本发明属于建筑材料分析技术领域，尤其涉及一种建筑石膏中III型无水石膏含量的测定方法。
背景技术：
随着人们生活质量的不断提高和城镇化，对建筑住房的需求也日益攀升，对建筑材料的需求也越来越大，相应的对质量的要求也日趋严格，尤其是室内建筑材料，这其中建筑石膏是用量较大的建筑材料。
建筑石膏(β型半水石膏或普通石膏粉)，以β半水石膏CaSO4·1/2H2O为主要成分。主要用于室内抹灰和粉刷，制备石膏板、石膏砌块和装饰材料等。如将建筑石膏加水、砂及缓凝剂拌合成石膏砂浆，用于室内抹灰和粉刷。抹灰后的表面光滑、细腻、洁白美观，石膏砂浆也可以作为油漆等的打底层，并可直接涂刷油漆或粘贴墙布或墙纸等。建筑石膏加水及缓凝剂拌合成石膏浆体，还可作为室内粉刷涂料。将天然二水石膏，其化学式为CaSO4.2H2O，在不同的温度下煅烧可得到不同的石膏品种。如将天然二水石膏在107～170℃的干燥条件下加热可得建筑石膏。
在建筑石膏粉中的III型无水石膏过多是引起抹灰石膏质量问题的重要原因。III型无水石膏，又称无水石膏III或可溶性无水石膏，过多会导致建筑石膏的标准稠度用水量不稳定、凝结时间不稳定、强度降低，同时使用III型无水石膏过多的石膏做抹灰石膏会导致抹灰石膏凝结时间不稳定、开裂、强度低，造成工程质量事故。如谈晓青等在《脱硫建筑石膏三相分析方法研究及应用》提到，III型无水石膏导致粉体标准稠度用水量增加、强度降低、凝结时间不稳定。因而，控制建筑石膏粉中III型无水石膏含量是保证抹灰石膏质量的关键。然而目前国内生产石膏的厂家往往为了提高生产效率，使得煅烧温度较高，进而得到的石膏粉中III型无水石膏含量较多，并且忽视III型无水石膏含量过多带来的不利影响，出现石膏粉过烧的现象普遍存在，给后面的使用石膏粉的厂家或工序带来了很大麻烦。所以，国内的建筑石膏中的III型无水石膏含量高已成为建筑石膏质量问题的一个关键问题，建筑市场抹灰石膏质量波动的主要原因也多是因为使用含量高的III型无水石膏的建筑石膏粉造成，其可以导致抹灰石膏凝结时间不稳定、需水量差别大、压折强度波动大，上墙后出现开裂，空鼓等质量通病。因此，为了解决这些质量问题，必须严格控制抹灰石膏中III型无水石膏含量。
要对建筑石膏中的III型无水石膏含量进行控制，我们首先要做的就是对III型无水石膏含量进行定量测试与评估，目前检测III型无水石膏的方法中使用酒精法被许多人所接受，但是这种方法需要时间长，而且高浓度酒精易燃易爆，增加了安全隐患，测试后的样品团聚，不利于样品回收利用；而使用其他的检测方法如差热分析法，卤素检测法等需要的仪器昂贵，虽然检测时间短但一般中小企业很难负担得起这么昂贵的实验设备，且操作复杂对人员素质要求高。
因此，如何得到一种建筑石膏中III型无水石膏含量的测定方法，快速而且操作简便，并且易于推广，已成为行业内有前瞻意识的厂家亟待解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供建筑石膏中III型无水石膏含量的测定方法，本发明提供的测试方法相比传统的测试方法，快速、操作简便、易于推广，且具有较好的稳定性和重复性。
本发明提供了一种建筑石膏中III型无水石膏含量的测定方法，包括以下步骤：
a)在潮湿的条件下，将建筑石膏粉样品放置吸湿后，得到吸湿后的建筑石膏粉；
b)将上述步骤得到的吸湿后的建筑石膏粉烘干至恒重后，得到增重的建筑石膏粉；
c)将上述步骤得到的增重的建筑石膏粉的质量与所述建筑石膏粉样品的质量经过计算后，得到建筑石膏粉样品中III型无水石膏的含量。
优选的，所述潮湿的条件为恒定湿度。
优选的，所述潮湿的条件的湿度为80％～100％。
优选的，所述吸湿的时间为25～120分钟。
优选的，所述烘干的温度为40～55℃。
优选的，所述建筑石膏粉样品的细度小于等于80目。
优选的，所述放置具体为平铺在平面上。
优选的，所述平铺的铺层厚度为1～5mm。
优选的，所述计算的方法为，所述建筑石膏粉样品的质量为m1，所述增重的建筑石膏粉的质量为m2，所述建筑石膏粉样品吸湿的水分的质量为m；
所述m＝m2-m1；
所述含量为质量含量，所述建筑石膏粉样品中III型无水石膏的质量含量为w；
所述w＝(15.11*m/m1)*100％。
