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一种磷石膏基高流态灌浆材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磷石膏基高流态灌浆材料。一种磷石膏基高流态灌浆材料，其组成按重量份数计如下：磷基半水石膏50‑70份、粉煤灰20－40份、复合激发剂8‑12份、石膏晶须6－10份、缓凝剂0.05－0.15份、减水剂0.2－0.6份、保水剂0.04‑0.08份、憎水剂0.02‑0.06份。其中，所述的磷基半水石膏为磷基高强石膏，或是磷基高强石膏/磷基建筑石膏按按质量比4:1‑5:1的混合物。本发明采用磷石膏制备灌浆材料，实现了磷石膏的资源化利用，绿色环保。采用粉煤灰为矿物掺合料，电石渣和水泥为碱性激发剂，降低成本，很好的提高了灌浆材料的耐水性和耐久性。采用晶须对灌浆材料进行改性，提高了灌浆材料的抗折强度。

Description

一种磷石膏基高流态灌浆材料
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种磷石膏基高流态灌浆材料。
背景技术
磷石膏是湿法生产磷酸时所产生的工业副产物，它是由磷灰石或含氟的磷灰石Ca5F(PO4)3和硫酸反应而得的产物之一，其反应如下：
Ca5F(PO4)3+5H2SO4+10H2O→3H3PO4+5(CaSO4·2H2O)+HF
磷矿石与硫酸作用后，生成一种泥浆状的混合物，其中含有液体状态的磷酸和固体状态的硫酸钙残渣，再经过滤和洗涤，可将磷酸和硫酸钙分离，所得硫酸钙残渣就是磷石膏。磷石膏的主要成分是二水硫酸钙，每生产1吨P2O5约排放5吨磷石膏。磷石膏中二水硫酸钙含量高达90％，是一种重要的再生石膏资源，但是磷石膏中含有磷、氟、有机物等诸多有害杂质，其利用已成为国际技术难题。目前工厂主要采取堆存的措施处理磷石膏，但是由于排出的磷石膏的量很多，占用大量土地，而且其中可溶性P2O5、F-和重金属会随着雨水浸出，产生酸性废水，引起土壤、水系严重污染和生态危害，造成严重的后果。本发明专利依托于湖北省重大科技创新项目“磷石膏低成本大规模资源化有效利用技术与产业化”，旨在实现磷石膏的资源化利用，提出了一种以工业废弃物磷石膏为主要原料制备新型灌浆材料的方法。
灌浆材料是一种拌水之后能够以液态形式存在，且便于利用液压、气压或电化学原理注入相应介质的裂缝、裂隙、孔隙等内部空间并具有胶结固化能力，使介质的泄露通道得到堵塞、物理性状及力学性得到改善的材料。目前，水泥基灌浆材料是应用量较大、使用范围较广的一种灌浆材料。而普通水泥基灌浆材料，抗折强度低，体积收缩较大，会产生微裂纹，导致支座板与灌浆材料之间不密贴；强度发展慢，影响机器稳定性和使用寿命；凝结时间长，影响工程的进度。中国专利CN102503318A公开了一种高抗折水泥基灌浆料，28d抗折强度超过16MPa，但没有克服水泥自身的收缩性。中国专利CN101921086A公开了一种水泥基超高强无收缩灌浆料，其常温下1d的抗压强度提高到70MPa以上，28d的抗压强度提高到120MPa以上，无收缩，但其凝结时间过长。中国专利CN102173709A公开了一种性能可调的石膏基灌浆料，采用天然建筑石膏制备灌浆材料，凝结时间短、无收缩，但强度偏低，施工性能不好。利用磷石膏制备灌浆材料，不仅可以实现磷石膏的资源化利用，绿色环保，降低成本，还可以有效克服普通水泥基灌浆材料的缺点。但由于磷石膏自身的强度较低、耐水性较差，所制备的灌浆材料也存在这些缺点。
发明内容
