CN101265068A - 一种胶凝材料石膏-水泥及其生产方法 - Google Patents

一种胶凝材料石膏-水泥及其生产方法 Download PDF

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Abstract

一种胶凝材料石膏－水泥及其生产方法，其由石膏胶凝材料、活性掺合料、碱性激发剂、促凝剂、石灰、减水剂、早强剂和半水石膏制成，各组分材料的重量配比为：石膏胶凝材料40％～80％，活性掺合料10％～45％，碱性激发剂4％～15％，促凝剂0～6％，早强剂0～1％，减水剂0～1％，石灰0～5％，半水石膏0～10％。生产方法：将各原料按预定配比计量称重，然后将所有原料混合均匀，包装，即成。本发明之石膏－水泥具有高强度、高耐水性能和良好体积稳定性，可用作砌筑水泥、水泥砂浆、粉刷石膏、勾缝石膏、保温砂浆。

Description

一种胶凝材料石膏-水泥及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种高强耐水胶凝材料，具体地说，涉及一种用作砌筑水泥、水泥砂浆、粉刷石膏、勾缝石膏、保温砂浆的石膏-水泥。
背景技术
传统的建筑石膏具有凝结硬化快、不收缩、轻质、保温、节能等特点，已广泛用作室内装修材料，但由于其强度低、耐水性能差(软化系数低)这两大世界性难题限制了它的应用范围。硬石膏又称为无水石膏，有天然的和人造取的两大类，后者由二水石膏经360～1000℃煅烧形成的硬石膏，其中二水石膏经360～500℃煅烧的石膏，称慢溶硬石膏叫硬石膏II-S，500～700℃生成的硬石膏叫硬石膏II-U，称不溶性硬石膏，700～1000℃生成的硬石膏叫硬石膏II-E，称为浇注硬石膏II-E。无水石膏强度高于建筑石膏，但仍存在缺陷，人们通过添加水泥和火山灰质活性材料对无水石膏进行改性，期望提高无水石膏的强度和耐水性，取得一定效果，但由于成本高，无法获得推广应用。法国通过特殊煅烧工艺，制备出高强度石膏，命名石膏-水泥。该产品已投放市场，但该产品的水化产物仍为二水石膏，属气硬性材料，耐水性能差，应用范围有限。而传统的硅酸盐水泥由于强度高、耐候性好、耐水性好，已广泛用作建筑材料、公路材料等，但也存在生产能耗大、生产成本高、固化慢和收缩变形大等缺陷，在某些方面使用不方便。
另一方面，目前，世界磷石膏年排放量达2.8亿吨，我国已超过2000万吨；我国每年还产生脱硫石膏400万吨。随着环保政策的落实，我国燃煤电厂烟气脱硫计划的实施，2010年后每年还将新增脱硫石膏2000万吨以上；每年产生氟石膏100万吨，另外还有大量柠檬石膏、硼石膏、钛石膏等，这些工业副产品石膏(也称化学石膏，其中的磷石膏、脱硫石膏、柠檬石膏、硼石膏、钛石膏和盐石膏属于二水石膏，氟石膏为无水石膏)目前仅有少量用作水泥添加剂，大部分处于堆放状态，不仅占用大量土地，而且污染环境和地下水资源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产能耗低，成本低，兼有水硬性和气硬性胶凝材料优点的胶凝材料石膏-水泥。
本发明的目的是通过下述方案实现的：其由石膏胶凝材料、活性掺合料、碱性激发剂、促凝剂、石灰、减水剂、早强剂和半水石膏制成，各组分材料的重量配比为：石膏胶凝材料40％～80％(优选50％～70％)，活性掺合料10％～45％，(优选20％～35％)，碱性激发剂4％～15％(优选6％～10％)，促凝剂0～6％(优选0.5～3.0％)，早强剂0～1％，减水剂0～1％，石灰0～5％，半水石膏0～10％；
所述石膏胶凝材料为选自二水石膏粉和硬石膏粉中的一种或两者的混合物组成，两者的重量配比为二水石膏∶硬石膏＝0～100％∶100％～0，优选比例为二水石膏∶硬石膏＝10％～90％∶90％～10％，考虑原材料价格及来源情况，更优选的比例为二水石膏∶硬石膏＝50％～80％∶50％～20％；
所述二水石膏粉为天然二水石膏粉、脱硫石膏粉、预处理的磷石膏粉或预处理的柠檬石膏粉，粉末粒度60目～500目，优选80目～200目；
