CN115159936A - 抹灰砂浆及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抹灰砂浆及其制备方法与应用，所述抹灰砂浆包括以下重量份的组分：工程弃土60～100份；级配砂5～40份；高炉矿渣15～35份；粉煤灰5～15份；工业副产石膏1～10；可再分散性乳胶粉1‑5份；纤维0.1～1份；有机硅憎水剂0.1～0.5份；减水剂0.5～3份，其中，所述工程弃土的化学成分包括SiO₂、Al₂O₃；所述工业副产石膏的化学成分包括CaSO₄·2H₂O。上述抹灰砂浆各原料之间协同作用，通过化学、物理作用紧密结合在一起，使获得的抹灰砂浆具有强度高、收缩率小、装饰效果好等优点，并且还具有绿色、低碳、环保的特点。

Description

抹灰砂浆及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及固废处理和建筑材料技术领域，特别地，涉及一种抹灰砂浆。此外，本发明还涉及一种上述抹灰砂浆的制备方法与应用。

背景技术

工程弃土是建筑垃圾的一个组成部分，主要来自房地产建设项目、地下管廊项目及地铁项目等。随着城市化建设的快速发展，工程弃土不断产生、总量快速增加。工程弃土的主要成分为黏土，具有黏性大、含水率高、孔隙度高、活性低等特点，其资源化难度比较高，主要以堆填的方式进行处置，已然形成了“弃土围城”之势。工程弃土堆填不但占用大量土地资源，污染周边环境，而且还存在滑坡等安全隐患，已成为威胁环境安全和国民生命健康的重大隐患。

与此同时，大量历史建筑采用了生土建造，其外观具有生土墙体独特、自然、古朴的特色，但在这些历史建筑的修复和保护过程中发现，历史建筑所在区域内存在大量采用其他建筑材料如砖、石、混凝土等建造的建筑物，其内外墙面装饰多采用涂料、瓷砖、彩色饰面砂浆，外观与传统历史建筑极不协调，严重破坏了历史建筑街区的整体风貌，且涂料存在耐久性差、含较多可挥发性组分等问题，瓷砖存在能耗高、容易脱落等问题，彩色砂浆饰面层存在泛碱、开裂等问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种抹灰砂浆及其制备方法与应用，该抹灰砂浆以工程弃土为主要原料，采用多源固废协同对其进行改性，不仅解决了工程弃土堆填占用土地、污染环境、存在安全隐患以及现代装饰材料难以满足传统历史建筑街区、仿古建筑外观的要求等问题，而且还提高了砂浆的力学强度、耐久性、抗开裂性等性能。

根据本发明的一个方面，提供一种抹灰砂浆，包括以下重量份的组分：

工程弃土60～100份；级配砂5～40份；高炉矿渣15～35份；粉煤灰5～15份；工业副产石膏1～10；可再分散性乳胶粉1～5份；纤维0.1～1份；有机硅憎水剂0.1～0.5份；减水剂0.5～3份。其中，所述工程弃土的化学成分包括SiO₂、Al₂O₃；所述工业副产石膏的化学成分包括CaSO₄·2H₂O；所述减水剂包括聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物与六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、碳酸钠、磷酸钠和草酸钠中的一种或多种形成的混合物；所述抹灰砂浆还包括M重量份的碱性激发剂，所述碱性激发剂由水玻璃和NaOH组成，其中，M由以下公式(1)～(3)计算得到：

M＝x+y (3)

其中，a为水玻璃中Na₂O的质量分数，以百分数计；b为水玻璃中SiO₂的质量分数，以百分数计；c为碱性激发剂的模数，即碱性激发剂中SiO₂摩尔数与Na₂O摩尔数的比值；d为碱性激发剂的碱当量，即碱性激发剂中Na₂O质量与活性废渣(高炉矿渣与粉煤灰)质量的比值，以百分数计；y为NaOH的质量，以重量份计；m为高炉矿渣与粉煤灰的质量之和，以重量份计。

进一步地，抹灰砂浆，包括以下重量份的组分：工程弃土60～80份；级配砂20～40份；高炉矿渣21～28份；粉煤灰9～12份；工业副产石膏2～5；可再分散性乳胶粉1～5份；纤维0.2～0.6份；有机硅憎水剂0.2～0.5份；减水剂0.5～2份。

进一步地，所述级配砂为天然砂、机制砂和再生细骨料中的一种或多种。

进一步地，所述高炉矿渣为粉状，比表面积大于400m²/kg；和/或，所述粉煤灰中粒径小于45μm的颗粒占75％以上。

进一步地，所述工业副产石膏为脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏和钛石膏中的一种或多种。

进一步地，所述纤维为农作物秸秆纤维、耐碱玻璃纤维和聚丙烯纤维中的一种或多种，所述纤维的长度不超过20mm。

进一步地，所述可再分散性乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-氯乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物中的一种或多种。

