CN117486572A - 一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，S1，取一定量的水洗磷建筑石膏、粉状聚羧酸减水剂、废弃花岗岩石粉进行干混合，并充分搅拌均匀，获得A混合物；本发明仅增加5％的花岗岩石粉和5‰的聚羧酸减水剂，施压保持3分钟，2h抗折强度可以达到30.83Mpa，7d抗压强度可以达到31.42Mpa，产品7d吸水率4.89％，软化系数0.99，产品无需添加增强材料、防水材料，只采用废弃石粉，施压保持3分钟，就能提高磷石膏砌块的强度、耐水性，从而降低生产成本，实现低碳目标；早强的特性更可以使产品无需库存养护，即产即出厂，缩短磷石膏砌块出厂周期，并提高产品早期生产安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，属于固体废弃物资源化领域和建筑材料生产技术领域。
背景技术
磷石膏主要是由二水硫酸钙和少量杂质组成，此外含有一定量的有害物质，如水溶性磷酸盐、氟化物、重金属等。目前，大多数磷石膏未经处理就大量存储在工厂附近，这不仅占用了大量的用地面积，还造成了严重的环境污染。
对此，以磷石膏为原料来制备建筑材料是磷石膏资源化利用的重要方向，制成的建筑材料包括磷石膏条板、砖、砌块等，但是没有处理过的磷石膏中的有害物质不仅造成环境污染和人们健康的问题，还削弱了石膏基材料的力学性能和耐水性能；这限制了磷石膏在建筑领域的应用。因此，当磷石膏用于建筑材料时，其前期处理非常重要。目前，磷石膏的预处理方法主要有化学法、水洗法、浮选法和煅烧法等。其中，水洗法可以通过洗涤、过滤、脱水以有效去除可溶性磷、氟等可溶性杂质，是去除磷石膏里可溶性杂质的最有效的方法。水洗过的磷建筑石膏性能稳定，有利于磷石膏在建筑材料中规模化的应用。
磷石膏砌块因为应用场景灵活多样，是磷石膏建筑材料中一种常见类型。人们在不断研究提高其性能的方法，如改善成型工艺、添加增强材料、防水材料等，也取得比较好的效果。但是额外添加防水剂、增强剂会也增加了产品的生产成本。
现有专利号为CN104030649 B，专利申请名称为“高强度高掺量磷石膏免烧砖的生产工艺”，揭示了其生产步骤包括：原料预处理、配料、掺水搅拌、压制成型、泡水水化、干燥；特别是压制成型：将掺水配合料填入压砖机中，于8～12MPa压力下压制成型，得到生砖坯；以及泡水水化：室温下将生砖坯置于水浸泡0.5～2h，得到水化砖坯；压制成型需要耗费7天以上，出厂周期长，又有烘干步骤，生产的耗能高。
现有专利号为CN200810031154.1，专利申请名称为一种耐水高强石膏基混凝土砖或砌块及其生产方法，揭示了80％的原料为工业副产品，既可降低生产成本，又有利于节能减排，并减少化学石膏及矿渣、粉煤灰、炉渣、碱渣、电石渣等占用土地资源及对水资源的污染，有利于保护环境，但是在生产方法中明确加入了碱性激发剂、促凝剂、减水剂、早强剂，采用硬石膏、二水石膏和活性掺合料为主要原料，通过碱性激发剂激发，生成兼有水硬性和气硬性特征的石膏基复合胶凝材料，该石膏基复合胶凝材料的软化系数大于0.80，而且强度高，具有水硬性材料的基本性，增加了生产成本，材料配方复杂，准备步骤繁琐。
因此，本发明基于水洗磷建筑石膏和半干法成型工艺，提供一种低成本能快速出厂的低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法。
发明内容
本发明基于水洗磷建筑石膏和半干法成型工艺，提供了一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，可以有效解决上述问题。
本发明是这样实现的：
一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，包括以下步骤：