本发明为解决上述的问题，提供一种磷石膏基高流态灌浆材料，其制备工艺简单，生产成本低，所制备的磷石膏基高流态灌浆材料流动度高，泌水率低，凝结时间短，无收缩，强度发展快，早期强度高、耐水性较好。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种磷石膏基高流态灌浆材料，其组成按重量份数计如下：
磷基半水石膏50-70份、粉煤灰20－40份、激发剂8-12份、石膏晶须6－10份、缓凝剂0.05－0.15份、减水剂0.2－0.6份、保水剂0.04-0.08份、憎水剂0.02-0.06份；
其中，所述的磷基半水石膏为磷基高强石膏，或是磷基高强石膏/磷基建筑石膏按按质量比4:1-5:1的混合物。
按上述方案，磷基高强石膏的细度以0.125mm方孔筛筛余量百分数计，筛余量不大于5％，2h抗折强度大于6MPa、烘干抗压强度大于50MPa；磷基建筑石膏的细度以0.2mm方孔筛筛余量百分数计，筛余量不大于10％。
按上述方案，所述粉煤灰为一级粉煤灰、二级粉煤灰中的一种或两种的混合物。
按上述方案，所述激发剂为电石渣、水泥的一种或两种的混合物；其中电石渣需在40℃的烘箱中烘干至恒重，经磨细之后过45微米方孔筛，筛余量不大于25％；水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿渣水泥中的任意一种。
按上述方案，所述石膏晶须为二水磷石膏晶须，长径比大于20。
按上述方案，所述减水剂为三聚氰胺类减水剂、萘系减水剂、聚羧酸系减水剂中的一种。
按上述方案，所述缓凝剂为柠檬酸钠、柠檬酸、石膏专用蛋白质类缓凝剂中的一种或几种的混合物。
按上述方案，所述保水剂为羧甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚和淀粉醚中的一种或几种的混合物。
按上述方案，所述憎水剂为有机硅憎水剂。
本发明有益效果如下：
采用磷石膏制备灌浆材料，实现了磷石膏的资源化利用，绿色环保。
采用粉煤灰为矿物掺合料，电石渣和水泥为碱性激发剂，降低成本，很好的提高了灌浆材料的耐水性和耐久性。
采用晶须对灌浆材料进行改性，提高了灌浆材料的抗折强度。
所制备的磷石膏基高流态灌浆材料凝结时间短、无收缩、强度高、耐水性较好，其初凝时间为120－140min，终凝时间为140－160min，1d抗折强度4.0－6.0MPa，7d抗折强度5.5-11.5MPa，28d抗折强度7.8－12.5MPa，1d抗压强度14.8－20.5MPa，7d抗压强度25.5-36.5MPa，28d抗压强度34.5－47.8MPa，初始流动度大于300mm，30分钟流动度保留值为大于270mm，剪切粘结强度0.4－0.7MPa，保水率85.5－90.2％，软化系数0.65-0.82，竖向膨胀率0.112-0.135％。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明磷石膏基高流态灌浆材料，其组成按重量份数计如下：
磷基半水石膏50-70份、粉煤灰20－40份、复合激发剂8-12份、石膏晶须6－10份、缓凝剂0.05－0.15份、减水剂0.2－0.6份、保水剂0.04-0.08份、憎水剂0.02-0.06份。
其中，所述的磷基半水石膏为磷基高强石膏，或是磷基高强石膏/磷基建筑石膏按按质量比4:1-5:1的混合物；磷基高强石膏的细度以0.125mm方孔筛筛余量百分数计，筛余量不大于5％，强度等级达α50以上(即2h抗折强度大于6MPa、烘干抗压强度大于50MPa)；磷基建筑石膏的细度以0.2mm方孔筛筛余量百分数计，筛余量不大于10％。
优化地，粉煤灰为一级粉煤灰、二级粉煤灰中的一种或两种的混合物。