进一步地，所述有机硅憎水剂包括甲基硅酸钠和/或甲基硅酸钾中的一种或多种。

进一步地，所述碱性激发剂的碱当量为6％～10％，模数为0.8～1.6。

进一步地，所述抹灰砂浆的稠度为60～100mm。

根据本发明的另一方面，还提供了一种抹灰砂浆的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先根据所需碱性激发剂的碱当量和模数计算所需NaOH与水玻璃溶液的质量，然后将氢氧化钠完全溶于水，再与水玻璃混合均匀并冷却至室温，得到碱性激发剂；

(2)将工程弃土破碎后与高炉矿渣、粉煤灰、工业副产石膏进行轮碾、混合，得到混合物A；

(3)将所述混合物A与级配砂、碱性激发剂、减水剂进行混合，得到混合物B；

(4)将所述混合物B与可再分散性乳胶粉、纤维、有机硅憎水剂进行混合，得到所述抹灰砂浆。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述抹灰砂浆或由上述制备方法制得的抹灰砂浆在建筑墙体抹灰与饰面砂浆中的应用。

本发明与现有技术对比的有益效果包括：

(1)由原料工程弃土、级配砂、高炉矿渣、粉煤灰、工业副产石膏、可再分散性乳胶粉、纤维、有机硅憎水剂、减水剂、碱性激发剂制备的抹灰砂浆中工程弃土的占比高达80％，可大量利用工程弃土，提高其资源化利用率，从而减少其占用土地、污染环境以及带来的安全隐患，具有良好的社会效应和环境效应。

(2)工程弃土具有丰富的天然色彩，并具有黏性大、孔隙度高、吸附水能力强的特点，以工程弃土为主要原料制备的抹灰砂浆，不需要添加颜料和保水剂，制备的砂浆具有较高的黏聚力，并保留了自然的本性，体现出一种自然、古朴的美感，具有良好的装饰效果，可用于传统历史建筑街区与景区仿古建筑墙体的装饰。

(3)采用高炉矿渣、粉煤灰、工业副产石膏协同改性工程弃土，在碱性激发剂的作用下，铝硅酸盐玻璃体网络结构先解聚后缩聚，形成稳定的三维大分子结构，工业副产石膏与C-A-H反应生成膨胀性水化产物，各原料通过化学、物理作用紧密结合在一起，从而提高了抹灰砂浆的力学强度、耐久性、抗开裂性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例1所得抹灰砂浆抹灰施工后的形貌图；

图2为对比例1所得抹灰砂浆抹灰施工后的形貌图；

图3为对比例2所得抹灰砂浆抹灰施工后的形貌图；

图4是对比例3的碱性激发剂的碱当量对抹灰砂浆的性能影响图谱；

图5是对比例4的碱性激发剂的模数对抹灰砂浆的性能影响图谱。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。

在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种及以上，“一个或多个”中的“多个”的含义是两个及以上。

本申请第一方面的实施例提供一种抹灰砂浆，包括以下重量份的组分：

工程弃土60～100份；级配砂5～40份；高炉矿渣15～35份；粉煤灰5～15份；工业副产石膏1～10；可再分散性乳胶粉1～5份；纤维0.1～1份；有机硅憎水剂0.1～0.5份；减水剂0.5～3份。其中，所述工程弃土的化学成分包括SiO₂、Al₂O₃；所述工业副产石膏的化学成分包括CaSO₄·2H₂O；所述减水剂包括聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物与六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、碳酸钠、磷酸钠和草酸钠中的一种或多种形成的混合物；所述抹灰砂浆还包括M重量份的碱性激发剂，所述碱性激发剂由水玻璃和NaOH组成，其中，M由以下公式(1)～(3)计算得到：

M＝x+y (3)

其中，a为水玻璃中Na₂O的质量分数，以百分数计；b为水玻璃中SiO₂的质量分数，以百分数计；c为碱性激发剂的模数，即碱性激发剂中SiO₂摩尔数与Na₂O摩尔数的比值；d为碱性激发剂的碱当量，即碱性激发剂中Na₂O质量与活性废渣(高炉矿渣与粉煤灰)质量的比值，以百分数计；x为水玻璃的质量，以重量份计；y为NaOH的质量，以重量份计；m为高炉矿渣与粉煤灰的质量之和，以重量份计。

