石膏

如今，环保已经成为全世界人类普遍关注的话题。 据美国的一项调查显示，室内空气中可检测出500多种挥发性有机物，而在众多室内污染源中，建材是最大的污染源，已严重威胁人们的身体健康乃至生命安全。人们期盼着环保节能型绿色建材的大力开发和应用。世界上许多国家在 20 世纪二、三十年代已着手墙体材料的改革，逐步推动墙体材料的环保化。 我国的政策导向也是禁用实心黏土砖，发展新型墙体材料产品，这也被各地设计施工单位、 房地产开发商等广泛接受。但是，这种产品替代不能只追求形式上的 “禁实” ，而应注重替代产品质量和功能的提升。鉴于此，建设部、 国家经贸委等联合发布， 《关于在住宅建设中淘汰落后产品的通知》 ，通知中明确指出：逐步限时禁止使用传统的实心黏土砖。 各地也在采取相应的措施，抓紧做好实心黏土砖的替代材料及制品的衔接工作，积极推广采用新型建筑结构体系及与之相配套的新型墙体材料。

1.石膏作为新型墙体材料的可行性

随着生态建筑和绿色建材概念日益为人们所接受，以石膏为主体的绿色建材在我国也越来越受到建筑业界的关注，这是因为：第一，石膏是一种公认的绿色建材。 石膏建材制品对人体无害，在长期使用过程中不会有任何有害气体释放；同时，石膏具有无放射性、 没有重金属的危害。 而且石膏可入药，也可做食品添加剂。 第二，我国天然石膏资源十分丰富储量居世界首位。 第三，由于我国环境保护的迫切性，大量化学石膏（磷石膏、 脱硫石膏、 钦石膏等）的处理已成当务之急。发展石膏建材可以将化学石膏变废为宝，增加了其利用价值。 石膏建材废品经处理可以回收循环利用。因此，无论是从生态建筑、 环境保护，还是从资源开发和化学石膏的综合利用来看，石膏建材在我们国家都是一种应该大力研究开发的绿色建筑材料。

2.玻璃纤维石膏空心墙板与速成建筑体系简介

2.1新型速成墙板的概述

速成墙体是由专门的生产设备采用熟石膏、玻璃纤维及适量的防水添加剂加工而成的大规格空心墙体，成品的标准规格为12m×3m（宽×高），厚度为120mm，使用时可以根据需要切割成不同的尺寸，如图1所示。空心墙体两侧的肋厚13mm，中间的肋厚20mm，孔洞与孔洞中心之间的距离为 250mm，孔洞的尺寸为 230mm×94mm，图 2 为切割成高度为360mm的空心速成墙体，图3为空心速成墙体横截面的细部尺寸。

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2.2新型速成墙板的生产工艺

速成墙板生产线主要工艺流程采用电脑自动控制系统完成，根据生产工艺流程、 生产车间各部件的布置以及实际操作的需要，配置各系统控制站，各控制站完成对其所控制范围内的生产流程的操作与鉴定，并能完成数据、 图形及状态的显示，实施必要的过程控制等功能，生产该种速成墙板的工艺流程示意图如下： 搅拌石膏→浇注第一层石膏→抹平第一层石膏→往第一层石膏上铺绞碎的玻璃纤维→将玻璃纤维滚压入石膏→在有绞碎的玻璃纤维的石膏上每隔一个插一个板芯→铺上第二层铰碎的玻璃纤维→捣实第二层玻璃纤维→插另一块板芯→浇注第二层石膏→铺最后一层玻璃纤维→将最后一层玻璃纤维滚压入石膏→用刮板将石膏表面抹平二到三遍→墙体初凝前最后刮一次→石膏板进一步硬化→将板芯从石膏板中抽出→伸出两个墙体支撑架支撑住墙板→将工作台倾斜 85 度→将石膏板从倾斜的工作台上搬运至存储架上或干燥间内→彻底干燥后即可使用。