S1，取一定量的水洗磷建筑石膏、粉状聚羧酸减水剂、废弃花岗岩石粉进行干混合，并充分搅拌均匀，获得A混合物；
S2，向A混合物缓慢洒入水，同时快速搅拌，获得半干状态细小颗粒的B混合物；
S3，制作磷石膏砌块的模具，将B混合物均匀倒入模具中，而后使用压力机压制，保持3分钟后脱模，室温养护到规定时间后获得高强耐水性磷石膏砌块。
本发明的有益效果是：
①本发明采用水洗磷建筑石膏，仅增加5％的花岗岩石粉和5‰的聚羧酸减水剂，施压保持3分钟，2h抗折强度可以达到30.83Mpa，7d抗压强度可以达到31.42Mpa，产品7d吸水率4.89％，软化系数0.99；产品无需添加增强材料、防水材料，只采用废弃石粉，施压保持3分钟，就能提高磷石膏砌块的强度、耐水性，从而降低生产成本，实现低碳目标。
②本发明生产的磷石膏砌块成型后无需通过额外泡水0.5h-2h，无需大量场地进行晒干来降低磷石膏的含水率，生产工艺简单，生产设备简单，能源消耗少，从而降低企业生产成本。
③本发明无需添加人工防水剂，产品7d吸水率4.89％，软化系数可以达到0.99，扩展了磷石膏砌块的使用场景，大大降低防水性石膏砌块的生产成本。
④本发明制备的高强耐水性磷石膏砌块在室温养护2h抗折强度就接近室温养护7d的强度，早强的特性更可以使产品无需库存养护，实现即产即出，缩短磷石膏砌块出厂周期，并提高产品早期生产安全性本，也就是可以根据订单即时生产，大大降低企业生产经营成本。
⑤本发明只采用10Mpa压力，砌块2h抗折强度可以达到30.83Mpa，7d抗压强度可以达到31.42Mpa，压力机压制砌块时施加的压力越大，对设备的要求就越高，耗能就越高，因此，本发明对设备要求低，设备采购成本低，生产能耗低，从而降低企业生产成本。
⑥本发明主要原料均来源于工业固废，绿色环保，原料成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明方案中实施例1、2、4和对比例1所制备的磷石膏砌块在室温养护2h和7d状态下的抗折强度柱状图。
图2是本发明方案中实施例1、2、4和对比例1所制备的磷石膏砌块在室温养护2h和7d状态下的抗折强度柱状图。
图3是本发明方案中室温养7d状态下的磷石膏砌块的扫描电镜表征图，其中，图3(a)为对比例的普通磷石膏砌块的扫描电镜照片；图3(b)为实施例3为掺入2.5％花岗岩石粉的高强耐水性磷石膏砌块的扫描电镜照片；图3(c)为实施例4掺入5％花岗岩石粉的高强耐水性磷石膏砌块的扫描电镜照片；图3(d)为实施例5为掺入7.5％花岗岩石粉的高强耐水性磷石膏砌块的扫描电镜照片；图3(e)为实施例6为掺入10％花岗岩石粉的高强耐水性磷石膏砌块的扫描电镜照片。
图4是本发明方案中室温养7d状态下的磷石膏砌块的扫描电镜表征图，其中，图4(a)为实施例6未添加石粉的高强耐水性磷石膏砌块的扫描电镜照片，图4(b)为实施例4掺入花岗岩石粉的高强耐水性磷石膏砌块的扫描电镜照片，图4(c)为实施例1掺入大理石石粉的高强耐水性磷石膏砌块的扫描电镜照片，图4(d)为实施例2掺入混掺石粉的高强耐水性磷石膏砌块的扫描电镜照片。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参照图1-图4所示，一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，包括以下步骤：
S1，取一定量的水洗磷建筑石膏、粉状聚羧酸减水剂、废弃花岗岩石粉进行干混合，并充分搅拌均匀，获得A混合物；
S2，向A混合物缓慢洒入水，同时快速搅拌，获得半干状态细小颗粒的B混合物；
S3，制作磷石膏砌块的模具，将B混合物均匀倒入模具中，而后使用压力机压制，保持3分钟后脱模，室温养护到规定时间后获得高强耐水性磷石膏砌块。
