CN103771801A

CN103771801A - 一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆及其使用方法

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Publication number: CN103771801A
Application number: CN201410003868.7A
Authority: CN
Inventors: 孙振平; 孙栀子
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2014-01-06
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-06
Also published as: CN103771801B

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆及其使用方法。由普通硅酸盐水泥、拜耳法赤泥、粉煤灰、纤维素醚、改性凹凸棒土、可再分散胶粉、减水剂、消泡剂、缓凝剂和河砂组成。本发明产品具有流动性好、保水性好、黏聚性好，强度发展好、收缩小、不开裂、耐磨性好和耐久性好等特性。本发明产品适用于对建筑楼地面进行找平，起着保护和装饰的作用。本发明可有效利用拜耳法赤泥，提高拜耳法赤泥的附加价值，提高社会效益；同时降低地面砂浆的生产成本，提高经济效益。

Description

一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆及其使用方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆及其使用方法。

背景技术

随着建筑行业的飞速发展，对建筑材料质量稳定和节能环保提出了更高的要求。作为最重要的建筑材料之一，预拌砂浆(即商品砂浆)的问世解决了传统砂浆现场配制和搅拌引起的劳动强度大、质量不稳定、施工效率低、污染周围环境等问题。预拌砂浆根据供应型式的不同，分为干混砂浆和湿拌砂浆两类。目前市场上多数干混地面砂浆流动性差，易开裂，强度低，收缩大，成本高，这些问题限制了预拌地面砂浆的推广和应用。因此，研制出质量好，成本低的干混地面砂浆已势在必行。与此同时，随着我们建筑行业的发展，对优质掺合料的需求也越来越大，目前市场上优质的掺合料矿渣粉和粉煤灰，在一些区域已经出现了不同程度的紧缺。

拜耳法赤泥是使用强碱氢氧化钠(NaOH)溶出高铝、高铁、一水软铝石型和三水软铝石型土矿冶炼氧化铝(Al₂O₃)时排出的红色泥状固体废弃物。有资料表明，拜耳法赤泥的外排量平均为(1-1.1)t/t Al₂O₃。我国作为Al₂O₃生产大国，每年产生的拜耳法赤泥总量为数千万吨，但是拜耳法赤泥的综合利用率还不到5%。加上历年的积累，存量惊人。目前，国内Al₂O₃厂大都将赤泥输送至堆场，依靠山谷或开挖农田筑坝湿法堆存，占用大量的土地资源，造成土壤和水体污染。赤泥的化学成分和矿物组成因铝土矿的成分、生产工艺(烧结法、混联法或拜耳法)、生产过程中的添加剂的物质成分和新生成的化合物成分不同而有所变化。赤泥的主要化学组分是二氧化硅(SiO₂)，氧化钙(CaO)，三氧化二铁(Fe₂O₃)，氧化铝(Al₂O₃)，氧化钠(Na₂O)，二氧化钛(TiO₂)和氧化钾(K₂O)。与烧结法赤泥和混联法赤泥相比，拜耳法赤泥的化学成分中Fe₂O₃及Al₂O₃含量高，Fe₂O₃可达总量的28%左右，Al₂O₃为总量的17%左右，碱含量及CaO含量低。拜耳法赤泥的主要矿物组成是水化石榴石、钙霞石、钙钛矿、一水硬铝石和伊利石。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备成本低，工作性能好，黏聚性能好，收缩小，不开裂，耐磨性好和耐久性好的掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆及其使用方法。

本发明提出的一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，由普通硅酸盐水泥、拜耳法赤泥、粉煤灰、纤维素醚、改性凹凸棒土、可再分散胶粉、减水剂、消泡剂、缓凝剂和河砂组成，各组分的重量比为：

普通硅酸盐水泥 100

拜耳法赤泥 15-40

粉煤灰 15-30

纤维素醚 0.03-0.10

改性凹凸棒土 3-9

可再分散胶粉 1-5

减水剂 0.05-0.20

消泡剂 0.06-0.60

缓凝剂 0.02-0.10

河砂 405-550。

各组份较佳的重量比为：

普通硅酸盐水泥 100

拜耳法赤泥 20-30

粉煤灰 20-25

纤维素醚 0.05-0.08

改性凹凸棒土 4-6

可再分散胶粉 2-4

减水剂 0.08-0.15

消泡剂 0.08-0.60

缓凝剂 0.04-0.08

河砂 410-480。

本发明中，所述普通硅酸盐水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。

本发明中，所述拜耳法赤泥其粒径为(5-15)μm，氮吸附测定的比表面积为(10000-20000)m²/kg，质量系数为1.1-1.6。

本发明中，所述粉煤灰其粒径为(35-45)μm，氮吸附测定的比表面积为(300-550)m²/kg，质量系数为1.2-1.7。

本发明中，所述纤维素醚为羟甲基丙基纤维素醚，其粘度为10000 mPa﹒s。

本发明中，所述改性凹凸棒土的细度为(200-300)目。

本发明中，所述可再分散胶粉是醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉，其平均粒径为400μm。