本发明的抹灰砂浆，包括：工程弃土、级配砂、高炉矿渣、粉煤灰、工业副产石膏、可再分散性乳胶粉、纤维、有机硅憎水剂、减水剂、碱性激发剂。采用高炉矿渣、粉煤灰、工业副产石膏协同改性工程弃土，添加可再分散性乳胶粉、纤维、有机硅憎水剂、减水剂和碱性激发剂，实现了工程弃土资源化利用，并提高了抹灰砂浆的力学强度、耐久性和抗开裂性。其中，高炉矿渣、粉煤灰包覆在黏土颗粒表面，在碱性溶液中释放出Ca²⁺、Al³⁺等高价阳离子，与黏土颗粒表面吸附的Na⁺、K⁺进行离子交换，降低其表面的Zeta电位，减少其表面双电层的厚度，使土颗粒之间的作用力增大，促使黏土颗粒凝聚成团。同时，高炉矿渣、粉煤灰中的活性氧化钙、氧化硅、氧化铝等，在碱性激发剂的作用下，生成C-S-H、C-A-H、C-A-S-H、N-A-S-H等胶凝物质，将黏土颗粒、级配砂包裹粘结在一起；随着水分的不断消耗和散失，孔隙溶液中碱性激发剂浓度增大，黏土颗粒中矿物的活性成分在碱性激发剂的作用下，与C-S-H、C-A-H、C-A-S-H、N-A-S-H等胶凝物质反应生成片状、纤维状或针状晶体，进一步增加了颗粒与胶凝物质间的连接作用，形成了稳定的网状结构。级配砂在硬化体结构中起骨架作用，可降低工程弃土的黏性，不但可提高硬化体的强度，还可减少基体收缩，并改善其流动性能。工业副产石膏与C-A-H反应生成膨胀性水化产物钙矾石，填充了硬化体结构中的孔隙，提高了硬化体的密实度，还能补偿基体因水分蒸发产生的收缩，减少其收缩开裂；纤维在硬化体结构中呈三维乱向分布，进一步提高了网状结构的稳定性，且还可承受一定的拉应力，减少基体收缩产生的裂缝，并阻止或减缓裂缝的扩展。可再分散性乳胶粉具有较高的粘结性能和成膜特性，可提高黏土颗粒之间的黏聚力以及抹灰砂浆与墙面的粘结强度，形成的聚合物膜可有效阻断硬化体结构中的毛细管道，从而提高抹灰砂浆的防水性能，并增加其柔韧性。有机硅憎水剂可在硬化体结构孔隙或毛细管道壁上形成牢固的疏水性网状硅氧烷分子膜，由于硅氧烷分子膜具有很低的表面张力，使水难以在其上面铺展，从而表现出良好的憎水效果，且有机硅憎水剂不会堵塞孔隙和毛细管道，即不会影响抹灰砂浆的通气性和呼吸性能。减水剂中无机组分可增大黏土颗粒的双电层厚度，增加黏土颗粒边-面或边-边的斥力，阻止黏土颗粒相互接触，使其保持分散结构，释放被包裹的自由水；分子侧链极短，可避免侧链化学嵌入黏土颗粒的层间，造成减水剂在液相中有效浓度减少，导致减水剂的分散效果下降；减水剂中的无机、有机组分协同作用，通过依靠分子的静电斥力作用，促使水泥和黏土颗粒相互分散，释放出被包裹的自由水，使混合料在降低水灰比条件下获得较好的流动性能。

上述抹灰砂浆各原料之间协同作用，通过化学、物理作用紧密结合在一起，使获得的抹灰砂浆具有强度高、耐久性好、收缩率小等优点，并具有良好装饰效果及一定的保温隔热、调节室内湿度的功能，实现了固废资源化高附加值利用。上述抹灰砂浆充分利用了工程弃土具有丰富的天然色彩、黏性大、孔隙度高、吸附水能力强的特点以及多源固废的协同效应，为以废治废、变废为宝提供了技术支撑，不但可消耗大量的固废，降低生产成本，还可为建筑材料领域开发新的产品，符合“资源节约型、环境友好型”社会的建设要求，具有良好的生态效益、社会效益和经济效益。

在本发明的实施例中，为了进一步提高抹灰砂浆的综合性能，所述抹灰砂浆包括工程弃土60～80份；级配砂20～40份；高炉矿渣21～28份；粉煤灰9～12份；工业副产石膏2～5；可再分散性乳胶粉1～5份；纤维0.2～0.6份；有机硅憎水剂0.2-0.5份；减水剂0.5～2份。

在本发明的实施例中，所述工程弃土可以为盾构渣土，如某地铁修建过程中产生的盾构渣土，其自由含水率为38.4％，液限为41.4％，塑限为26.4％，塑性指数为15.0，结合水含水率为7.2％，中值粒径为7.351μm，主要矿物成分为石英、白云母和高岭石。由此可知，该盾构渣土含水率高，吸附水能力强，颗粒粒径细小，主要矿物成分为黏土矿物，性能稳定、黏性比较大，呈软塑或流塑状态。

