CN114213095A - 一种碱激发磷石膏自流平砂浆 - Google Patents

一种碱激发磷石膏自流平砂浆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碱激发磷石膏自流平砂浆，磷石膏55‑70份、矿渣10‑20份、碱激发剂1‑3份、细骨料30‑50份、缓凝剂0.02‑0.1份、消泡剂0.05‑0.12份、保水剂0.02‑0.06份、减水剂0.1‑0.3份。本发明以工业废弃物磷石膏和矿粉为主要原料，变废为宝，成本低廉，经济效益高，与同类产品比较，更具有市场竞争力，同时，减少了环境污染，为磷石膏的利用开辟了一条新途径；采用氢氧化钙为碱激发剂，可以和磷石膏中的硫酸盐共同激发磷石膏自流平砂浆中碱激发胶凝材料活性，调控制得的磷石膏自流平砂浆的流动度和凝结时间，解决了磷石膏自流平砂浆的力学性能和耐水性能差的问题，除此之外，氢氧化钙还会优先吸附磷石膏中共晶磷析出产生的惰性盐Ca3(PO4)2，避免其对磷石膏自流平砂浆产生不利影响。

Description

一种碱激发磷石膏自流平砂浆
技术领域
本发明涉及无机建筑材料技术领域，尤其是一种碱激发磷石膏自流平砂浆。
背景技术
自流平砂浆是一种新型的地面找平材料，其能够借助流体流动的特点自动找平，并快速干燥，相比于人工地面找平工艺大大节省了材料及人工，缩短了施工工期。在人力成本不断高涨的时代，自流平砂浆在经济性方面更具竞争力。水泥基自流平砂浆目前已经应用于大量的施工项目中，但是水泥基自流平砂浆后期开裂严重，继而会引发空鼓、开裂等问题。相比于水泥基自流平砂浆，石膏基自流平砂浆具有早强快硬、轻质高强、施工简单高效、无需洒水养护、精确找平、体积稳定、不易开裂、不易空鼓、施工厚度不受限制、地面观感佳等巨大优势。除此之外，水泥是能源消耗和CO2排放的主要来源，相比于水泥，石膏建筑材料环保性优势显而易见，已成为世界公认的、在发达国家广泛使用的绿色环保建筑材料。然而，天然石膏矿产作为一种不可再生的资源，随着大规模工业化的发展而大量消耗，化学石膏正逐步取代天然石膏被广泛应用于石膏建材中。但近年来，脱硫石膏的应用技术的成熟和应用领域的扩展，致使其资源也开始紧缺。
磷石膏已经是目前世界占比最高的工业副石膏，磷酸厂在每生产1吨磷酸就会排放大约5吨磷石膏。据估计，目前磷石膏的世界年排放量约为1.5亿吨，并且在未来数年内可能超过2亿吨。但磷石膏综合利用率依旧较低，大多国家地区仍采用堆存处理。这不仅造成了土地资源的浪费，磷石膏中可溶性磷、氟会随雨水流入地下水，堆积的磷石膏挥发出的酸性物质及粉尘也会造成空气污染，严重破坏生态坏境。然而磷石膏中存在杂质，会显著延长石膏的凝结时间，降低其力学强度，严重制约了磷石膏的回收利用，一般需要对磷石膏进行预处理。磷石膏预处理方法可划分为化学、物理处理方法和热处理方法，但是化学、物理处理方法无法去除磷石膏中的共晶磷，而热处理的能耗和成本较高，无疑会增加磷石膏作为建筑材料的成本。
相比脱硫石膏，磷石膏成分复杂，性能不稳定，以磷石膏作为胶凝材料制备的石膏自流平强度低、耐水性差，这也限制了其在该领域的大宗应用。
碱激发胶凝材料，又称碱激发水泥，是由碱性的激发剂激发具有潜在活性的工业废渣制备而成，碱激发胶凝材料制备能耗低，能够大量消耗工业废渣，其研究与应用因而发展较快，碱激发胶凝材料水化产物为[AlO4]5-和[SiO4]4-四面体结构单元聚合而成的三维网络型产物，具有结构密实、强度高、耐久性好等优点。在磷石膏自流平砂浆中掺入部分碱激发胶凝材料，碱激发胶凝材料在磷石膏中硫酸盐以及碱激发剂的共同作用下生成强度更高、耐水性更好的水化产物，解决了磷石膏自流平砂浆强度低、耐水性差的问题，除此之外，还实现了固体废弃物矿渣的资源再利用，降低了石膏自流平砂浆的生产成本，进一步提高市场竞争力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种碱激发磷石膏自流平砂浆。
本发明采用的技术方案是：一种碱激发磷石膏自流平砂浆，包括以下重量份的原料：
Figure BDA0003451220020000021
Figure BDA0003451220020000031
进一步的，所述的矿渣采用S95级矿渣，粒化高炉矿渣粉，碱度系数>1，质量系数>1.2。选择碱度系数高、质量系数高的矿渣，可以使得样品的结构更为致密，从而其抗压强度更高。
进一步的，所述的碱激发剂采用氢氧化钙。氢氧化钙作为碱性激发剂可以激发矿渣粉活性，生成水化硅酸钙和钙矾石等难溶于水、具有较高强度的水化产物，这些水化产物交错生长在磷石膏水化产物二水硫酸钙晶体之间，改善了石膏自流平的微观结构，使其微观结构更为致密，从而提高磷石膏自流平砂浆的耐水性和力学性能；磷石膏水化时，共晶磷析出，在碱性环境下生成Ca3(PO4)2沉淀，沉积在磷石膏颗粒表面和二水石膏晶体上，阻碍半水石膏溶解与二水石膏的成核与生长，但氢氧化钙由于周围存在大量的Ca2+会优先吸附Ca3(PO4)2，从而降低了Ca3(PO4)2对二水石膏晶面的影响，改善了微观结构，提高了强度。