本发明中，所述减水剂是聚羧酸系减水剂。

本发明中，所述消泡剂是有机硅消泡剂。

本发明中，所述缓凝剂是羟基羧酸盐有机物。

本发明中，所述河砂为中砂，细度模数为2.3-2.5，堆积密度为(1250-1450) kg/m³。

本发明提出的掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆制备方法，具体步骤如下：

按前述重量比例准确称取普通硅酸盐水泥、拜耳法赤泥、粉煤灰、纤维素醚、改性凹凸棒土、可再分散胶粉、减水剂、消泡剂、缓凝剂和河砂，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。

本发明提出的一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆的使用方法，具体步骤如下：准确称取掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆和水，先将水加入搅拌机，随着搅拌机叶片转动，将掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆匀速投入搅拌机。搅拌均匀后即可施工。加水量为干混抹灰砂浆总质量的10%-15%。

本发明中普通硅酸盐水泥、拜耳法赤泥和粉煤灰是干混地面砂浆的胶凝材料。

拜耳法赤泥成分与水泥熟料相似，主要化学成分是SiO₂，CaO，Fe₂O₃，Al₂O₃，Na₂O，TiO₂和K₂O，其中Fe₂O₃及Al₂O₃含量高，Fe₂O₃可达总量的28%左右，Al₂O₃为总量的17%左右，碱含量及CaO含量相对较低。拜耳法赤泥的主要矿物组成是水化石榴石、钙霞石、钙钛矿、一水硬铝石和伊利石。有研究表明，在一定的掺量范围内，拜耳法赤泥掺入胶凝体系中，可以使水泥的水化程度得到提高，水化产物的增加提高了硬化浆体间的连接度，从而提高了砂浆的强度，尤其是早期强度。其次，拜耳法赤泥由于其粒径小和比表面积大而具有较高的表面活性，能够有效吸附拌合物中游离的水分子，可以有效改善砂浆拌合物的工作性能。另外，拜耳法赤泥粉体孔隙多、需水比高、强持水性的特点使得拜耳法赤泥地面砂浆拌合物的需水量增加，相对地改善了拌合物的保水性能。

粉煤灰水化过程比较缓慢，早期活性较低，其强度的黄金发展期在28d以后。与此同时，虽然粉煤灰中有大量的铝硅酸盐矿物，但是因为其中[SiO₄]^4-四面体聚合度高，所以活性较低。粉煤灰天然呈酸性，其活性成分在碱性条件下可以被激发，而拜耳法赤泥呈碱性，可以激发粉煤灰的火山灰活性。粉煤灰的水化主要是粉煤灰与水泥的水化产物氢氧化钙(Ca(OH)₂)之间的反应，与水泥的水化相互影响，相互促进。

本发明的干混地面砂浆中普通硅酸盐水泥、拜耳法赤泥以及粉煤灰三种胶凝材料配合使用，起到复合胶凝效应，达到优势互补的效果：利用拜耳法赤泥改善胶凝体系的早期强度；而利用粉煤灰弥补胶凝体系后期强度差的缺陷，这三者就形成一个强度发展的“梯队”，早期是拜耳法赤泥和水泥提供强度，后期是粉煤灰提供强度，这样就保证了胶凝体系的结构更够得到充分发展，致密度不断提高，强度能够持续的发展。拜耳法赤泥掺入到粉煤灰-水泥胶凝体系中具有两个方面的作用：一方面是拜耳法赤泥与水泥的反应，这个反应促进了水泥的水化反应速度；另一方面是拜耳法赤泥和水泥的水化产物Ca(OH)₂共同与粉煤灰的作用。实际上上述两个方面的作用是相互联系相互影响的，拜耳法赤泥在促进水泥水化的同时也促进了粉煤灰的水化。

本发明中，纤维素醚和改性凹凸棒土是干混地面砂浆的保水增稠材料，能够提高砂浆的粘稠性和保水性。

砂浆内的纤维素醚在水中溶解后，由于表面活性作用保证了胶凝材料在体系中有效地均匀分布，使砂浆体系更稳定。纤维素醚作为高分子长链物质，加入水泥胶凝体系后，使砂浆中的水分不易失去，并在较长的一段时间内逐步释放，赋予砂浆良好的保水性和工作性。与此同时，纤维素醚也是一种稳定剂，可以防止砂浆的离析和表层起皮的不利影响。

凹凸棒土是一种具纤维纹理层链状过渡结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。改性凹凸棒土是针状晶体纤维形成的错综交叉的束状集合体。集合体在砂浆中，能包裹砂子等大颗粒从而防止砂子在砂浆中的沉降。改性凹凸棒土可以提高砂浆的粘稠度、保水率和触变性。

