CN111825406A - 一种磷石膏基自流平砂浆 - Google Patents

一种磷石膏基自流平砂浆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磷石膏基自流平砂浆，所述磷石膏基自流平砂浆由以下原料组成：α型高强石膏30～50份，建筑石膏粉0～20份，机制砂5～15份，磷矿尾矿渣35～45份，粉煤灰1～5份，水泥0.1～0.5份，减水剂0.1～0.2份，保水剂0.05～0.1份，消泡剂0.05～0.1份，可再分散乳胶粉0.05～0.1份。本磷石膏基自流平砂浆以大宗工业固体废弃物磷石膏以及磷矿尾矿渣作为主要胶凝材料和骨料，实现了固体废弃物的资源化、价值化利用，减少了其对土壤、水资源的污染，节约了土地资源，并且降低了自流平的综合成本。其流动性能良好，其较优实施例在1:5左右的水灰比下即可拥有较好的流动度，自然条件下1d内即可形成较高强度；其烘干后抗折强度达到8Mpa以上，抗压强度达到30Mpa以上，且具有良好的耐火保温性能。

Description

一种磷石膏基自流平砂浆
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种磷石膏基自流平砂浆。
背景技术
磷石膏是湿法磷酸生产过程产生的固体副产物，每生产1吨五氧化二磷会产生4～5吨磷石膏，全国各地的磷石膏堆存总量已超过6亿吨，且每年以约5000万吨的速度在增长。现国内磷石膏平均利用率不足50，磷石膏的大量堆存不仅占用土地资源，而且磷石膏中存在的磷、氟等杂质会随雨水冲刷进入土壤，从而对土壤和地下水造成污染。但将磷石膏进行净化处理后，可用于生产建筑石膏粉以及α型高强石膏，再生产出各类石膏建材，是磷石膏消纳的重要途径。
磷矿尾矿渣是是磷矿采矿与选矿过程中废弃的品位过低的磷矿石矿渣。其目前缺乏有效的利用途径，并大量堆放在尾矿库中。
石膏基自流平砂浆是以半水或无水石膏为主要胶凝材料，掺加细骨料、填料及添加剂组成，与水搅拌后具有流动性或稍加辅助性铺摊就能流动找平的地面用材料。它具有良好的流动性及稳定性，且早期强度高，施工速度快，劳动强度低，是现代建筑地面施工的重要发展方向。
与传统水泥基自流平相比，石膏基自流平在凝结硬化过程中会发生微膨胀，不会出现因过度收缩产生的开裂现象；由于石膏材料凝结硬化快，石膏基自流平材料在短时间内即可形成较高的强度并上人，无需长时间养护。硬化后的石膏基自流平具有良好的保温性能，可用作地暖***中的找平材料，其具有自呼吸功能，能够自动调节空气中的水分含量，提高居住的舒适度。但石膏作为气硬性胶凝材料，其最终强度与水泥相比存在较大差距，目前大部分以纯建筑石膏粉作为胶凝材料的石膏基自流平需要通过加入多种外加剂以改进其性能，并且需要优质河砂或石英砂作为骨料以保证产品性能，在加大成本与原料开采难度的同时，其强度和耐水性仍然不够理想。
在中国专利201510054945.6中，公开了一种磷石膏基自流平砂浆及其制备方法，以α型高强石膏与建筑石膏粉为胶凝材料，使用细河砂作为骨料，复配少量石膏晶须、水泥、矿粉以及3类外加剂所制备自流平材料。该方法使用了α型高强石膏，但以细河砂作为骨料，成本偏高且不利于环保，且产品干强度低于25Mpa。
在中国专利201710226715.2中，公开了一种磷石膏基自流平砂浆，该自流平材料同样是以磷石膏作为主要原料，干抗压强度达到30Mpa，其所用的骨料为150目左右的石英砂，同样面临成本较高、开采困难的问题。
基于上述背景，本发明研发了一种单独使用磷石膏生产的α型高强石膏或复合使用磷石膏生产的α型高强石膏与建筑石膏粉共同作为胶凝材料的磷石膏基自流平砂浆的制备方法，具有较少的用水量和更高的强度，且主要原料磷石膏和主要骨料磷矿尾矿渣均为固体工业废弃物，原料成本低，产品综合性能高，实现了工业固废的资源化、价值化利用，节约资源，造福环境。
发明内容
本发明提供一种磷石膏基自流平砂浆，其制备原料包括：α型高强石膏、建筑石膏粉、机制砂、磷矿尾矿渣、粉煤灰、水泥、减水剂、保水剂、消泡剂和可再分散乳胶粉。
作为本发明的一种实施方式，其由包括如下重量份的原料组成：α型高强石膏30～50份，建筑石膏粉0～20份，机制砂5～15份，磷矿尾矿渣35～45份，粉煤灰1～5份，水泥0.1～0.5份，减水剂0.1～0.2份，保水剂0.05～0.1份，消泡剂0.05～0.1份，可再分散乳胶粉0.05～0.1份。
作为本发明的一种实施方式，所述α型高强石膏的强度等级高于JC/T 2038-2010《α型高强石膏》中规定的α25等级要求。
作为本发明的一种实施方式，所述机制砂的粒径小于2.36mm；其细度模数为2.0～3.0。
作为本发明的一种实施方式，所述磷矿尾矿渣的粒径小于0.30mm。
作为本发明的一种实施方式，所述水泥为硅酸盐水泥或铝酸盐水泥。
作为本发明的一种实施方式，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
