随着我国“碳达峰 碳中和”及“十四五”节能减排目标的提出，降低建筑行业的碳排放、加快建材行业的绿色改造升级已是大势所趋。石膏是工业减少碳排放的重要原料，具有质量轻、保温隔热、防火等功能，且可作为水泥缓凝剂、制备石膏自流平砂浆、抹灰石膏砂浆等产品。轻质抹灰石膏砂浆是抹灰石膏砂浆的一种，常以半水石膏为基材，掺入填料、轻质骨料、添加剂等制备得到。

与传统水泥抹灰砂浆相比，轻质抹灰石膏砂浆具备自身重量轻，良好的吸湿性、粘结性、收缩性等优势。测试了石膏粉掺量、轻骨料掺量、缓凝剂掺量及纤维素醚掺量对轻质抹灰脱硫石膏凝结时间及力学强度的影响，试验结果表明，脱硫石膏粉掺量的增加有利于轻质抹灰石膏力学强度的提升，但提升幅度较小；玻化微珠的掺量不宜过高，否则不利于其抗折强度及抗压强度；济南轻质抹灰石膏发现：柠檬酸钠对轻质抹灰脱硫石膏砂浆有缓凝效果；羟丙基甲基纤维素的掺入不利于轻质抹灰脱硫石膏砂浆的抗压强度。吴开胜等利用脱硫石膏、细砂、轻集料和外加剂制备得到轻质抹灰石膏砂浆，当轻质抹灰石膏密度为990kg/m3时，其抗压强度高于5MPa，粘接强度高于0.3MPa。叶蓓红等采用脱硫石膏、玻化微珠、膨胀珍珠岩、纤维素醚、引气剂、缓凝剂制得轻质石膏抹灰砂浆，研究表明，轻骨料选用玻化微珠较佳，且用量为石膏用量的20%~35%；当轻骨料选用膨胀珍珠岩时，用量为石膏用量的15%~25%。纤维素醚黏度不宜过大或过小，且用量为石膏用量的0.2%~0.4%。引气剂掺量为轻质抹灰石膏粉料总量的0.6%~1.2%。

尽管众多学者对轻质抹灰石膏砂浆的制备方法及性能进行了研究，但仍未详尽地研究影响砂浆性能的因素。本文以β-半水石膏为主要胶凝材料，掺入玻化微珠、钙粉及添加剂制备得到轻质抹灰石膏砂浆，重点研究了玻化微珠种类及掺量，触变剂种类及掺量，HPMC种类及掺量对轻质抹灰石膏砂浆抗压强度、表观密度、体积密度及保水性的影响，以期为轻质抹灰石膏砂浆的物理性能和施工性能的改善提供科学有效的技术支撑。

1.1 原材料

脱硫石膏粉：脱硫石膏（CaSO4· 1/2H2O），其物理性能见表1。

表 1 脱硫石膏基本性能

钙粉：400 目石灰石粉。

轻骨料：玻化微珠BH-1、BH-2、BH-3、BH-4，松散堆积密度分别为90kg/m3、100kg/m3、150kg/m3、200kg/m3。且玻化微珠掺量按轻质抹灰石膏砂浆质量分数计，掺入质量分数分别为6%、8%、10%。

缓凝剂：采用蛋白质类石膏缓凝剂，掺入比例为轻质抹灰石膏砂浆质量的0.05%~0.2%。

纤维素醚：采用羟丙基甲基纤维素醚（HPMC），HP-1、HP-2 黏度分别为40000mPa·s100000mPa·s。HPMC 掺量按轻质抹灰石膏砂浆质量分数计，掺入质量分数分别为0.1%、0.2%、0.3%。

触变润滑剂：C-1 为安吉康科技有限公司，C-2 为山东多聚化学有限公司，C-3 为自制。触变润滑剂掺量按轻质抹灰石膏砂浆质量分数计，掺入质量分数分别为0.03%、0.05%、0.1%。

1.2 试验方法

脱硫半水石膏的凝结时间、标准扩展度、用水量依据GB/T17669.4-1999《建筑石膏净浆物理性能的测定》；脱硫半水石膏的力学性能依据GB/T9776-2008《建筑石膏》；玻化微珠堆积密度依据GB/T14684-2011《建筑用砂》；轻质抹灰石膏砂浆的保水率、抗压强度、体积密度、湿密度、拉伸粘结强度依据GB/T28627-2012《抹灰石膏》标准进行检测。

