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纸面石膏板用粘结剂及嵌缝腻子的研制
蔡剑育,洪永顺,张铬,刘双华
（广东龙湖科技有限公司）
1 前言
我国的能源相对比较匮乏，建筑能耗占我国总能耗的28%，在经济高速发展的同时，能源的制约因素也逐渐突出。国家正在实施可持续发展战略以及建设节约型社会，发展低碳经济，在建筑节能政策的推动下，纸面石膏板出现了迅猛增长的势头。自我国推行新型墙体改革以来，由于纸面石膏板更多采用工业副产石膏作为原料，有效的降低自然资源和能源的消耗、有害气体的排放、减少烧制黏土砖所带来的耕地破坏，让纸面石膏板成为建筑工程优先选择的新型墙体材料之一。随着纸面石膏板行业的高速的发展，市场上对纸面石膏板配套用的石膏粘结剂和石膏嵌缝腻子的需求也呈现快速的增长。通过使用石膏缓凝剂，纤维素醚，可再分散乳胶粉，淀粉醚等化学添加剂对石膏进行改性，解决了石膏粘结剂粘结力低，抗流挂性差和嵌缝腻子容易开裂，跟纸带粘结差等问题，研制出适合纸面石膏板用的粘结剂及嵌缝腻子，进一步促进纸面石膏板的发展应用[1][2]。
2 试验
2.1 原材料
石膏：重庆璧山建筑石膏
石膏缓凝剂：Plast Retard PE
纤维素醚：Tylose MH60001P6，甲基羟乙基纤维素，60000Pa·sMarcchem HPMC100000S； 甲基羟丙基纤维素，100000 Pa·s可再分散乳胶粉：WACKER Vinnapas 5010N
淀粉醚：AVEBE Solvitose FC 50；Solvitose ZPF
集料：重钙325 目；滑石粉600 目。
2.2 实验方法
⑴凝结时间的测定：按GB/T 17669.4-1999《建筑石膏净浆物理性能的测定》中规定的方法测定；
⑵石膏强度的测定：按GB/T 17669.3-1999《建筑石膏力学性能的测定》中规定的方法测定；
⑶石膏标准扩散度的测定；按JC/T 517-2004《粉刷石膏》6.4.2.1 中规定的方法测定；
⑷石膏保水率的测定：按JC/T 517-2004《粉刷石膏》6.4.4 中规定的方法测定；
⑸拉伸粘结强度的测定：按JC/T 1025-2007《粘结石膏》5.6.3 中规定的方法测定；
⑹裂缝试验：裂缝试验按ASTM C474《石膏板施工用接缝处理材料的试验方法》中规定的方法测定：①称取100g 试样，按标稠用水量取水，搅拌均匀；②将一块132mm×178mm 的纸面石膏板放在另一块132mm×178mm纸面石膏板上，并在板边用膏浆固定；③将搅拌均匀的试样放在板上，用长刮刀将膏浆摊开压实，刮刀与板面成小于450，反复刮2～4 遍，表面光滑。将楔形体两边不规则部分截去，宽度89～102mm，形成一个0 至一块纸面石膏板厚度（12mm）的楔形体；④随即将试样放置在空气温度为21℃～29℃，RH45%～55%的条件下，距离风扇1.0m 处，以风速1.8～2.3m/s 的气流（或放置在符合上述条件的干燥抗裂性试验机中），吹楔形体表面8～16 小时；⑤检查试件表面、楔形体与石膏板交接处的裂缝情况；⑥记录是否有裂缝。
⑺粘结面积试验：粘结面积试验按ASTM C474《石膏板施工用接缝处理材料的试验方法》中规定的方法测定：①将纸面石膏板纵向截取356mm、横向截取152mm的两块板，在石膏板上放两把（0.9mm 厚）钢板尺，作为厚度导尺，尺间距离略宽与纸带；②称取200g 试样，按标稠用水量加水，搅拌均匀；③随即将搅拌均匀的试样堆放在量导尺之间，用刮刀将腻子刮平，厚度略厚于导尺；④把305mm 长的接缝纸带放在腻子层的中心位置，腻子刀把纸带压粘在腻子层上，将多余的腻子刮去和纸带下的气体排出；⑤将试件放入50±5℃的烘箱中，烘至恒重；⑥取出试件，在离端部76～102mm 处，用刀片在纸带上纵向和横向垂直划出两个“X”型缝，用刀尖挑起X 形的交叉处，并迅速扯开；⑦算出纸带与腻子分开得很干净的大致面积所占的百分比，用100%减去不粘面积的百分比，即为粘结面积。
3 试验与分析
3.1 缓凝剂的选择
Plast Retard PE 是意大利SICIT 2000 公司生产的脂肪酸和蛋白质的衍生物类的高效石膏缓凝剂，在非常低的掺量下就能达到较长的缓凝时间，且其对石膏的强度降低幅度较小。从表3 可以看出，Plast Retard PE 掺量为0.02%时初凝时间就达到128min，且石膏强度只降低5%左右。由于粘结石膏标准要求其终凝时间不超过60min，所以初步确定缓凝剂Plast Retard PE 在粘结剂中的用量大概为0.005%～0.008% ，嵌缝腻子根据施工的要求初凝时间应该大于60min，掺量大概为0.01%～0.02%。
