CN107473670A - 一种砂浆的改良方法及含有花岗岩废石粉的环保砂浆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含有花岗岩石粉的砂浆，按质量份数计，包括5～20重量份的花岗岩石粉、15～40重量份的胶凝材料、40～60重量份的细骨料、5～20重量份的水和0～1.5重量份的减水剂。本发明还提供了一种砂浆的改良方法。本发明特别采用了花岗岩石粉作为添加材料，并首次提出了浆体替代法，即维持水胶比不变的前提下，采用花岗岩石粉等量替代浆体(水和胶凝材料)。通过该方法生产的砂浆不仅实现了花岗岩石粉的高效再利用，更重要的是在显著降低水泥用量和碳排放的同时，还可以有效提高砂浆的强度，具有很好的经济效益、环保效益和性能优势。

Description

一种砂浆的改良方法及含有花岗岩废石粉的环保砂浆
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种砂浆的改良方法及含有花岗岩废石粉的环保砂浆，尤其涉及一种砂浆的绿色环保的改良方法及含有花岗岩废石粉的绿色环保砂浆。
背景技术
随着经济的发展和城镇化的推进，建筑材料的用量与日俱增。在诸多建筑材料中，胶凝材料，又称胶结料，是极其重要的一大类，其在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合固体物质。通常的胶凝材料可分为无机与有机两大类。石灰、石膏、水泥等工地上俗称为“灰”的建筑材料属于无机胶凝材料；而沥青、天然或合成树脂等属于有机胶凝材料。如水泥这种粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等骨料材料牢固地胶结在一起。这里面的骨料就是混合砂浆中另外一个主要的材料，可分为细骨料和粗骨料，细骨料是一种直径相对较小的骨料，在混合砂浆中起骨架或填充作用的粒状松散材料。粒径在4.75mm以下的骨料称为细骨料。
然而，由建筑材料大量生产所引发的问题也日益严重，而水泥行业是其中的重点污染行业。水泥生产所产生的颗粒物排放占全国颗粒物排放量的20％～30％，二氧化硫排放占全国排放量的5％～6％，碳排放量位居全国第二，有些立窑生产中加入萤石还造成周边地区的氟污染。此外，水泥企业对矿山资源的消耗与生态的破坏也是突出问题。
目前，将废石粉用于水泥基材料生产的方法主要分为胶凝材料替代法和骨料替代法。胶凝材料替代法是指将石粉替代部分胶凝材料，如专利201310244887.4、201310550704.1、201510273974.1、201510273672.4、201510274585.0、201010194520.2。而骨料替代法是指将石粉替代部分骨料，如专利200810156406.3、201410851151.8、201010194520.2。
但是，胶凝材料替代法和骨料替代法均有缺点。对于胶凝材料替代法，较高的废石粉替代率便会显著降低水泥基材料的力学性能，因此该方法对降低胶凝材料用量和减少水泥碳排放效果有限。对于骨料替代法，虽然废石粉替代率可以较高，但由于没有替代胶凝材料，对降低胶凝材料用量和减少水泥碳排放无效果。
因此，如何能够找到一种砂浆的改良方法，得到一种既绿色环保又性能更优的砂浆，已成为业内诸多研究人员亟待解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种砂浆的改良方法及含有花岗岩废石粉的环保砂浆，本发明提供的改良方法，特别是基于浆体替代法，使所生产的砂浆不仅实现了花岗岩石粉的高效再利用，更重要的是在显著降低水泥用量和碳排放的同时，还可以有效提高砂浆强度，具有很好的经济效益、环保效益和性能优势。
本发明提供了一种含有花岗岩石粉的砂浆，按质量份数计，包括：
优选的，所述花岗岩石粉的粒度为小于等于1.2mm。
优选的，所述花岗岩石粉的表观密度为2600～2750kg/m3。
优选的，所述砂浆的水胶质量比为0.35～0.55。
优选的，所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰、硅灰和粒化高炉矿渣中的一种或多种。
优选的，所述细骨料包括河沙、海沙、机制砂、人工砂和尾矿砂中的一种或多种。
