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本文主要研究了抹灰石膏的塑性收缩与结晶膨胀的影响因素，温度变化对抹灰石膏凝结时间的影响，温度变化对抹灰石膏塑性收缩的影响，温度变化引起的抹灰石膏最终膨胀值的影响，风速对抹灰石膏塑性收缩及开裂的影响。抹灰石膏在不同温度下的塑性收缩不同，温度越高塑性收缩越大，最终的膨胀率越小。风速越大，抹灰石膏失水速率越快，导致抹灰石膏塑性开裂风险越大。缩短抹灰石膏的凝结时间，可以降低抹灰石膏的塑性收缩;控制石膏抹灰现场施工环境，可以降低抹灰石膏的开裂风险。
建筑石膏是一种低能耗的胶凝材料，其胶凝性质很早就被人们所发现。随着我国对环保的要求越来越高，抹灰石膏作为一种内墙找平材料逐渐被人们所接受。人们常说抹灰石膏是微膨胀材料，是因为抹灰石膏在硬化过程中产生微弱膨胀而不会像水泥抹灰那样产生硬化收缩。然而随着抹灰石膏的广泛应用，抹灰石膏在施工过程中经常会遇到开裂现象，严重影响了抹灰石膏的推广。这种现象主要是由抹灰石膏在塑性阶段的收缩而引起。影响抹灰石膏塑性收缩的原因有很多，有施工环境因素，如温度、风速、湿度等;有材料自身因素，如石膏、添加剂的掺量、添加剂的种类等。
试验
原材料
建筑石膏：山西潞城石膏矿，303含量40%左右;砂子：河砂，细度40?70目;纤维素醚：羟丙基甲基纤维素醚，黏度40000mPa?s左右，市在售产品;缓凝剂：蛋白质类，市在售产品。
试验设备及测试方法
试验设备：德国史莱宾格塑性收缩测试仪(图1)，其不仅可以测试抹灰石膏早期的塑性收缩、膨胀值和失水质量，还可以测试料浆的温度和环境温湿度的变化;德国UltraTestLab超声测试仪，可以测试抹灰石膏凝结前后的超声波速及料浆温度变化。
塑性收缩与膨胀的测试方法：放置一块平整的玻璃板，在其上铺一层薄塑料纸，其可与玻璃板自由滑动，然后将抹灰石膏涂抹到塑料纸上，涂抹灰饼的长度2〇〇mm，宽度100mm，厚度5mm，然后将两个待遇反射板的反射块放置到灰饼上，将玻璃板和灰饼一起放置到天平上，并调整塑性收缩仪〇点位置，设定每隔10s读取数据一次。该仪器不仅可以记录灰饼的收缩和膨胀值，还可以同时记录灰饼温度及灰饼的质量变化等。
凝结时间的测试方法：使用超声测试仪(图2)测试凝结时间，搅拌料浆的同时点击仪器上的混合时间，然后将搅拌好的料浆装入到测试仪器中，并刮平表面，设定每隔1min测试一次，按下开始按钮。超声测试仪可以同时记录抹灰石膏浆体超声波速变化和抹灰石膏的料浆温度变化。超声波速800m/s时，抹灰石膏到达初凝时间，超声波速16〇〇m/s时，抹灰石膏到达终凝时间。
抹灰石膏的塑性收缩与结晶膨胀
如图3所示，抹灰石膏在凝结前，会产生失水塑性收缩，在凝结过程中发生结晶膨胀，凝结终止后还会产生微弱的干燥收缩。图3中，a—b过程反应的是抹灰石膏的塑性收缩，这阶段的收缩主要是由于抹灰石膏中的水分蒸发散失而导致，也是引起抹灰石膏出现开裂的主要原因之一。通过分析图4的超声波曲线与温度曲线，可以观察到a—b阶段，超声波速未发生变化，温度也没有明显变化。
变化，温度也没有明显变化。图3中，b—c阶段是抹灰石膏结晶凝结的过程，这个过程抹灰石膏由前期的塑性收缩转变为急剧膨胀，对应图4的b—c阶段是抹灰石膏凝结的过程。即塑性收缩到抹灰石膏凝结时就结束了，这也表明如果缩短抹灰石膏凝结时间，就可以减少早期塑性收缩持续的时间，并进而降低早期的塑性收缩。克隆巴尔建议利用石膏凝结时的升温来测定其凝结期，他指出凝结时的温度效应，可比压力试验和抗力试验更好地鉴定石膏凝结[1]。半水石膏水化时，由于浆体中的晶体增长，因而体积略有膨胀(1%左右)，但是因为体积的膨胀是浆体未完全失去塑性的时候产生的，因此不会发生有害胀裂的作用。
