CN101759422A - 一种脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆 - Google Patents

Abstract

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆。它由脱硫石膏、聚苯颗粒、偏高岭土、钢渣、β-半水石膏、石灰、煅烧明矾、乳胶粉、纤维素醚、引气剂、减水剂组成。本发明可以很好地利用脱硫石膏这种工业固体废弃物，并且使用本发明可有效避免脱硫石膏活性较低、水化较慢和传统胶粉聚苯颗粒保温砂浆生产能耗高、资源浪费多的问题。本发明适用于各类建筑物的墙体保温工程施工，亦可满足一定的强度要求。

Description

一种脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆

技术领域

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆。

背景技术

随着工业技术水平的不断发展，工业废气中SO₂的排放量巨增，对大气环境造成了严重污染。为此，各地府相继出台了有力措施，以促进烟气脱硫工艺的推广应用。这样虽然有效解决了SO₂直接排入大气环境中造成的污染问题，但是也因此产生了大量需要合理利用的工业废弃物——脱硫石膏。脱硫石膏的综合利用研究始于二十世纪七八十年代，截至到目前，部分发达国家已经形成了较为完善的研究、开发、应用体系，在美国、德国和日本，应用湿式石灰石-石膏法脱硫工艺的机组容量约占电站脱硫装机总容量的80％以上。欧、美、日等国家非常重视工业副产石膏的综合利用，其中日本、德国的脱硫石膏利用率更是达到了80％-90％。

我国的主要能源是煤，每年因燃煤产生大量的SO₂，那么随之也有大量的脱硫石膏产生。据统计，在21世纪的前十年中，我国脱硫石膏年产量由2000年的200万吨激增至2009年的1200万吨，并且随着经济建设步伐的不断加快，这个数字仍将继续增加。为此，用什么方法来合理利用这些堆存的脱硫石膏，已经成为许多地方政府不得不面对和解决的难题。目前已有的一些处理方法，包括用作水泥缓凝剂、用作土壤改性剂以及建筑材料能够有效解决一部分脱硫石膏的利用问题，但是由于使用效果上的一些局限以及某些部门和企业的不够重视，我们国家绝大部分的脱硫石膏依然没有得到合理利用，并大量堆积存放而占据了宝贵的土地资源。我们国家对于脱硫石膏的利用率偏低，其距离欧美国家和日本80％以上的高利用率，尚有很大的差距。

总的来说，脱硫石膏作为石膏的一种，其主要成分和天然石膏一样，都是二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)。其物理、化学特征和天然石膏具有共同的规律，经过转化后同样可以得到五种形态和七种变体。因此，采用脱硫石膏替代天然石膏生产各种石膏制品，在理论上是完全可行的，并且由于脱硫石膏的纯度一般较天然石膏更高，故而脱硫石膏具有比天然石膏更大的利用潜力。

目前市场上存在的保温砂浆主要有两种，一种是以膨胀聚苯板或聚苯颗粒为保温组分的有机保温砂浆，一种是以无机轻质集料如膨胀珍珠岩、玻化微珠为保温组分的无机保温砂浆。众所周知，衡量材料保温性能的最主要参数是材料的导热系数，而导热系数又很大程度上取决于材料的表观密度。有机材料聚苯板或聚苯颗粒相对无机轻集料而言，具有更低的密度，以这类有机材料作为保温砂浆的保温组分，往往能够得到更好的保温效果。同时，聚苯颗粒等有机保温组分还可以增强材料的韧性、提高材料的耐水性。

本发明选用脱硫石膏作为主要的胶凝材料，选用聚苯颗粒作为集料，辅以少量其他种类的掺合料和外加剂，制备出一种保温性能、力学性能和耐久性能等多方面性能均显著优于传统有机或无机保温砂浆的脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆。本发明在制备过程中能够资源化利用大量工业固体废弃物，并充分发挥聚苯颗粒质轻、导热系数小、吸水率低的优点。可见，本发明具备良好的社会效益和环境效益以及广阔的市场前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保温隔热效果好、强度发展快、耐久性能优良、不开裂、不起壳，施工方便且性能稳定的脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆。

本发明提出的脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆，由脱硫石膏、聚苯颗粒、偏高岭土、钢渣、β-半水石膏、石灰、煅烧明矾、乳胶粉、纤维素醚、引气剂、减水剂和水组成，各组份的重量比为：

