CN110746158A - 制备无机人造石的高抗折强度水泥砂浆及制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了制备无机人造石的高抗折强度水泥砂浆及制备方法与应用。该水泥砂浆包括如下组分：矿渣20‑30份，硅灰20‑30份，水泥50‑60份，水胶比为0.18‑0.22，砂100‑120份。本发明实现了包括矿渣和硅灰工业固体废弃物的高效利用；养护28天的抗折强度均高于23MPa，抗压强度均超过120MPa，因此具有高抗折强度和抗压强度，可以应用于无机人造石的制备。

Description

制备无机人造石的高抗折强度水泥砂浆及制备方法与应用
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及制备无机人造石的高抗折强度水泥砂浆及其制备方法与应用。
背景技术
人造石是一种无放射性、无污染、可重复利用、绿色环保的建筑室内新型装饰材料。作为一种符合国家可持续发展的战略新型健康环保产品，于上世纪80年代引入国内市场。目前市场上销售的人造石有高分子树脂材料作为胶粘剂的有机型人造石，主要分为三类：人造大理石（简称为人造岗石）、人造石英石和亚克力，此外还包括由水泥作为胶粘剂的无机型人造石。我国在人造石行业虽然起步较晚，但经过二十多年的快速发展，目前在市场规模和应用普及率方面居世界前列。
目前市场上常见的树脂型人造石的主要胶结材料有机树脂在紫外线照射、冷热交替、酸碱环境等各种情况容易变性，导致其在使用过程中易出现老化、变色、变形等质量问题，通常情况使用年限约为5-6年。因树脂型人造石耐高温、耐火性差，因此不能用于温度偏高的灶台及防火等级要求较高的公共场所，也极少用于家庭装修，以上因素极大的限制了树脂人造石产品的应用领域。
无机人造石能有效地改善树脂型人造石的缺点。虽然我国对无机人造石材的研究较早，但对高性能无机型人造石材的研究一直都是空白。在20世纪80年代，国内众多科研院所对水泥基人造石材（水磨石）及菱苦土人造石材等无机型人造石材进行了研究，但由于其存在孔隙率较大、力学性能差等原因、接受度不广。“掺合料对水泥砂浆抗折性能的影响”中得到的试件28d抗折强度不超过9MPa。抗折强度较低的水泥砂浆在后续人造石的加工制备中容易破碎、断裂，导致成品率较低，因此提高水泥砂浆的抗折强度具有实际意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了制备无机人造石的高抗折强度水泥砂浆及制备方法与应用。
本发明的目的至少通过以下之一的技术方案实现。
制备无机人造石的高抗折强度水泥砂浆，按重量份数计，包括如下组分：
矿渣15-30份，硅灰15-30份，水泥50-60份，减水剂2-3份，水胶比为0.18-0.22，砂100-120份。
作为改进的是，所述水泥为P.W42.5白水泥或P.II42.5R级普通硅酸盐水泥。
作为改进的是，所述硅灰中,SiO2的含量为92.3%，Al2O3的含量为0.66%，CaO的含量为0.31%。
作为改进的是， 所述矿渣中，CaO的含量为38.32%，SiO2的含量为31.12%，Al2O3的含量为13.86%。
作为改进的是，所述减水剂，为固含量20%-40%的聚羧酸减水剂。
作为改进的是，所述砂为河砂，其粒径小于0.63mm。
所述高抗折强度水泥砂浆的制备方法，包括如下步骤：
（1）按所述质量份数，将矿渣、硅灰和水泥混合形成混合料；
（2）将砂投入步骤1中的混合料中搅拌混匀；
（3）将混合均匀的水和减水剂加入混合砂后的混合料中，搅拌后出料得所述高抗折强度水泥砂浆。
作为改进的是，所述步骤（1）中，矿渣、硅灰和水泥混合90-150s形成混合料。
作为改进的是，所述步骤（2）中，搅拌60-120s；所述步骤（3）中，搅拌240-540s。
