粉刷石膏开裂的研究.pdf

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1、广东建材 2009 年第 5 期 1 前言 近年来， 我国石膏产品发展迅速， 粉刷石膏由于其 质轻、 微膨胀、 与基层粘结牢固及易操作等特点， 很适用 于工业与民用建筑的室内墙面及顶棚抹灰， 很好地解决 了抹灰工程中空鼓、 开裂、 脱落等质量通病， 成为水泥砂 浆和混合砂浆的理想替代产品。 但是由于石膏本身的特 性， 在施工中应注意使用场合。目前粉刷石膏的主要类 型有二水石膏 （C a S 0 4 H2O ） 脱水形成的半水石膏 （C a S 04 1 / 2 H 2O ） ， 天然硬石膏即无水石膏( C a S 04) 经过煅烧形成 的型无水石膏， 或天然硬石膏和激发剂的混合料。 某大学公寓

2、的内墙装饰采用粉刷石膏， 其石膏产品 为半水石膏和天然硬石膏加激发剂的混合物， 在公寓投 入使用后发现大量的砂浆开裂现象， 开裂多发生在潮湿 的环境中， 如在房间顶棚， 洗手间， 卧室中靠近空调和窗 户等许多地方， 开裂多为细小裂纹。 2 粉刷石膏开裂的原因分析 2.1 结晶盐膨胀开裂 该工程内墙装饰粉刷石膏抹灰分底层及面层两部 分， 底层为粉刷石膏砂浆层， 面层为石膏净浆。 在混凝土 和砂浆的界面结合处发现有大量的白色松散粉状沉积 物， 这些主要是无机盐的结晶， 由于结晶发生在混凝土 和砂浆的界面区， 这导致了砂浆和混凝土之间的粘结力 严重降低， 这应该是砂浆开裂的主要原因。石膏砂浆样 品的

3、化学分析表明， 可溶性盐的含量相当高， 石膏产品 应该是结晶盐的主要来源，而且碱含量也很高， N a 2O 和 M g O 的含量分别为 0 . 4 3 % 和 1 . 4 8 % 。 对沉积物用偏光显微镜和 E D S 能谱进行性质和组 成的分析，结果表明这些是 K 2C O3、 N a2S O4、 M g S O4等无机 盐。对这些不同的开裂部位的样品进行筛选， 在扫描电 镜下进行微观形态的观察， 发现无机盐结晶和风化的分 布规律： 主要沉淀物存在与混凝土与砂浆的界面区。由 于砂浆中的可溶性盐类在潮湿环境下发生迁移和扩散， 但混凝土表面相对来说比较致密， 这些盐类就聚集在混 凝土与砂浆的界

4、面区产生结晶。 工程使用的天然硬石膏掺用了激发剂激发其水化 活性， 因为天然硬石膏只具有潜在的水化活性， 在常态 下很难水化生成二水石膏， 因此掺用了激发剂来加快其 凝结硬化速度。 布德尼柯夫认为： 盐类激发剂能够提高硬石膏的水 化率、 凝结时间及其凝结强度， 主要是因为其在硬石膏 颗粒的表而生成不稳定的复盐( m C a S O 4 盐 n H2O ) ， 然后 又分解为含水盐类和二水石膏， 正是这种分解反应而生 成的二水石膏不断结晶， 才使浆体形成紧密交织的晶体 结构， 引起凝结硬化 5 。 m C a S O 4+ 盐 n H2O m C a S O4 盐 n H2O ( 复盐) m C

5、 a S O 4 盐 n H2O( 复盐) m C a S O4 2 H2O + 盐 （n - 2 m ） H 2O 根据水化硬化机理，盐类激发剂在整个水化过程 中， 不参与网络状结构的形成， 只是附着在硬石膏晶体 上， 通过复盐的形成和分解来促进硬石膏的水化。随着 水化的逐步推进， 水化后期主要是晶体生长过程， 复盐 作用在减弱，盐类激发剂从硬石膏胶结料中分离出来， 填充于硬石膏胶结料的空隙。 随着盐类物质被分离出来 的量增多及外界环境的变化， 制品中的水份沿毛细孔隙 向外迁移。 盐类激发剂也随着水份的迁移而发生离子迁 移， 富集在石膏的表面， 在适宜的条件下形成结晶盐 1 。 粉刷石膏开裂

6、的研究 陈 毅（广州穗监工程质量安全检测中心 ） 摘要：粉刷石膏是一种优良的内墙装饰材料， 但在使用过程中要注意原材料的质量控制和周围环 境的温度湿度控制。 本文针对某大学生公寓粉刷石膏的开裂进行了系统分析， 主要包括石膏中含量超 标的无机盐重结晶和未水化石膏颗粒的延迟水化等原因。 关键词：重结晶； 残余半水石膏； 延迟水化； 脱水 图 1 无机盐的 松散沉积物 （500 x ） 图 2 砂浆与混凝土 界面区的无机盐沉积物 研究与探讨 19- 广东建材 2009 年第 5 期 通过观察发现， 由于这些开裂部位所处的环境湿度 和温度变化比较大， 由此可以推断， 砂浆开裂与与温度 和湿度有密切关系