在本发明的实施例中，所述级配砂为天然砂、机制砂和再生细骨料中的一种或多种。上述组分的级配砂在硬化体结构中起骨架的作用，不但可提高硬化体的强度，还可减少其收缩，改善其流动性能，其掺量可根据工程弃土中的含砂率进行调整。

在本发明的实施例中，所述高炉矿渣为粉状，比表面积大于400m²/kg；和/或，所述粉煤灰中粒径小于45μm的颗粒占75％以上。

根据本申请的实施例，上述高炉矿渣、粉煤灰具有潜在的水化活性，其水化反应非常缓慢，为了满足早期强度的要求，需要提高其活性，而提高其活性的方法主要为机械活化和化学激发。机械活化指通过对粉体进行粉磨，改变颗粒粒径、粒度、形状及化学键力，使其比表面积、表面能增大，活性提高。当高炉矿渣的比表面积大于400m²/kg、粉煤灰的颗粒粒径75％以上小于45μm时，其活性比较高，在碱性激发剂的作用下可快速反应，产生较高的早期强度。

在本发明的实施例中，所述工业副产石膏为脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏和钛石膏中的一种或多种。上述组分的工业副产石膏与体系中的C-A-H反应生成膨胀性水化产物钙矾石，可填充硬化体结构中的孔隙，提高硬化体的密实度，且还能补偿基体因水分蒸发产生的收缩，从而减少砂浆收缩、开裂。

在本发明的实施例中，所述纤维包括农作物秸秆纤维、耐碱玻璃纤维和聚丙烯纤维中的一种或多种，所述纤维的长度不超过20mm。

根据本申请的实施例，上述纤维可提高抹灰砂浆的抗开裂性能，克服土基建材制品收缩大、易开裂的缺点。上述纤维的长度不超过20mm，有利于纤维在基体中分散均匀，从而更有效地阻止基体中微裂缝的产生和扩展，提高制品的抗开裂性能，并降低基体的收缩率。

在本发明的实施例中，所述减水剂包括聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物与六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、碳酸钠、磷酸钠和草酸钠中的一种或多种形成的混合物。上述无机组分六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、碳酸钠、磷酸钠和草酸钠可增大黏土颗粒的双电层厚度，增加黏土颗粒边-面或边-边的斥力，阻止黏土颗粒相互接触，使其保持分散结构，释放被包裹的自由水；上述有机组分聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物分子侧链极短，可避免侧链化学嵌入黏土颗粒的层间，造成减水剂在液相中有效浓度减少，导致减水剂的分散效果下降。上述无机、有机组分协同作用，通过依靠分子的静电斥力作用，促使水泥和黏土颗粒相互分散，释放出被包裹的自由水，使混合料在降低水灰比条件下获得较好的流动性能。

在本发明的实施例中，所述碱性激发剂的碱当量为6％～10％，模数为0.8～1.6。

根据本申请的实施例，碱性激发剂的碱当量和模数是影响高炉矿渣、粉煤灰中铝硅酸盐玻璃体网络结构解聚与聚合反应的主要因素，可通过调整水玻璃和NaOH的比例获得所需碱当量和模数。当碱性激发剂的碱当量过低时，高炉矿渣、粉煤灰中铝硅酸盐玻璃体溶解缓慢，释放出的Si、Al离子较少，从而形成了的游离[SiO₄]^4-和[AlO₄]⁵-也比较少，生成的无定形凝胶和晶体结构也较少，硬化体的强度比较低；随着碱当量的不断增加，高炉矿渣、粉煤灰中铝硅酸盐玻璃体溶解加快，释放出的Si、Al离子逐渐增多，形成的游离[SiO₄]^4-和[AlO₄]^5-也逐渐增加，生成的无定形凝胶和晶体结构也增多，硬化体的强度逐渐增大，但当碱当量过大时，由于高炉矿渣、粉煤灰中铝硅酸盐玻璃体溶解出的Si、Al离子较多，形成了较多的游离[SiO₄]^4-和[AlO₄]^5-，短时间内[SiO₄]^4-和[AlO₄]^5-发生缩聚反应并与Ca²⁺结合形成硬化产物包裹在未溶解的高炉矿渣、粉煤灰颗粒表面，阻碍了高炉矿渣、粉煤灰中铝硅酸盐玻璃体溶解，从而导致未反应的高炉矿渣、粉煤灰颗粒含量反而增加。碱性激发剂的模数越低，需要添加NaOH的用量就越多，但过量的NaOH会抑制高炉矿渣、粉煤灰中铝硅酸盐玻璃体溶解，抑制聚合反应的进行；随着模数的增大，形成的游离[SiO₄]^4-逐渐增多，有利于聚合反应中高聚合度的结构形成，但当模数过大时，碱性激发剂溶液粘度较大，混合料浆的硬化时间较快，不利于高炉矿渣、粉煤灰中铝硅酸盐玻璃体溶解。

