CN108585714A

CN108585714A - 一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆

Info

Publication number: CN108585714A
Application number: CN201810641173.XA
Authority: CN
Inventors: 庞敏; 孙振平
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2018-09-28

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆。由磷石膏、矿渣粉、粉煤灰、偏高岭土、铜尾矿渣粉、赤泥、普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石英砂、石英粉、斜纹石粉、钙基膨润土、聚羧酸系减水剂、纤维素醚和乳胶粉组成。本发明既可有效提高墙体保温系统中基层墙体与保温层的粘结性能，有助于降低建筑墙体保温层的脱落风险，还可解决工业磷石膏的堆积引起的环境安全问题。本发明产品的生产大量使用非煅烧磷石膏、粉煤灰、铜尾矿渣粉、赤泥等工业固体废弃物，具有低能耗、低成本、低排放等突出优点。本发明使用于各类建筑物墙体的保温系统等。

Description

一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆。

背景技术

目前，我国磷石膏的年排放量已达5000万t左右，由于资源化利用技术的瓶颈，累计堆存量超过2亿t，磷石膏的堆存严重影响着各地区的生态环境，尤其是云南、贵州、湖北和四川等磷复肥基地。我国磷石膏大部分依然采用露天堆放和倾入大海两种方式处理，不仅侵占大量土地，污染水体，而且严重危害周围的大气、土壤和地下水，含有的酸性及其他有害物质容易对周边环境造成严重破坏，磷石膏的堆存问题已到了亟需解决的地步，给企业的生存和发展也带来不可估量的损失，不利于人、环境和社会的和谐发展，以及造成国土资源流失破坏。

磷石膏废渣无害化处理已经成为影响磷复肥企业生产的“瓶颈”问题，搞好磷石膏的综合利用将成为磷肥化工产业可持续发展的关键。

采用非煅烧磷石膏，辅以其它硅铝质工业废弃物，在少量碱质胶凝材料的作用下，制备出磷石膏基水硬性胶凝材料，是实现磷石膏资源化利用的重要途径。以磷石膏、矿渣粉、粉煤灰、偏高岭土、铜尾矿渣粉、赤泥、硅酸盐水泥和铝酸盐水泥按一定比例复合，可得到强度较高、耐水性好的磷石膏基水硬性复合胶凝材料，将这种新型胶凝材料与石英砂、石英粉、斜纹石粉、钙基膨润土、聚羧酸系减水剂、纤维素醚和乳胶粉配合，即得到一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆。

本发明加以推广应用，则可实现磷石膏高附加值转化利用，具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆。

本发明提出的一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆，由磷石膏、矿渣粉、粉煤灰、偏高岭土、铜尾矿渣粉、赤泥、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石英砂、石英粉、斜纹石粉、钙基膨润土、聚羧酸系减水剂、纤维素醚和可再分散乳胶粉组成。各组分重量比：

