石膏作為傳統無機膠凝材料之一,應用非常廣泛,石膏制品具有質輕、隔聲、防火等優良的特點,是全世界大力發展的綠色建筑材料",而工業副產品一磷石膏/脫硫石膏也已經廣泛應用于石膏板、石膏砌塊及內墻涂料等領域。半水石膏的理論水膏比18.61%,但實際使用中,用水量往往達到65%~80%,這樣不僅降低了石膏制品的強度,而且大大增加了制品在干燥過程中的能耗。針對這一問題,通常采用的方法就是向石膏中摻入一定量的減水劑,一方面能在保持流動度相同的情況下有效降低石膏拌合時的用水量,另一方面水膏比的降低又能減少干燥過程中的能耗。
減水劑對石膏基材料的作用機理目前并不明了,一般認為:萘系減水劑分子中的磺酸根易與水分子以氫鍵形式締合起來,進而影響減水劑在水化物表面的吸附平衡濃度,當石膏中摻入萘系減水劑后,其在石膏表面平躺吸附,依靠靜電斥力對石膏產生分散作用。在保持水膏比不變的情況下,減水劑的加入能有效拆散二水磷石膏形成的雙層結構層,使磷石膏顆粒間相互分散,釋放出包裹在顆粒間的游離水,達到減水目的。加入減水劑后石膏硬化體晶體結構中針狀晶體間搭接緊密,結點增多且接觸點發育良好,從而改善石膏硬化體,使其強度得以提高;而聚羧酸減水劑具有很多支鏈,主鏈與鈣離子發生作用,屬于化學吸附,支鏈則在顆粒表面形成立體吸附結構,產生空間位阻效應,并協同靜電斥力共同分散顆粒,達到減水效果,加入自制減水劑后,能使較多的針狀晶體轉變為粗大的棒狀或片狀的致密結構,并且大的晶體間由原本細小的針狀晶體填充,使得晶體間搭接更為緊密,宏觀表現出硬化體強度的提高。
從上述特征來看,不同類型減水劑對磷石膏的適應性不同,其中聚羧酸減水劑效果較好,萘系減水劑、三聚氰胺效果次之。聚羧酸減水劑對磷石膏具有緩凝效果好、流動性經時損失小和強度提升效果高的特點。而萘系減水劑對半水磷石膏具有促凝、流動性經時損失大和有一定強度提升的特點。要注意的是,當使用聚羧酸系減水劑作用于石膏基材料前,一定要先測試其適應性,因為適用于水泥的減水劑不一定適用于石膏基材料。
不同減水劑由于種類及結構等的不同,其分散作用機理也不盡相同,進而宏觀上表現為流動度大小有差異。其中,聚羧酸減水劑具有優異的分散性能,對凝結時間及試塊強度的影響較小。通過提高聚羧酸減水劑的摻量,可以獲得高的減水率,從而降低了水膏比,提高了石膏制品的強度。摻聚羧酸減水劑的石膏晶體結晶性好且分布均勻;提高減水率可以縮短石膏制品達到絕干的干燥時間,起到節能降耗的作用,具有顯著的經濟效益。