水膠比對石膏基復合調濕材料性能影響的試驗研究

文｜廈門天潤錦龍建材有限公司 廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司 黃洪財

環境濕度同人體健康有著重要的聯系，據統計，當環境的相對濕度大于65%或小于38%時，病菌的繁殖、生長速度最快；而當相對濕度處于45%～55%的范圍內，則病菌的死亡速度較快。而人體感受的最佳濕度范圍則是40%～60%相對濕度。環境濕度的過高或過低，不但對人體健康非常不利，而且會容易損傷儀器、設備，使機械容易銹蝕、蒙塵，使精密儀器失準等等。石膏基膠凝材料，因自身輕質、多孔、微膨脹及凝結時間快等特性，是一種施工方便、快捷，具有良好的調濕、保溫隔熱、抗開裂等性能的綠色、環保型裝飾材料。水膠比是石膏基膠凝材料施工、應用中的重要控制參數，本文通過研究水膠比的變化對石膏基復合調濕材料的抗壓強度、抗折強度及吸濕、放濕性能的影響，探索其相應的影響規律。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

(1) 石膏：建筑石膏，福州和順達貿易有限公司生產，其物理性能指標見表1。

(2) 硅藻泥：灰白色，篩余量嵊州市浙東硅藻土精細制品廠生產，市售。

(3) 緩凝劑：葡萄糖酸鈉，新鄉市中信化工有限公司生產，市售。

(4) 水：普通自來水，符合JGJ63-2006《混凝土用水標準》的要求。

1.2 試驗方法

在固定膠材用量不變、緩凝劑用量不變的情況下，通過變化用水量來研究水膠比的變化對石膏基復合調濕材料物理力學性能的影響及吸濕、放濕性能的影響，具體配比見表2。抗壓強度、抗折強度試件的成型、養護及測試按GB/T 9776-2008《建筑石膏》中規定方法進行。

復合調濕材料吸濕、放濕性能的測試方法按GB/T 20312-2006《建筑材料及制品的濕熱性能 吸濕性能的測定》中的干燥器法進行。先將養護好的試樣去除表皮、敲碎成小塊，放置在125ml的帶塞廣口瓶中，每份試樣的重量約為20g左右，將裝試樣的廣口瓶放在（40±4）℃溫度的烘箱中烘干至恒重、稱量初始重量，后將裝試樣的廣口瓶放置在溫度（20±2）℃、濕度95%的干燥器中進行吸濕試驗，試樣吸濕飽和后則移到溫度（20±2）℃、濕度33%的干燥器中進行放濕試驗。干燥器中濕度的維持采用飽和鹽溶液，95%的濕度采用20℃的KNO3飽和溶液維持，33%的濕度采用20℃的MgCl2飽和溶液維持。

2 結果和討論

2.1 不同水膠比對石膏基復合調濕材料物理力學性能的影響研究

由圖1中1#、2#配比組分可以看出，大摻量硅藻泥的加入對石膏基復合調濕材料的抗壓、抗折強度影響非常大，會極大的降低復合調濕材料的抗壓、抗折強度值。在1#、2#配比中，水膠比分別為0.55、0.70時，石膏基復合調濕材料的抗壓強度值均不超過1.0MPa，而抗折強度值均不超過0.5MPa；同時，硅藻泥、石膏復摻時，復合調濕材料的抗壓、抗折強度均隨著水膠比的增加而降低。

表1 石膏的物理性能指標

表2 水膠比對石膏基復合調濕材料性能影響的試驗配合比及物理力學性能結果

圖1 不同水膠比對石膏基復合調濕材料物理力學性能影響圖

圖2 95%濕度下不同水膠比石膏基調濕材料的吸濕曲線圖

圖3 95%吸濕后33%濕度環境下的不同水膠比石膏基調濕膠材放濕曲線圖

由圖 1中 3#、4#、5#、6#四組配比組分可以看出，在石膏單摻的情況下，在0.50～0.65的水膠比范圍內，石膏基復合調濕材料的抗壓、抗折強度隨著水膠比的增大會迅速的降低。當水膠比為0.50時，復合調濕材料的抗壓、抗折強度分別為27.3MPa、5.7 MPa；而當水膠比為0.65時，復合調濕材料的抗壓、抗折強度則分別降低為15.9MPa、4.7 MPa；且在水膠比為0.50～0.65的范圍內、石膏單摻時，調濕材料的抗壓強度隨水膠比降低的速率要大于抗折強度的降低速率。