2.1 轻骨料种类、掺量对轻质抹灰石膏砂浆性能的影响

玻化微珠为无机玻璃质矿物材料，具有质量轻、防火绝热、吸水率小、抗老化、耐高低温等优良特性，且理化性能稳定，属于高性能、环保型轻质绝热材料，可替代膨胀珍珠岩、聚苯颗粒等传统轻质骨料，用于制备保温隔热砂浆、轻质砌筑砂浆等。

固定脱硫半水石膏与钙粉用量为94%、92%、90%，对应的玻化微珠BH-1、BH-2、BH-3、BH-4 掺量分别为6%、8%、10%，且添加剂用量不变时，测得的轻质抹灰石膏砂浆的湿密度、抗压强度结果见图1。

（a）湿密度结果

（b）抗压强度结果

图 1 玻化微珠种类及掺量对轻质抹灰石膏性能的影响

由图1（a）可知，玻化微珠堆积密度相同时，随着玻化微珠掺量增加，轻质抹灰石膏砂浆的湿密度随之减小，BH-1、BH-3在8% 掺量时除外，其中，BH-2、BH-4 两种玻化微珠砂浆湿密度降低的趋势接近。说明玻化微珠作为优良的轻质骨料，可较大幅度降低砂浆的湿密度。同一玻化微珠掺量下，随着玻化微珠堆积密度的增加，轻质抹灰石膏砂浆的湿密度整体呈增加的趋势，但是增加幅度随之减小。有可能是玻化微珠堆积密度较大时，其表面玻化率反而较小，玻化微珠表面积的增加使得砂浆用水量上升，又玻化微珠中粉状偏多，从而使得砂浆湿密度大。同时，砂浆湿密度主要受玻化微珠堆积密度和引气剂掺量影响，当微珠堆积密度较小时，颗粒对水和添加剂的吸附作用更明显，占用的浆体更多，所以在实际应用中堆积密度小的轻骨料用量较少，堆积密度大的轻骨料用量较多。

由图1（b）可知，玻化微珠堆积密度相同时，轻质抹灰石膏砂浆的抗压强度随玻化微珠掺量的增加整体呈下降的趋势，主要是因为玻化微珠自身强度低，掺量增大导致砂浆硬化体抗压强度降低。同一玻化微珠掺量下，随着玻化微珠堆积密度增加，抗压强度呈先增后减的趋势，整体上BH-3 对应的抗压强度高于BH-2、BH-4 对应的抗压强度，远高于BH-1 对应的砂浆强度。说明玻化微珠堆积密度不宜过大。又玻化微珠价格较高，且在石膏砂浆中用量比较大，使得材料成本提高。综合考虑，玻化微珠堆积密度为150kg/m3 时，制得的砂浆具有较好的工作性能和较高性价比。

2.2 体积密度对轻质抹灰石膏砂浆拉伸粘结强度的影响

固定脱硫半水石膏与钙粉用量为94%，对应的玻化微珠BH-1、BH-2、BH-3、BH-4 掺量分别为6%，且添加剂用量不变时，测得的体积密度对轻质抹灰石膏砂浆拉伸粘结强度的影响结果见图2。

图 2 体积密度对轻质抹灰石膏砂浆拉伸粘结强度的影响

由图2 可知，轻质抹灰石膏砂浆的拉伸粘结强度随砂浆体积密度的增加而增加，这是因为体积密度增加，使得砂浆硬化体内空隙减小，从而提高砂浆密实度。同时，体积密度高的砂浆，其浆体与基底的粘结更充分，界面交接处薄弱点被浆体弥补，使得界面粘结更加牢固，说明轻质抹灰石膏砂浆的体积密度越高，其拉伸粘结强度越高。轻质抹灰石膏砂浆的体积密度与湿密度呈正相关，这也意味着轻质抹灰石膏砂浆的拉伸粘结强度与湿密度呈正相关。

2.3 纤维素醚种类、掺量对轻质抹灰石膏砂浆性能的影响

固定脱硫石膏、钙粉及玻化微珠总用量为100%，且缓凝剂及触变剂用量不变，当纤维素醚HP-1、HP-2 掺量分别为0.1%、0.2%、0.3% 时，轻质抹灰石膏砂浆的保水率、抗压强度结果见图3。