其中，所述水洗磷建筑石膏是磷石膏采用水洗法后获得含有半水硫酸钙高于80％的工业副产石膏。
作为本发明一种可能的具体实施方式，所述废弃石粉包含大理石石粉、花岗岩石粉中的任意一种或几种。
进一步，所述废弃石粉是花岗岩石粉。
作为本发明一种可能的具体实施方式，在步骤S1中，水洗磷建筑石膏、聚羧酸减水剂、石粉的比例为100：0.2～0.5：0.25～0.75。，最佳地，所述水洗磷建筑石膏、聚羧酸减水剂、石粉的比例为100:0.25：5。
作为本发明一种可能的具体实施方式，步骤S3中，压力机压制时用的压力为10Mpa，施压3分钟，压力机压制试块时施加的压力越大，对设备的要求就越高，耗能就越高，因此，只采用10Mpa就可以进行压制成型，减少耗能，降低生产成本。
作为本发明一种可能的具体实施方式，在步骤S2中，所述步骤S2中，A混合物中所掺入的水分分量，是根据石膏和石粉质量分别计算获得，根据预实验，得到相同状态拌合物磷石膏需水量为磷石膏质量的28％，石粉所需水量为石粉质量的20％，按这样的比例加入水，会让B混合物不会过稀或者过干，易压制成型。
实施例1
一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，包括以下步骤：
步骤1，分别取100份磷建筑石膏和0.25份聚羧酸减水剂以及5份的大理石石粉，进行干粉混合并充分搅拌均匀，获得A混合物。
步骤2，取100份A混合物缓慢注入27.62份水，同时快速搅拌，获得半干状态细小颗粒的B混合物。
步骤3，制作磷石膏砌块的模具，将B混合物均匀倒入模具中，而后使用压力机压制，压力机的压力为10Mpa并保持3分钟，压制后，直接取出在室温中养护，获得高强耐水性磷石膏砌块。
实施例2
一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，包括以下步骤：
步骤1，分别取100份磷建筑石膏和0.25份聚羧酸减水剂以及5份的混掺石粉，进行干粉混合并充分搅拌均匀，获得A混合物，其中，所述混掺石粉由2.5份大理石石粉和2.5份花岗岩石粉混合而成。
步骤2，取100份A混合物缓慢注入27.62份水，同时快速搅拌，获得半干状态细小颗粒的B混合物。
步骤3，制作磷石膏砌块的模具，将B混合物均匀倒入模具中，而后使用压力机压制，压力机的压力为10Mpa并保持3分钟，压制后，直接取出在室温中养护，获得高强耐水性磷石膏砌块。
实施例3
一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，包括以下步骤：
步骤1，分别取100份磷建筑石膏和0.25份聚羧酸减水剂以及2.5份的花岗岩石粉，进行干粉混合并充分搅拌均匀，获得A混合物。
步骤2，取100份A混合物缓慢注入27.8份水，同时快速搅拌，获得半干状态细小颗粒的B混合物。
步骤3，制作磷石膏砌块的模具，将B混合物均匀倒入模具中，而后使用压力机压制，压力机的压力为10Mpa并保持3分钟，压制后，直接取出室温养护，获得高强耐水性磷石膏砌块。
实施例4
一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，包括以下步骤：
步骤1，分别取100份磷建筑石膏和0.25份聚羧酸减水剂以及5份的花岗岩石粉，进行干粉混合并充分搅拌均匀，获得A混合物。
步骤2，取100份A混合物缓慢注入27.62份水，同时快速搅拌，获得半干状态细小颗粒的B混合物。
步骤3，制作磷石膏砌块的模具，将B混合物均匀倒入模具中，而后使用压力机压制，压力机的压力为10Mpa并保持3分钟，压制后，直接取出在室温中养护，获得高强耐水性磷石膏砌块。
如图3所示，本实施例掺入5％花岗岩石粉所制备的磷石膏砌块样品在室温养护7d后的EMS如图3(c)所示，其晶体结构细腻、紧密。