3.2 纤维素醚的选择
纤维素醚作为一种保水剂和增稠剂被用在石膏胶凝材料里面，能够改善石膏胶凝材料的施工性。由于墙体材料的吸水性比较强，加上石膏水化硬化快和石膏中水分在空气的挥发，石膏很容易就变得干硬，无法施工。纤维素醚作为一种保水剂可以让石膏在较长的时间内保持充足的水分，以便于施工。同时纤维素醚的增稠效应也会让石膏胶凝材料在厚层施工时不易流挂。实验中选用了两种不同性能的纤维素醚，Tylose MH60001P6和Marcchem HPMC100000S，以满足粘结剂及嵌缝腻子不同的性能及施工要求。从表4 可以看出，MH60001P6 的保水效果很好，0.2%的掺量已达到98.2%，使用MH60001P6 的石膏浆体在增稠的情况下依然很细腻，能达到光滑的施工表面，满足薄层施工的要求，特别适合在嵌缝腻子中使用；HPMC100000S 保水效果稍差，但其对石膏的强度有很大的提升作用，掺量为0.3%时抗压强度约增加60%，而且HPMC100000S 对石膏的增稠效果也较好，适合在粘结剂中使用。
从表5 可以看出由于MH60001P6 较好的保水和增粘作用，MH60001P6 掺量超过0.2%后裂缝试验和粘结面积试验结果都能达到标准要求。
从表6 可以看出，随着HPMC100000S 掺量的增加，粘结剂的拉伸粘结强度随着增长。纤维素醚的增粘作用使石膏跟基材的粘结力提高。
3.3 可再分散乳胶粉的选择
可再分散乳胶粉是高分子聚合物乳液经喷雾干燥以及后续处理而成的，应用于胶凝材料中能增强其内聚力、粘结力与柔韧性。WACKER Vinnapas 5010N 特别适合在石膏胶凝材料中应用[3]。通过可再分散乳胶粉的掺入，可以增加粘结剂和嵌缝腻子对基材的粘结力。从表7 中可以看出，随着Vinnapas 5010N 掺量的增加，石膏粘结剂的拉伸粘结强度随着增长。
从表8 中可以看出，随着Vinnapas 5010N 掺量的增加，石膏嵌缝腻子的粘结面积也随着增长；掺量超过0.8%时没有裂缝出现。
3.4 淀粉醚的选择
淀粉醚是从天然植物中提取的多糖化合物，与纤维素相比具有相同的化学结构及类似的性能，能影响胶凝材料的稠度，施工性和抗流挂性。AVEBE Solvitose FC 50 是一种能强烈增稠的淀粉醚，能使石膏浆体变硬变重，并能增加对基材的粘结力，特别适合石膏板的点粘结剂。一般0.1%～0.3%掺量就能使石膏失去流动性，所以即使粘结点厚度超过10cm 也能保持石膏不流挂。AVEBE Solvitose ZPF 是一种低粘度的淀粉醚，在小掺量时对稠度影响较小，能使石膏浆体非常平滑柔软，更容易使用抹刀施工，满足嵌缝腻子的施工要求。一般掺量为0.05%～0.15%。
3.5 集料的选择
适量的集料的添加不但能增加施工性还能降低成本。重钙可以取代一定量的石膏，以降低成本；滑石粉可以增加施工的滑爽性，适合在嵌缝腻子中使用。从表9 可以看出，随着重钙取代量的增加，石膏粘结剂的强度下降很快。所以应该根据石膏强度和标准要求选择合适的取代量。该实验选取20%的取代量较合适。
从表10 可以看出，滑石粉虽然能增加嵌缝腻子的施工滑爽性，但其对嵌缝腻子的抗折强度和粘结面积有较大影响，所以滑石粉掺量应不宜超过10%。
4 实验结果
通过大量的实验，最终得到粘结剂及嵌缝腻子的配方如下：
石膏粘结剂对材料强度要求较高，根据石膏的品质和施工要求选择各种材料的添加量。
石膏嵌缝腻子对材料强度要求较低，可以降低石膏的掺量。
5 结论
⑴高效缓凝剂Plast Retard PE 在掺量0.005～0.02%时就能满足粘结剂及嵌缝剂的施工要求；
⑵纤维素醚Tylose MH60001P6 保水性非常好，并能使石膏浆体在增稠情况下保持细腻平滑的施工性，特别适合石膏嵌缝腻子；Marcchem HPMC100000S 的增稠效果较好，并能提升石膏强度，掺量为0.3%时抗压强度约增加60%，适合在石膏粘结剂中使用。
⑶可再分散乳胶粉Vinnapas 5010N 能增加石膏与基材的粘结力，一般掺量为0.8%时就能满足标准要求。
⑷淀粉醚Solvitose FC 50 能使石膏变稠变硬变重，使石膏板点粘结时石膏不流挂，一般掺量0.1～0.3%；Solvitose ZPF 在掺量为0.05～0.15%时能使石膏浆体更为平滑柔软，更容易用抹刀抹平。
⑸适量的重钙和滑石粉的掺入不但能降低成本也能增加施工性，但取代量过多会强烈降低石膏的强度。
⑹通过使用各种化学添加剂对石膏进行改性处理，可以研制出适合纸面石膏板用的粘结剂及嵌缝腻子。