优选的，所述减水剂包括木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪族系减水剂和聚羧酸系减水剂中的一种或多种。
本发明提供了一种砂浆的改良方法，包括以下步骤：
在保持原有砂浆原料水胶比不变的条件下，采用等体积份数的花岗岩石粉替代部分浆体，再与细骨料经过混合后，得到改良后的含有花岗岩石粉的砂浆；
所述浆体包括胶凝材料和水。
优选的，所述浆体与所述细骨料的体积比为(50～60)：(50～40)。
优选的，所述改良后的含有花岗岩石粉的砂浆中，所述花岗岩石粉的体积占所述改良后的含有花岗岩石粉的砂浆总体积的5％～25％。
本发明提供了一种含有花岗岩石粉的砂浆，按质量份数计，包括5～20重量份的花岗岩石粉、15～40重量份的胶凝材料、40～60重量份的细骨料、5～20重量份的水和0～1.5重量份的减水剂。本发明还提供了一种砂浆的改良方法。与现有技术相比，本发明针对现有的胶凝材料替代法中，加入其它材料会降低水泥基材料的力学性能，尤其在较高替代率时显著降低水泥基材料的力学性能的缺陷。本发明又针对现有的骨料替代法中，加入其它材料用于替代骨料不会降低水泥用量和碳排放的缺陷。本发明还针对现有的废石材污染严重的现状，特别采用了花岗岩废石粉作为添加材料，并开创性的提出了浆体替代法，即维持水胶比(水与胶凝材料的质量比)不变的前提下，采用花岗岩废石粉等量替代水泥基材料中的浆体(水和胶凝材料)生产砂浆。由于水胶比不变，该方法对砂浆强度没有负面影响。同时，由于花岗岩废石粉可以提高新拌砂浆的粘聚性和减少离析泌水，有助于提高新拌砂浆质量。更重要的是，由于花岗岩废石粉的填充作用和成核作用，还可以有效改善砂浆微观结构并提高砂浆强度。
本发明提供的含有花岗岩石粉的环保砂浆中，花岗岩废石粉在砂浆中所占质量份数高，具有很好的再利用率，胶凝材料减少的比例大，显著降低了胶凝材料用量和碳排放，同时降低了材料成本，此外，本发明提供的含有花岗岩石粉的环保砂浆不仅不会使砂浆强度降低，而且强度还能有较大程度的提升。
实验结果表明，本发明提供的含有花岗岩石粉的环保砂浆中，花岗岩废石粉在砂浆中所占质量份数可以达到20份，胶凝材料可以减少30％，砂浆强度能够提升13.3％。
附图说明
图1为本发明提供的砂浆的改良方法的示意图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用建材领域常规的纯度即可。
本发明公开了一种含有花岗岩石粉的砂浆，按质量份数计，包括：
本发明所述含有花岗岩石粉的砂浆中，所述花岗岩石粉的加入量优选为5～20重量份，更优选为7～18重量份，更优选为10～15重量份，最优选为11～14重量份。
本发明对所述花岗岩石粉的具体来源选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的花岗岩石粉来源即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或质量要求进行调整和选择，本发明针对废石粉的污染问题，特别是对花岗岩废石粉急需进行有效处理和再利用，本发明所述花岗岩石粉优选为花岗岩废石粉，具体可以为采石场的花岗岩废石粉，可以是石材加工厂的花岗岩废石粉，也可以是由废弃花岗岩磨细而成。
本发明对所述花岗岩石粉的具体粒度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的花岗岩石粉常规粒度即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或质量要求进行调整和选择，本发明为提高砂浆的性能，所述花岗岩石粉的粒度优选为小于等于1.2mm，更优选为0.01～1.0mm，更优选为0.1～0.8mm，更优选为0.3～0.5mm。
本发明对所述花岗岩石粉的其他参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的花岗岩石粉的常规参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或质量要求进行调整和选择，本发明为提高砂浆的性能，所述花岗岩石粉的表观密度优选为2600～2750kg/m3，更优选为2625～2725kg/m3，更优选为2650～2700kg/m3。