实施例5
一种低成本制备高强磷石膏砌块的方法，包括以下步骤：
步骤1，分别取100份磷建筑石膏和0.25份聚羧酸减水剂以及7.5份的花岗岩石粉，进行干粉混合并充分搅拌均匀，获得A混合物。
步骤2，取100份A混合物缓慢注入27.44份水，同时快速搅拌，获得半干状态细小颗粒的B混合物。
步骤3，制作磷石膏砌块的模具，将B混合物均匀倒入模具中，而后使用压力机压制，压力机的压力为10Mpa并保持3分钟，压制后，直接取出在室温中养护，获得高强耐水性磷石膏砌块。
实施例6
一种低成本制备高强磷石膏砌块的方法，包括以下步骤：
步骤1，分别取100份磷建筑石膏和0.25份聚羧酸减水剂以及10份的花岗岩石粉，进行干粉混合并充分搅拌均匀，获得A混合物。
步骤2，取100份A混合物缓慢注入27.27份水，同时快速搅拌，获得半干状态细小颗粒的B混合物。
步骤3，制作磷石膏砌块的模具，将B混合物均匀倒入模具中，而后使用压力机压制，压力机的压力为10Mpa并保持3分钟，压制后，直接取出在室温中养护，获得高强耐水性磷石膏砌块。
对比例1
一种低成本制备高强磷石膏砌块的方法，包括以下步骤：
步骤1，分别取100份磷建筑石膏和0.5份聚羧酸减水剂，进行干粉混合并充分搅拌均匀，获得A混合物。
步骤2，取100份A混合物缓慢注入28份水，同时快速搅拌，获得半干状态细小颗粒的B混合物。
步骤3，制作磷石膏砌块的模具，将B混合物均匀倒入模具中，而后使用压力机压制，压力机的压力为10Mpa并保持3分钟，压制后，直接取出在室温中养护，获得高强耐水性磷石膏砌块。
成品测试：
测试标准：按照上述实施例和对比例所制备成的制备方法，制成40mm×40mm×160mm的标准试块,然后在室温养护2h和7d，最后进行各项测试。
首先，根据建筑石膏标准(GB/T9776—2022)，分别对不同龄期的磷石膏基复合材料试样进行抗折强度、抗压强度的测定，测试结果如图1和图2；
其次，制备微观测试样品以备后续观测试块的微结构，电镜图像显示如图3和图4；
再者，测试室温养护7d的标准试块的吸水率，将试块放入40℃±4℃烘干箱中干燥至恒重，随后浸入室温条件下的水中浸泡24小时，然后计算浸泡前后的重量变化，以确定吸水率；
最后，测试室温养护7d的标准试块的软化系数，测量吸水率后，对这些试样进行抗压强度测量，干抗压强度除以湿抗压强度计算得出软化系数；实验结果见表1；
表1实施例和对比例的测试数据表
(1)由表1可知，通过对比实施例1、2、4，结果显示，对比不同种类石粉，掺入花岗岩石粉后制备而成的磷建筑石膏抗折强度和抗压强度强度最佳。
(2)由表1可知，通过对比实施例3至6，结果显示，掺入2.5％、7.5％、10％花岗岩石粉，高强耐水性磷石膏砌块7d抗折强度分别提高4.03％、1.01％、0.25％；高强耐水性磷石膏砌块7d抗压强度分别提高：5.84％、6.57％、5.64％，说明适量花岗岩石粉的加入，有利于磷石膏砌块的抗折强度和抗压强度的提升，而加入的花岗岩石粉过多，则会影响磷建筑石膏水化，降低磷石膏砌块的抗折强度和抗压强度强度，当花岗岩石粉为5％的时候，抗折强度和抗压强度强度最高。
(3)由表1可知对比实施例4和对比例1，加入花岗岩石粉后，花岗岩石粉作为惰性填充材料进行填充，孔隙率下降，砌块更加密实，吸水率降低28％，软化系数提高48％。