优化地，激发剂为工业废渣电石渣、水泥的一种或两种的混合物。其中电石渣需在40℃的烘箱中烘干至恒重，经磨细之后过45微米方孔筛，筛余量不大于25％；水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿渣水泥中的任意一种。
优化地，晶须为二水磷石膏晶须，长径比为大于20。
优化地，减水剂为三聚氰胺类减水剂、萘系减水剂、聚羧酸系减水剂中的一种。
优化地，缓凝剂为柠檬酸钠、柠檬酸、石膏专用蛋白质类缓凝剂中的一种或几种的混合物。
优化地，保水剂为羧甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚和淀粉醚中的一种或几种的混合物。
优化地，憎水剂为有机硅憎水剂。
上述磷石膏基高流态灌浆材料的制备过程：将上述组分置于均料机中混合搅拌，得到混合料为磷石膏基高流态灌浆材料。所制备的磷石膏基高流态灌浆材料，按照水料比为0.35－0.40的比例混合，按照高强石膏的标准搅拌，得到灌浆材料浆体，直接灌入缝隙之中。由于该灌浆材料的主要原料为磷石膏，其凝结时间短，无收缩性，强度发展快，早期强度高，并能有效解决废弃磷石膏堆积产生的环境问题，具有重要的应用价值。
实施例1
称取磷基高强石膏220g(54份)、二级粉煤灰150g(30份)、电石渣20g(4份)、普通硅酸盐水泥25g(5份)、二水石膏晶须35g(7份)、蛋白质类缓凝剂0.5g(0.1份)、聚羧酸系减水剂1.5g(0.3份)、羟丙基甲基纤维素醚0.4g(0.08份)、有机硅憎水剂0.25g(0.05份)，放入均料机均匀混合，将所得的粉料与180g水混合(水料比为0.36:1)，通过净浆搅拌机搅拌均匀，得到磷石膏基高流态灌浆材料。
实施例2
称取磷基高强石膏300g(60份)、一级粉煤灰130g(26份)、电石渣20g(4份)、硫铝酸盐水泥20g(4份)、二水石膏晶须30g(6份)、柠檬酸钠与蛋白质类缓凝剂混合物0.75g(0.15份)、三聚氰胺系减水剂2.0g(0.4份)、羧甲基纤维素醚与淀粉醚的混合物0.4g(0.08份)、有机硅憎水剂0.25g(0.05份)，放入均料机均匀混合，将所得的粉料与190g水混合(水料比为0.38:1)，通过净浆搅拌机搅拌均匀，得到磷石膏基高流态灌浆材料。
实施例3
称取磷基高强石膏240g(48份)、二级粉煤灰170g(34份)、电石渣25g(5份)、矿渣水泥25g(5份)、二水石膏晶须40g(8份)、柠檬酸与蛋白质类缓凝剂混合物0.25g(0.05份)、萘系减水剂2.5g(0.5份)、羟丙基甲基纤维素醚与淀粉醚的混合物0.4g(0.08份)、有机硅憎水剂0.25g(0.05份)，放入均料机均匀混合，将所得的粉料与175g水混合(水料比为0.37:1)，通过净浆搅拌机搅拌均匀，得到磷石膏基高流态灌浆材料。
实施例4
称取磷基高强石膏200g(40份)、磷基建筑石膏40g(8份)、二级粉煤灰170g(34份)、电石渣25g(5份)、普通硅酸盐水泥25g(5份)、二水石膏晶须40g(8份)、蛋白质类缓凝剂0.5g(0.1份)、三聚氰胺系减水剂2.0g(0.4份)、羟丙基甲基纤维素醚0.4g(0.08份)、有机硅憎水剂0.25g(0.05份)，放入均料机均匀混合，将所得的粉料与190g水混合(水料比为0.38:1)，通过净浆搅拌机搅拌均匀，得到磷石膏基高流态灌浆材料。
实施例5