在本发明的实施例中，所述有机硅憎水剂为甲基硅酸钠和/或甲基硅酸钾。

根据本申请的实施例，上述有机硅憎水剂可在硬化体结构孔隙或毛细管道壁上形成牢固的疏水性网状硅氧烷分子膜，由于硅氧烷分子膜具有很低的表面张力，使水难以在其上面铺展，从而表现出良好的憎水效果，且有机硅憎水剂不会堵塞孔隙和毛细管道，即不会影响抹灰砂浆的通气性和呼吸性能。

在本发明的实施例中，所述抹灰砂浆的稠度为60-100mm。

根据本申请的实施例，上述抹灰砂浆的稠度为60-100mm，是为了方便抹灰砂浆的施工，提高抹灰砂浆的施工效率，并保持良好的施工效果；同时，由于抹灰砂浆的稠度要求达到60-100mm，抹灰砂浆拌制时需要添加适量水，因此，工程弃土不需要进行脱水处理，进一步节省了生产成本。

本申请第二方面的实施例提供一种抹灰砂浆的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先根据所需碱性激发剂的碱当量和模数计算所需NaOH与水玻璃溶液的质量，然后将氢氧化钠完全溶于水，再与水玻璃混合均匀并冷却至室温，得到碱性激发剂；

(2)将工程弃土破碎后与高炉矿渣、粉煤灰、工业副产石膏进行轮碾、混合，得到混合物A；

(3)将所述混合物A与级配砂、碱性激发剂、减水剂混合均匀，得到混合物B；

(4)将所述混合物B与可再分散性乳胶粉、纤维、有机硅憎水剂混合均匀，得到所述的抹灰砂浆。

本发明提供的抹灰砂浆中使用的工程弃土无需进行脱水处理，即提出对高含水率工程弃土进行免脱水资源化利用，简化了其生产工艺，进一步降低了其生产成本。具体理由如下：

1、本发明提供的抹灰砂浆施工时，为了便于抹灰砂浆作业，提高其施工效率，并保证其施工质量，需要其具有良好的工作性能，即要求抹灰砂浆具有较大的稠度，因此，拌制抹灰砂浆时需要加入较多的水。高含水率工程弃土如盾构渣土(盾构渣土含水率最高可达80％)呈软塑或流塑状态，本身就具有一定的流动性，不需要加水或加少量水就可满足施工要求，因此，不需要先进行脱水处理。

2、本发明采用高炉矿渣、粉煤灰、工业副产石膏协同改性工程弃土，添加合适的碱性激发剂充分激发原料活性，使铝硅酸盐玻璃体网络结构先解聚后缩聚，形成稳定的三维大分子结构，各原料通过化学、物理作用紧密结合在一起，使获得的抹灰砂浆具有较高的力学强度、较好的耐久性和抗开裂性，可在较高水胶比条件下获得较好的综合性能，且由于其主要原料为固废，因此，其生产成本也比较低。

上述制备方法可用于制备本申请第一方面实施例所述的抹灰砂浆。

在一些实施例中，制备方法包括：首先，将氢氧化钠溶于水，再与水玻璃混合均匀并冷却至室温，得到碱性激发剂；然后，将工程弃土经对辊机破碎至颗粒粒径小于4.75mm，再与高炉矿渣、粉煤灰、工业副产石膏在轮碾机中进行碾压、混合，得到混合物A；然后，将混合物A与级配砂、碱性激发剂、减水剂混合均匀，得到混合物B；最后，将混合物B与可再分散性乳胶粉、纤维、有机硅憎水剂混合均匀，获得所述的抹灰砂浆。

上述先将氢氧化钠溶于水，再与水玻璃混合均匀并冷却至室温，可避免氢氧化钠溶于水时因放出大量热，造成混合料浆局部凝结硬化过快的问题。将工程弃土破碎至颗粒粒径小于4.75mm，是由于开挖出来的工程弃土通常含有一定量的石块，通过对辊机对其进行破碎，使颗粒粒径保持在合理范围内，提高工程弃土颗粒的均匀性，有利于保证抹灰砂浆的质量。将破碎过的工程弃土与高炉矿渣、粉煤灰、工业副产石膏在轮碾机中碾压、混合，一方面，由于工程弃土黏性比较大，难以与其他物料混合均匀，轮碾机可使其强制接触，有利于物料混合均匀；另一方面，轮碾机对物料进一步粉碎细化，增加了粗颗粒的自然连续级配，并通过颗粒与颗粒间的摩擦作用，破坏物料中铝硅酸盐玻璃体网络结构，从而使其活性提高。

上述抹灰砂浆的制备工艺简单，设备投资较少；采用多源固废协同改性工程弃土，不需要掺加水泥，具有低能耗、低碳排放的特点；采用工程弃土免脱水工艺，可简化生产工艺，进一步降低了生产成本。