2.3新型速成墙板的技术指标

2.3.1面密度

面密度，即墙板每平方米的重量。空腔速成墙板的面密度为40kg/m2，作为填充

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墙来说，这是非常理想的数据。从文献及有关资料查得，目前工程中常用的GY板的面密度为110kg/m2，泰柏板为 95kg/m2，双面抹灰的加气混凝土砌体240厚为248kg/m2，GRC 板为 48kg/m2。前三种材料价格与速成墙板相差无几，GRC板则比速成墙板高约10元kg/m2。 由

此可见，作为隔墙来使用，速成墙板具有质量轻、 价格低等优点。该种空心玻璃纤维石膏墙板灌孔后用作承重结构，施工速度快，安装方便，如果灌孔的同时在空心石膏墙板的空腔内布置竖向钢筋，那么该种新型石膏墙板就被称为配筋灌孔速成墙板。填充混凝土后的速成墙板的面密度为250kg/m2，可以作为承重墙。而一般的240厚实心粘土砖砌体双面抹灰后的面密度为524kg/m2，240厚多孔粘土砖砌体双面抹灰后的面密度为420kg/m2。因此，灌孔速成墙板无论对降低建筑物基础成本，还是减少地震作用，都是非常有利的[随着实心粘土砖的禁止使用，灌孔速成墙板将成为承重墙的替代材料之一。显而易见，无论作为填充墙，还是作为承重墙，速成墙板都有着其它材料不可比拟的优势，它更符合轻质高强、 质优价廉的选材标准和材料发展方向。

2.3.2承载能力

120mm厚的速成墙板直立状态时每米宽度的竖向承载力称为线承载力。根据澳大利亚RBS公司提供的试验资料，空腔速成墙的线承载力为60KN/m，填充C30混凝土的墙板，其线承载力为750KN/m。按照6层住宅计算，底层最大荷载约为172kN/m。可见，灌孔纤维速成墙板原理上可以用于多层住宅而满足竖向承载力要求。目前国内以灌孔速成墙板为主要承重材料的建筑，天津已做到了六层。山东建筑大学结构试验室已做了大量关于其竖向承载力的试验。试验表明，作为承重结构，其承载力完全满足要求。

2.4新型速成墙板的环保、 节能效益

2.4.1 速成墙板的主要成分为石膏，这就从根本上肯定了这种板材的绿色环保价值。 它不含任何粘土成分，而石膏可回收利用的特点更加确定了其节约能源、符合可持续发展战略的优势。而其巧妙的大孔构成，可方便地填充各种轻质材料来满足保温、 隔热、 防火、 隔音等使用要求，从而替代其他或昂贵或笨重的填充材料；若填充混凝土，则可用做承重墙，从而彻底淘汰粘土砖，节省耕地，保护土地资源。

2.4.2如果能综合利用化学石膏，则可解决我国大量化学石膏堆弃所造成的占用土地、 污染环境等问题。

2.4.3速成墙板可方便地用于钢框架结构，由于其具有自重轻，施工方便等特点，在工程中不仅能节省钢材用量30%，而且能缩短施工工期，这都直接创造了效益。

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2.4.4速成墙板仅120mm厚，在建筑面积不变的情况下，可增大使用面积8%~10%，这无论对消费者还是开发商而言，都是巨大的诱惑，能够促进房屋的销售和开发。除了上述几项性能优势外，速成墙板还有消能减震、 制作方便、 用途广泛、 标准化生产、 建筑速度快、 方便穿设管线、 降低投资等优势。速成墙板的开发应用，可以节约土地、 保护国土资源、 节约能源、 减低能耗、 综合利用工业废料、 保护环境，符合可持续发展的需要。 它将会带来巨大的经济效益和良好的社会效益。