所述硬石膏为天然硬石膏，或氟石膏，或硬石膏II-S，或硬石膏II-U，或硬石膏II-E；粒度：氟石膏或硬石膏II-S，或硬石膏II-E，为80～300目(优选100～250目)，天然硬石膏和硬石膏II-U100～500目(优选250～400目)。硬石膏II优选顺序为：氟石膏＞天然硬石膏＞硬石膏II-E＞硬石膏II-S＞硬石膏II-U；
所述活性掺合料为选自磨细水淬高炉矿渣(简称磨细矿渣)、磨细粉煤灰、磨细氟石粉、硅灰、磨细化铁炉渣、磨细炉渣中的一种或两种以上的混合物；
所述碱性激发剂为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、碱渣或电石渣；
所述促凝剂为选自Na2SO4、K2SO4、NaHSO4、KHSO4、CuSO4、FeSO4、AL2(SO4)3、ZnSO4、KAL(SO4)2、K2Cr2O7中的一种或两种以上的混合物，优选NaHSO4、Na2SO4、KAL(SO4)212H2O、K2Cr2O7中的一种或两种以上的混合物。促凝剂粉磨至粒度≥100目。
所述预处理的磷石膏，可为经以下公知工艺处理的磷石膏：①用水清洗，使磷石膏的pH值为6～7；或②用石灰中和磷石膏中的有机和无机磷，使其变成磷酸盐：用1％～5％的石灰与磷石膏混合，放置3～5天，使两者混合物的pH值为6～7，然后烘干，煅烧，粉磨，粉磨粒度≥100目。
所述预处理柠檬石膏，可为经以下公知工艺处理的磷石膏：用1％～5％的石灰与柠檬石膏混合，放置3～5天，使两者混合物的pH值为6～7。然后烘干、煅烧、粉磨，使其粒度≥100目。
生产方法：将各原料按预定配比计量，然后将所有原料混合均匀，包装，即成。
本发明利用硬石膏粉和二水石膏粉之间不同的物理化学特性，以硬石膏、二水石膏和具有火山灰活性的活性掺合料为主要原材料，通过碱性激发剂激发，生产石膏基复合胶凝材料石膏-水泥(简称石膏-水泥)，在胶凝材料的硬化体中，含有少量的钙矾石、硅酸盐凝胶和铝酸盐凝胶，这些硅酸盐凝胶和铝酸盐凝胶既能包裹和保护二水石膏晶体未水化的二水石膏颗粒、少量未水化的硬石膏颗粒和二水石膏结晶接触点，又能有效填充硬化体的孔隙，从而提高了石膏基复合胶凝材料硬化体的强度和软化系数。可获得既有高的强度、高的耐水性能和良好体积稳定性，又有不同凝结固化性能(如快硬性、早强性、膨胀性)的石膏-水泥，以满足不同使用性能要求。如快硬或早强型石膏-水泥，主要用于生产石膏砌块、石膏墙板和工程抢险；膨胀石膏-水泥用于堵漏，工程抢险等，普通石膏-水泥，主要用作砌筑或干混砂浆、保温砂浆、石膏勾缝腻子和自流平石膏-水泥等。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
(一)混合石膏一水泥实施例
原料：二水石膏选用烘干脱硫石膏(游离水含量1％)，硬石膏选用氟石膏，粉磨，粒度100目，活性掺合料选用磨细水淬矿渣，碱性激发剂选用硅酸盐水泥(325#)，促凝剂选用钾明矾，它们的重量配比为：
    脱硫石膏∶氟石膏∶水淬矿渣∶水泥∶明矾∶石灰
1#＝63.6      0       27.3       9.1  3.0   2.0
2#＝58.6      5.0     27.3       9.1  3.0   2.0
3#＝53.6      10.0    27.3       9.1  3.0   2.0
4#＝48.6      15.0    27.3       9.1  3.0   2.0
5#＝43.6      20.0    27.3       9.1  3.0   2.0
6#＝38.6    25.0    27.3    9.1    3.0    2.0
7#＝33.6    30.0    27.3    9.1    3.0    2.0
8#＝28.6    35.0    27.3    9.1    3.0    2.0
9#＝23.6    40.0    27.3    9.1    3.0    2.0
10#＝18.6   45.0    27.3    9.1    3.0    2.0
11#＝13.6   50.0    27.3    9.1    3.0    2.0
12#＝0      63.6    27.3    9.1    3.0    2.0