脱硫石膏      100

聚苯颗粒      7-14

偏高岭土      2-10

钢渣          2.5-10

β-半水石膏   2.5-10

石灰          1-5

煅烧明矾      1-4

乳胶粉        1-6

纤维素醚      0-0.8

引气剂        0-0.05

减水剂        0-0.8

水的加入量为脱硫石膏、聚苯颗粒、偏高岭土、钢渣、β-半水石膏、石灰、煅烧明矾、乳胶粉、纤维素醚、引气剂、减水剂总质量的75％-125％。

各组份较佳的重量比为：

脱硫石膏    100

聚苯颗粒    8.5-12

偏高岭土      5-10

钢渣          3-10

β-半水石膏   5-10

石灰          3-5

煅烧明矾      1-3

乳胶粉        2-5

纤维素醚      0.3-0.6

引气剂        0.02-0.03

减水剂        0.4-0.6

水的加入量为脱硫石膏、聚苯颗粒、偏高岭土、钢渣、β-半水石膏、石灰、煅烧明矾、乳胶粉、纤维素醚、引气剂、减水剂总质量的75％-125％。

本发明中，所述偏高岭土是由高岭土经过急剧升温至850℃，再快速冷却至室温制得。

本发明中，所述钢渣预先经过闷渣和超细粉活化处理，以较好地解决游离CaO、MgO的膨胀问题，同时激发其反应活性。

本发明中，所述纤维素醚的粘度为45,000mPa.s-120,000mPa.s。

本发明中，所述引气剂采用松香衍生物为主要成分，为市场上常见的引气剂品种。

本发明中，所述减水剂采用萘系减水剂，以硫酸、工业萘、甲醛为主要原料，先在130-165℃下经过2-3小时的磺化反应，然后在100-120℃下经过0.5小时的水解反应，最后在100-105℃下经过3小时的缩合反应而成。

本发明的制备方法是：按前述各重量比例称取各组份，将脱硫石膏、聚苯颗粒、偏高岭土、钢渣、β-半水石膏、石灰、煅烧明矾、乳胶粉、纤维素醚、引气剂、减水剂预先干拌至均匀状态，然后与水混合并进行机械搅拌，其中用水量为脱硫石膏、聚苯颗粒、偏高岭土、钢渣、β-半水石膏、石灰、煅烧明矾、乳胶粉、纤维素醚、引气剂、减水剂总质量的75％-125％。所得保温砂浆可手工涂抹或机械喷涂施工。

本发明中，脱硫石膏作为主要的胶凝组分，偏高岭土、钢渣以及β-半水石膏作为掺合料，与脱硫石膏一起组成复合胶凝体系。偏高岭土是高岭土(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)在适当温度(500-900℃)下脱水形成的无水硅酸钙(Al₂O₃·2SiO₂)色粉末，平均粒径1-2μm，Al₂O₃和SiO₂含量在90％以上，特别是Al₂O₃含量较高。偏高岭土中原子排列是不规则的，呈现热力学介稳状态，此时具有很强的火山灰活性。偏高岭土与氢氧化钙和水反应生成水化硅酸钙凝胶，以及水化铝酸钙和水化硫铝酸钙等，能够促进体系的强度尤其是后期强度的增长。钢渣是炼钢工业的废渣，同样属于固体工业废弃物且年排放量巨大。其矿物组成包括硅酸二钙、硅酸三钙以及少量游离CaO、MgO、玻璃体等成分，钢渣参与水化反应的主要产物为水化硅酸钙凝胶，对整个体系的强度发展亦有很大的贡献。β-半水石膏的主要成分为半水石膏，即我们通常所说的建筑石膏，它遇水快速水化，一般20分钟即可达终凝，因此β-半水石膏的引入可以很大程度上促进体系早期强度的发展。同时考虑到β-半水石膏和脱硫石膏的最终水化产物同为含两个结晶水的硫酸钙，故而β-半水石膏先期形成的水化产物能够促进晶核的生长，对后期的水化反应有诱导作用。选择这几种材料作为胶凝材料，可以兼顾到早期强度和后期强度的发展，同时也能促进体系保温性能和耐久性能的提高。掺入石灰具有双重作用，其一是激发脱硫石膏的活性，提高其胶凝性，其二是提供辅助胶凝材料进行火山灰反应所需要的Ca(OH)₂。煅烧明矾是另一种活性激发剂，其利用了K₂SO₄和Al₂O₃对脱硫石膏活性的共同激发作用。掺入乳胶粉是为了增强组分之间的粘结力，提升体系的内聚力和柔韧性。纤维素醚的作用是保水增稠，改善体系的和易性。引气剂的作用是引入均匀气泡，降低体系的干密度，进而降低导热系数。减水剂的作用降低体系用水量，从而促进后期强度发展和耐水性提高。

本发明所述的脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆，具备优良的和易性和施工性，便于提高生产和施工效率，并且大量采用工业废弃物为原材料，具有突出的环境效益和社会效益。本发明产品具备十分优良的保温性能、强度性能以及耐久性能，十分适用于新建建筑物的外墙保温系统和旧建筑的翻新施工。