3.耐火防火性能

石膏板隔墙之卓越防火性能墙体革新， 是我国实现经济社会可持续发展的重要内容。然而， 与工业发达国家相比， 相对落后四五十年， 代表我国墙体现代水平的新型墙体所占比重仍很小。 以石膏板隔墙系统为例， 在国外被普遍采用， 而在中国的应用比例很低。随着人民生活条件的改善和生活质量的提高， 住宅内的火灾荷载及致火因素也随之增加； 另外， 公共建筑火灾也不容忽视， 尤其是2.9央视大火， 震撼了全国人民的心。因此， 如何做好建筑墙体的革新和防火， 已越来越受到的重视。本文介绍石膏板隔墙卓越的防火性能。

石膏板隔墙石膏板隔墙是以建筑轻钢龙骨作骨架，玻璃纤维棉为填充物， 纸面石膏板为覆面的一种轻质隔墙。纸面石膏板中主要成分建筑石膏用作防火材料有着悠久的历史。 石膏板隔墙因防火性能卓越， 在国外被普遍使用。由公安部天津消防科学研究所提供的检验报告显示，空腔速成墙板的耐火极限不低于83分钟，燃烧性能A级，为非燃烧体。 文献中均规定，一级建筑物房间隔墙的耐火极限为 0.75 小时，非承重墙、 疏散走道两侧隔墙的耐火极限为1小时。

3.1建筑石膏制品的防火机理

目前建筑上常用的建筑石膏制品有纸面石膏板、 纤维石膏板、 石膏条板、 石膏装饰板、 石膏装饰吸声板、 石膏砌块、 粉刷及抹灰石膏、 石膏装饰线条及其它装饰艺术品等,主要用于建筑物室内隔墙、 吊顶及装饰. 这些制品中的主要成分为半水石膏水后化得到的二水石膏，二水石膏的分子结构中带有两个水分子, 这两个水分子以结晶状态存在于二水石膏中,结晶态的水占20%左右,硫酸钙占80%左右.当发生火灾时,建筑石膏制品中的二手石膏吸收热量, 此时减弱了火焰的破坏效应;吸热的同时发生晶格转变,释放出结晶水.为了释放出这两个水分子,则要破坏连接这两个水分子的分子键.破坏分子键的能量来自从火灾环境中吸收的热能,这种热能为712 kJ/kg二水石膏.蒸发释放出的结晶水还需要进一步吸收热量, 蒸发二水石膏中所含的结晶水的热能消耗为54413 kJ/kg, 二水石膏在发生火灾时热能消耗 1 256 kJ/kg左右.这样能有效地阻止火焰蔓延,降低火灾环

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境的局部温度.蒸发后的水蒸汽起着良好的防火屏障作用, 一直到燃烧终了,石膏制品的燃烧界面背面(即背火的一面)的温度稍高于水的沸点,大大低于钢材开始失去强度的温度或木材燃点温度.此外, 在火焰的作用下,建筑石膏制品不会产生任何有毒使人窒息的燃烧气体,也不会挥发任何分解的或助燃的物质与烟气,只是蒸发无毒的水蒸汽,这也能使火灾发生时人员伤亡减少.工程上把导热系数K < 0.23 W/( m/K)的材料称为绝热材料,石膏制品的导热系数均低于几种常用的建筑材料,为热的不良导体. 这就是在火灾发生时, 石膏制品迎火一面即使是高温燃烧数小时, 背火的一面温度也不会超过140 bC 的原因所在.利用这一特点, 现代建筑中通常将梁、 柱等结构构件表面覆以石膏板, 避免火灾对建筑物的主体构件造成破坏.附图为法国巴黎国立工艺博物馆测得的各种建筑材料的防火性能,纵座标为各材料在不同时间内背火面温度.测定时各种材料试件的迎火面温度为1 000bC,试件厚度均为50 mm.研究表明,随着时间的推移,最后都出现了一段平缓的温度曲线.从此时起,虽然试件迎火面还在继续加热,却再也不能提高试件外表面的温度了. 这段平缓的温度曲线表明,试件的外表面温度在燃烧的高温环境与实验室的室温环境之间达到了新的平衡; 建筑石膏制品的导热系数小,它的平衡温度也较低,当试件温度高于140bC 时,其它材料不起隔火作用了, 而建筑石膏制品却在315 h 后才达到140bC.