本申请第二方面的实施例提供一种上述抹灰砂浆或上述制备方法制得的抹灰砂浆在建筑墙体抹灰与饰面砂浆中的应用。

该抹灰砂浆应用在建筑墙体抹灰与饰面砂浆中具有良好的装饰效果、造价低廉等优点，并具有一定的保温隔热、调节室内湿度的功能。

实施例

下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。

实施例1

本实施例提供一种抹灰砂浆，包括以下重量份的各组分：工程弃土以干重计75份，高炉矿渣14份，粉煤灰6份，天然砂25份，磷石膏6份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳胶粉5份，农作物秸秆纤维0.6份，甲基硅酸钠0.3份，减水剂1.5份，碱性激发剂由氢氧化钠与水玻璃溶液组成，其中，水玻璃溶液的Na₂O、SiO₂含量分别为8％、27％，碱性激发剂的模数为1.2，碱当量为8％。

抹灰砂浆的制备方法，包括以下步骤：

S1、根据所需碱性激发剂的模数和碱当量，按照公式(1)和(2)计算所需NaOH与水玻璃溶液的质量：

式中，a为水玻璃中Na₂O的质量分数，以百分数计；b为水玻璃中SiO₂的质量分数，以百分数计；c为碱性激发剂的模数；d为碱性激发剂的碱当量，以百分数计；x为水玻璃的质量，以重量份计；y为NaOH的质量，以重量份计；m为高炉矿渣与粉煤灰的质量之和，以重量份计。

通过公式(1)和(2)可以算出x＝6.9份，y＝1.4份；碱性激发剂的质量M＝x+y，得到M＝8.3份。

S2、将氢氧化钠溶于水，再与水玻璃混合均匀并冷却至室温，得到碱性激发剂；

S3、将工程弃土破碎至颗粒粒径小于4.75mm，再与高炉矿渣、粉煤灰、磷石膏在轮碾机中碾压、混合，得到混合物A；

S4、将步骤S2得到的碱性激发剂与步骤S3得到的混合物A、级配砂、减水剂混合均匀，得到混合物B；

S5、将步骤S4得到的混合物B与可再分散性乳胶粉、纤维、有机硅憎水剂混合均匀，得到所述抹灰砂浆。将所述抹灰砂浆在墙体上进行抹灰施工，暴露在自然环境中3个月后的外观如图1所示。由图1可知，抹灰砂浆层表面平整，没有开裂、返碱等现象，与基体粘结牢固，没有出现脱落现象，带有自然、古朴的天然色彩，具有良好的装饰效果。

实施例2

本实施例提供一种抹灰砂浆，包括以下质量份的各组分：工程弃土以干重计70份，高炉矿渣17份，粉煤灰8份，机制砂30份，柠檬酸石膏3份，乙烯-氯乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物乳胶粉3份，耐碱玻璃纤维0.4份，甲基硅酸钾0.3份，减水剂1.0份，碱性激发剂由氢氧化钠与水玻璃溶液组成，其中水玻璃溶液的Na₂O、SiO₂含量分别为8％、27％，碱性激发剂的水玻璃模数为1.0，碱当量为8％。

抹灰砂浆的制备方法，包括以下步骤：

S1、使用与实施例1相同的公式，带入以上数据，计算得到水玻璃溶液质量7.2重量份，氢氧化钠质量1.8重量份，碱性激发剂的重量份为9.0重量份；

S2、将氢氧化钠溶于水，再与水玻璃混合均匀并冷却至室温，得到碱性激发剂；

S3、将工程弃土破碎至颗粒粒径小于4.75mm，再与高炉矿渣、粉煤灰、磷石膏在轮碾机中碾压、混合，得到混合物A；

S4、将步骤S2得到的碱性激发剂与步骤S3得到的混合物A、级配砂、减水剂混合均匀，得到混合物B；

S5、将步骤S4得到的混合物B与可再分散性乳胶粉、纤维、有机硅憎水剂混合均匀，得到所述抹灰砂浆

实施例3

本实施例提供一种抹灰砂浆，包括以下质量份的各组分：工程弃土以干重计75份，高炉矿渣21份，粉煤灰9份，再生细骨料25份，脱硫石膏4份，乙烯-醋酸乙烯酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物乳胶粉5份，聚丙烯纤维0.3份，甲基硅酸钠0.3份，减水剂1.0份，碱性激发剂由氢氧化钠与水玻璃溶液组成，其中水玻璃溶液的Na₂O、SiO₂含量分别为8％、27％，碱性激发剂的水玻璃模数为1.5，碱当量为10％。