称取磷基高强石膏240g(48份)、磷基建筑石膏60g(12份)、一粉煤灰130g(26份)、电石渣20g(4份)、硫铝硅酸盐水泥20g(4份)、二水石膏晶须30g(6份)、柠檬酸与蛋白质类缓凝剂混合物0.75g(0.15份)、萘系减水剂2.5g(0.5份)、羧甲基纤维素醚与羟丙基甲基纤维素醚的混合物0.4g(0.08份)、有机硅憎水剂0.25g(0.05份)，放入均料机均匀混合，将所得的粉料与195g水混合(水料比为0.39:1)，通过净浆搅拌机搅拌均匀，得到磷石膏基高流态灌浆材料。
实施例6
称取磷基高强石膏220g(44份)、磷基建筑石膏50g(10份)，二级粉煤灰150g(30份)、电石渣20g(4份)、矿渣水泥30g(5份)、二水石膏晶须35g(7份)、蛋白质类缓凝剂0.25g(0.05份)、聚羧酸系减水剂1.5g(0.3份)、羟丙基甲基纤维素醚0.4g(0.08份)、有机硅憎水剂0.25g(0.05份)，放入均料机均匀混合，将所得的粉料与190g水混合(水料比为0.38:1)，通过净浆搅拌机搅拌均匀，得到磷石膏基高流态灌浆材料。
将上述实例1、2、3、4、5、6得到的磷石膏基高流态灌浆材料进行性能测试，得到的结果如表1：
表1
所制备的磷石膏基高流态灌浆材料凝结时间短、无收缩、强度高、耐水性较好，初凝时间为120－140min，终凝时间为140－160min，1d抗折强度4.0－6.0MPa，7d抗折强度5.5-11.5MPa，28d抗折强度7.8－12.5MPa，1d抗压强度14.8－20.5MPa，7d抗压强度25.5-36.5MPa，28d抗压强度34.5－47.8MPa，初始流动度大于300mm，30分钟流动度保留值为大于270mm，剪切粘结强度0.4－0.7MPa，保水率85.5－90.2％，软化系数0.65-0.82，竖向膨胀率0.112-0.135％。

Claims (6)

1.一种磷石膏基高流态灌浆材料，其特征在于组成按重量份数计如下：
磷基半水石膏50-70份、粉煤灰20－40份、激发剂8-12份、石膏晶须6－10份、缓凝剂0.05－0.15份、减水剂0.2－0.6份、保水剂0.04-0.08份、憎水剂0.02-0.06份；
其中，所述的磷基半水石膏为磷基高强石膏，或是磷基高强石膏/磷基建筑石膏按质量比4:1-5:1的混合物；所述磷基高强石膏的细度以0.125mm方孔筛筛余量百分数计，筛余量不大于5％，2h抗折强度大于6MPa、烘干抗压强度大于50MPa；磷基建筑石膏的细度以0.2mm方孔筛筛余量百分数计，筛余量不大于10％；
所述激发剂为电石渣或电石渣与水泥的混合物；其中电石渣需在40℃的烘箱中烘干至恒重，经磨细之后过45微米方孔筛，筛余量不大于25％；水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿渣水泥中的任意一种；
所述石膏晶须为二水磷石膏晶须，长径比大于20；
所述憎水剂为有机硅憎水剂。
2.如权利要求1所述磷石膏基高流态灌浆材料，其特征在于所述粉煤灰为一级粉煤灰、二级粉煤灰中的一种或两种的混合物。
3.如权利要求1所述磷石膏基高流态灌浆材料，其特征在于所述石膏晶须为二水磷石膏晶须，长径比大于20。
4.如权利要求1所述磷石膏基高流态灌浆材料，其特征在于所述减水剂为三聚氰胺类减水剂、萘系减水剂、聚羧酸系减水剂中的一种。
5.如权利要求1所述磷石膏基高流态灌浆材料，其特征在于所述缓凝剂为柠檬酸钠、柠檬酸、石膏专用蛋白质类缓凝剂中的一种或几种的混合物。
6.如权利要求1所述磷石膏基高流态灌浆材料，其特征在于所述保水剂为羧甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚和淀粉醚中的一种或几种的混合物。
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