7、。 在潮湿条件下， 随着温度的变化， 一 些可溶性盐，像 K 2C O3， K2S O4， N a K2S O4， M g S O4等会由结晶 态不断溶解， 这些结晶盐的主要来源是石膏浆体中的碱 性物质( N a , M g , K ) 。 上式是硫酸钠的结晶膨胀， 失水收缩的反应， 硫酸 镁( M g S O 4 7 H2O ) ， 硫酸钙( C a S O4 2 H2O ) 在合适的条件下也 会发生上述反应。只要温度稍微低于其结晶温度， 上述 可溶性盐在潮湿的环境中就会吸水结晶， 产生膨胀结晶 压力； 当温度高于其结晶温度时， 这些盐又会脱水收缩。 当结晶膨胀和失水收缩反应不断地循环交替发

8、生时， 一 些结晶度本来很高的盐， 就会慢慢解体粉化， 沉积在空 间较大的缝隙中， 就像建筑物表面泛霜的过程一样。当 这种结晶盐的体积膨胀和收缩在硬化石膏浆体中不断 地发生时， 尤其是在微裂纹中发生时， 就会造成裂纹大 范围的扩展。 2.2 半水石膏的延迟水化开裂 在扫描电镜下发现大量未水化的半水石膏颗粒存 在于砂浆中， 因为其结晶尺寸、 微观形貌与二水石膏等 水化产物有明显不同， 可以很容易把它们区分出来。 由于石膏砂浆养护条件不够， 迅速失水导致一些未 来得及水化的半水石膏依然存在于石膏浆体中， 成为残 余半水石膏， 其化学稳定性差。 当再次遇到水的时候， 半 水石膏就会水化生成石膏晶体，

9、 并且伴随着体积膨胀 2 。 C a S O 4 1 / 2H2O + 1 1 / 2H2O C a S O4 2 H2O 延迟水化膨 胀 所以， 延迟膨胀随着延迟水化的发生也会导致砂浆 与混凝土之间的粘结破坏， 形成裂缝。 如图 4 所示，残余的半水石膏呈松散多孔纤维状， 结晶颗粒比较粗大， 周围被早期水化产物二水石膏晶体 所包裹， 其处于不稳定的状态， 在潮湿环境中接触到水 又会发生水化， 这种延迟水化产物就会堆积在纤维状半 水石膏的周围， 形成细小规则筛网状变晶结构。在扫描 电镜下可以观察到在砂浆中二水石膏存在着多种形态， 这些形态显示出半水石膏水化的不同阶段。 通过半水石膏的结晶产物的

10、扫描电镜比较可以发 现， 正常水化形成的二水石膏晶体比较完整粗大， 见图 2 ，而由残余半水石膏延迟水化形成的水化产物比较细 小规则， 见图 4 。由于水的来源和水化条件不同， 其水化 过程也不一样。正常水化形成的石膏晶体由于水份充 足， 大多比较紧密， 结晶尺寸较大， 而延迟水化是半水石 膏从潮湿空气中吸收水份， 水的供给明显不足而且存在 随机性， 而且石膏的结晶空间受到限制， 其结晶尺寸因 而很细小。由图 5 可见半水石膏残余物呈松散多孔状， 在这些纤维状半水石膏周围存在着大量二水石膏晶体， 这可以说明两点： 第一， 形态和结晶完整的二水石膏晶 体是半水石膏的正常水化产物。第二， 因为残余

11、半水石 膏的发现， 说明半水石膏未完全水化见图 5 图 6 ， 在潮 湿环境中因水的供应不足， 发生延迟水化时水化速度缓 慢， 因而其水化产物都很细小规则， 见图 4 。 2.3 二水石膏的脱水 偏关显微镜发现除了残余半水石膏外， 还有一些脱 水石膏存在于石膏砂浆中， 尤其是在砂浆与混凝土的含 盐量较高的结合部位，这些脱水石膏呈变嵌晶结构， 细 小的无水石膏被结晶完整的周围二水石膏所包围， 如图 7 。 二水石膏在纯水中向无水石膏转化的温度是 3 2 . 4 失水收缩 3 2 . 4 结晶膨胀 N a 2S O4+ 1 0 H2O N a 2S O4+ 1 0 H2O 研究与探讨 20- 广东