所述高抗折强度水泥砂浆在制备无机人造石中的应用。
本发明通过掺杂矿渣、硅灰，改善无机颜料显色性，提高基体强度和耐磨性和耐酸碱的性能，并通过调节水胶比和减小砂的粒径，减小孔隙率，来制高抗折强度的适用于制备无机人造石的水泥砂浆。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）本发明实现了包括矿渣和硅灰工业固体废弃物的高效利用；
（2）本发明通过掺杂矿渣、硅灰，改善无机颜料显色性，通过调节水胶比和减小砂的粒径，减小孔隙率，提高基体强度和耐磨性和耐酸碱的性能，养护28天的抗折强度均高于23MPa，抗压强度均超过120MPa；既能有效地改善树脂型人造石材的缺点，又具有优异的装饰效果，同时还能达到有机型人造石高抗折强度，具有广泛的应用前景；
（3）本发明的高抗折强度的水泥砂浆，无需蒸养，制备工艺简单、低能耗、成本低。
附图说明
图1为实施例1、2、3中制得的高抗折强度水泥砂浆7d和28d的抗折强度结果；
图2为实施例1、2、3中制得的高抗折强度水泥砂浆7d和28d的抗压强度结果；
图3为实施例2、4中制得的高抗折强度水泥砂浆7d和28d的抗折强度结果；
图4为实施例2、4中制得的高抗折强度水泥砂浆7d和28d的抗压强度结果。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
以下实施例中所用的减水剂均为固含量20%的广东瑞安科技实业有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂。
实施例1
一种高抗折强度水泥砂浆，按重量份计，包括如下组分：矿渣20份，硅灰25份，水泥55份，减水剂3份，水15.6份（水胶比为0.18），砂113.3份。
其中，砂为河砂其粒径小于0.63mm；矿渣中，CaO的含量为38.32wt%，SiO2的含量为31.12wt%，Al2O3的含量为13.86wt%；硅灰中，SiO2的含量为92.3wt%，Al2O3的含量为0.66wt%，CaO的含量为0.31wt%；水泥为P.W42.5白水泥。
制备所述的高抗折强度水泥砂浆，包括如下步骤：
步骤1，按所述重量份，将矿渣、硅灰、水泥投入搅拌设备中混合120s；
步骤 2，将砂投入搅拌设备中混合干料60s；
步骤 3，将事先混合均匀的水和减水剂加入搅拌设备中，搅拌540s出料得水泥基材料；
步骤4，将水泥基材料放入40mm×40mm×160mm的模具，放入养护箱中，24h后脱模湿养7d和28d得到高抗折强度水泥砂浆。
经测试，由上述方法制得的高抗折强度的水泥砂浆7d的抗折强度为21.16MPa,抗压强度为109.69MPa；28d的抗折强度为26.48MPa,抗压强度为138.77MPa。
实施例2
一种高抗折强度水泥砂浆，按重量份计，包括如下组分：矿渣20份，硅灰25份，水泥55份，减水剂3份，水16.6份（水胶比为0.19），砂113.3份。
其中，砂为河砂其粒径小于0.63mm；矿渣中，CaO的含量为38.32wt%，SiO2的含量为31.12wt%，Al2O3的含量为13.86wt%;硅灰中，SiO2的含量为92.3wt%，Al2O3的含量为0.66wt%，CaO的含量为0.31wt%；水泥为P.W42.5白水泥。
制备所述的高抗折强度水泥砂浆，包括如下步骤：
步骤1，按所述重量份，将矿渣、硅灰、水泥投入搅拌设备中混合120s；
步骤2，将砂投入搅拌设备中混合干料60s；
步骤3，将事先混合均匀的水和减水剂加入搅拌设备中，搅拌540s出料得水泥基材料；
步骤4，将水泥基材料放入40mm×40mm×160mm的模具，放入养护箱中，24h后脱模湿养7d和28d得到高抗折强度水泥砂浆。
经测试，由上述方法制得的高抗折强度的水泥砂浆7d的抗折强度为19.76MPa,抗压强度为107.15MPa；28d的抗折强度为25.76MPa,抗压强度为126.7MPa。
