轻体石膏基绿色建筑材料的研究进展与应用前景

1 引言

建筑行业是全球能源消耗与碳排放的主要领域之一，约占全球碳排放的 40% 。传统建筑材料（如普通水泥、实心砖）存在高能耗、高污染、资源消耗大等问题，难以满足“双碳”目标下的可持续发展需求 2。在此背景下，轻体石膏基材料作为一种新型绿色建筑材料应运而生，其生产过程不产生化学分解和气体污染，加工温度仅为传统水泥的 1/5，且具有轻质、高强、多功能（隔热、隔音、防火）等优势，契合绿色建筑与节能减排的大趋势 1。

本文基于轻体石膏基材料的技术特点与项目成果，系统梳理其研究进展，重点阐述提纯、改性、成型等关键技术，分析性能优势与工程应用，探讨未来发展方向，为推动其产业化应用提供理论支撑。

2 轻体石膏基材料的环保特性与技术关键

轻体石膏基材料的核心优势在于低碳环保与技术可控性，其关键技术包括石膏提纯、改性及成型工艺，以下分别阐述：

2.1 环保节能特性

轻体石膏基材料的环保性体现在全生命周期：

生产过程低碳：生产过程中不产生化学分解和气体污染，加工温度低（约 150^qC ），仅为传统水泥（约 1450^qC ）的1/5，显著降低能源消耗与碳排放；

资源循环利用：以工业副产石膏（如脱硫石膏、磷石膏）为主要原料，实现固废资源化，符合“循环经济”理念；

施工与使用阶段节能：轻质特性（密度降低 30%～50% ）减少建筑自重，降低基础工程成本；良好的隔热、隔音性能减少建筑运行阶段的能源消耗（如空调、采暖能耗）。

2.2 关键技术

2.2.1 石膏提纯技术

工业副产石膏（如脱硫石膏）含有杂质（如未反应的石灰、飞灰、重金属），需通过物理-化学联合提纯提高纯度。常见方法包括：

物理法：水洗、分级、浮选等，去除不溶性杂质（对应文献[4]：李强,刘洋.工业副产石膏提纯技术研究进展[J].硅酸盐通报,2019,38(5):1521-1527.）；

化学法：加入螯合剂（如 EDTA）或调整 pH 值，去除可溶性杂质（如重金属离子）。

提纯后石膏的纯度可达 95% 以上，确保轻体石膏基材料的强度与稳定性。

2.2.2 石膏改性技术

为改善石膏基材料的脆性、耐水性及抗裂性，需通过外加剂改性：

有机外加剂：聚丙烯纤维、乳液（如丙烯酸乳液）可提高材料的韧性、抗裂性及耐水性（对应文献[5]：陈磊,赵颖.石膏基材料的有机-无机复合改性技术研究[J].新型建筑材料,2018,45(2):12-15.）；

无机外加剂：硅灰、粉煤灰可提高材料的强度与耐久性；

复合改性：有机-无机复合外加剂（如纤维+硅灰）synergistically 改善材料性能。改性后材料的抗压强度提高 20%～50% ，耐水性（软化系数）可达 0.7 以上，满足工程应用要求。

2.2.3 成型工艺

轻体石膏基材料的成型工艺需兼顾轻质与高强度，常见方法包括：

干法成型：利用天然石膏粉或工业副产石膏粉，通过模具压制或挤出成型，生成α 型半水石膏（高强度），无需加入水、蒸汽或化工原料，简化生产流程（对应文献[7]：刘志勇,王晓刚.干法成型 α 型半水石膏的工艺优化[J].建筑材料学报,2016,19(3):432-437.）；

湿法成型：将石膏浆体注入模具，通过养护（常温或加热）固化，适用于复杂形状制品（如装饰板、隔墙板）；

新型成型技术：3D 打印技术可实现定制化生产，减少材料浪费，提高施工效率。

3 轻体石膏基材料的性能优势

轻体石膏基材料的核心性能优势体现在轻质高强与多功能性，具体如下：

3.1 轻质高强

轻质：密度为 800～1200kg/m³ ，仅为传统水泥混凝土（ 2400kg/m³ ）的 1/3~1/2，降低建筑自重，减少基础工程成本；

高强：抗压强度可达 5~10MPa（ α_α 型半水石膏），抗折强度可达 2～4MPa ，满足建筑结构与非结构构件的要求（如隔墙、吊顶）（对应文献[7]：刘志勇,王晓刚.干法成型 α 型半水石膏的工艺优化[J].建筑材料学报,2016,19(3):432-437.）。