进一步的，所述的缓凝剂为蛋白质类缓凝剂，使用蛋白质类缓凝剂易于调控石膏自流平砂浆的凝结时间，相比有机酸类、无机盐类缓凝剂，蛋白质类缓凝剂对碱激发磷石膏自流平砂浆的强度损失少。
进一步的，所述的蛋白类石膏缓凝剂由改性氨基酸、改性多肽、天然蛋白水解物等中的一种或多种聚合而成。
进一步的，所述的消泡剂为聚醚消泡剂、改性聚醚类消泡剂、有机硅消泡剂、聚醚改性聚硅氧烷消泡剂中的一种或多种。
进一步的，所述的保水剂采用黏度低于1000mPa.s的纤维素醚。
进一步的，所述的减水剂为聚羧酸减水剂。使用合适掺量的聚羧酸减水剂可以使得磷石膏自流平砂浆达到良好的分散效果，使得自流平砂浆具有良好的流动性，并且可以降低磷石膏自流平砂浆的流动度损失。
进一步的，所述的聚羧酸减水剂的酸醚比不小于4，选取合适酸醚比的减水剂，不但可以改善碱激发磷石膏自流平砂浆的流动度还可以延长凝结时间，与缓凝剂共同作用，有利于调控碱激发磷石膏自流平的凝结时间。
本发明的碱激发磷石膏自流平砂浆，与磷石膏自流平砂浆相对比，凝结时间较磷石膏自流平砂浆有所下降，初凝时间为2h左右，终凝时间为2.5h左右。磷石膏自流平砂浆的强度和耐水性较差，较难满足标准要求，但碱激发磷石膏自流平砂浆的强度较高，可以满足石膏自流平砂浆标准。碱激发磷石膏自流平砂浆耐水性较好，软化系数较磷石膏自流平砂浆有所提高。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明以磷石膏以及工业废弃物矿渣粉为主要原料，变废为宝，成本低廉，经济效益高，与同类产品比较，更具有市场竞争力，同时，减少了环境污染，为磷石膏的利用开辟了一条新途径；
2、碱激发胶凝材料在磷石膏中硫酸盐以及氢氧化钙碱激发剂的作用下，生成水化硅酸钙和钙矾石等难溶于水、具有较高强度的水化产物，这些水化产物交错生长在磷石膏水化产物二水硫酸钙晶体之间，改善了石膏自流平的微观结构，在磷石膏中加入碱激发胶凝材料可以调控制得的磷石膏自流平砂浆的流动度和凝结时间，可以解决磷石膏自流平砂浆的力学性能和耐水性能差的问题；
3、以氢氧化钙为碱性激发剂除了可以激发矿渣粉活性外，还可以在磷建筑石膏中共晶磷析出形成Ca3(PO4)2沉淀时，优先吸附Ca3(PO4)2沉淀，降低Ca3(PO4)2对二水石膏晶面的影响，改善了微观结构，提高了强度。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
将55重量份的磷石膏、10重量份的矿渣、1.4重量份的氢氧化钙、30重量份的细骨料、0.02重量份的蛋白质类缓凝剂、0.05重量份的有机硅消泡剂、0.02重量份的纤维素醚、0.1重量份的聚羧酸减水剂混合均匀，制得碱激发磷石膏自流平砂浆。
实施例2
将60重量份的磷石膏、20重量份的矿渣、1.4重量份的氢氧化钙、30重量份的细骨料、0.02重量份的蛋白质类缓凝剂、0.05重量份的有机硅消泡剂、0.02重量份的纤维素醚、0.1重量份的聚羧酸减水剂混合均匀，制得碱激发磷石膏自流平砂浆。
实施例3
将60重量份的磷石膏、10重量份的矿渣、1.6重量份的氢氧化钙、40重量份的细骨料、0.05重量份的蛋白质类缓凝剂、0.12重量份的有机硅消泡剂、0.06重量份的纤维素醚、0.2重量份的聚羧酸减水剂混合均匀，制得碱激发磷石膏自流平砂浆。
实施例4
将60重量份的磷石膏、15重量份的矿渣、1.6重量份的氢氧化钙、50重量份的细骨料、0.02重量份的蛋白质类缓凝剂、0.05重量份的有机硅消泡剂、0.02重量份的纤维素醚、0.1重量份的聚羧酸减水剂混合均匀，制得碱激发磷石膏自流平砂浆。
对比例1
将60重量份的磷石膏、40重量份的细骨料、1重量份的氢氧化钙、0.02重量份的蛋白类缓凝剂、0.05重量份的有机硅消泡剂、0.02重量份的保水剂、0.1重量份的减水剂混合均匀，制得磷石膏自流平砂浆。
表1实施例1-实施例4制得的碱激发磷石膏自流平砂浆和对比例1的未改性的磷石膏自流平砂浆的性能参数表
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1
初凝时间/min 135 127 106 113 180
终凝时间/min 178 181 158 159 215
24h抗折强度/Mpa 5.8 5.3 4.9 5.6 1.1
24h抗压强度/Mpa 14.1 15.2 12.8 14.9 4.4
绝干抗折强度/Mpa 6.3 7.1 6.5 7.0 4.8
绝干抗压强度/Mpa 25.3 30.5 27.3 29.8 11.8
软化系数 0.71 0.79 0.69 0.74 0.45
从表1可以看出，通过碱激发剂改性的实施例1-实施例4制得的碱激发磷石膏自流平砂浆，较未掺加碱激发胶凝材料的对比例1初凝时间和终凝时间有所降低，强度和软化系数较未改性的磷石膏自流平砂浆有所提高。