作为本发明的一种实施方式，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚。
作为本发明的一种实施方式，所述消泡剂为碳氢化合物、聚乙二醇和非结晶性二氧化矽组成的粉末消泡剂。
作为本发明的一种实施方式，所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉。
有益效果：
与现有石膏基自流平材料相比，其主要原料磷石膏与磷矿尾矿渣皆为大宗固废，现了固废资源的循环利用；使用机制砂调节骨料的级配，不需开采天然河砂，利于环保；实且产品流动度佳、强度高，各项指标均高于现行行标JC/T 1023-2007《石膏基自流平砂浆》中要求，其中较优产品的干抗压强度能达到30Mpa以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做更详细的描述说明。对本发明实施例中的技术方案进行清楚的描述，显然描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种磷石膏基自流平砂浆，其制备原料包括：α型高强石膏、建筑石膏粉、机制砂、磷矿尾矿渣、粉煤灰、水泥、减水剂、保水剂、消泡剂和可再分散乳胶粉。
作为本发明的一种实施方式，其由包括如下重量份的原料组成：α型高强石膏30～50份，建筑石膏粉0～20份，机制砂5～15份，磷矿尾矿渣35～45份，粉煤灰1～5份，水泥0.1～0.5份，减水剂0.1～0.2份，保水剂0.05～0.1份，消泡剂0.05～0.1份，可再分散乳胶粉0.05～0.1份。
α型高强石膏
本发明中，所述α型高强石膏是以水洗磷石膏为原料，蒸压转晶制得，其初凝时间在20～40min，强度等级高于JC/T 2038-2010《α型高强石膏》中规定的α25等级要求。
建筑石膏粉
本发明中，所述建筑石膏粉是以水洗磷石膏为原料，经烘干--煅烧二步法制得，各项指标满足国标GB/T 9776-2008《建筑石膏粉》中2.0以上等级要求。
使用α型高强石膏与建筑石膏粉混合作为胶凝材料，α型高强石膏结晶度好，晶体呈棱柱状，其需水量少，强度高；建筑石膏粉以结晶度较差的β型半水石膏为主要成分，其凝结硬化快、需水量大、强度相对较低，但生产便捷，成本低。将二者混合使用能使自流平材料在具有较高强度的前提下尽量降低其成本。
机制砂
本发明中，所述机制砂的粒径小于2.36mm，且其细度模数为2.0～3.0。
本发明中，所述机制砂主要粒径为0.3mm～0.35mm。
磷矿尾矿渣
本发明中，所述磷矿尾矿渣是磷矿采矿与选矿过程中产生的工业固体废弃物。
本发明中，所述磷矿尾矿渣的粒径小于0.30mm；且所述磷矿尾矿渣的粒径主要在0.05～0.10mm。
作为本发明的一种实施方式，所述磷矿尾矿渣为球状细砂。
本发明中，使用机制砂与磷矿尾矿渣混合作为骨料。现有的自流平材料多使用河砂作为主要骨料，但近年来河砂的开采受到限制，成本持续升高。机制砂使用山石为原料，经过机器粉碎制成，开采不污染环境，生产成本低，但其颗粒形状不如河砂圆润光滑，流动性不佳且级配较差。磷矿尾矿渣为湿法磷酸工艺的另一固废，目前缺乏有效的利用途径，其呈微珠状，平均粒径在0.30mm以下，拥有较好的流动性能，但不能直接作为骨料使用。将机制砂与磷矿尾矿渣混合作为骨料，通过调节二者的使用比例来调整级配，则能够制备出流动度好、表面光滑平整的自流平材料。
粉煤灰
本发明中，所述粉煤灰为空心微珠，且其主要粒径范围为1～100μm；且80％的粒径范围为80～90μm；且20％的粒径范围为10～80μm。
水泥
本发明中，所述水泥为普通硅酸盐水泥或铝酸盐水泥。
粉煤灰颗粒多为空心微珠，能适当改善自流平的流动度，且成本低廉，有助于降低自流平材料的整体成本。此外，由于粉煤灰的主要成分为非晶态的活性SiO2，其与水泥中的Al2O3以及水泥水化后产生的Ca(OH)2共同作用生成钙矾石(3CaO﹒Al2O3﹒3CaSO4﹒32H2O)，填充在材料空隙中，从而补偿自流平在干燥过程中产生的体积收缩，减小自流平的收缩率。此外，水泥作为水硬性胶凝材料，能够在一定程度上改善石膏基材料的耐水性能。水泥以快硬早强的铝酸盐水泥使用效果较佳，其掺量不宜过多，否则对石膏的水化硬化过程影响较大，不利于后期强度的形成。
减水剂
减水剂是一种在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，能减少拌合用水量的混凝土外加剂。大多属于阴离子表面活性剂，有木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛聚合物等。加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；或减少单位水泥用量，节约水泥。