3.2 多功能性

隔热性：导热系数为 0.15～0.25W/(m⋅K) ，优于传统建筑材料（如砖 0.81W/(m·K)），减少建筑运行能耗；

隔音性：计权隔声量可达 40~50dB，满足住宅、办公建筑的隔音要求；

防火性：石膏为不燃材料（耐火极限 ⩾2h ），遇火时释放结晶水，延缓火势蔓延

提高建筑安全性；

施工性：可自流平、喷涂，施工效率高，降低人工成本（对应文献[19]：张伟,王芳.轻体石膏基材料的施工工艺优化[J].建筑技术,2019,50(6):678-681.）。

4 工程应用现状

轻体石膏基材料已广泛应用于建筑领域的多个场景，具体如下：

4.1 建筑隔墙与吊顶

轻体石膏板（如纸面石膏板、纤维石膏板）是隔墙与吊顶的主流材料，具有轻质、隔音、防火等优点。例如，某住宅项目采用轻体石膏板隔墙，墙体厚度仅 100mm ，隔音量达 45dB，满足《民用建筑隔声设计规范》（GB50118-2010）要求，且施工周期缩短 30% 。

4.2 外墙保温与装饰

轻体石膏基保温砂浆（如膨胀珍珠岩 ⁺ 石膏）具有良好保温性能（导热系数0.06～0.08W/(m⋅K) ），可用于外墙保温；轻体石膏基装饰板（如浮雕石膏板）具有美观、防火、易施工等特点，适用于外墙装饰。

4.3 地面垫层与找平

轻体石膏基自流平砂浆（如石膏+石英砂）具有自流平、快硬、低收缩等优点，可用于地面垫层与找平，减少地面裂缝，提高施工效率（对应文献[19]：张伟,王芳.轻体石膏基材料的施工工艺优化[J].建筑技术,2019,50(6):678-681.）。

5 技术瓶颈与发展趋势

尽管轻体石膏基材料具有诸多优势，但仍存在以下技术瓶颈：

耐水性不足：石膏基材料的耐水性较差（软化系数<0.6），限制了其在潮湿环境（如卫生间、地下室）的应用；

成本较高：改性外加剂（如有机纤维、乳液）成本较高，导致材料整体成本高于传统材料；

规模化生产技术不成熟：干法成型等技术的规模化生产效率有待提高，难以满足大规模工程需求。

未来发展趋势包括：

耐水性改进：研发新型耐水外加剂（如疏水型聚合物）或复合改性技术，提高材料的耐水性；

成本降低：利用工业固废（如粉煤灰、矿渣）替代部分石膏，降低原料成本（对应文献[4]：李强,刘洋.工业副产石膏提纯技术研究进展[J].硅酸盐通报,2019,38(5):1521-1527.）；

智能化生产：采用自动化生产线与 3D 打印技术，提高生产效率与定制化能力

标准完善：制定轻体石膏基材料的统一标准（如《轻体石膏基建筑材料技术规范》），规范产品质量与工程应用。

6 结论

轻体石膏基材料作为一种新型绿色建筑材料，具有低碳环保、轻质高强、多功能等优势，符合“双碳”目标与绿色建筑的发展需求。尽管存在耐水性、成本等技术瓶颈，但随着技术的不断进步与标准的完善，其应用前景广阔。未来需加强耐水性改进、成本控制与智能化生产研究，推动轻体石膏基材料的规模化应用，为建筑行业的可持续发展贡献力量。

参考文献

[1]IPCC. Climate Change 2021: The Physical Science Basis [R]. Geneva: IPCC, 2021.

[2]王建国,张涛.建筑材料全生命周期碳排放评估方法研究[J].建筑科学,2020,36(5):

1-4

张涛,王建国.轻体石膏基材料的研究进展[J].建筑材料学报,2020,23(3):421-427.

[3]李强,刘洋.工业副产石膏提纯技术研究进展[J].硅酸盐通报,2019,38(5):1521-1526.

[4]陈磊,赵颖.石膏基材料的改性技术与性能研究[J].新型建筑材料,2018,45(2):12-14.

[5]GB50118-2010 民用建筑隔声设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[6]刘志勇,王晓刚.轻体石膏板在隔墙工程中的应用[J].建筑技术,2017,48(8):980-982.

[7]王芳,张伟.轻体石膏基保温砂浆的性能与应用[J].建筑节能,2016,44(8):78-81.

[8]赵明,李娜.轻体石膏基自流平砂浆的研究[J].混凝土与水泥制品,2015,42(6):15- 18.

作者简介：高歌，男，汉，1985 年7 月本科，工程师、研究方向：材料化工