本发明可供石膏建材生产厂或保温砂浆生产厂生产，可作为各种建筑物的外墙保温层。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1，一种脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆，按脱硫石膏100、聚苯颗粒7、偏高岭土2、钢渣2.5、β-半水石膏2.5、石灰1、煅烧明矾1、乳胶粉1、纤维素醚0和引气剂0、减水剂0的重量比配制而成，其中用水量为干粉材料总质量的125％。这种保温砂浆产品的干表观密度为247kg/m³，抗压强度为217kPa，压剪粘结强度为62kPa，软化系数为0.53，导热系数为0.058W/m.K。

实施例2，一种脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆，按脱硫石膏100、聚苯颗粒14、偏高岭土10、钢渣10、β-半水石膏10、石灰5、煅烧明矾4、乳胶粉6、纤维素醚0.8和引气剂0.05、减水剂0.8的重量比配制而成，其中用水量为干粉材料总质量的75％。这种保温砂浆产品的干表观密度为184kg/m³，抗压强度为289kPa，压剪粘结强度为122kPa，软化系数为0.61，导热系数为0.045W/m.K。

实施例3，一种脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆，按脱硫石膏100、聚苯颗粒8.5、偏高岭土5、钢渣3、β-半水石膏5、石灰3、煅烧明矾1、乳胶粉2、纤维素醚0.3和引气剂0.02、减水剂0.4的重量比配制而成，其中用水量为干粉材料总质量的105％。这种保温砂浆产品的干表观密度为229kg/m³，抗压强度为277kPa，压剪粘结强度为145kPa，软化系数为0.65，导热系数为0.051W/m.K。

实施例4，一种脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆，按脱硫石膏100、聚苯颗粒12、偏高岭土10、钢渣5、β-半水石膏10、石灰5、煅烧明矾3、乳胶粉5、纤维素醚0.6和引气剂0.03、减水剂0.6的重量比配制而成，其中用水量为干粉材料总质量的80％。这种保温砂浆产品的干表观密度为195kg/m³，抗压强度为379kPa，压剪粘结强度为203kPa，软化系数为0.69，导热系数为0.047W/m.K。

实施例5，一种脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆，按脱硫石膏100、聚苯颗粒10、偏高岭土7.5、钢渣3、β-半水石膏7.5、石灰4、煅烧明矾2、乳胶粉4、纤维素醚0.5和引气剂0.03、减水剂0.5的重量比配制而成，其中用水量为干粉材料总质量的78％。这种保温砂浆产品的干表观密度为190kg/m³，抗压强度为478kPa，压剪粘结强度为225kPa，软化系数为0.74，导热系数为0.041W/m.K。

Claims (5)

1.一种脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆，其特征在于由脱硫石膏、聚苯颗粒、偏高岭土、钢渣、β-半水石膏、石灰、煅烧明矾、乳胶粉、纤维素醚、引气剂、减水剂和水组成，各组份的重量比为：

脱硫石膏          100

聚苯颗粒          7-14

偏高岭土          2-10

钢渣              2.5-10

β-半水石膏       2.5-10

石灰              1-5

煅烧明矾          1-4

乳胶粉            1-6

纤维素醚          0-0.8

引气剂            0-0.05

减水剂            0-0.8

水的加入量为脱硫石膏、聚苯颗粒、偏高岭土、钢渣、β-半水石膏、石灰、煅烧明矾、乳胶粉、纤维素醚、引气剂、减水剂总质量的75％-125％。

2.根据权利要求1所述的脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆，其特征在于各组份的重量比为：

脱硫石膏          100

聚苯颗粒          8.5-12

偏高岭土          5-10

钢渣              3-10

β-半水石膏       5-10

石灰              3-5

煅烧明矾          1-3

乳胶粉            2-5

纤维素醚          0.3-0.6

引气剂            0.02-0.03

减水剂            0.4-0.6

水的加入量为脱硫石膏、聚苯颗粒、偏高岭土、钢渣、β-半水石膏、石灰、煅烧明矾、乳胶粉、纤维素醚、引气剂、减水剂总质量的75％-125％。

3.根据权利要求1所述的脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆，其特点在于所述偏高岭土是由高岭土经过急剧升温至850℃，再快速冷却至室温制得。

4.根据权利要求1所述的脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆，其特点在于所述钢渣预先经过闷渣和超细粉活化处理。

5.根据权利要求1所述的脱硫石膏基聚苯颗粒保温砂浆，其特点在于所述纤维素醚的粘度为45,000mPa.s-120,000mPa.s。