，浇注法8-10min，半干法仅需5-6分钟，效率高；3、砌块的各项性能：抗折、抗压、软化系数、隔音、硬度、吸水率优于浇注法；4、上榫口不用刮槽，压制成型，无废料产生；5、无需烘干，节能；6、由于其某些性能已达到a石膏的水平，可代替部分a石膏制品；7、生产过程无灰尘，环保；8、生产工艺流程简单，节省堆场，节省投资；9、由于其力学性能大大提高，而某些杂质含量高的工业副产石膏（如磷、钛等）经煅烧可提高其使用量；10、不粘模腔；11、空心砌块芯孔为长园孔，成墙穿电线时无需开槽；12、砌块握裹力强，可直接钉钉子。四、半干法石膏胶凝材料是未来石膏制品的发展方向技术的进步是永恒的，半干法石膏砌块已突破了浇注法胶体的流动性、水化硬化机理，无标稠度需水量的概念。已获“一种干法石膏砌块生产线”实用新型专利授权（ZL2015.20583439.1）和获准“石膏空心砌块及其半干法生产方法”发明专利（201510041740.4）的申请；现正进行半干法石膏胶凝材料机理方面的研究，总结其规律性，扩大应用领域，使Β石膏发挥更大的应用价值。生产实践发现干法石膏硬化体绝干抗压可达到30mpa，达到a型高强石膏a25和a30级绝干的力学强度，这为Β石膏向高强邻域应用发展拓展了新的空间，且成本与价格低廉。1、抗静电地板石膏芯材（600×600×30），其物理指标达到28-29mpa，弹性变形2.2mm，完全可替代现有浇注法工艺，且无需昂贵的a石膏和烘干程序，其生产线即将投产；2、纸面石膏板：现有纸面石膏板生产全部采用浇注法，水膏比0.65-0.7，如采用半干法生产，水膏比按0.3计算，减少水0.34-0.4的烘干量，如按年产5000万平米纸面石膏板计算，可省煤36万吨，省费用1.8亿元，省电1600万度，省费用1440万元，可大幅度降低石膏板生产线的烘干设备投资，如按全国年产40亿平米纸面石膏板计算，可省煤288万吨，省电1.28亿度，节省费用15.552亿元采用半干法生产的纸面石膏板，其隔音和强度会大幅度提高，完全可在建筑内隔墙使用；3、组合式条板：现在石膏条板规格宽600，长2800-3000，厚度90/120/2000采用浇注法，由于板长，搬运比较困难，无法烘干，只有晾晒，生产效率低，成本高，如采用半干法组合式条板，会大大提高生产效率，降低生产成本；4、各类石膏硬化体：由于机械成型及半干法石膏胶凝材料，使得B石膏的力学强度、硬度、软化系数等大幅度提高，可以制作各类石膏硬化体，如标砖240×115×53、空心砌块390×190×190标砖，防火板、石膏绝缘板，替代水泥板、硅钙板的石膏功能板、石膏刨花板、纸纤维石膏板、装饰石膏板等。五、结束语半干法石膏胶凝材料刚刚起步，其基础理论的研究需要加强，应用领域的拓展需要业内同行的共同努力，新技术的发展需要不断的进步，随着绿色建材的向前推进，我坚信先进的半干法胶凝材料一定会创造新的辉煌。