12、建材 2009 年第 5 期 4 2 ， 这个温度条件在普通房间里很难达到。但在石膏 砂浆中含有 N a C l , N a 2S O4, M g S O4和 K2S O4等硫酸盐， 由于 盐的存在使二水石膏转化为无水石膏的温度低于 4 2 ， 当这些盐的含量达到 5 % 时， 这种失水转化就会在 低于 3 4 C 的条件下发生， 这种条件在实际环境中是很 容易达到的 4 。 C a S O 4 2 H2O C a S O4+ 2 H2O 脱水收缩 石膏的失水也会引起石膏砂浆的收缩和开裂， 但是 由石膏失水引起的砂浆开裂并不是普遍发生的， 因而与 半水石膏延迟水化所引起的开裂比起来属于次要因素

13、。 3 结论 石膏砂浆开裂的部位一般最容易发生在潮湿环境 如盥洗室的梁拱下部，以及靠近空调和窗户的地方， 这 些部位一般总是处于潮湿状态并且温度变化频繁。 正是 由于这种温度的变化和潮湿的空气中水份的不断补充， 使上面讨论的反应不断发生从而造成砂浆的开裂。 因此 对于这些部位在施工时要进行特殊处理， 可以铺贴玻璃 纤维网布等材料防止裂纹的发生。另外， 严格控制原材 料的质量也是避免裂纹发生的先决条件。 【参考文献】 1 戴春爱. 天然硬石膏的应用状况及研究进展 J 云南建材， 2 0 0 0 ( 4 ) 2 哀润章主编. 胶凝材料学( 第二版) M 武汉工业人学出版社， 1 9 9 5 . 3

14、 D . I s r a e l . 固化硬石膏的水化程度、 抗折强度和微观结构之间 关系的研究 J 国际水泥一石灰石膏( 中文版) , 1 9 9 6 ( 2 ) 4 唐修仁. 硬石膏胶结料耐久性研究 J , 新型建筑材料， 1 9 9 3 ( 6 ) 5 布德尼柯夫( 苏) . 石膏的研究与应用中国工业出版社 1 9 6 3 1 引言 钢筋混凝土桥梁是目前应用较广的桥梁结构形式， 我国有超过 9 0 的桥梁为混凝土结构。随着桥梁结构 老化和环境污染加重， 钢筋混凝土结构耐久性问题越来 越引起国内外广大研究者的关注。 据统计， 美国 5 7 . 5 万 座钢筋混凝土桥，一半以上出现钢筋腐蚀破

15、坏， 4 0 承 载力不足和必须修复与加固处理，一年的修复费为 5 4 亿美元；五年后钢筋混凝土腐蚀破坏桥梁修复费达到 1 5 5 0 亿美元( 是这些桥初建费用的 4 倍) ， 其中很多与 “盐害” 有关。 在我国已经发现许多海港码头的混凝土桥 梁、 板使用不到 1 0 年已普遍出现钢筋锈胀开裂、 剥落。 内地许多的许多立交桥， 因为冬天撒盐化冰雪也日益暴 露出严重的钢筋腐蚀问题， 不得不斥巨资修复。 2 桥梁钢筋的腐蚀机理分析 钢筋的腐蚀过程是一个电化学反应过程。 混凝土孔 隙中水分通常以饱和的氢氧化钙溶液形式存在， 其中还 含有一些氢氧化钠和氢氧化钾， p H 值约为 1 2 . 5 。

16、 在这样 强碱性的环境中，钢筋表面形成钝化膜，它是厚度为 2 0 6 0 M 的水化氧化物( n F e 2O3 m H2O ) ， 阻止钢筋进一 步腐蚀。 因此， 施工质量良好、 没有裂缝的钢筋混凝土结 构， 即使处在海洋环境中， 钢筋基本上也能不发生腐蚀。 但是， 当由于各种原因， 钢筋表面的钝化膜受到破坏， 成 为活化态时， 钢筋就容易腐蚀。 呈活化态的钢筋表面所进行的腐蚀反应的电化学 机理是， 当钢筋表面有水分存在时， 就发生铁电离的阳 极反应和溶解态氧还原的阴极反应，相互以等速度进 行。其反应式如下： 铁溶解的阳极反应： F e 2 e + F e 2 + 钢筋腐蚀因素影响下的钢筋混凝土桥梁 结构性能变化分析与处理措施探讨 雷金生（湖南省交通规划勘察设计院 ） 摘要：钢筋腐蚀已成为影响钢筋混凝土桥梁结构耐久性的首要因素， 本文结合笔者多年桥梁结构 设计实践， 介绍了桥梁钢筋的腐蚀机理， 对受腐蚀的钢筋混凝土桥梁结构性能影响与变化进行了详细 阐述， 并从设计与施工方面对钢筋混凝土桥梁钢筋腐蚀预防处理措施进行了深入探讨。 关键词：钢筋混凝土桥梁； 钢筋腐蚀； 抗剪性能； 粘结性能； 处理措施 - 研究与探讨 21-