实施例3
一种高抗折强度水泥砂浆，按重量份计，包括如下组分：矿渣25份，硅灰20份，水泥55份，减水剂3份，水19.6份（水胶比为0.22），砂113.3份。
其中，砂为河砂其粒径小于0.63mm；矿渣中，CaO的含量为38.32wt%，SiO2的含量为31.12wt%，Al2O3的含量为13.86wt%；硅灰中，SiO2的含量为92.3wt%，Al2O3的含量为0.66wt%，CaO的含量为0.31wt%；水泥为P.W42.5白水泥。
制备所述的高抗折强度水泥砂浆，包括如下步骤：
步骤1，按所述重量份，将矿渣、硅灰、水泥投入搅拌设备中混合120s；
步骤 2，将砂投入搅拌设备中混合干料60s；
步骤 3，将事先混合均匀的水和减水剂加入搅拌设备中，搅拌540s出料得水泥基材料；
步骤4，将水泥基材料放入40mm×40mm×160mm的模具，放入养护箱中，24h后脱模湿养7d和28d得到高抗折强度水泥砂浆。
经测试，由上述方法制得的高抗折强度的水泥砂浆7d的抗折强度为19.27MPa,抗压强度为98.64MPa；28d的抗折强度为23.90MPa,抗压强度为120.67MPa。
由图1和图2可以看出，水泥、硅灰、矿渣和砂含量相同的情况下，水泥砂浆的抗压、抗折强度随着水胶比的减小而增大。
实施例4
一种高抗折强度水泥砂浆，按重量份计，包括如下组分：矿渣25份，硅灰20份，水泥55份，减水剂3份，水16.6份（水胶比为0.19），砂113.3份。
其中，砂为河砂其粒径小于0.63mm；矿渣中，CaO的含量为38.32wt%，SiO2的含量为31.12wt%，Al2O3的含量为13.86wt%;硅灰中，SiO2的含量为92.3wt%，Al2O3的含量为0.66wt%，CaO的含量为0.31wt%;水泥为P.W42.5白水泥。
制备所述的高抗折强度水泥砂浆，包括如下步骤：
步骤1，按所述重量份，将矿渣、硅灰、水泥投入搅拌设备中混合120s；
步骤 2，将砂投入搅拌设备中混合干料60s;
步骤 3，将事先混合均匀的水和减水剂加入搅拌设备中，搅拌540s出料得水泥基材料；
步骤4，将水泥基材料放入40mm×40mm×160mm的模具，放入养护箱中，24h后脱模湿养7d和28d得到高抗折强度水泥砂浆。
经测试，由上述方法制得的高抗折强度的水泥砂浆7d的抗折强度为22.25MPa,抗压强度为110.92MPa；28d的抗折强度为26.13MPa,抗压强度为131.81MPa。
由图3、图4可以看出，水泥、砂、水胶比含量相同，矿渣和硅灰含量不同的情况下，水泥砂浆前期的抗压、抗折强度有所差异，后期强度接近。
实施例5
一种高抗折强度水泥砂浆，按重量份计，包括如下组分：矿渣30份，硅灰20份，水泥50份，减水剂3份，水17.6份（水胶比为0.20），砂113.3份。
其中，砂为河砂其粒径小于0.63mm；矿渣中，CaO的含量为38.32wt%，SiO2的含量为31.12wt%，Al2O3的含量为13.86wt%；硅灰中，SiO2的含量为92.3wt%，Al2O3的含量为0.66wt%，CaO的含量为0.31wt%；水泥为P.W42.5白水泥。
制备所述的高抗折强度水泥砂浆，包括如下步骤：
步骤1，按所述重量份，将矿渣、硅灰、水泥投入搅拌设备中混合120s；
步骤 2，将砂投入搅拌设备中混合干料60s；
步骤 3，将事先混合均匀的水和减水剂加入搅拌设备中，搅拌540s出料得水泥基材料；
步骤4，将水泥基材料放入40mm×40mm×160mm的模具，放入养护箱中，24h后脱模湿养7d和28d得到高抗折强度水泥砂浆。
经测试，由上述方法制得的高抗折强度的水泥砂浆7d的抗折强度为19.55MPa,抗压强度为100.64MPa；28d的抗折强度为23.95MPa,抗压强度为122.77MPa。
实施例6