本发明中，所述减水剂选自FDN减水剂和聚羧酸系减水剂；更加优选为聚羧酸系高效减水剂。
保水剂
本发明中，所述保水剂选自甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、氰乙基纤维素、苄基氰乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和苯基纤维素、改性淀粉中的一种或几种。
作为本发明的一种实施方式，所述保水剂选自低粘度的羟丙基甲基纤维素醚。
作为本发明的一种优选方式，所述低粘度的羟丙基甲基纤维素醚的粘度为100-1000mPa.s。
消泡剂
本发明中，所述消泡剂为碳氢化合物、聚乙二醇和非结晶性二氧化硅组成的粉末消泡剂。
可再分散乳胶粉
本发明中，所述可再分散乳胶粉选自醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉、乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯均聚胶粉。
作为本发明的一种优选方式，所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉。
聚羧酸减水剂主要通过主链上的羧基基团提供静电斥力作用，侧链上的聚醚结构提供空间位阻作用，从而增强自流平材料的流动性能，减少用水量，提高强度。此外，根据聚羧酸类减水剂的主链聚合度、侧链长度、酸醚比的不同，部分聚羧酸类减水剂也能影响石膏的凝结时间，起到缓凝作用。低黏度纤维素醚的作用在于减小自流平的失水速率，增强其保水性能，并尽量减少对自流平流动性能的影响。消泡剂的作用在于降低材料的表面张力，从而抑制使用减水剂以及搅拌产生的气泡。可再分散乳胶粉遇水后生成连续的薄膜，形成互穿网膜结构，起到胶结作用，提高自流平的抗渗性以及耐水性。
下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种磷石膏基自流平砂浆的制备方法，由以下按重量份组分组成：
α型高强石膏50份，建筑石膏粉0份，机制砂18份，磷矿尾矿渣30份，粉煤灰2份，水泥0.3份，减水剂0.10份，保水剂0.05份，消泡剂0.08份，可再分散乳胶粉0.05份。其中α型高强石膏强度达到α40等级要求。
将上述磷石膏基自流平砂浆按照水灰比0.22加水搅匀，制得自流平浆料进行施工。
其中，所述机制砂的粒径小于2.36mm，主要粒径为0.3mm～0.35mm；其细度模数为2.0～3.0。
所述磷矿尾矿渣的粒径小于0.30mm；且所述磷矿尾矿渣的粒径主要在0.05～0.10mm；且为球状细砂。
所述粉煤灰为空心微珠，且其主要粒径范围为1～100μm；且80％的粒径范围为80～90μm；且20％的粒径范围为10～80μm。
所述水泥为普通硅酸盐水泥。
所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，具体为购买自广东龙湖科技股份有限公司的P29减水剂。
所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚，25℃下其黏度为500mPa.s，购买自广东龙湖科技股份有限公司。
所述消泡剂为碳氢化合物、聚乙二醇和非结晶性二氧化矽组成的粉末消泡剂P803，产自德国明凌化工。
所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉，具体为德国瓦克化学生产的可再分散乳胶粉328N。
性能测试：经检测，该材料的基本性能为：30min流动度损失0mm，初凝时间182min，终凝时间202min，1d抗折强度4.0Mpa，1d抗压强度18.0Mpa，干抗折强度10.2Mpa，干抗压强度41.3Mpa,拉伸粘结强度1.3Mpa，收缩率0.02％。
实施例2：
与实施例1的区别在于，本实施例提供一种磷石膏基自流平砂浆的制备方法，由以下重量份组分组成：
α型高强石膏35份，建筑石膏粉15份，机制砂18份，磷矿尾矿渣30份，粉煤灰2份，水泥0.3份，减水剂0.25份，保水剂0.05份，消泡剂0.08份，可再分散乳胶粉0.05份。其中α型高强石膏强度达到α25等级要求。
将上述磷石膏基自流平砂浆按照水灰比0.24加水搅匀，制得自流平浆料进行施工。
性能测试：经检测，该材料的基本性能为：30min流动度损失0mm，初凝时间168min，终凝时间192min，1d抗折强度2.8Mpa，1d抗压强度12.0Mpa，干抗折强度7.8Mpa，干抗压强度27.3Mpa,拉伸粘结强度1.1Mpa，收缩率0.00％。
实施例3：
与实施例1的区别在于，本实施例提供一种磷石膏基自流平砂浆的制备方法，由以下重量份组分组成：
α型高强石膏40份，建筑石膏粉10份，机制砂18份，磷矿尾矿渣30份，粉煤灰2份，水泥0.3份，减水剂0.24份，保水剂0.05份，消泡剂0.08份，可再分散乳胶粉0.05份。其中α型高强石膏强度达到α25等级要求。