从图3中可知，图3为不同掺量的花岗岩石粉制备的磷石膏样品7天SEM图像；从图中发现，随着花岗岩石粉掺量的增加，磷石膏内部结构先变得更致密后变得疏松，其中，图3(a)为对比例的普通磷石膏砌块的扫描电镜照片，晶体结构颗粒大、松散、晶体间的缝隙很大，图3(b)为实施例3为掺入2.5％花岗岩石粉的高强耐水性磷石膏砌块的扫描电镜照片，其晶体结构粗糙、缝隙较大，图3(c)为实施例4掺入5％花岗岩石粉的高强耐水性磷石膏砌块的扫描电镜照片，其晶体结构细腻、紧密，图3(c)、(d)、(e)分别为掺入2.5％、7.5％和10％花岗岩石粉的高强耐水性磷石膏砌块的扫描电镜照片，其晶体结构较图(b)均粗大松散；晶体结构之间越紧密，表明测试试块的力学性能和耐水性能越优良；因此，观察分析可知，实施例4掺入5％的花岗岩石粉后的磷石膏基复合材料的晶体结构最紧密，力学性能和耐水性能最好。
由图4结果显示可知，图4(a)为实施例6未添加石粉的高强耐水性磷石膏砌块的扫描电镜照片，其微观结构晶体粗大，存在孔隙且晶体间连接疏松；图4(b)、(c)和(d)为掺入花岗岩石粉、大理石石粉和混掺石粉的高强耐水性磷石膏砌块的微观结构更密实，其中掺入5％的花岗岩石粉的样品颗粒间结构最为细腻，掺入5％的大理石石粉样品，结构较为粗大松散，混掺石粉介于二者之间；可见掺入石粉后，磷石膏晶体间结构密实度高，力学性能优良，耐水性也随之提高。
综上述，结合表1和图1、图2；本发明仅增加5％的花岗岩石粉和2.5‰的聚羧酸减水剂，压力机施加压力10MPa，保持3分钟即可，室温养护2h后抗压强度可以达到30.83Mpa，室温养护7d后抗压强度达到31.42Mpa，产品7d吸水率4.89％，软化系数0.99，大大缩短了磷石膏砌块最终成型时间；也就是，采用本方法制备的磷石膏砌块，只需要室温养护2h就可以达到养护7d的效果，无需通过额外泡水0.5h-2h，无需大量场地进行晒干来提高磷石膏的稳定性；产品无需添加增强材料、防水材料，只采用废弃石粉，就能提高磷石膏砌块的强度、耐水性，生产成本低，能实现低碳目标，能做到即产即出厂，无需库存养护，缩短磷石膏砌块出厂周期，并提高产品早期生产安全性。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，取一定量的水洗磷建筑石膏、粉状聚羧酸减水剂、废弃石粉进行干混合，并充分搅拌均匀，获得A混合物；
S2，向A混合物均匀洒入水，同时快速搅拌，获得半干状态细小颗粒的B混合物；
S3，制作磷石膏砌块的模具，将B混合物均匀倒入模具中，而后使用压力机压制，保持3分钟后脱模，室温养护到规定时间后获得高强耐水性磷石膏砌块。
2.如权利要求1所述的一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，其特征在于，所述水洗磷建筑石膏是磷石膏采用水洗法后获得含有半水硫酸钙高于80％的工业副产石膏。
3.如权利要求1所述的一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，其特征在于，所述废弃石粉包含大理石石粉、花岗岩石粉中的任意一种或几种。
4.如权利要求3所述的一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，其特征在于，所述废弃石粉是花岗岩石粉。
5.如权利要求1所述的一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，其特征在于，在步骤S1中，水洗磷建筑石膏、聚羧酸减水剂、石粉的比例为100：0.2～0.5：0.25～0.75。
6.如权利要求5所述的一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，其特征在于，所述水洗磷建筑石膏、聚羧酸减水剂、石粉的比例为100：0.25：5。
7.如权利要求1所述的一种低成本制备高强耐水性磷石膏砌块的方法，其特征在于，步骤S3中，压力机压制时用的压力为10Mpa，施压保持3分钟。
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