抹灰砂浆的制备方法，包括以下步骤：

S1、使用与实施例1相同的公式，带入以上数据，计算得到水玻璃溶液质量16.1重量份，氢氧化钠质量2.2重量份，碱性激发剂的重量份为18.3重量份；

S2、将氢氧化钠溶于水，再与水玻璃混合均匀并冷却至室温，得到碱性激发剂；

S3、将工程弃土破碎至颗粒粒径小于4.75mm，再与高炉矿渣、粉煤灰、磷石膏在轮碾机中碾压、混合，得到混合物A；

S4、将步骤S2得到的碱性激发剂与步骤S3得到的混合物A、级配砂、减水剂混合均匀，得到混合物B；

S5、将步骤S4得到的混合物B与可再分散性乳胶粉、纤维、有机硅憎水剂混合均匀，得到所述抹灰砂浆。

对比例1

本对比例提供一种抹灰砂浆，与实施例1相比，原料中不含纤维和工业副产石膏，其他原料及制备方法均与实施例1相同。所述抹灰砂浆在建筑墙体上抹灰施工后，暴露自然环境3个月后的外观如图2所示。

由图2可知，未掺加纤维和工业副产石膏的抹灰砂浆的表面出现了较多的裂缝和泛碱现象，其原因是：工程弃土吸附水的能力比较强，抹灰施工完成后水分不断蒸发，造成基体收缩并产生收缩应力，从而产生了较多的裂缝。雨水随着裂缝进入砂浆，将碱性盐带出，在砂浆表面结晶，从而形成返碱现象。

对比例2

本对比例提供一种抹灰砂浆，与实施例1相比，原料中不含纤维，其他原料及制备方法均与实施例1相同。所述抹灰砂浆在建筑墙体上抹灰施工后，暴露自然环境3个月后的外观如图3所示。

由图3可知，未掺加纤维的抹灰砂浆局部出现开裂现象，但其裂缝数量远小于图2，也未出现返碱现象。由此可知，掺加工业副产石膏可减少砂浆开裂，并抑制返碱现象的出现，其原因是：工业副产石膏的化学成分为CaSO₄·2H₂O，与C-A-H反应生成膨胀性水化产物钙矾石，可填充硬化体结构中的孔隙，补偿基体因水分蒸发产生的收缩，从而减少砂浆收缩、开裂。

参照国家现行标准《预拌砂浆》(GB/T 25181-2019)对实施例1～3、对比例1～2制得的抹灰砂浆的性能进行测试，结果见表1。

表1实施例1～3与对比例1～2的试验结果

由上述测试结果可知，本发明的实施例1～3制得的抹灰砂浆的保水率、抗压强度、14d拉伸粘结强度、28d收缩率及抗冻性均满足《预拌砂浆》(GB/T 25181-2019)中湿拌普通抹灰砂浆各强度等级的要求，可用于建筑内外墙体抹灰，且因其主要原料为工程弃土，具有丰富的天然色彩、孔隙度高、吸附水能力强的特点，因此，抹灰砂浆具有良好的装饰效果、造价低廉等优点，并具有保温隔热、调节室内湿度的功能，具有广泛的应用前景。对比例1～2制得抹灰砂浆的保水率、抗压强度满足《预拌砂浆》(GB/T 25181-2019)中湿拌普通抹灰砂浆M5.0的要求，但由于收缩率大，导致其拉伸粘结强度和抗冻性下降明显。

对比例3

为了分析碱性激发剂的碱当量对本发明的抹灰砂浆的性能影响，本实施例提供实施例1的对比例，包括以下重量份的各组分：工程弃土以干重计75份，高炉矿渣14份，粉煤灰6份，天然砂25份，磷石膏6份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳胶粉5份，农作物秸秆纤维0.6份，甲基硅酸钠0.3份，减水剂1.5份，碱性激发剂由NaOH与水玻璃溶液组成，其中，水玻璃溶液的Na₂O、SiO₂含量分别为8％、27％，碱性激发剂的模数为1.2，碱当量分别为4％、6％、8％(即实施例1)、10％、12％。制备步骤与实施例1相同。按照《预拌砂浆》(GB/T 25181-2019)对制得的抹灰砂浆进行性能测试，性能测试结果如图4所示。

由图4可知，碱性激发剂的碱当量对抹灰砂浆的抗压强度有较大影响，且随碱当量的增大呈先增大后减小的趋势，当碱性激发剂的碱当量为8％时，试样的抗压强度最大，当碱当量为4％、6％、10％、12％时，其抗压强度分别下降了17.6％、4.4％、2.9％、10.3％。由此可知，当碱性激发剂的碱当量在6％～10％时，抹灰砂浆的抗压强度变化幅度较小，当碱当量小于6％或大于10％时，其抗压强度下降幅度比较明显。