按上述配比，称取原材料，混合均匀，加水搅拌，水灰比0.3，按GB/T1346-2001测定凝结时间和安定性检验，按GB/T17671-1999测试石膏一水泥胶砂强度，并测定泡水72小时的湿压缩强度(计算软化系数)。
实验结果见表1
表1混合石膏一水泥的物理力学性能实验结果
试样   初凝时间(min)   终凝时间(min)   抗弯强度(MPa)   抗压强度(MPa)   软化系数(％)
  1#   480   960   3.1   23.1   0.83
  2#   210   360   3.2   25.0   0.83
  3#   145   183   3.2   26.2   0.83
  4#   130   170   3.3   28.1   0.84
  5#   120   163   3.4   30.1   0.84
  6#   105   148   3.4   35.2   0.84
  7#   90   120   4.0   44.2   0.84
8# 98 128 4.2 42.2 0.83
  9#   108   132   4.2   40.1   0.84
  10#   120   140   3.9   38.3   0.85
  11#   130   152   3.9   32.2   0.85
  12#   152   200   3.8   34.2   0.84
从表1可见，随着氟石膏重量配比的增加，初凝、终凝时间缩短，强度增大。当初凝时间、终凝时间有极小值后，强度有极大值，然后随着氟石膏重量配比的增大，初凝、终凝时间延长，强度减小，但软化系数均在0.83以上，属于耐水材料。根据这一特性，该石膏一水泥胶凝材料具有不同的用途，1#～2#石膏一水泥可用于生产石膏基混凝土砖和砌块，3#～8#石膏一水泥胶凝材料可用作砌筑水泥，满足GB/T3183-2003要求，此外，还可用作粉刷石膏、保温砂浆和自流平石膏一水泥。9#～12#石膏一水泥可用作嵌缝石膏。
(二)嵌缝石膏一水泥实施例
原料：组分大致与实施例1相同，另外，再加可再分散胶粉，保水增粘剂甲基纤维素MC，本类石膏一水泥的特点为凝结固化快，具有一定的微膨胀，可用作接缝材料和墙板的嵌缝材料，故称之嵌缝石膏一水泥。它们的重量配比为：
     脱硫石膏∶氟石膏∶水淬矿渣∶水泥∶明矾∶硫酸钾
13#＝23.6      40      27.3      9.1   2.0   1.0
14#＝18.6      45      27.3      9.1   2.0   1.0
15#＝13.6      50      27.3      9.1   2.0   1.0
16#＝0         63.6    27.3      9.1   2.0   1.0
按上述配比，称取原材料，加水搅拌，水灰比＝0.3，采用浇注成型工艺成型，试样尺寸为40×40×160mm，按GB/T1346-2001测定凝结时间，按GB/T1767-1999测试其28天抗弯强度、28天抗压强度。实验结果见表2
表2嵌缝石膏一水泥物理力学性能实验结果
试样   粒度(0.2mm筛余)  初凝时间(min)  终凝时间(min)   抗弯强度(MPa)   抗压强度(MPa)   软化系数   腐败实验
  13#   ≤1  80  120   4.1   25.0   0.81   无
  14#   ≤1  80  110   4.6   26.0   0.81   无
  15#   ≤1  88  128   4.8   27.5   0.81   无
  16#   ≤1  96  140   4.2   24.0   0.81   无
从表2可以看出，该嵌缝一水泥腻子初凝时间长、施工方便，而且强度高，软化系数高，微膨胀，不开裂，适合用作轻质墙板和砌块以及纸面石膏板的嵌缝材料。
(三)活性掺合料配比优化实施例
原料：二水石膏用预处理的柠檬石膏代替(游离水含量1％)，粉磨粒度120目，硬石膏选用800℃煅烧的硬磷石膏II-E，粒度：200目，活性掺合料为磨细水淬矿渣，碱性激发剂选用硅酸盐水泥(325#)，促凝剂选用明矾，粒度：100目，它们的重量配比为：