本发明在诸多建筑材料中，特定选择了花岗岩石粉，又基于现有的花岗岩在开采和加工等生产环节会产生大量的废石粉，而且每生产1吨石材成品，就会产生0.4吨的废石粉。由于花岗岩废石粉无法生物降解，不仅会永久占用大量的堆填用地，还会对当地的地貌、生态、水体、土壤、空气等造成严重污染。中国作为全世界最大的石材生产、消费和贸易国，所面临的废石粉的污染问题尤为严重，对花岗岩废石粉进行有效处理和再利用，已刻不容缓的现状。本发明优选采用了花岗岩废石粉，不仅能够减少现有的水泥基材料的用量，而且还能缓解花岗岩废石粉的处理问题。
本发明所述含有花岗岩石粉的砂浆中，所述胶凝材料的加入量优选为15～40重量份，更优选为17～38重量份，更优选为20～35重量份，更优选为25～30重量份。
本发明对所述胶凝材料的具体选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规胶凝材料即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或质量要求进行调整和选择，本发明所述胶凝材料优选为包括水泥、粉煤灰、硅灰和粒化高炉矿渣中的一种或多种，更优选为水泥、粉煤灰、硅灰或粒化高炉矿渣。
本发明所述含有花岗岩石粉的砂浆中，所述细骨料的加入量优选为40～60重量份，更优选为42～58重量份，更优选为45～55重量份，更优选为47～53重量份。
本发明对所述细骨料的具体选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规细骨料即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或质量要求进行调整和选择，本发明所述细骨料优选为包括河沙、海沙、机制砂、人工砂和尾矿砂中的一种或多种，更优选为河沙、海沙、机制砂、人工砂或尾矿砂。
本发明所述含有花岗岩石粉的砂浆中，所述水的加入量优选为5～20重量份，更优选为7～18重量份，更优选为10～15重量份。
本发明对所述水的具体选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的普通的水即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或质量要求进行调整和选择，本发明所述水优选为常规工业用水或居民用水。
本发明所述含有花岗岩石粉的砂浆中，所述水的加入量优选为5～20重量份，更优选为7～18重量份，更优选为10～15重量份。
本发明对所述含有花岗岩石粉的砂浆的水胶比没有特别限制，以本领域技术人员熟知的水胶比即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或质量要求进行调整和选择，本发明所述含有花岗岩石粉的砂浆的水胶质量比优选为0.35～0.55，更优选为0.38～0.52，更优选为0.4～0.5。
本发明所述含有花岗岩石粉的砂浆中，所述减水剂的加入量优选为0～1.5重量份，更优选为0.2～1.5重量份，更优选为0.5～1.5重量份，更优选为1.0～1.5重量份。
本发明对所述减水剂的具体选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于砂浆的常规减水剂即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或质量要求进行调整和选择，本发明所述减水剂优选包括木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪族系减水剂和聚羧酸系减水剂中的一种或多种，更优选为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪族系减水剂或聚羧酸系减水剂。
本发明对所述含有花岗岩石粉的砂浆的整体参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的砂浆的常规参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或质量要求进行调整和选择，本发明为提高砂浆的整体性能，所述砂浆的坍落扩展度优选为200～300mm，更优选为210～290mm，更优选为230～270mm，更优选为240～260mm。