温度对抹灰石膏凝结时间及塑性收缩的影响
选用同一抹灰石膏样品在不同温度下测试抹灰凝结时间，测试结果见表1。通过表1可以看到随着温度的升高抹灰石膏的凝结时间变长，这与半水石膏和二水石膏溶解度随温度变化不同有关。如图5所示，半水石膏随温度的升高，溶解度迅速下降，而二水石膏随温度的升高，溶解度变化相对较小[3]。半水石膏水化结晶的动力，源于半水石膏与二水石膏溶解度的差别，即过饱和度。随温度升高，半水石膏的过饱和度降低，导致生成的二水石膏的过饱和度降低，因此二水石膏的结晶能力减弱，使得结晶速度变慢，宏观表现为凝结时间变长，故温度越高抹灰石膏的凝结时间越长。
图6是同一抹灰石膏样品在不同温度下测试的失水质量变化图，图中显示相同时间下28°C的失水质量明显高于15°C，同时28°C的失水速率也要明显高于15°C。失水质量与时间成正比变化，失水质量与温度高低成正比变化。
图7是不同温度下塑性收缩率与时间的关系图，随时间的延长，塑性收缩逐渐变大;相同时间下，温度越高缩性收缩越大，塑性收缩速度也越快。图8是不同温度下塑性收缩率与失水质量的关系图，可以看到随着失水量的增加，塑性收缩加大，失水越多，塑性收缩越大;且温度越高，在相同失水质量的情况下，塑性收缩越大。故在高温条件下不仅抹灰石膏的失水量大，而且相同的失水量产生的塑性收缩比低温条件下产生的塑性收缩更大。高温条件对塑性收缩有叠加的影响，即失水率速率快，凝结时间长，加大抹灰石膏的塑性收缩，增加了抹灰石膏塑性开裂风险。
不同温度对抹灰石膏全过程变形的影响
不同温度下抹灰石膏的收缩与膨胀，如图9所示。抹灰石膏在凝结前主要表现为塑性收缩，温度越高其塑性收缩越大，抹灰石膏在凝结过程中主要表现为结晶膨胀，膨胀值远远大于其塑性收缩值，凝结硬化以后，抹灰石膏尺寸基本不再有明显变化。
如图9所示，试验温度分别为15°C、17°C、18°C、28°C，其中他们的塑性收缩值大小依次是15°C<17°C<18°C<28°C，而凝结过程的结晶膨胀绝对值几乎相同，均在Sprn/mm左右，这是因为结晶膨胀与半水石膏多少有关。相同的配方中半水石膏含量相同，因此结晶产物量也相同，所以未凝结前的塑性收缩值越大，与结晶膨胀值抵消后最终凝结后膨胀值越小。
通过图9可以看到抹灰石膏在未受到约束的情况下，总体表现为膨胀，故人们常说抹灰石膏是微膨胀的抹灰材料。抹灰石膏受温度的影响，其最终表现膨胀率不同，温度越低抹灰石膏的膨胀值越大。抹灰石膏的结晶膨胀绝对值几乎不受温度影响，而抹灰石膏的塑性收缩值随温度的升高，塑性收缩值变大，在抹灰石膏凝结硬化的整个过程中，第二阶段的结晶膨胀过程弥补了前面的塑性收缩值，因此使得抹灰石膏整体表现为膨胀，且随温度的升高，最终的膨胀值降低。
风速对抹灰石膏开裂性的影响
从前面的试验中了解到，抹灰石膏在凝结前表现为塑性收缩，而凝结过程中表现为结晶膨胀，且绝对膨胀值远大于塑性收缩值，总体表现为膨胀。那么为什么有的抹灰石膏还会表现为开裂现象呢?这个主要是由于以上的试验是基于抹灰石膏与底板可以自由滑动，不受粘结力影响。而实际的使用过程中，抹灰石膏与底层是有很强的粘结性能，就使得抹灰石膏受到粘结力约束，而大大降低了其膨胀值。抹灰石膏在施工后，与墙面有一定的粘结性，由于在未凝结前抹灰石膏浆体自身的内聚力小于其与墙面的粘结力，当失去一定的水分后，就会使得浆体出现裂纹。而在石膏凝结过程中，虽然膨胀值很大，但是其受到基底的约束而不能自由膨胀，故不能将前期的收缩裂缝填实。如图10所示。抹灰石膏出现第一条裂缝的时间大约在60mm，然后在60?120min内不断出现裂缝，且先前出现的裂缝逐渐变宽变长。而120min时，抹灰石膏开始凝结，以后就没有再出现裂缝，且前期的裂缝也保持不变。