3.1.1 吸热

发生火灾时， 石膏板吸收热能， 降低自身和环境温度， 延缓火势的蔓延。 石膏板 （主要成分CaSO4·2H2O）遇火阻燃的吸热过程大致分为3个阶段： 首先板芯中游离的水分子蒸发， 吸收热量； 其次结晶水脱离， 破坏分子键吸收热量； 最后结晶水蒸发， 吸收热量。CaSO4·2H2O在火灾发生时吸收热量为1256kJ/kg， 其中结晶水脱离吸收的热量为712kJ/kg， 结晶水蒸发吸收的热量为544kJ/kg。

3.1.2无毒

石膏板在发生火灾时只释放出结晶水并转化为水蒸汽， 不会产生任何有毒使人窒息的燃烧气体， 也不会挥发任何分解的或助燃的物质与烟气， 这也能使火灾发生时人员伤亡减少。而有些材料遇火灾时， 往往会散发出对人体有害的成分， 如有毒的浓烟。 火灾统计资料表明， 火灾中死亡原因60%~80%是由有毒气体和烟使人中毒、 昏迷、 窒息造成的。

3.1.3绝热

石膏板绝热性能好，是热的不良导体。火灾发生时， 传到石膏板背火面的热量少， 其平衡温度低， 能较长时间地避免因背火面温度升高而达到燃点起火或引

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燃它物。石膏板导热系数较低，约为0.19～0.20W/(m·k） ,低于常用的建筑材料。 法国巴黎国立工艺博物馆测得的三种建筑材料的防火性能， 迎火面温度为1 000℃， 试件厚度均为50 mm火灾发生时， 石膏板迎火一面即使是高温燃烧

3.5小时， 背火的一面温度也不会超过140℃， 有效起到隔火作用。

3.1.4防塌

石膏板保护轻钢龙骨结构， 避免因火灾造成结构失去支撑而倒塌、 导致着火范围扩大。轻钢龙骨耐热但不耐火， 当钢材表面温度超过150℃， 其强度会逐步下降， 当温度继续升高， 将失去结构支撑功能。 石膏板背火面温度不会超过140℃， 对轻钢龙骨起到有效保护作用。因此， 石膏板和轻钢龙骨共同工作， 防止火灾时墙体发生倒塌。

3.2 建筑石膏制品耐火等级

根据建筑防火需要, 通常按建筑材料在空气中受到火焰或高温时的燃烧性能将其分为三类,即非燃烧材料(或称不燃烧材料) :不燃烧,不碳化的材料;难燃烧材料:难起火, 难微燃,难碳化,火源移去或熄灭后,燃烧或微燃立即停止的材料;燃烧材料:立即起火或微燃, 火源移去或熄灭后, 仍能继续燃烧或微燃的材料. 各国对石膏制品均有相应耐火试验标准,但总体看石膏制品被确定为不燃烧材料或难燃烧材料.例如,对于纸面石膏板, 国际标准 ISO/ 1182 及英国标准BS476 定为不易燃烧材料;德国工业标准DIN4102( 表2)定为A 级(不燃烧材料) ; 日本工业标准JISA1321 定为半不燃材料;美国国家防火标准NFP92501 定为不燃烧材料, 材料试验标准ASTME84 定为微蔓燃材料;我国国家标准 GB5465 定为难燃烧材料. 我国5纸面石膏板6( GB11979- 89)规定,耐火纸面石膏板遇火稳定时间: 优等品不小于 30 min, 一等品不小于25 min,合格品不小于

20 min.