本发明还提供了一种砂浆的改良方法，包括以下步骤：
在保持原有砂浆原料水胶比不变的条件下，采用等体积份数的花岗岩石粉替代部分浆体，再与细骨料经过混合后，得到改良后的含有花岗岩石粉的砂浆；
所述浆体包括胶凝材料和水。
本发明对上述原料的选择范围和优选原则，如无特别注明，与前述含有花岗岩石粉的砂浆中的材料的选择范围和优选原则可以一致，在此不再一一赘述。
本发明针对现有的胶凝材料替代法和骨料替代法的缺点，又特别针对花岗岩废石粉的现状，提出了用花岗岩废石粉生产绿色环保砂浆的方法，并开创新的采用了浆体替代法，即用花岗岩废石粉等量替代水泥基材料中的浆体(水+胶凝材料)，并维持水胶比(水与胶凝材料的质量比)不变。
本发明对所述改良后的含有花岗岩石粉的砂浆中花岗岩石粉的比例没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或质量要求进行调整和选择，本发明为保证砂浆的最终性能，所述改良后的含有花岗岩石粉的砂浆中，所述花岗岩石粉的体积优选占所述改良后的含有花岗岩石粉的砂浆(花岗岩石粉、水、胶凝材料和细骨料)总体积的5％～25％，更优选为7％～22％，更优选为10％～20％，更优选为12％～18％。
本发明对所述改良后的含有花岗岩石粉的砂浆的浆体的体积比例没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规砂浆的浆体的体积比即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求或质量要求进行调整和选择，本发明为保证砂浆的最终性能，所述浆体与细骨料的体积比优选为(50～60)：(50～40)，更优选为(51～59)：(49～41)，更优选为(53～57)：(47～43)，更优选为(54～56)：(46～44)。
本发明上述改良方法中，优选原料中还包括减水剂，对于减水剂及其加入量的具体选择范围和优选原则，与前述含有花岗岩石粉的砂浆中的减水剂及其加入量的具体选择范围和优选原则优选一致，在此不再一一赘述。
本发明上述步骤提供了一种含有花岗岩石粉的砂浆和一种砂浆的改良方法，本发明特别采用了花岗岩废石粉作为添加材料，并确定了具体的比例范围，再结合其他组成的选择和范围，并开创性的提出了浆体替代法，即维持水胶比(水与胶凝材料的质量比)不变的前提下，采用花岗岩废石粉等量替代水泥基材料中的浆体(水和胶凝材料)。由于水胶比不变，该方法对砂浆强度没有负面影响。同时，由于花岗岩废石粉可以提高新拌砂浆的粘聚性和减少离析泌水，有助于提高新拌砂浆质量。更重要的是，由于花岗岩废石粉的填充作用和成核作用，还可以有效改善砂浆微观结构和强度。本发明提供的含有花岗岩石粉的环保砂浆中，花岗岩废石粉在砂浆中所占质量份数高，具有很好的再利用率，胶凝材料减少的比例大，显著降低了胶凝材料用量和碳排放，同时降低了材料成本，更重要的是，在本发明提供的含有花岗岩石粉的环保砂浆不仅不会使砂浆强度降低，而且强度还能有较大程度的提升。
实验结果表明，本发明提供的含有花岗岩石粉的环保砂浆中，花岗岩废石粉在砂浆中所占质量份数可以达到20份，胶凝材料可以减少30％，砂浆强度能够提升达到13.3％。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种砂浆的改良方法及含有花岗岩废石粉的环保砂浆进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
对比例和实施例
本对比例和实施例中，选用的胶凝材料为P.O.42.5N水泥，表观密度3080kg/m3；所用花岗岩废石粉为石材加工厂的花岗岩废石粉经筛除粒径大于1.2mm的颗粒和杂物后所得，表观密度2620kg/m3；所用细骨料为普通河砂，表观密度2580kg/m3；所用减水剂为第三代聚羧酸高效减水剂，密度1030kg/m3，固含量20％；所用水为普通自来水。
本实施例的配合比设计为：浆体+花岗岩废石粉体积分数(水+水泥+花岗岩废石粉占砂浆总体积的百分比)固定为60％，则细骨料体积分数为40％；花岗岩废石粉体积分数(花岗岩废石粉占砂浆总体积的百分比)定为0％、5％、10％、15％，则对应的花岗岩废石粉替代浆体率(花岗岩废石粉替代浆体的体积百分比)为0％、8％、17％、25％；水胶比(水与水泥的质量比)定为0.40、0.45、0.50、0.55；减水剂剂量不固定，依砂浆的和易性情况而适当调整，使新拌砂浆的坍落扩展度在200mm～300mm的范围内。