     柠檬石膏∶硬石膏II-E∶水淬矿渣∶水泥∶明矾
17#＝45.45     45.45       0         9.1   2.0
18#＝40.45     40.45       10.0      9.1   2.0
19#＝35.45     35.45       20.0      9.1   2.0
20#＝31.8      31.8        27.3      9.1   2.0
21#＝30.45     30.45       30.0      9.1   2.0
22#＝27.95    27.95    35.0    9.1    2.0
23#＝25.70    25.70    40.0    9.1    2.0
24#＝20.45    20.45    50.0    9.1    2.0
按上述配比，称取原料，加水搅拌，水灰比＝0.3，浇注成型，模具尺寸为40×40×160mm，湿养护28天，烘干，按GB/T17671-1999标准，测试28天弯曲强度、压缩强度和软化系数，实验结果见表3
表3石膏一水泥活性掺合料优化配比实验结果：
  试样   弯曲强度MPa   压缩强度MPa   软化系数％
  17#   2.6   12.0   0.65
  18#   2.8   13.6   0.68
  19#   3.0   24.3   0.75
  20#   3.6   32.0   0.82
  21#   3.6   31.8   0.82
  22#   3.8   34.0   0.82
  23#   4.0   35.0   0.85
  24#   3.6   38.3   0.83
从表3可以看出，随着水淬矿渣配比量的增大，强度增大，软化系数增大。当水淬矿渣配比达到39％(23#)时，弯曲强度及软化系数达最大值；低于19.6％时，强度及软化系数均较低。故活性掺合料水淬矿渣以配比19％-40％为宜。
(四)碱性激发剂水泥配比优化实施例
原料：二水石膏(天然石膏，粒度100目)，硬石膏为天然石膏，粒度400目，活性掺合料为磨细水淬矿渣、碱性激发剂为硅酸盐水泥(325#)、石灰、促凝剂选用明矾与硫酸钠的混合物(明矾与硫酸钠的重量配比为2∶1)。各组分材料的重量配比为：
     二水石膏∶硬石膏∶水淬矿渣∶水泥∶促凝剂∶石灰
25#＝31.8      31.8    27.3      0     2.0     3.0
26#＝31.8      31.8    27.3      2.0   2.0     3.0
27#＝31.8      31.8    27.3      4.0   2.0     3.0
28#＝31.8      31.8    27.3      6.0   2.0     3.0
29#＝31.8      31.8    27.3      8.0   2.0     3.0
30#＝31.8      31.8    27.3      9.0   2.0     3.0
31#＝31.8      31.8    27.3      12.0  2.0     3.0
32#＝31.8      31.8    27.3      16.0  2.0     3.0
33#＝31.8      31.8    27.3      20.0  2.0     3.0
按上述配方称取原材料，混合均匀，加水搅拌，水灰比＝0.35，浇注成型，模具尺寸为40×40×160mm，终凝后脱模，湿养护28天，烘干，按GB/T17671-1999测试28天弯曲强度、压缩强度、软化系数和泡水30天的试样开裂程度，实验结果见表4
表4碱性激发剂对石膏一水泥的性能影响的实验结果
试样   水泥配比(％)   弯曲强度(MPa)   压缩强度(MPa) 软化系数   泡水30天开裂情况
  25#   0   1.5   18.3   0.45   无
  26#   2.2   1.8   19.2   0.58   无
  27#   4.2   1.9   20.3   0.65   无
