石膏砌塊的發展現狀與展望

黃守兵，唐 楷，繆建波

(1.自貢市建筑工程質量檢測中心，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,經澆注或壓制成型、自然干燥等工藝制成的一種新型輕質內墻體材料。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、防火性能優良、墻體可吊掛重物等優點，近幾年推廣應用呈不斷擴大趨勢。

石膏砌塊作為墻體材料(主要用于內隔墻)，具有質輕(紅磚墻體重量的三分之一)、阻燃、能調節室內空氣、冬暖夏涼、抗震性能好等優點。目前已生產的類型有石膏實心砌塊、石膏空心砌塊和石膏輕質砌塊，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、可粘結等突出優點,是取代紅磚的理想材料,具有廣闊的開發前景。

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下釋放結晶水，1 mol的二水石膏會先釋放1.5 mol的結晶水變成半水石膏(CaSO4·1/2H2O)，隨著溫度的進一步升高，再釋放0.5 mol的結晶水變成CaSO4。據推算，100 mm厚的石膏砌塊墻體，每1 m2要蒸發約10 kg水分[1]。在結晶水蒸發完之前，墻體的溫度不會進一步升高。因此，石膏砌塊具有優良的防火性能，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《民用建筑隔聲設計規范》(GBJ 118-88)規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，或采用空腔結構加吸聲材料等，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，形成無數個微小的蜂窩狀呼吸孔。由于石膏砌塊的微孔結構特性，當室內環境濕度較大時，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，巧妙地將室內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構的穩定性及安全程度，又提高了居住的舒適感。石膏與木材的平均導熱系數相近，均比較小。導熱系數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使用木材。石膏砌塊的特殊材質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 石膏砌塊的環保性

在水泥、石灰、石膏三大膠凝材料的生產過程中，建筑石膏的能耗最低，大力發展石膏制品就可起到節約能源、保護環境的作用。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清潔、施工方便等優點，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墻。總之，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、符合持續發展及循環經濟的新型綠色建筑材料。

2.5 石膏砌塊的穩定性

石膏砌塊分布著無數均勻微小的氣泡及孔道，這種構造不僅降低了密度，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，石膏的體積穩定在框架中能長期保持緊密結合。正是這種性能，墻體材料能夠與框架結構一致同步變形。由于體積穩定性的特點，只要石膏砌塊與框架結構之間連接措施到位，就能有效防止地震中墻體與框架之間的脫位。經有關振動研究部門對墻體的抗震能力進行了檢測，石膏砌塊輕質墻體材料具有可以滿足抗震設計的變形能力，是抗震設防地區高層框架良好的抗震材料[4]。

3 國內外發展現狀

石膏工業在我國已有較長的發展歷史。國內在20世紀70年代末就開始研制和生產石膏砌塊，但一般均為手工、立式單模生產。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構的石膏砌塊機組。產品規格及質量要求均符合聯邦德國(DIN18163)標準。1985年國家在支援西藏項目中，從聯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年被轉售至武漢裕森公司，并生產出合格產品，年生產能力為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品石膏發展。科研工作者在充分利用工業廢料,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及應用尚處于起步階段，目前約有十幾條生產線,生產能力僅20×104t左右,與發達國家相比,無論是品種還是數量均有很大差距[5]。

目前，國內石膏砌塊成型機組的主要生產廠家有：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、杭州仁和建材技術開發有限公司等。這些廠家成型機組的單機生產能力都可達到15×104m2以上，符合國家政策的規模要求。近年來我國石膏砌塊行業已開始得到快速發展，目前約有四、五十家廠家在生產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線等。

在國外，石膏砌塊在工業領域有著十分廣泛的應用。歐洲是世界上石膏砌塊產量最高、采用量最大的地區。如法國在20世紀80年代,石膏砌塊的年產量就已達1 700×104t;德國年產600×104t,其中約1/4用化學石膏生產;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%。國外工業發達國家石膏膠凝材料產量約占水泥產量的5.7%～26%，而我國的石膏膠凝材料產量占水泥產量的比例很低，僅占3%。目前，我國石膏砌塊的發展還處于起步階段，還有相當大的發展空間[6]。

4 今后的發展方向

4.1 開發新型石膏砌塊成型機組

目前利用“立模成型、液壓頂升”原理設計開發的成型機組仍是世界上最先進的機組。其生產效率較高，每1 h可達6～7個周期，每周期可頂出1～2排，每排模腔數可達10～30個，這就在提高產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、優化配方，降低制造成本

通過優化配方，在提高石膏砌塊各項技術性能和使用性能的基礎上，降低生產成本。開發多種形狀、規格的石膏空心砌塊，或在石膏砌塊內摻加膨脹珍珠巖、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劑以提高制品耐水性等[7]。

4.3 開發完整的產品體系

在基本規格(666 mm×500 mm)石膏砌塊的基礎上，開發各種其他規格及形狀的產品，形成較完整的產品系列，以滿足不同用戶的需求。另外為了便于砌筑工人操作，還可開發一些小規格的石膏砌塊。

4.4 開發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

隨著現代社會的告訴發展，人們對建筑的要求越來越高，石膏砌塊在建筑行業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、抗裂性能和環保等方面已經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。制造石膏砌塊的原材料主要是建筑石膏粉，目前國內生產建筑石膏粉大多用二級石膏，品位在70%～75%；生產方式采用回轉窯、沸騰爐、連續炒鍋進行煅燒[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，盡量提高制品強度，改善制品抗裂性能，有利于該產品的推廣應用[9]。

4.5.2 麥秸石膏砌塊

脫硫石膏作為工業煙氣脫硫的副產物，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，還給周邊環境造成嚴重污染[10]。我國是農業大國，農作物秸稈資源豐富，年產農作物秸稈約6×108t，目前對秸稈的利用，除用于造紙、牲畜飼料外，大多數(70%～80%)以掩埋或焚燒方式進行處理，這不僅浪費了資源，而且由于焚燒產生大量煙霧，對空氣污染嚴重[11-12]。所以從環保和固體廢棄物資源化利用的角度出發，以脫硫石膏為膠結料，麥秸為增強材料，粉煤灰為摻和 料，配以復合緩凝劑、激發劑等外加劑生產制備麥秸增強脫硫石膏砌塊可收到經濟和環保的雙重收益[13]。

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