参见图1，图1为本发明提供的砂浆的改良方法的示意图，即浆体替代法的示意图。其中，1为花岗岩石粉，2为水，3为胶凝材料，4为细骨料，5为浆体。
本发明对比例和实施例的配合比设计，参见表1。表1为本发明对比例和实施例中砂浆的配合比数据。
表1
本发明对比例和实施例的各材料质量份数，参见表2。表2为本发明对比例和实施例中砂浆的各材料质量份数。
表2
本发明对比例和实施例的砂浆进行性能检测，参见表3。表3为本发明对比例和实施例中砂浆的性能检测结果。
表3
由实施例1～3与对比例1比较可见：当水胶比为0.40时，随着花岗岩废石粉体积分数由0％逐步提高至15％，花岗岩废石粉替代浆体率逐步提高至25％，水泥质量份数逐步降低，水泥减少率逐步升高至25.0％；与此同时，28天抗压强度逐步提高，强度提高率升高至13.3％。
由实施例4～6与对比例2比较可见：当水胶比为0.45时，随着花岗岩废石粉体积分数由0％逐步提高至15％，花岗岩废石粉替代浆体率逐步提高至25％，水泥质量份数逐步降低，水泥减少率逐步升高至25.0％；与此同时，28天抗压强度逐步提高，强度提高率升高至12.4％。
由实施例7～9与对比例3比较可见：当水胶比为0.50时，随着花岗岩废石粉体积分数由0％逐步提高至15％，花岗岩废石粉替代浆体率逐步提高至25％，水泥质量份数逐步降低，水泥减少率逐步升高至25.0％；与此同时，28天抗压强度逐步提高，强度提高率升高至11.5％。
由实施例10～12与对比例4比较可见：当水胶比为0.55时，随着花岗岩废石粉体积分数由0％逐步提高至15％，花岗岩废石粉替代浆体率逐步提高至25％，水泥质量份数逐步降低，水泥减少率逐步升高至25.0％；与此同时，28天抗压强度逐步提高，强度提高率升高至11.9％。
实验结果充分说明，本发明提供的花岗岩废石粉浆体替代法在实现花岗岩废石粉高效利用以及水泥和碳排放有效降低的同时，还能同时提高砂浆的强度，显著优于已有胶凝材料替代法和骨料替代法。
以上对本发明提供的一种砂浆的绿色环保的改良方法及含有花岗岩废石粉的绿色环保砂浆进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种含有花岗岩石粉的砂浆，其特征在于，按质量份数计，包括：
2.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述花岗岩石粉的粒度为小于等于1.2mm。
3.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述花岗岩石粉的表观密度为2600～2750kg/m3。
4.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述砂浆的水胶质量比为0.35～0.55。
5.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰、硅灰和粒化高炉矿渣中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述细骨料包括河沙、海沙、机制砂、人工砂和尾矿砂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，所述减水剂包括木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪族系减水剂和聚羧酸系减水剂中的一种或多种。
8.一种砂浆的改良方法，其特征在于，包括以下步骤：
在保持原有砂浆原料水胶比不变的条件下，采用等体积份数的花岗岩石粉替代部分浆体，再与细骨料经过混合后，得到改良后的含有花岗岩石粉的砂浆；
所述浆体包括胶凝材料和水。
9.根据权利要求8所述的改良方法，其特征在于，所述浆体与所述细骨料的体积比为(50～60)：(50～40)。
10.根据权利要求8所述的改良方法，其特征在于，所述改良后的含有花岗岩石粉的砂浆中，所述花岗岩石粉的体积占所述改良后的含有花岗岩石粉的砂浆总体积的5％～25％。
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