磷石膏 100

矿渣粉 50-150

粉煤灰 20-60

偏高岭土 15-45

铜尾矿渣粉 15-50

赤泥 2-18

硅酸盐水泥 5-35

铝酸盐水泥 5-10

石英砂 200-800

石英粉 60-150

斜纹石粉 40-90

钙基膨润土 5-20

聚羧酸系减水剂 0.50-2.0

纤维素醚 0.1-0.4

可再分散乳胶粉 5-15。

各组份较佳的重量比为：

磷石膏 100

矿渣粉 60-100

粉煤灰 25-50

偏高岭土 15-35

铜尾矿渣粉 15-40

赤泥 2-10

硅酸盐水泥 10-25

铝酸盐水泥 5-8

石英砂 200-400

石英粉 70-120

斜纹石粉 60-140

钙基膨润土 10-15

聚羧酸系减水剂 0.50-1.50

纤维素醚 0.2-0.4

可再分散乳胶粉 6-12。

本发明中，所述磷石膏为非煅烧磷石膏，40℃~60℃烘干，粒径范围为40~200um，平均粒径在65um。

本发明中，所述矿渣粉为S95矿渣粉或S105矿渣粉中的一种。

本发明中，所述粉煤灰为I级粉煤灰，其游离氧化钙含量≤3.0%，烧失量≤6.0%。

本发明中，所述偏高岭土为天然高岭土在800~1000℃煅烧2h以上，并磨细至比表面积大于500m²/kg的粉体。

本发明中，所述铜尾矿粉为铜矿尾矿破碎、烘干并粉磨至比表面积400m²/kg的粉体。

本发明中，所述赤泥为拜耳法电解铝生产线排放的赤泥经烘干而得的粉体。

本发明中，所述硅酸盐水泥为52.5级普通硅酸盐水泥或42.5级普通硅酸盐水泥中的一种。

本发明中，所述铝酸盐水泥为CA-50铝酸盐水泥。

本发明中，所述石英砂粒径为50~80目，石英粉平均粒径为40um。

本发明中，所述斜纹石粉为斜纹石磨细而得，平均粒径为30 um。

本发明中，所述钙基膨润土溶胀容为7.4ml/g，细度为200目。

本发明中，所述聚羧酸系高效减水剂为粉体，减水率不低于25%。

本发明中，所述纤维素醚为羟甲基丙基纤维素醚（HPMC），粘度10, 000Pa.s。

本发明中，所述可再分散乳胶粉为WACKR RI 5044。

本发明提出的一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆的制备方法，具体步骤如下：

按质量比例称取原料，先将磷石膏、矿渣粉、粉煤灰、偏高岭土、铜尾矿粉、赤泥、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石英砂、石英粉、斜纹石粉和钙基膨润土加入搅拌机中，慢速搅拌30s，再加入拌有聚羧酸系减水剂、纤维素醚和乳胶粉的2/3拌合水，搅拌30s，最后将剩余的水加入搅拌机搅拌30s，即得所需产品。

本发明提出的一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆的使用方法，加水量为总材料质量的20%~25%。

本发明中，磷石膏基水硬性复合胶凝材料由磷石膏、矿渣粉、粉煤灰、偏高岭土、铜尾矿渣粉、赤泥、硅酸盐水泥和铝酸盐水泥组成，其中水化初期，硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的水化产物形成初始浆体网络结构。接着，在硅酸盐水泥水化形成的碱性环境中，硅铝质胶凝材料矿渣粉、粉煤灰和偏高岭土中的玻璃体氧化铝多聚体开始解离溶解，磷石膏开始与解离的铝质和钙质发生水化反应，形成以硫铝酸钙晶体为“骨架”结构，而硅铝质胶凝材料中的硅质也逐渐形成水化硅酸钙凝胶，水化产物不断包裹、消耗未反应的磷石膏，形成相对密实的浆体微观结构，使该胶凝体系具备良好的力学性能和耐久性能。赤泥为碱性激发剂，对矿渣粉、粉煤灰、偏高岭土和铜尾矿渣粉都有较好的激发作用，铜尾矿渣粉在碱性材料激发以及磷石膏的参与下，生产的产物为水化硅酸钙凝胶和钙矾石，有助于密实浆体结构，提高强度和改善耐久性。

本发明中，石英砂具有粒径小、强度高和稳定性强的特点，而石英粉和斜纹石粉则起到微集料作用，三者的优化匹配，使界面砂浆的流动性好，料浆相对均匀，与基层粘结牢固，避免了传统水泥砂浆常出现空鼓、脱落和开裂等现象。

本发明中，可再分散乳胶粉通过在胶凝材料颗粒、集料颗粒间、水化产物间的分散、吸附、成膜作用，填充了砂浆孔隙，增加砂浆的内聚力，从而提高砂浆的粘结性能和耐水性能。

本发明中，甲基纤维素醚和钙基膨润土主要起到保水增稠作用，使界面砂浆具备良好的工作性和保水性。

本发明的有益效果在于：本发明主要以磷石膏基水硬性复合胶凝材料配制出一种界面砂浆，磷石膏基水硬性复合胶凝材料以磷石膏、矿渣粉、粉煤灰、偏高岭土、铜尾矿渣粉、赤泥硅酸盐水泥和铝酸盐水泥组成，辅以石英砂为细集料，石英粉和斜纹石粉为惰性填料，以甲基纤维素谜和钙基膨润土为保水增稠剂，以可再分散乳胶粉提高粘结强度，加以聚羧酸系减水剂拌合而成。本发明产品具有成本低、粘结强度高、以及优良的稳定性和耐火性等优势。经推广发展，可解决磷肥工业废弃物磷石膏的严重堆积问题，从而降低环境危害，实现磷石膏高附加值资源化利用。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1，一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆，按磷石膏100，矿渣粉100，粉煤灰25，偏高岭土15，铜尾矿渣粉15，赤泥2，42.5级普通硅酸盐水泥15，铝酸盐水泥8，石英砂200，石英粉120，斜纹石粉40，钙基膨润土10，聚羧酸系减水剂0.50，纤维素醚0.2，乳胶粉10的重量比配制而成。使用时，按材料总重量的20%加水搅拌均匀，性能测试结果见表1。