（a）保水率结果

（ b）抗压强度结果

图 3 纤维素醚种类及掺量对轻质抹灰石膏性能的影响

由图3（a）可知，同一黏度下，轻质抹灰石膏砂浆的保水率均随纤维素醚掺量的增加而增加。可能是HPMC 在水中形成的三维网络结构能够锁住浆体中的自由水，使得料浆中自由水减少，流动度减小, 从而使得保水率提高。同一HPMC 掺量下，HP-2 保水性能优于HP-1，说明HP-2 的保水效果较佳，在掺量为0.3% 时，保水率达到85% 以上。

由图3（b）可知，同一黏度下，随纤维素醚掺量的增加，轻质抹灰石膏砂浆的抗压强度随之减小。可能是因为加入HPMC后，标准稠度用水量会随HPMC 的增加而增加，导致浆体水灰比增大，浆体硬化后的孔隙增多，使得石膏砂浆强度降低。同时，HPMC 掺量≤ 0.2% 时，HP-2 对应的抗压强度小于HP-1对应的抗压强度，且HP-2 制备的砂浆抗压强度下降幅度大于HP-1 制备的砂浆抗压强度下降幅度。说明纤维素醚黏度过高时对强度的不利影响较大。

纤维素醚种类和掺量对石膏砂浆的施工性能影响较大，通过在内墙试用制得的轻质抹灰石膏砂浆，结果表明, 相同纤维素醚掺量下，黏度越高，拌制的砂浆粘性越好，使用时更容易上墙，但更具有“粘刀”现象。石膏砂浆常采用“打灰饼—充筋—复筋—抹灰—找平”的施工流程，工人在抹灰、找平时对黏性强的材料使用不习惯，为了追求进度，便会采取增加用水量的方式，造成砂浆质量下降的不利影响。为满足工人的施工需求，并保证砂浆质量，采用中低粘度、保水率高的纤维素醚效果较好，综合考虑，选用HP-1 可制得符合标准要求、施工性好的轻质抹灰石膏砂浆。

2.4 触变剂种类、掺量对轻质抹灰石膏砂浆性能的影响

固定脱硫石膏、钙粉与玻化微珠总用量为100%，且缓凝剂及纤维素醚用量不变，当C-1、C-2、C-3 掺量为0、0.03%、0.05%、0.1% 时，轻质抹灰石膏砂浆的保水率结果见图4。

图 4 触变剂种类及掺量对轻质抹灰石膏保水率的影响

由图4 可知，C-1 对保水率的影响较大，尤其是掺量＞0.03% 时，随着用水量增加，保水率大幅下降，掺量增至0.1%时，保水率降低了15.5%。随着触变润滑剂掺量的增加，C-2、C-3 整体保水率呈上升的趋势，且C-3 的保水性能优于C-2。触变润滑剂对改善砂浆的抗流挂性、润滑性和施工性具有重要意义，触变润滑剂具有明显的增稠作用，可使砂浆在降低纤维素醚掺量的情况下抗流挂性能提高，粘度降低，改善“粘刀”现象。C-1 与C-2 类触变润滑剂在实际使用中还需另外添加增稠材料才能达到C-3 的施工效果，增加了砂浆成本。考虑不同的触变润滑剂的性能差异及砂浆的施工性能，自制触变润滑剂可制备出性能优良的轻质抹灰石膏砂浆。

（1）同一玻化微珠堆积密度下，当玻化微珠掺量增加时，轻质抹灰石膏砂浆的湿密度随之减小，同时抗压强度也整体呈下降的趋势；同一玻化微珠掺量下，当玻化微珠堆积密度逐级增加时，轻质抹灰石膏砂浆的湿密度整体增加，而抗压强度先增后减。综合考虑施工性能与成本，堆积密度为150kg/m3 的玻化微珠效果较好。

（2）同一黏度下，砂浆保水率随纤维素醚掺量的增加而增加，而抗压强度随之减小。不同黏度纤维素醚的保水率差异较小，但黏度过高对抗压强度的不利影响较大，同时黏度过高影响施工性，所以应选择中低粘度、保水性能好的纤维素醚。

（3）自制触变润滑剂保水性能、抗流挂性好，能够制备出性能优良的、高性价比的轻质抹灰石膏砂浆。

（4）轻质抹灰石膏砂浆的拉伸粘结强度与体积密度呈正相关。轻质抹灰石膏砂浆的拉伸粘结强度远高于普通抹灰砂浆，与墙面粘结力强，在抹灰砂浆空鼓风险方面具有更优异的效果。