CN104803646A

CN104803646A - 一种磷渣粉微膨胀灌浆材料及其使用方法

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Publication number: CN104803646A
Application number: CN201510173951.3A
Authority: CN
Inventors: 孙振平
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2015-07-29

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种磷渣粉微膨胀灌浆材料及其使用方法。由硅酸盐水泥、河砂、磷渣粉、矿渣粉、磷渣粉活性激发剂、煅烧氧化镁、脂膜氧化钙、聚丙烯纤维、木纤维、改性凹凸棒土、消泡剂和减水剂制备而成。本发明中磷渣粉平均粒径为(30-40)μm，其氮吸附测定的比表面积为（350-400）m²/kg，质量系数K为1.3-1.4，具有一定的潜在火山灰活性；本发明的磷渣粉微膨胀灌浆材料在工地现场直接加水搅拌均匀后即可使用，具有流动性好、保水性好、有一定塑形膨胀、强度高、微膨胀和抗裂性优等特性。本发明产品适用于设备安装基础二次灌浆、预制钢筋混凝土大板和梁柱连接处的加强灌浆等。

Description

一种磷渣粉微膨胀灌浆材料及其使用方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种磷渣粉微膨胀灌浆材料及其使用方法。

背景技术

设备安装后，通常要对设备底座与基础之间的间隙进行灌浆处理，地脚螺栓旋紧处留下的空隙也需进行灌浆。随着住宅产业化的发展和推进，钢筋混凝土预制墙体、楼面和梁柱将成为建筑的主要要素，这些建筑要素在工地现场“拼装”后所产生的空隙也需要进行灌浆加强和防水处理。灌浆材料要求流动性好、流动性保持性优良，浇筑后产生一定量的塑形膨胀，硬化后早期强度发展快，并伴随有一定量的体积膨胀，以抵抗后期的干燥收缩。这种多重的技术要求，对产品的研制提出了很高要求。

磷渣是高温电炉提炼黄磷过程中排放的一种工业废渣。工业上每生产1t黄磷，大约产生(8-10)t磷渣。我国2012年（1-12）月共开采磷矿石9529.46万t，生产近900万t磷，产生的磷渣达9000多万t。加上历年的累积，存量惊人！如此大量磷渣，目前主要以工业废弃物的形式堆放处理，不仅占用大量土地，而且污染堆放附近的土壤和水体。电炉法制备黄磷以磷矿石作为原料，以焦炭作为磷的还原剂，以硅石作为磷的成渣剂。提炼黄磷时，成渣剂中SiO₂熔点降低，在（1350-1400）℃与磷矿石中的钙化合，形成以硅酸钙为主要成分的熔融炉渣，经高压水淬处理，形成颗粒状磷渣。经高压水淬处理的磷渣，主要以玻璃体形式存在，而且其主要化学组分与矿粉和粉煤灰相似，都是SiO₂，CaO和Al₂O₃等化合物。磨细的磷渣具有一定的潜在活性，可以作为掺合料使用。

磷渣中所存留的P₂O₅是水泥基材料理想的缓凝组分，而微膨胀灌浆材料在塑性阶段也需要一定的缓凝和流动性保持性，本发明较好地资源化应用了磷矿渣，利用了磷渣粉中的P₂O₅的缓凝作用，同时利用了凹凸棒土初始吸水膨胀特性和煅烧氧化镁、脂膜生石灰的后期膨胀特性，使灌浆材料不仅在早期有塑性膨胀，而且后期有一定的膨胀和补偿收缩效应，满足了结构和使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备成本低，流动性好，保水性能好，塑性阶段和硬化阶段均可产生一定体积膨胀的磷渣粉微膨胀灌浆材料及其使用方法。

本发明提出的一种磷渣粉微膨胀灌浆材料，由硅酸盐水泥、河砂、磷渣粉、矿渣粉、磷渣粉活性激发剂、煅烧氧化镁、脂膜氧化钙、聚丙烯纤维、木纤维、改性凹凸棒土、消泡剂和减水剂组成，各组分的重量比为：