抹灰石膏在施工过程中，不仅受到温度影响，还受风速影响。试验取同一样品抹灰石膏将其抹成楔形，最薄处3mm，最厚处15mm，长300mm，宽120mm，分别放置温度相同，风速小于〇.lm/s、风速0.1?0.2m/s、风速2?3m/s的环境下，每隔15min观察一次抹灰石膏表面的开裂情况并记录，同时每隔30min测试一次试件质量并记录。
通过图11可以看到在不同风速的情况下，抹灰石膏的开裂情况不同，风速越大抹灰石膏表面出现裂缝的时间越早，且裂纹越多越大。在风速2?3m/s的情况下，30min时就可以明显观察到，而风速小于O.lm/s的情况下，表面出现的裂缝时间是75min，且裂缝细小。在风速大的情况下，抹灰石膏的发白处面积大，这主要是由于抹灰石膏在凝结前失去大量水分，而使抹灰石膏中的半水石膏在凝结时结晶水化的水分不足，致使半水石膏不能充分水化转变成二水石膏，这将大大降低抹灰石膏的抗折抗压强度及粘结强度，影响抹灰石膏的使用安全性能。
砂浆表面的水分蒸发是导致其内部产生塑性收缩应力的重要因素，而水分蒸发总量和水分蒸发速度与塑性收缩应力的大小和增长速度直接相关，因此砂浆表面的水分蒸发越快，蒸发量越大，砂浆就越容易出现裂缝，且裂缝总量也较大[4]。在石膏抹灰层未凝结硬化前，应尽可能地遮挡门窗口，避免通风使石膏失去足够水化的水。但当粉刷石膏凝结硬化以后，应保持通风良好，使其尽快干燥，到达使用强度
抹灰石膏的塑性收缩，主要是水分蒸发而引起，通过改善抹灰石膏的配方可以降低抹灰石膏的塑性收缩。如添加不同种类的纤维以及保水剂等，都能在一定程度上改善抹灰石膏的塑性收缩性能，降低抹灰石膏开裂的风险。如添加纤维等，纤维降低塑性开裂的原因主要是因为纤维呈三维分布，形成三维支撑体系，可搭接在裂缝处，阻止或阻碍裂纹的发展，缓解裂纹尖端的应力集中现象，减少裂缝源[5]。一般的砂浆中随着纤维素醚掺量的增大，塑性收缩呈减小趋势，但当纤维素醚达到一定量时，这种减缩效果减弱。同时纤维素醚种类不同，对砂浆塑性收缩的影响也不同
表2抹灰石膏不同风速下失水百分比，可以看到风速越大失水速率越快，而到了3d以后，抹灰石膏基本已经达到自然干燥，而风速大的失水率仍明显高于低风速条件下的失水率。因此在抹灰石膏施工过程中，要严格避免强制通风，从而降低抹灰石膏的开裂风险，并避免因失水快导致水化不充分引起的粘结强度的降低。关于风速对砂浆收缩开裂的影响.我们的研究结果与国内相关机构的研究结果比较一致。
综上所述，抹灰石膏的塑性收缩是导致抹灰石膏开裂的主要原因，而塑性收缩主要是由抹灰石膏凝结前水分的蒸发所导致，降低抹灰石膏凝结前的水分蒸发，可以减少抹灰石膏的塑性收缩，进而降低抹灰石膏的开裂风险。通过重点分析影响抹灰石膏塑性收缩的相关因素，我们可以找到减少抹灰石膏早期开裂的解决方案。
(1)抹灰石膏在凝结之前一直是塑性收缩的过程，因而凝结时间越长，最终的塑性收缩也越大。通过缩短抹灰石膏的凝结时间可以很好地减少抹灰石膏的塑性收缩量，降低抹灰石膏的塑性收缩开裂的风险。
(2)温度越高不仅使抹灰石膏的水分蒸发加快，而且单位失水量引起的塑性收缩也越大;温度高延长抹灰石膏的凝结时间，从而加大了抹灰石膏在塑性阶段的失水量，增加了抹灰石膏在塑性阶段的收缩值，所以在实际施工过程中应尽可能避免高温条件下的施工。
(3)抹灰石膏的塑性收缩受风速影响较大，风速越大，抹灰石膏的失水速率越快，引起的塑性收缩值就越大，增加开裂风险，所以抹灰石膏在实际施工中也要避免强制通风。
抹灰石膏的早期塑性收缩与膨胀 最新评论:
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