本发明提供了一种建筑石膏中III型无水石膏含量的测定方法，包括以下步骤：首先在潮湿的条件下，将建筑石膏粉样品放置吸湿后，得到吸湿后的建筑石膏粉；然后将上述步骤得到的吸湿后的建筑石膏粉烘干至恒重后，得到增重的建筑石膏粉；最后将上述步骤得到的增重的建筑石膏粉的质量与所述建筑石膏粉样品的质量经过计算后，得到建筑石膏粉样品中III型无水石膏的含量。与现有技术相比，本发明利用III型无水石膏具有很强的吸湿性，在高湿度条件下会快速转化为半水石膏，而半水石膏转化成二水石膏需要粉料中的含水率达到一定的比例时才会发生，且反应速度比III型无水石膏生成半水石膏慢的多，可以较快速的检测出III型无水石膏在样品中的质量分数，无论是生产还是使用石膏粉的厂家都可以很好的控制建筑石膏粉的质量，提高产品的质量，而且没有引用任何化学试剂；相比酒精法、差热分析法或卤素检测法等，本发明根据III型无水石膏和β半水石膏的水化特性的不同，使用高湿环境陈化方法，检测用时短、数据准确、操作简单、安全可靠、检测后的样品可以继续使用，对环境无污染。实验结果表明，本发明提供的测定方法的测试结果与GB/T《建筑石膏相组成分析方法》标准中的酒精浸泡烘箱法测试结果一致，而测试时间却从240分钟左右缩短到小于100分钟，大大缩短检测时间，提高了工作效率，加快了物料的检验、评定以及进场验收的速度。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯。
本发明提供了一种建筑石膏中III型无水石膏含量的测定方法，包括以下步骤：
a)在潮湿的条件下，将建筑石膏粉样品放置吸湿后，得到吸湿后的建筑石膏粉；
b)将上述步骤得到的吸湿后的建筑石膏粉烘干至恒重后，得到增重的建筑石膏粉；
c)将上述步骤得到的增重的建筑石膏粉的质量与所述建筑石膏粉样品的质量经过计算后，得到建筑石膏粉样品中III型无水石膏的含量。
本发明对所述建筑石膏粉样品没有特别限制，以本领域技术人员熟知的建筑石膏即可，即β型半水石膏或普通石膏粉，以β半水石膏CaSO4·1/2H2O为主要成分，由二水石膏(CaSO4·2H2O)在107～170℃的干燥条件下加热后得到。本发明对所述建筑石膏粉样品没有其他特别限制，本领域技术人员可以根据实际检测情况或检测要求进行调整和选择，本发明所述建筑石膏粉样品的细度优选小于等于80目，更优选小于等于85目，最优选80～90目。本发明对所述III型无水石膏没有特别限制，以本领域技术人员熟知的III型无水石膏即可，即无水石膏III或可溶性无水石膏。
本发明首先在潮湿的条件下，将建筑石膏粉样品放置吸湿后，得到吸湿后的建筑石膏粉；本发明对所述潮湿的条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于检测的潮湿的条件下即可，本发明所述潮湿的条件下的湿度优选为恒定湿度，更优选为80％～100％，更优选为85％～99％，更优选为90％～98％，最优选为90％～97％。本发明对所述潮湿的条件没有其他具体限制，本领域技术人员可以根据实际检测情况、样品用量或检测要求进行调整和选择。
本发明对所述放置的方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际检测情况、样品用量或检测要求进行调整和选择，本发明为使建筑石膏粉样品能够均匀吸湿，所述放置具体优选为平铺在平面上，更优选平铺在表面皿上，最优选为松散平铺在表面皿上；本发明对所述松散平铺的厚度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际检测情况、样品用量或检测要求进行调整和选择，本发明优选为1～5mm，更优选为1.5～4.5mm，更优选为2～4mm，最优选为2.5～3.5mm。本发明对所述放置的时间，即吸湿的时间没有特别限制，本发明对所述潮湿的条件没有其他具体限制，本领域技术人员可以根据实际检测情况、样品用量或检测要求进行调整和选择，本发明优选为25～120分钟，更优选为30～100分钟，更优选为40～80分钟，最优选为50～70分钟。
本发明对上述得到吸湿后的建筑石膏粉的具体步骤没有其他特别限制，本领域技术人员可以根据实际检测情况、样品用量或检测要求进行调整和选择，本发明为便于检测，节约成本和提高实用性，具体优选为：