硅酸盐水泥 100

河砂 200-400

磷渣粉 50-130

矿渣粉 30-150

磷渣粉活性激发剂 2-12

煅烧氧化镁 3-20

脂膜氧化钙 3-30

聚丙烯纤维 0.1-0.5

木纤维 0.05-0.3

改性凹凸棒土 2-25

消泡剂 0.01-0.3

减水剂 0.1-0.8；

所述磷渣粉平均粒径为（30-40）μm，其氮吸附测定的比表面积为（350-400）m²/kg，质量系数K为1.3-1.4。

各组份较佳的重量比为：

硅酸盐水泥 100

河砂 220-360

磷渣粉 55-120

矿渣粉 40-130

磷渣粉活性激发剂 3-10

煅烧氧化镁 3-18

脂膜氧化钙 3-21

聚丙烯纤维 0.2-0.5

木纤维 0.08-0.2

改性凹凸棒土 4-20

消泡剂 0.02-0.2

减水剂 0.2-0.8。

本发明中，所述硅酸盐水泥为52.5级R型硅酸盐水泥或42.5级R型硅酸盐水泥中的一种。

本发明中，所述河砂属于中砂，细度模数为2.2-3.2，堆积密度为（1350-1450） kg/m³。

本发明中，所述矿渣粉平均粒径为（30-70）μm，氮吸附测定的比表面积为（300-500）m²/kg，质量系数K为1.9-2.1。

本发明中，所述磷渣粉激发剂是由电石渣、脱硫石膏、硅酸钠、硫酸铝和氢氧化纳按照1: 0.75: 0.75: 0.5: 0.5的质量比例复配而成。

本发明中，所述煅烧氧化镁是由碳酸镁矿在(600-1200)^oC温度下煅烧而成，氧化镁质量比例为大于等于85%。

本发明中，所述脂膜氧化钙为氧化钙与硬脂酸盐混合后磨细而成，氧化钙质量比例大于等于96%，硬脂酸盐质量比例大于等于0.1%。

本发明中，所述聚丙烯纤维长度为（6-12）mm。

本发明中，所述木纤维长度为（2-4）mm。

本发明中，所述改性凹凸棒土细度为（200-300）目。

本发明中，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。

本发明中，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率大于等于28%。

本发明提出的一种磷渣粉微膨胀灌浆材料的制备方法，具体步骤如下：按前述重量比例称取硅酸盐水泥、河砂、磷渣粉、矿渣粉、磷渣粉活性激发剂、煅烧氧化镁、脂膜氧化钙、聚丙烯纤维、木纤维、改性凹凸棒土、消泡剂和减水剂，投入搅拌机，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。

本发明提出的一种磷渣粉微膨胀灌浆材料的使用方法，具体步骤如下：准确称取磷渣粉微膨胀灌浆材料和水，先将水加入搅拌机，随着搅拌机叶片转动，将磷渣粉微膨胀灌浆材料匀速投入搅拌机。搅拌至少3min且致其均匀后即可施工。加水量为本发明材料重量的10%-20%。

本发明中，普通硅酸盐水泥、矿渣粉和磷渣粉作为胶凝材料，改性凹凸棒土作为保水增稠材料和塑性膨胀材料(改性凹凸棒土亦具有一定的水化胶凝作用)，河砂作为集料，磷渣粉活性激发剂用来激发磷渣的活性，煅烧氧化镁和脂膜氧化钙作为膨胀剂，聚丙烯纤维和木纤维作为增韧抗裂材料，减水剂作为增强流动性的材料，消泡剂作为消除拌合物中大气泡的材料。