Claims (8)

1.一种碱激发磷石膏自流平砂浆，其特征在于：包括以下重量份的原料：
Figure FDA0003451220010000011
2.根据权利要求1所述的一种碱激发磷石膏自流平砂浆，其特征在于：所述的矿渣为粒化高炉矿渣粉，碱度系数>1，质量系数>1.2。
3.根据权利要求1所述的一种碱激发磷石膏自流平砂浆，其特征在于：所述的碱激发剂采用氢氧化钙。
4.根据权利要求1所述的一种碱激发磷石膏自流平砂浆，其特征在于：所述的缓凝剂采用蛋白质类缓凝剂。
5.根据权利要求4所述的一种碱激发磷石膏自流平砂浆，其特征在于：所述的蛋白类石膏缓凝剂由改性氨基酸、改性多肽、天然蛋白水解物中的一种或多种聚合而成。
6.根据权利要求1所述的一种碱激发磷石膏自流平砂浆，其特征在于：所述消泡剂采用聚醚消泡剂、改性聚醚类消泡剂、有机硅消泡剂、聚醚改性聚硅氧烷消泡剂中的一种或多种，所述的保水剂采用纤维素醚，所述的减水剂采用聚羧酸减水剂。
7.根据权利要求6所述的一种碱激发磷石膏自流平砂浆，其特征在于：所述的纤维素醚，黏度低于1000mPa.s。
8.根据权利要7所述的一种碱激发磷石膏自流平砂浆，其特征在于：所述的聚羧酸减水剂，酸醚比不小于4。
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