1、取带盖塑料密封盒，在盒内装入5cm左右深的水；
2、垫块放入水中，垫块高出水面2～4cm，在垫块上放置一块搁板；
3、把湿度计放到搁板上面，盖上盒盖密封放置实验室内；
4、当湿度计显示80％以上时，可以开始实验；
5、称量建筑石膏粉样品m1，然后将样品在表面皿上摊铺一薄层，摊铺厚度小于5mm，迅速将样品连同表面皿放到高湿容器的搁板上面，并立即密封高湿容器。
6、样品在高湿密封容器中保存30～120分钟。
本发明采用上述简单的装置组合，提供了一个稳定的恒定湿度的环境，即高湿密封容器，首先在密闭容器内，水的自然挥发可以使密闭环境的湿度到达80％以上，根据一定饱和蒸汽压下空气的决定含水量，
dV＝(Pb/760)×(1000/22.4)×(273)÷(273+t)×18，
其中，dV为不同温度下水蒸气饱和时每m3气体的含水量(g)；Pb为不同温度下水的饱和蒸气压(mm，Hg)，t为温度(℃)；
25℃空气饱和饱和蒸气压(mm，Hg)，Pb＝23.75，计算得dV＝23.01(g/m3)，
假如温度为20℃～25℃时，湿度变化90％～100％时，空气的含水浓度为0.015～0.023g/L。
而且建筑石膏粉样品在松散薄摊时，气体很容易扩散到粉料颗粒表面，根据分子的布朗运动理论，空气中的水分子也会扩散到石膏粉体表面，并可与之这发生反应，再整个过程中III型无水石膏活性高，具有很高的吸湿性，空气中的水分子很容易被III型无水石膏吸附并进行发生相转变，密封容器内水汽被消耗掉，又会从容器的水中得到补充，以保证空气水分子的浓度维持一个稳定的值，让相转化持续进行，湿度大于80％的环境下III型无水石膏可以快速转换成为半水石膏，反应化学方程式为2CaSO4+H2O＝2CaSO4·1/2H2O，相比传统的酒精法，酒精液体中的水浓度约为40g/L，而高湿法中的水浓度最大为0.023g/L，仅为酒精法的0.5％，因而更不会有半水石膏转化为二水石膏只有III型无水石膏会转化为半水石膏。更主要的是，本发明提供的上述步骤，即高湿度陈化的石膏与酒精浸泡的石膏相比，石膏粉中液相更低，使得后续烘干时间更短。
本发明然后将上述步骤得到的吸湿后的建筑石膏粉烘干至恒重后，得到增重的建筑石膏粉。本发明对所述烘干的温度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的烘干温度即可，本发明所述烘干的温度优选为40～55℃，更优选为43～52℃，更优选为45～50℃，最优选为46～49℃。本发明对所述烘干的设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的烘干设备即可，本发明优选为烘箱；本发明对所述烘干的其他条件没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际检测情况、样品用量或检测要求进行调整和选择。
本发明将上述步骤得到的增重的建筑石膏粉的质量与所述建筑石膏粉样品的质量经过计算后，得到建筑石膏粉样品中III型无水石膏的含量。
本发明所述含量优选为质量含量；本发明对所述计算步骤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规计算方法即可，本发明具体计算方法优选为，所述建筑石膏粉样品的质量可以设定为m1，所述增重的建筑石膏粉的质量可以设定为m2，所述建筑石膏粉样品吸湿的水分的质量可以设定为m，所述建筑石膏粉样品中III型无水石膏的质量含量设定为w；
因而，所述m＝m2-m1，
所述w＝(15.11*m/m1)*100％，其中15.11≈MCaSO4/0.5MH2O。
如果当m≤0时，表明样品中不含III型无水石膏，含吸附水。
本发明最后把样品从高湿容器中取出并立即移入到烘箱内烘干至恒重，烘干至恒重，再经过计算后得到了建筑石膏中III型无水石膏的含量，本发明采用高湿加速陈化的方法能够快速便捷的检测出建筑石膏中III型无水石膏含量，本方法不需要购买昂贵的设备及任何试验试剂，只需天平、烘箱、密闭容器等就可以快速的检测出III型无水石膏的含量，实验结果与国标《建筑石膏相组成分析方法》报批稿中的酒精法的测试结果具有很高的一致性，但实验全过程所用时间比国标《建筑石膏相组成分析方法》报批稿中的酒精法大幅缩短。该方法不仅可操作性也很强，而且可以帮助建筑石膏原材料与抹灰石膏的生产企业更简单有效地控制产品质量。本发明采用设备简单、操作便捷，检测数据准确，在检测过程中除水之外不需要其他试剂，检测的产品可以回收利用，真正做到对环境的零排放。
