建筑石膏緩凝劑的研究進展

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我國是石膏資源大國,天然石膏儲量豐富，工業副產石膏產量急劇增加。石膏廣泛應用于建材、化工、農業等各領域，建筑石膏具有綠色輕質、質優價廉、防火保溫、隔音抗震等諸多優點。作為新型低耗建材，建筑石膏具有較大的市場需求和良好的發展前景。

但建筑石膏凝結硬化時間較短，其應用受到嚴重限制。為解決過快凝結問題，通常向石膏膠凝材料中加入緩凝劑，可以有效地延長建筑石膏凝結時間，從而改進石膏材料的生產工藝和施工效果。建筑石膏緩凝劑的研究進展極大地影響著石膏材料的技術和應用。

一、研究現狀

目前常用的建筑石膏緩凝劑主要有以下三類：有機酸及其可溶性鹽、堿性磷酸鹽及大分子蛋白質類緩凝劑。其緩凝機理主要有以下幾種：1.可以降低半水石膏溶解度；2.減緩半水石膏的溶解速率；3.具有緩凝作用的離子吸附在二水石膏晶體表面并結合于晶格中；4.形成有效的絡合物從而阻礙離子向晶體周邊擴散[1]。近幾年，緩凝劑的研究主要集中在緩凝機理、復配效果以及強度影響等方面。

(一)有機酸及其可溶性鹽。有機酸及其可溶性鹽主要有檸檬酸、檸檬酸鈉、酒石酸、酒石酸鈉以及丙烯酸鈉等。有機酸及其可溶性鹽的緩凝機理主要是有機酸與鈣離子絡合，有機酸鈣在石膏晶體表面沉淀，抑制晶體c軸生長，降低晶體的生長速率，石膏水化進程減慢，從而達到緩凝效果[2]。

彭家慧[3]研究發現，在緩凝劑低摻量條件下，檸檬酸相比于多聚磷酸鈉及骨膠緩凝效果明顯。檸檬酸對半水石膏溶解、液相離子濃度及二水石膏過飽和度影響較小，其緩凝作用主要在于抑制二水石膏的生長。陳明鳳[3]等試驗表明，pH值對檸檬酸緩凝劑影響較大。在pH=8.5時，檸檬酸3個羧基完全電離，形成的絡合物檸檬酸鈣穩定性最好，此時緩凝劑效果最好。馮春花[4]等研究認為，檸檬酸緩凝效果優于酒石酸。孔祥付[5]等發現，檸檬酸加入量為0.3%就可以有較好的緩凝效果，但隨著增量加大，石膏晶體結構惡化，強度急劇下降。

(二)堿性磷酸鹽。堿性磷酸鹽類緩凝劑主要有六偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉以及三聚磷酸鈉等。堿性磷酸鹽類緩凝劑的作用機理主要是與鈣離子形成難溶的磷酸鈣，附著在半水石膏和二水石膏上，抑制半水石膏溶解和二水石膏晶核的生長，同時堿性磷酸鹽對二水石膏晶體中鈣離子選擇性吸附，阻礙二水石膏晶體生長并改變晶體形貌[6，7]。

彭家慧[8]等研究表明，三聚磷酸鈉可以明顯減低前期石膏水化率，降低液相離子濃度和過飽和度，二水石膏晶體析出環境改變，從而改變晶體形貌。多聚磷酸鈉在堿性條件下，石膏強度較高，而在酸性條件下強度較低[9]。劉俊飛[10]等發現，磷酸鹽類緩凝劑在小于0.005%低摻量下，隨摻量增大，凝結時間明顯增加，強度損失急劇增加。

(三)大分子蛋白質類。大分子蛋白質類緩凝劑主要以骨膠為典型代表。其緩凝機理主要為骨膠中活性基團與鈣離子絡合，吸附在石膏晶核表面，減緩石膏水化進程，從而達到緩凝效果。

彭家慧[11]等研究發現骨膠可以使早期水化速率減慢，延長凝結時間。通過絡合覆蓋使二水石膏晶核變慢，晶體粗化，但形貌并未發生改變。骨膠添加量少，就可以有較好的緩凝效果，對強度影響較小。pH值對骨膠影響較小，在石膏中加0.3%骨膠，石膏強度隨pH值并無明顯變化。姚毅惠[12]等試驗表明，以磷石膏為材料，骨膠添加量為0.42%，緩凝時間和抗壓強度最好。黃滔[13]等研究發現蛋白質類緩凝劑中酰胺基團可與鈣離子螯合，緩凝效果較好。

(四)緩凝劑復配。緩凝劑復配通常指兩種及以上緩凝劑混合使用。國內復配緩凝劑相關研究較少。張勁[14]等試驗發現，以檸檬酸、蘋果酸、三聚磷酸鈉為主的復合緩凝劑相較于單一緩凝劑緩凝效果好和強度損失較小；在復合緩凝劑摻量0.1%條件下，終凝時間73min，抗壓抗折強度損失分別只有4%和12.2%。曹曉梅[14]等研究發現，蛋白質類緩凝劑PT和三聚磷酸鈉復配，在蛋白質類緩凝劑PT和三聚磷酸鈉添加量分別為0.05%和0.12%條件下試驗，凝結時間長于5h，抗壓強度和抗折強度分別下降26%和5%，相比于單一緩凝劑凝結時間長，強度影響小，效果好。

二、問題和展望

近年來，國內對建筑石膏緩凝劑的研究多集中于常規緩凝劑的機理、工業副產石膏的性能影響以及部分復配緩凝劑效果。存在的問題主要有以下幾點:常規緩凝劑的研究多集中于緩凝效果和微觀晶體結構，機理研究理論相對統一，復配緩凝劑機理理論研究較少；不同工業副產石膏緩凝劑效果差異大，緩凝劑研發緩慢，難以滿足市場需求；緩凝劑用量過大對強度產生較大損失，嚴重影響建筑石膏的廣泛應用。

緩凝劑作用于石膏水化和晶體生長過程，研究水化進程中緩凝劑離子和官能團的作用，為加速研發新的緩凝劑提供理論基礎；通過微米級晶體角度，研究緩凝劑對石膏強度影響，為解決強度損失提供可能；工業副產石膏雜質成分多，探究不同雜質成分對緩凝劑和建筑石膏的影響，可以提高緩凝劑使用效率；目前國內外緩凝劑復配研究較少，充分發揮復配緩凝劑的疊加效應，已成為當前緩凝劑研究重要方向。