矿渣粉成分与水泥熟料相似，其中SiO₂，CaO和Al₂O₃总含量约达90%，主要以硅酸盐和铝酸盐的玻璃体形式存在，其平均粒径为（30-70）μm，所以活性很高，其水化生成的水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶能够促进体系的强度发展。磷渣粉的成分与矿渣粉相似，其中SiO₂，CaO和Al₂O₃总含量约达80%，主要以硅酸盐的玻璃体形式存在，其平均粒径为（30-40）μm，所以具有一定的潜在火山灰活性。而且磷渣粉中含有的P₂O₅能引起胶凝体系的缓凝，刚好能够起到调节灌浆材料凝结时间的作用。磷渣粉抑制了水泥早期水化，使得水化反应得以缓慢进行，这样反而使得晶体“生长发育”得更好，水化产物的质量提高。这样，含有磷渣粉的胶凝体系的后期结构更加紧密，晶体生长更加完整，灌浆材料内部孔隙率下降，后期化学收缩减小。磷渣粉活性激发剂充分利用碱激发、硫酸盐激发以及复合激发作用来激发磷渣粉的活性，改善磷渣粉的掺入对砂浆性能的不利影响。

本发明中硅酸盐水泥、矿渣粉以及磷渣粉三种胶凝材料配合使用，可以起到复合胶凝的效应，达到优势互补的效果：利用矿渣粉改善胶凝体系的早期强度；而利用磷渣粉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”，早期是硅酸盐水泥和矿渣粉提供强度，后期则是磷渣粉提供强度，这样就保证了胶凝体系的结构能够得到充分发展，致密度不断提高，强度能够持续发展。

本发明中煅烧氧化镁的水化产物为氢氧化镁，氢氧化镁结晶生长产生2-3倍的膨胀。脂膜生石灰在水泥浆体碱性环境作用下，生石灰表面起憎水作用的硬脂酸盐发生皂化反应而脱除，这时生石灰得以水化生成氢氧化钙而产生膨胀。

本发明中改性凹凸棒土作为吸水膨胀材料，在一接触水开始就大量吸水(自身体积的100-200倍)，并产生体积膨胀，满足灌浆材料的塑性膨胀指标要求。而且，改性凹凸棒土吸水持水后，提高了灌浆材料的粘度和保水性能，使灌浆材料体系更稳定。

本发明中聚丙烯纤维和木纤维主要用于降低灌浆材料的脆性，减少灌浆材料塑性收缩，提高灌浆材料的韧性、抗冲击性能和抗裂性能。纤维在灌浆材料中呈三维乱向分布，当灌浆材料中一旦有裂缝产生时，纤维与裂缝的前端相交，可以削弱甚至消除裂缝引起的拉应力，使裂缝的发展得到有效的控制。木纤维具有一定的柔韧性，木纤维在灌浆材料的凝结硬化过程中抑制了收缩，提高了灌浆材料的抗干缩开裂性，改善灌浆材料的组织结构，从而使灌浆材料成为具有一定韧性的结构体。

减水剂的加入可以降低灌浆材料用水量，提高其流变性及可塑性，使灌浆材料结构密实，强度提高，收缩减少，寿命延长。消泡剂可以减少灌浆材料拌制中减水剂引入的气泡和水泥颗粒间的堆积空隙等有害孔，提高体系的密度、强度和光洁度。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1，一种磷渣粉微膨胀灌浆材料，按52.5级R型硅酸盐水泥100，河砂400，磷渣粉130，矿渣粉30，磷渣粉活性激发剂12，煅烧氧化镁20，脂膜氧化钙20，聚丙烯纤维0.5，木纤维0.3，改性凹凸棒土20，消泡剂0.3，减水剂0.8的重量比配制而成。按照磷渣粉微膨胀灌浆材料重量的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2，一种磷渣粉微膨胀灌浆材料，按42.5级R型硅酸盐水泥100，河砂200，磷渣粉50，矿渣粉150，磷渣粉活性激发剂2，煅烧氧化镁3，脂膜氧化钙30，聚丙烯纤维0.3，木纤维0.05，改性凹凸棒土2，消泡剂0.01，减水剂0.4的重量比配制而成。按照磷渣粉微膨胀灌浆材料重量的15%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