本发明的实际意义在于，国内的建筑石膏中的III型无水石膏含量高已成为建筑石膏质量问题的一个关键问题，但目前建筑石膏GB/T9776-2008《建筑石膏》9776-2008中只对半水石膏的含量进行了要求，对III型无水石膏的含量并没有要求，这也是很多建筑石膏粉企业不重视III型无水石膏含量的一个因素。因III型无水石膏在空气中可以转化成β半水石膏，人们只注重最终的产物，而忽视产品中带有III型无水石膏粉带来的不利影响。GB/T5484-2012《石膏化学分析方法》中也没有专门针对III型无水石膏的定量分析方法。由于相关标准的缺失，尽管很多企业都知道建筑石膏中的III型无水石膏应该控制，但由于没有测试方法及评价标准，在实际的生产过程中建筑石膏粉生产企业并没有对III型无水石膏进行控制。随着工业化的进程越来越快，生产出来的石膏粉会很快通过罐车运输到生产厂家，而大多生产厂家也配备存储罐，这样一来石膏粉中的III型无水石膏就更加难以和空气接触而转变成半水石膏。加上生产的产品包装也都具有更好的密封性，更使的III型无水石膏自然转变成半水石膏变困难，加重了III型无水石膏对品质的影响。2012年武汉理工大学杨新亚教授组织相关科研院所及石膏原材料、成品企业制定了《建筑石膏相组成分析方法》的国家标准，并于2014年年底进行了报批，这个标准中对III型无水石膏测试方法有详细的规定，如酒精法，虽然实验结果重复性较好，但是由于测试时间较长，实际生产中进行质量控制困难。
然而检测石膏粉中的III型无水石膏含量对石膏粉生产厂家是非常必要的，可根据III型无水石膏含量的多少对煅烧的温度及煅烧时间进行调整，使得生产工艺更合理，有利于提高产品质量，同时可根据III型无水石膏含量的多少对石膏粉陈化时间进行控制，完善产品不足，抹灰石膏厂家可通过石膏粉中III型无水石膏含量对石膏粉质量进行控制，而使用本发明提供的高湿陈化法可快速检测出III型无水石膏含量，及时判断石膏粉的质量是否合格，更加快速高效。
实验结果表明，本发明提供的测定方法的测试结果与GB/T《建筑石膏相组成分析方法》标准中的酒精浸泡烘箱法测试结果一致，而测试时间却从240分钟左右缩短到小于100分钟，大大缩短检测时间，提高了工作效率，加快了物料的检验、评定以及进场验收的速度。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的建筑石膏中III型无水石膏含量的测定方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
样品来源：
本实验选用的建筑石膏为山西潞城石膏矿提供，硫酸钙含量60.0～65.0％，碳酸钙35.0～40.0％，其他含量小于1％。
实施例1
首先取带盖塑料密封盒，在盒内装入5cm左右深的水，垫块放入水中，垫块高出水面2～4cm，在垫块上放置一块搁板，把湿度计放到搁板上面，盖上盒盖密封放置实验室内，得到高湿密封容器。当湿度计显示80％～100％时，可以开始实验。
然后将称量好的细度为80～90目的建筑石膏粉样品m1(5g)在表面皿上摊铺一薄层，摊铺厚度为1～5mm，迅速将样品连同表面皿放到高湿容器的搁板上面，并立即密封高湿容器，样品在高湿密封容器中保存30分钟后，得到吸湿后的建筑石膏粉，把上述样品从高湿容器中取出并立即移入到40℃的烘箱内烘干至恒重，烘干至恒重，得到增重的建筑石膏粉。
最后待增重的建筑石膏粉样品冷却至室温后，称量样品质量为m2，参与反应的水的质量为m＝m2-m1，样品中III型无水石膏的质量百分数为w＝15.11*m/m1*100％；
采用上述步骤，分别采用湿度为85％和95％两种，摊铺厚度为2mm和4mm两种，得到1#样品和2#样品。
在密闭高湿环境分别存放30分钟，60分钟，120分钟，然后在40℃度烘箱内烘干至恒重，与使用GB/T《建筑石膏相组成分析方法》酒精法测试的数据进行对比，参见表1，表1为本发明提供的高湿陈化法不同时间与酒精法对比。