一种高抗折强度水泥砂浆，按重量份计，包括如下组分：矿渣20份，硅灰20份，水泥60份，减水剂2份，水17.6份（水胶比为0.192），砂113.3份。
其中，砂为河砂其粒径小于0.63mm；矿渣中，CaO的含量为38.32wt%，SiO2的含量为31.12wt%，Al2O3的含量为13.86wt%；硅灰中，SiO2的含量为92.3wt%，Al2O3的含量为0.66wt%，CaO的含量为0.31wt%；水泥为P.W42.5白水泥。
制备所述的高抗折强度水泥砂浆，包括如下步骤：
步骤1，按所述重量份，将矿渣、硅灰、水泥投入搅拌设备中混合120s；
步骤 2，将砂投入搅拌设备中混合干料60s；
步骤 3，将事先混合均匀的水和减水剂加入搅拌设备中，搅拌540s出料得水泥基材料；
步骤4，将水泥基材料放入40mm×40mm×160mm的模具，放入养护箱中，24h后脱模湿养7d和28d得到高抗折强度水泥砂浆。
经测试，由上述方法制得的高抗折强度的水泥砂浆7d的抗折强度为19.15MPa,抗压强度为98.20MPa；28d的抗折强度为24.20MPa,抗压强度为123.37MPa。
由实例1、2、3、4、5、6可知按上述实施例所制得的水泥砂浆7d的抗折强度均高于19MPa，最高值为22.25MPa,28d的抗折强度均高于23MPa,最高值为26.48MPa；7d的抗压强度均高于98MPa，最高值为110.92MPa,28d的抗压强度均超过120MPa,最高值为138.77MPa。由该方法制得的水泥砂浆，在保证高抗压强度的情况下，抗折强度已超过一般的树脂型人造石英石。高抗折强度的水泥砂浆在制备无机人造石过程中，使材料不易断裂，不易破损，更易加工成型，具有更长的使用寿命。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.制备无机人造石的高抗折强度水泥砂浆，其特征在于，按质量份数计，包括如下组分：矿渣15-30份，硅灰15-30份，水泥50-60份，减水剂2-3份，水胶比为0.18-0.22，砂100-120份。
2.根据权利要求1所述的高抗折强度水泥砂浆，其特征在于，所述水泥为P.W42.5白水泥或P.II42.5R级普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的高抗折强度水泥砂浆，其特征在于，按质量份数计，所述硅灰中，SiO2的含量为92.3%，Al2O3的含量为0.66%，CaO的含量为0.31%。
4.根据权利要求1所述的高抗折强度水泥砂浆，其特征在于，按质量份数计，所述矿渣中，CaO的含量为38.32%，SiO2的含量为31.12%，Al2O3的含量为13.86%。
5.根据权利要求1所述的高抗折强度水泥砂浆，其特征在于，所述减水剂为固含量为20%-40%的聚羧酸减水剂。
6.根据权利要求1所述的高抗折强度水泥砂浆，其特征在于，所述砂为河砂，粒径小于0.63mm。
7.权利要求1-6任一项所述高抗折强度水泥砂浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按所述质量份数，将矿渣、硅灰和水泥混合形成混合料；
（2）将砂投入步骤1中的混合料中搅拌混匀；
（3）将混合均匀的水和减水剂加入混合砂后的混合料中，搅拌后出料得所述高抗折强度水泥砂浆。
8.根据权利要求7所述的成型方法，其特征在于，所述步骤（1）中，矿渣、硅灰和水泥混合90-150s形成混合料。
9.根据权利要求7所述的成型方法，其特征在于，所述步骤（2）中，搅拌60-120s；所述步骤（3）中，搅拌240-540s。
10.权利要求1-6任一项所述高抗折强度水泥砂浆在制备无机人造石中的应用。
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