  28#   6.2   1.96   23.0   0.75   无
  29#   8.1   2.2   28.0   0.83   无
  30#   9.1   2.6   36.0   0.86   无
  31#   11.7   3.0   37.0   0.86   无
  32#   15.0   3.2   38.3   0.86   局部微裂
  33#   18.0   3.2   40.2   0.85   有
从表4可以发现，随着水泥配比量的增大，强度增大，软化系数增大。但当水泥配比增大到9.1％时，强度和软化系数较高，然后随着水泥配比的增大，强度、软化系数不再明显增大，但当水泥配比增大到14.6％时，试样在水中浸30天，局部出现微小裂纹，当水泥配比增大到17.7％时，出现开裂情况，所以碱性激发剂水泥配比应小于15％。

Claims (10)

1、一种胶凝材料石膏-水泥，其特征在于，其由石膏胶凝材料、活性掺合料、碱性激发剂、促凝剂、石灰、减水剂、早强剂和半水石膏制成，各组分的重量配比为：石膏胶凝材料40％～80％，活性掺合料10％～45％，碱性激发剂4％～15％，促凝剂0～6％，早强剂0～1％，减水剂0～1％，石灰0～5％，半水石膏0～10％；
所述石膏胶凝材料为选自二水石膏粉和硬石膏粉中的一种或两者的混合物组成，两者的重量配比为二水石膏∶硬石膏＝0～100％∶100％～0，
所述二水石膏粉为天然二水石膏，或脱硫石膏，或预处理的磷石膏，或预处理的柠檬石膏，粉末粒度60目～500目。
所述硬石膏为天然硬石膏、氟石膏、硬石膏II-S、硬石膏II-U或硬石膏II-E；粒度，氟石膏、硬石膏II-S、硬石膏II-E为80～300目，天然硬石膏和硬石膏II-U为100～500目；
所述活性掺合料为选自磨细水淬高炉矿渣、磨细粉煤灰、磨细氟石粉、硅灰、磨细化铁炉渣、磨细炉渣中的一种或两种以上的混合物；
所述碱性激发剂为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、碱渣或电石渣；
所述促凝剂为选自Na2SO4、K2SO4、NaHSO4、KHSO4、CuSO4、FeSO4、AL2(SO4)3、ZnSO4、KAL(SO4)2、K2Cr2O7中的一种或两种以上的混合物；促凝剂粒度≥100目。
2、如权利要求1所述的胶凝材料石膏-水泥，其特征在于，所述石膏胶凝材料为50％～70％，活性掺合料20％～35％，碱性激发剂6％～10％，促凝剂0.5～3.0％。
3、如权利要求1所述的胶凝材料石膏-水泥，其特征在于，所述二水石膏∶硬石膏＝10％～90％∶90％～10％。
4、如权利要求3所述的胶凝材料石膏-水泥，其特征在于，所述二水石膏∶硬石膏＝50％～80％∶50％～20％。
5、如权利要求1所述的胶凝材料石膏-水泥，其特征在于，所述二水石膏粉粒度为80目～200目。
6、根据权利要求1所述的胶凝材料石膏-水泥，其特征在于，所述氟石膏、硬石膏II-S和硬石膏II-E粒度为100～250目，天然硬石膏和硬石膏II-U粒度为250～400目。
7、如权利要求1-6之一所述的胶凝材料石膏-水泥，其特征在于，所述预处理的磷石膏，是指经以下工艺处理的磷石膏：①用水清洗，使磷石膏的pH值为6～7；或②用石灰中和磷石膏中的有机和无机磷，使其变成磷酸盐：用1％～5％的石灰与磷石膏混合，放置3～5天，使两者混合物的pH值为6～7，再烘干，煅烧，粉磨。
8、根据权利要求1-6之一所述的胶凝材料石膏-水泥，其特征在于，所述预处理柠檬石膏，是指经以下工艺处理的磷石膏：用1％～5％的石灰与柠檬石膏混合，放置3～5天，使两者混合物的pH值为6～7，再烘干、煅烧、粉磨。
9、如权利要求7所述的胶凝材料石膏-水泥，其特征在于，所述预处理柠檬石膏，是指经以下工艺处理的磷石膏：用1％～5％的石灰与柠檬石膏混合，放置3～5天，使两者混合物的pH值为6～7，再烘干、煅烧、粉磨。
10、如权利要求1-9之一所述的胶凝材料石膏-水泥的生产方法，其特征在于，将各原料按预定配比计量，然后将所有原料混合均匀，包装，即成。
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