表1本发明提供的高湿陈化法不同时间与酒精法对比
由表1可知，本发明提供的测试方法在40℃下烘干60分钟可达到恒重，而酒精法烘干60分钟仍有明显的液体，一般要烘干180分钟才能恒重。而本发明陈化处理的石膏粉中有很少的水蒸汽，烘干快，酒精法处理的石膏中有过多的液体(酒精与水)，需要更多的时间才能烘干。
通过该表可以看到无论是在高湿环境下存放30分钟还是60分钟或是120分钟，其计算出的无水是石膏含量都是22％左右，而将计算出的无水石膏含量通过统计数据处理应用excel中Ftest对数据进行处理，F值是两组数据的方差无明显差异时的双尾概率，显著性水平一般的情况a值为0.05，常将双尾概率F值与显著性水平a＝0.05时进行比较，当F值大于等于0.05时，显著性水平低，置信度高，可以认为两组数据为同值；当F小于0.05时，显著性水平高，置信度低，认为两组数据为不同值。
Ftest得出存放30分钟与存放60分钟的F值是0.34，而存放60分钟与存放120分钟的F值是0.41。故存放30分钟和存放120分钟认为是同组数值。所以在高湿环境下，存放30分钟，样品中的III型无水石膏就可以完全转变成为半水石膏。而使用存放30分钟与酒精法测试的F值是0.53，故两种测试方法得到的数值一致。密闭高湿陈化法测试所需时间不到100分钟，而酒精法最少也需要220分钟以上。(这里没有加上称量样品及样品冷却时间)
为验证经过本发明提供的方法的石膏的相组成只是将III型无水石膏转变成半水石膏而其他组份没有发生变，我们对原样品及经过高湿陈化法后的石膏的相组成进行分析。
先将样品通过本发明提供的高湿陈化法陈化30分钟，然后将样品拿出，对陈化法的石膏进行相分析，同时对原样品(未经过陈化)的石膏进行相分析组成测试，测试采用国标《建筑石膏相组成分析方法》报批稿的方法。测试结果参见表2，表2为两种建筑石膏样品的二水石膏质量百分数和半水石膏质量百分数及无水石膏的质量百分数。
表2两种建筑石膏样品的二水石膏质量百分数和半水石膏质量百分数及无水石膏的质量百分数
由表2的测试结果可以发现，经过陈化法后的石膏样品中没有无水石膏存在，而且用excel的Fest对二水石膏的数据进行分析，得到F值是0.77，说明经陈化30分钟的石膏样品已经将试样中的III型无水石膏全部转变成为β半水石膏，且III型无水石膏和β半水石膏没有生成二水石膏。
为进一步验证本发明提供的密闭高湿陈化法的样品中只是将样品中的III型无水石膏转变成β半水石膏，而β半水石膏及III型无水石膏没有转变成二水石膏，另取一批样品进行测试。本次采用的方法是用一样品石膏进行连续测试，先使用高湿陈化法和酒精法进行III型无水石膏测试，然后根据国标《建筑石膏相组成分析方法》报批稿的方法对高湿陈化法与酒精法测试完的样品进行半水石膏与二水石膏含量的测试，测试结果参见表3，表3为本发明提供的测试方法与酒精法测试无水石膏含量及测试后样品中的半水石膏与二水石膏结果对比。
表3本发明提供的测试方法与酒精法测试无水石膏含量及测试后样品中的半水石膏与二水石膏结果对比
使用excel中Ftest公式对数据进行分析，计算不同检测方法测试的样品中III型无水石膏的F值是0.47，β半水石膏的F值是0.70，二水石膏的F值是0.07，通过F值的计算可以看到使用不同的检测方法，计算出的石膏中各组份的质量百分数是相同。
因而采用本发明提供的建筑石膏中III型无水石膏含量的测定方法，即高湿度陈化法是可以用来快速检测建筑石膏中的III型无水石膏质量百分含量。
两种不同的方法检测出的无水石膏百分含量基本相同，且对经过两种处理方法的样品再进行相分析，测试出的半水石膏和二水石膏都差别甚微，通过数据的方差无明显差异时的双尾概率F-test计算，我们得出采用两种方法测试的结果无明显差异，这充分说明采用高湿环境陈化法测试建筑石膏中III型无水石膏含量与酒精法测试III型无水石膏的结果是相同的，而且高湿法需时短，操作更简单。
以上对本发明所提供的一种建筑石膏中III型无水石膏含量的测定方法进行了详细介绍。本文中应用了具体的个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。