2.2 不同水膠比對石膏基復合調濕材料的吸濕-放濕性能研究

由圖2中可以看出，在石膏單摻的情況下，在0.50～0.65的水膠比范圍內，在經過120h的吸濕后，水膠比較大的5#、6#配比組分的吸濕性能要明顯的強于水膠比較小的3#、4#配比組分。四組配比組分中，吸濕性最好的為水膠比0.60的5#配比組分，120h吸濕率達到了0.61%，最小的為水膠比0.50的5#配比組分，120h吸濕率為0.45%。所有配比組分的吸濕率增加速率均為先快后慢，前12h內的吸濕率增長速度最快，而經過96h的吸濕后，四組配比組分吸濕量均達到了飽和。

由圖3中可以看出，在石膏單摻的情況下，在0.50～0.65的水膠比范圍內，在95%的濕度環境下吸濕恒定后，33%濕度環境下進行放濕，經過144h的放濕后，總體放濕規律同吸濕過程基本相同，吸濕性能好的配比組分最終的放濕率同樣的會相對較高，向空氣中釋放出的水分會相對較多；同樣，水膠比較大的5#、6#配比組分放濕性能要優于水膠比較小的3#、4#配比組分。水膠比為0.60的5#配比組分石膏基調濕材料的放濕性能最好，最終放濕率達到了0.43%；而最小的3#、4#配比組分144h的放濕率則為均為0.30%以下。

2.3 機理分析

在一定的水膠比范圍內，隨著水膠比的增大、用水量的增加，石膏基膠凝材料的孔隙率會隨之增加，相應的密度會隨之減小，石膏硬化體中晶體觸點也會相應的減少，從而導致硬化后石膏材料的抗折、抗壓強度的降低。在石膏基復合調濕材料中，起膠凝作用的主要是石膏材料，隨著水膠比的增大，石膏膠材的物理力學性能會相應的降低；而硅藻泥因自身是多孔保濕材料、水硬性差，所以硅藻泥的加入會極大的降低石膏基復合調濕材料的物理力學性能。

無機調濕材料的調濕性能同比表面積、孔隙率及孔徑有關，在中高相對濕度環境下（43%～98%），孔隙率、特別是開孔孔隙率及孔徑在調濕作用中起著主導作用。高濕度環境下，石膏基調濕材料中，孔隙率、特別是開孔空隙率越大，則材料的吸濕、放濕性能會越好；而同時，一定的濕度條件下，調濕材料中適宜的氣孔孔徑也會極大的提高的材料的調濕性能。所以95%的濕度環境下，水膠比較大的5#、6#配比組分的吸濕、放濕性能要明顯的強于水膠比較小的3#、4#配比組分。而因5#配比組分水膠比相對較小，用水量較少，所以其膠凝材料形成的孔徑相對較細、較為適中，所以5#配比組分的吸濕、放濕性能最好。

3 結論

（1）石膏基復合調濕材料中，硅藻泥的加入會極大的降低材料的物理力學性能。

（2）在0.50～0.65的水膠比范圍內，隨著水膠比的增加，石膏復合調濕材料的抗壓、抗折強度會相應的降低，且抗壓強度降低的速率要大于抗折強度。

（3）在0.50～0.65的水膠比范圍內，在95%的吸濕及33%的放濕環境下，水膠比較大的石膏復合調濕材料配比組分的吸濕、放濕性能要明顯的強于水膠比較小的配比組分。