实施例3，一种磷渣粉微膨胀灌浆材料，按52.5级R型硅酸盐水泥100，河砂300，磷渣粉100，矿渣粉100，磷渣粉活性激发剂8，煅烧氧化镁15，脂膜氧化钙3，聚丙烯纤维0.1，木纤维0.2，改性凹凸棒土25，消泡剂0.1，减水剂0.1的重量比配制而成。按照磷渣粉微膨胀灌浆材料重量的20%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

Claims

1.一种磷渣粉微膨胀灌浆材料，其特征在于由硅酸盐水泥、河砂、磷渣粉、矿渣粉、磷渣粉活性激发剂、煅烧氧化镁、脂膜氧化钙、聚丙烯纤维、木纤维、改性凹凸棒土、消泡剂和减水剂组成，各组分的重量比为：

硅酸盐水泥 100

河砂 200-400

磷渣粉 50-130

矿渣粉 30-150

磷渣粉活性激发剂 2-12

煅烧氧化镁 3-20

脂膜氧化钙 3-30

聚丙烯纤维 0.1-0.5

木纤维 0.05-0.3

改性凹凸棒土 2-25

消泡剂 0.01-0.3

减水剂 0.1-0.8；

2.根据权利要求1所述的一种磷渣粉微膨胀灌浆材料，其特征在于各组份的重量比为：

硅酸盐水泥 100

河砂 220-360

磷渣粉 55-120

矿渣粉 40-130

磷渣粉活性激发剂 3-10

煅烧氧化镁 3-18

脂膜氧化钙 3-21

聚丙烯纤维 0.2-0.5

木纤维 0.08-0.2

改性凹凸棒土 4-20

消泡剂 0.02-0.2

减水剂 0.2-0.8。

3.根据权利要求1所述的一种磷渣粉微膨胀灌浆材料，其特征在于所述硅酸盐水泥为52.5级R型硅酸盐水泥或42.5级R型硅酸盐水泥中的一种，所述河砂属于中砂，细度模数为2.2-3.2，堆积密度为（1350-1450）kg/m³。

4.根据权利要求1所述的一种磷渣粉微膨胀灌浆材料，其特征在于所述矿渣粉平均粒径为（30-70）μm，氮吸附测定的比表面积为（300-500）m²/kg，质量系数K为1.9-2.1。

5.根据权利要求1所述的一种磷渣粉微膨胀灌浆材料，其特征在于所述磷渣粉激发剂是由电石渣、脱硫石膏、硅酸钠、硫酸铝和氢氧化纳按照1: 0.75: 0.75: 0.5: 0.5的质量比例复配而成。

6.根据权利要求1所述的一种磷渣粉微膨胀灌浆材料，其特征在于所述煅烧氧化镁是由碳酸镁矿在(600-1200)^oC温度下煅烧而成，氧化镁质量比例为大于等于85%，所述脂膜氧化钙为氧化钙与硬脂酸盐混合后磨细而成，氧化钙质量比例大于等于96%，硬脂酸盐质量比例大于等于0.1%。

7.根据权利要求1所述的一种磷渣粉微膨胀灌浆材料，其特征在于所述聚丙烯纤维长度为（6-12）mm，所述木纤维长度为（2-4）mm，所述改性凹凸棒土细度为（200-300）目，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率大于等于28%。

8.一种如权利要求1所述的磷渣粉微膨胀灌浆材料的使用方法，其特征具体步骤如下：准确称取磷渣粉微膨胀灌浆材料和水，先将水加入搅拌机，随着搅拌机叶片转动，将磷渣粉微膨胀灌浆材料匀速投入搅拌机，搅拌至少3min且致其均匀后即可施工，加水量为磷渣粉微膨胀灌浆材料重量的10%-20%。