实施例2，一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆，按磷石膏100，矿渣粉150，粉煤灰20，偏高岭土35，铜尾矿渣粉30，赤泥6，52.5级普通硅酸盐水泥35，铝酸盐水泥5，石英砂800，石英粉60，斜纹石粉90，钙基膨润土20，聚羧酸系减水剂2.0，纤维素醚0.1，乳胶粉15的重量比配制而成。使用时按材料总重量的21%加水搅拌均匀，性能测试结果见表1。

实施例3，一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆，按磷石膏100，矿渣粉50，粉煤灰60，偏高岭土45，铜尾矿渣粉50，赤泥18，42.5级普通硅酸盐水泥5，铝酸盐水泥10，石英砂400，石英粉150，斜石纹粉60，钙基膨润土5，聚羧酸系减水剂1.5，纤维素醚0.4，乳胶粉5的重量比配制而成。使用时按材料总重量的25%加水搅拌均匀，性能测试结果见表1。

表1 实施例性能测试结果

Claims

1.一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆，其特征在于由磷石膏、矿渣粉、粉煤灰、偏高岭土、铜尾矿渣粉、赤泥、普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石英砂、石英粉、斜纹石粉、钙基膨润土、聚羧酸系减水剂、纤维素醚和乳胶粉组成，各组分重量比：

磷石膏 100

矿渣粉 50-150

粉煤灰 20-60

偏高岭土 15-45

铜尾矿渣粉 15-50

赤泥 2-18

硅酸盐水泥 5-35

铝酸盐水泥 5-10

石英砂 200-800

石英粉 60-150

斜纹石粉 40-90

钙基膨润土 5-20

聚羧酸系减水剂 0.50-2.00

纤维素醚 0.1-0.4

乳胶粉 5-15。

2.根据权利要求1所述的以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆，其特征在于各组份的重量比为：

磷石膏 100

矿渣粉 60-100

粉煤灰 25-50

偏高岭土 15-35

铜尾矿渣粉 15-40

赤泥 2-10

硅酸盐水泥 10-25

铝酸盐水泥 5-8

石英砂 200-400

石英粉 70-120

斜纹石粉 60-140

钙基膨润土 10-15

聚羧酸系减水剂 0.50-1.50

纤维素醚 0.2-0.4

乳胶粉 6-12。

3.根据权利要求1所述的一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆，其特征在于所述磷石膏为非煅烧磷石膏， 40℃~60℃烘干，粒径范围：40~200um，平均粒径在65um。

4.根据权利要求1所述的一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆，其特征在于所述矿渣粉为S95矿渣粉或S105矿渣粉中的一种；所述粉煤灰为II级F类粉煤灰，其游离氧化钙含量≤3.0%，烧失量≤6.0%；所述偏高岭土为天然高岭土在800~1000℃煅烧2h以上，并磨细至比表面积大于500m²/kg的粉体；所述铜尾矿粉为铜矿尾矿破碎、烘干并粉磨至比表面积400m²/kg的粉体。

5.根据权利要求1所述的一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆，其特征在于所述赤泥为拜耳法电解铝生产线排放的赤泥经烘干而得的粉体；所述普通硅酸盐水泥为42.5级普通硅酸盐水泥中的一种；所述铝酸盐水泥为CA-50铝酸盐水泥，所述石英砂为50~80目，石英粉平均粒径为40um；所述斜纹石粉为斜纹石磨细而得，平均粒径为30um。

6.根据权利要求1所述的一种以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆，其特征在于所述钙基膨润土为改性膨润土，溶胀容为7.4ml/g，细度为200目；所述纤维素醚为羟甲基丙基纤维素醚（HPMC），所述可再分散乳胶粉为WACKR RI 5044。

7.一种如权利要求1所述的以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆的制备方法，其特征在于具体步骤如下：按质量比例称取原料，先将磷石膏、矿渣粉、粉煤灰、偏高岭土、铜尾矿粉、赤泥、普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石英砂、石英粉、斜纹石粉、钙基膨润土加入搅拌机中慢速搅拌30s，再加入拌有聚羧酸系减水剂、纤维素醚和乳胶粉的2/3拌合水，搅拌30s，最后将剩余的水加入搅拌机搅拌30s，即得所需产品。

8.一种如权利要求1所述的以磷石膏基水硬性复合胶凝材料为胶结材的界面砂浆的使用方法，其特征在于使用时，加水量为界面砂浆质量的20%~25%。