对比例4

为了对比分析碱性激发剂的模数对本发明的抹灰砂浆的性能影响，提供实施例1的对比例，包括以下重量份的各组分：工程弃土以干重计75份，高炉矿渣14份，粉煤灰6份，天然砂25份，磷石膏6份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳胶粉5份，农作物秸秆纤维0.6份，甲基硅酸钠0.3份，减水剂1.5份，碱性激发剂由NaOH与水玻璃溶液组成，其中，水玻璃溶液的Na₂O、SiO₂含量分别为8％、27％，碱性激发剂的碱当量为8％，模数分别为0.4、0.8、1.2(即实施例1)、1.4、1.6。制备步骤与实施例1相同。按照《预拌砂浆》(GB/T 25181-2019)对制得的抹灰砂浆进行性能测试，性能测试结果如图5所示。

由图5可知，碱性激发剂的模数对抹灰砂浆的抗压强度有较大影响，且随模数的增大呈先增大后减小的趋势，当碱性激发剂的模数为1.2时，试样的抗压强度最大，当碱当量为0.4、0.8、1.6、2.0时，其抗压强度分别下降了35.3％、13.2％、8.8％、27.9％。由此可知，当碱性激发剂的模数在0.8～1.6时，抹灰砂浆的抗压强度变化幅度较小，当模数小于0.8或大于1.6时，其抗压强度下降幅度比较显著。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种抹灰砂浆，其特征在于，包括以下重量份的组分：

工程弃土60～100份；级配砂5～40份；高炉矿渣15～35份；粉煤灰5～15份；工业副产石膏1～10；可再分散性乳胶粉1～10份；纤维0.1～1份；有机硅憎水剂0.1～0.5份；减水剂0.5～3份。其中，所述工程弃土的化学成分包括SiO₂、Al₂O₃；所述工业副产石膏的化学成分包括CaSO₄·2H₂O；所述减水剂包括聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸共聚物与六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、碳酸钠、磷酸钠和草酸钠中的一种或多种形成的混合物；所述抹灰砂浆还包括M重量份的碱性激发剂，所述碱性激发剂由水玻璃和NaOH组成，其中，M由以下公式(1)～(3)计算得到：

M＝x+y (3)

其中，a为水玻璃中Na₂O的质量分数，以百分数计；b为水玻璃中SiO₂的质量分数，以百分数计；c为碱性激发剂的模数；d为碱性激发剂的碱当量，以百分数计；x为水玻璃的质量，以重量份计；y为NaOH的质量，以重量份计；m为高炉矿渣与粉煤灰的质量之和，以重量份计。

2.根据权利要求1所述的抹灰砂浆，其特征在于，包括以下重量份的组分：

工程弃土60～80份；级配砂20～40份；高炉矿渣21～28份；粉煤灰9～12份；工业副产石膏2～5；可再分散性乳胶粉1-5份；纤维0.2～0.6份；有机硅憎水剂0.2～0.5份；减水剂0.5-2份。

3.根据权利要求1所述的抹灰砂浆，其特征在于，所述级配砂为天然砂、机制砂和再生细骨料中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的抹灰砂浆，其特征在于，所述高炉矿渣为粉状，比表面积大于400m²/kg；和/或，

所述粉煤灰中粒径小于45μm的颗粒占75％以上。

5.根据权利要求1所述的抹灰砂浆，其特征在于，所述工业副产石膏为脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏和钛石膏中的一种或多种；和/或，

所述可再分散性乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-氯乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物和乙烯-醋酸乙烯酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的抹灰砂浆，其特征在于，所述纤维为农作物秸秆纤维、耐碱玻璃纤维和聚丙烯纤维中的一种或多种；和/或，

所述纤维的长度不超过20mm。

7.根据权利要求1所述的抹灰砂浆，其特征在于，所述有机硅憎水剂包括甲基硅酸钠和/或甲基硅酸钾；和/或，

所述碱性激发剂的碱当量为6％～10％，模数为0.8～1.6。

8.根据权利要求1或2所述的抹灰砂浆，其特征在于，所述抹灰砂浆的稠度为60～100mm。

9.一种如权利要求1～8中任一项所述的抹灰砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先根据所需碱性激发剂的碱当量和模数计算所需NaOH与水玻璃溶液的质量，然后将氢氧化钠完全溶于水，再与水玻璃混合均匀并冷却至室温，得到碱性激发剂；

(2)将工程弃土破碎后与高炉矿渣、粉煤灰、工业副产石膏进行轮碾、混合，得到混合物A；

(3)将所述混合物A与级配砂、碱性激发剂、减水剂混合均匀，得到混合物B；

(4)将所述混合物B与可再分散性乳胶粉、纤维、有机硅憎水剂混合均匀，得到所述抹灰砂浆。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的抹灰砂浆或权利要求9所述的制备方法制得的抹灰砂浆在建筑墙体抹灰与饰面砂浆中的应用。

Images