将上述磷石膏基自流平砂浆按照水灰比0.24加水搅匀，制得自流平浆料进行施工。
性能测试：经检测，该材料的基本性能为：30min流动度损失0mm，初凝时间174min，终凝时间198min，1d抗折强度3.2Mpa，1d抗压强度14.8Mpa，干抗折强度8.3Mpa，干抗压强度31.1Mpa,拉伸粘结强度1.2Mpa，收缩率0.01％。
实施例4：
与实施例1的区别在于，本实施例提供一种磷石膏基自流平砂浆的制备方法，由以下重量份组分组成：
α型高强石膏40份，建筑石膏粉10份，机制砂3份，磷矿尾矿渣45份，粉煤灰2份，水泥0.3份，减水剂0.20份，保水剂0.05份，消泡剂0.08份，可再分散乳胶粉0.05份。其中α型高强石膏强度达到α25等级要求。
将上述磷石膏基自流平砂浆按照水灰比0.24加水搅匀，制得自流平浆料进行施工。
性能测试：经检测，该材料的基本性能为：30min流动度损失0mm，初凝时间158min，终凝时间189min，1d抗折强度3.3Mpa，1d抗压强度15.1Mpa，干抗折强度8.1Mpa，干抗压强度32.4Mpa,拉伸粘结强度1.2Mpa，收缩率0.02％。
对比例1：
与实施例1的区别在于，
其中，所述机制砂的粒径小于0.30mm；且其主要粒径为0.05～0.10mm。
所述磷矿尾矿渣的粒径小于0.30mm；且所述磷矿尾矿渣的粒径主要在0.05～0.10mm；且为球状细砂。
所述粉煤灰为空心微珠，且其主要粒径范围为1～100μm；且80％的粒径范围为80～90μm；且20％的粒径范围为10～80μm。
对比例2：
与实施例1的区别在于：
其中，所述磷矿尾矿渣主要粒径为0.3mm～0.35mm；其细度模数为2.0～3.0。
所述机制砂的粒径小于0.30mm；且所述机制砂的粒径主要在0.05～0.10mm；且为球状细砂。
所述粉煤灰为空心微珠，且其主要粒径范围为1～100μm；且80％的粒径范围为80～90μm；且20％的粒径范围为10～80μm。
对比例3：
与实施例1的区别在于：
将实施例1中的磷矿尾矿渣等量替换为粒径小于0.30mm，且主要分布在0.05～0.10mm的机制砂。
性能测试
本发明的测试参照行业标准JC/T 1023-2007《石膏基自流平砂浆》方法进行测试。
Figure BDA0002606936630000081
以上所述仅为本发明中效果较佳的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磷石膏基自流平砂浆，其特征在于，其制备原料包括：α型高强石膏、建筑石膏粉、机制砂、磷矿尾矿渣、粉煤灰、水泥、减水剂、保水剂、消泡剂和可再分散乳胶粉。
2.权利要求1所述的一种磷石膏基自流平砂浆，其特征在于，其由包括如下重量份的原料组成：α型高强石膏30～50份，建筑石膏粉0～20份，机制砂5～15份，磷矿尾矿渣35～45份，粉煤灰1～5份，水泥0.1～0.5份，减水剂0.1～0.2份，保水剂0.05～0.1份，消泡剂0.05～0.1份，可再分散乳胶粉0.05～0.1份。
3.权利要求1所述的一种磷石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述α型高强石膏的强度等级高于JC/T 2038-2010《α型高强石膏》中规定的α25等级要求。
4.权利要求1所述的一种磷石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述机制砂的粒径小于2.36mm；其细度模数为2.0～3.0。
5.权利要求1所述的一种磷石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述磷矿尾矿渣的粒径小于0.30mm。
6.权利要求1所述的磷石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥或铝酸盐水泥。
7.权利要求1所述的磷石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
8.权利要求1所述的磷石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚。
9.权利要求1所述的磷石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述消泡剂为碳氢化合物、聚乙二醇和非结晶性二氧化硅组成的粉末消泡剂。
10.权利要求1所述的磷石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉。
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