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3.3 建筑石膏制品的种类及其防火应用

如前所述, 当前国内外建筑上常用的各种石膏制品与其它建筑墙体材料相比,具有生产能耗低、 质量轻、 保温、 隔热、 隔声性能好及施工简便等特点,尤其是它们独特的防火功能,使它们得以广泛用于建筑上.对于建筑物的重要结构梁和柱,为避免发生火灾时强度下降甚至结构破坏,可在这些构件表面覆盖一层石膏板,钢结构构件可以覆盖二层以上的石膏板起保护作用.建筑物室内隔墙可用石膏空心砌块砌筑,也可以用单层石膏板或两层石膏板中间夹保温材料制成的复合板.研究表明, 单层12mm厚的防火石膏板贴在75 mm 轻钢龙骨的两面,内充50 mm厚岩棉保温材料的隔墙,总厚度约100 mm, 不到半砖墙的厚度, 可以防火45 min.而三层15 mm 厚防火石膏板贴在100 mm 轻钢龙骨的两面内充62mm 厚玻璃纤维, 总厚度约为200mm 的墙体,其耐火性能可达4 h.最近国内开发出一种石膏防火涂料, 可以方便地喷涂在建筑的任何部位,既起装饰美化作用, 又具有优良的防火性能. 石膏制品的这种独特的防火性能及其它良好的使用性能,足可使它们应用在任何重要的建筑物上.近年来对石膏制品耐火性能的研究不断深入,如在制造时加入引气剂,使其孔隙率进一步提高;掺入耐火材料如矿棉、 玻璃纤维等,以提高石膏制品的耐火极限; 加入珍珠岩、 蛭石和高炉矿渣等填充料,既能防止高温时石膏制品龟裂影响其强度,同时也可提高其耐火性能.

4.粉刷石膏

石膏资源丰富，具有轻质、防火、保温、隔热、吸声的效果，有“呼吸”“调湿”功能，是典型的环保节能产品。石膏粉刷材料分底层 （石膏批荡砂浆）和表层（石膏腻子） 石膏批荡砂浆是水泥砂浆的换代产品， 它克服了水泥砂浆批荡后发生空鼓、脱落、干裂现象，与各种墙体基材（红砖、混凝土蒸气砂砖、水泥空心砖、石膏砌块、混凝土加气砖、石膏空心砖板）均能很好粘结，尤其适用顶棚抹灰， 还可在陈旧的瓷砖上直接铺瓷砖。此外还有如下特点：

⑴表面装饰性：墙面致密光滑而不起灰，有较高的强度而不收缩，外观典雅，无气味、无裂纹。

⑵防火性能；在发生火灾时，粉刷石膏硬化体有大量结晶水在热作用下释放出来， 形成蒸气，阻隔了火焰的蔓延，同时在整个脱水过程中吸收了大量的热，从而提高了耐火性能。

⑶保温隔热：石膏硬化体是一种多孔质材料，导热系数小，保温隔热性能好。如配一定的保温材料 （珍珠岩、 蛭石、聚苯粒子??等）制成保温砂浆，用于墙面的抹灰， 不仅是抹灰层， 更是墙体保温层。

⑷施工方便：有良好的和易性、保水性，现场加水搅拌均匀后直接上墙抹灰，操

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作自如，劳动强度低，材料消耗少，用水少（仅为水泥砂浆的 50%）。

⑸节省工期： 抹灰层凝结硬化快，养护周期短， 整个硬化及强度达标过程 12 天全部完成， 可大大提高工作效率，加快工程进度。可当天批荡、 当天扇灰、 当天入住。

⑹具有呼吸功能： 当室内环境湿度较大时， 呼吸孔自动吸湿；在相反条件下， 能自动释放储备的水份， 反复循环， 将室内湿度控制在适宜范围之内， 为居住者创造良好舒适的生活环境。

⑺有利冬季施工： 施工不受季节限制，其水化速度不因气温低而明显减慢，只要拌合水不结冰， 即具有早强快凝的特性，是冬季室内抹灰施工的好材料。 将其与普通水泥砂浆列表对比如表1。

石膏砂浆性能比水泥砂浆优越的主要原因是：

⑴石膏砂浆的剪切粘结力大；

⑵压折比≤3， 有很好的柔性；

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⑶干缩率低或微膨胀；

⑷与基底 （红砖、 混凝土、 加气块、 空心墙板等） 有很好的亲合力。

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