粉刷石膏开裂的研究详情

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(CaS04·H2O)脱水形成的半水石膏(CaS04·1/2H2O),天然硬石膏即无水石膏(CaS04)经过煅烧形成的Ⅱ型无水石膏,或天然硬石膏和激发剂的混合料。

某大学公寓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。

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.

Na2O和MgO的含量分别为0.43%和1.48%。 对沉积物用偏光显微镜和EDS能谱进行性质和组成的分析,结果表明这些是K2CO3、Na2SO4、MgSO4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(mCaSO4·盐·nH2O),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]。

mCaSO4+盐·nH2O→mCaSO4·盐·nH2O(复盐)mCaSO4·盐·nH2O(复盐)→mCaSO4·2H2O+盐·(n-2m)H2O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粉刷石膏的水化。

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]。 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。

在潮湿条件下,随着温度的变化,一些可溶性盐,像K2CO3,K2SO4,NaK2SO4,MgSO4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(Na,Mg,K)。

上式是硫酸钠的结晶膨胀,失水收缩的反应,硫酸镁(MgSO4·7H2O),硫酸钙(CaSO4·2H2O)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,成为残余半水粉刷石膏,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,并且伴随着体积膨胀[2]。 CaSO4·1/2H2O+11/2H2O→CaSO4·2H2O……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粉刷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, 因为残余半水石膏的发现,说明半水粉刷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42℃,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NaCl,Na2SO4,MgSO4和K2SO4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42℃,当这些盐的含量达到5%时/

这种失水转化就会在低于34°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]。 石膏的失水也会引起粉刷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。

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。

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