本发明中，可再分散胶粉的加入能改善砂浆的抗折强度、粘结强度和耐磨损性，可降低砂浆的收缩率。水泥和可再分散胶粉这两种组分都具有胶结材料的功能，前者通过与拌和水的化学反应形成水化产物，后者通过干燥过程中成膜起作用。这种互补的胶结机理为整个体系提供了稳定性和安全性。

本发明中，减水剂的加入使得砂浆具有较高的流动性和稳定性。

本发明中，消泡剂的加入能减少新拌砂浆的含气量，提高抗压强度。

本发明中，缓凝剂的加入能调整凝结时间。

本发明利用拜耳法赤泥作为掺合料制备干混地面砂浆，具有流动性好、保水性好、黏聚性好，强度发展好、收缩小、不开裂、耐磨性好和耐久性好等特性。本发明产品不仅可以解决常见干混地面砂浆流动性差、易开裂、收缩大的问题；还可以充分利用拜耳法赤泥，变废为宝，降低地面砂浆制备成本，提高经济效益；同时，还可以缓解拜耳法赤泥堆放处理带来的环境污染和土地浪费问题；此外，拜耳法赤泥在地面砂浆中的应用，也可以缓解目前市场上优质混合材紧缺的问题。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1，一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，按普通硅酸盐水泥100，拜耳法赤泥15，粉煤灰15，纤维素醚0.03，改性凹凸棒土3，可再分散胶粉1，减水剂0.05，消泡剂0.06，缓凝剂0.02，河砂405的重量比配制而成。按干混砌筑砂浆总质量的10%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

实施例2，一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，按普通硅酸盐水泥100，拜耳法赤泥20，粉煤灰20，纤维素醚0.08，改性凹凸棒土5，可再分散胶粉4，减水剂0.10，消泡剂0.40，缓凝剂0.04，河砂450的重量比配制而成。按干混砌筑砂浆总质量的12%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

实施例3，一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，按普通硅酸盐水泥100，拜耳法赤泥40，粉煤灰30，纤维素醚0.10，改性凹凸棒土9，可再分散胶粉5，减水剂0.20，消泡剂0.60，缓凝剂0.10，河砂550的重量比配制而成。按干混砌筑砂浆总质量的15%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

表1 实施例性能测试结果

性能指标	实施例1	实施例2	实施例3
				稠度(mm)	50	54	52
凝结时间(min)	438	405	385
				保水率(%)	92.6	92.9	93.6
粘结强度(MPa)	0.8	0.9	0.9
				28d抗压强度(MPa)	28.5	28.6	27.8
28d抗折强度(MPa)	7.5	7.8	8.0
				28d收缩率(%)	0.042	0.040	0.044

Claims

1.一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，其特征在于由普通硅酸盐水泥、拜耳法赤泥、粉煤灰、纤维素醚、改性凹凸棒土、可再分散胶粉、减水剂、消泡剂、缓凝剂和河砂组成，各组分的重量比为：

普通硅酸盐水泥 100

拜耳法赤泥 15-40

粉煤灰 15-30

纤维素醚 0.03-0.10

改性凹凸棒土 3-9

可再分散胶粉 1-5

减水剂 0.05-0.20

消泡剂 0.06-0.60

缓凝剂 0.02-0.10

河砂 405-550。

2.根据权利要求1所述的一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，其特征在于各组份的重量比为：

普通硅酸盐水泥 100

拜耳法赤泥 20-30

粉煤灰 20-25

纤维素醚 0.05-0.08

改性凹凸棒土 4-6

可再分散胶粉 2-4

减水剂 0.08-0.15

消泡剂 0.08-0.60

缓凝剂 0.04-0.08

河砂 410-480。

3.根据权利要求1所述的一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，其特征在于所述普通硅酸盐水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。

4.根据权利要求1所述的一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，其特征在于所述拜耳法赤泥粒径为(5-15)μm，氮吸附测定的比表面积为(10000-20000) m²/kg，质量系数K为 1.1-1.6。

5.根据权利要求1所述的一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，其特征在于所述粉煤灰的粒径为(35-45)μm，氮吸附测定的比表面积为(300-550) m²/kg，质量系数K为1.2-1.7。

6.根据权利要求1所述的一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，其特征在于所述纤维素醚为羟甲基丙基纤维素醚，其粘度为10000mPa﹒s。

7.根据权利要求1所述的一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，其特征在于所述改性凹凸棒土的细度为(200-300)目。

8.根据权利要求1所述的一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，其特征在于所述可再分散胶粉是醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉，其平均粒径为400μm。

9.根据权利要求1所述的一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆，其特征在于所述减水剂是聚羧酸系减水剂，所述消泡剂是有机硅消泡剂，所述缓凝剂是羟基羧酸盐有机物，所述河砂为中砂，细度模数为2.3-2.5，堆积密度为(1250-1450)kg/m³。

10.一种如权利要求1所述的一种掺有拜耳法赤泥的干混地面砂浆的使用方法，其特征在于施工应用时的加水量为干混地面砂浆总质量的10%-15%。