CN108821716A - 一种用于墙体保温系统的磷石膏基抗裂砂浆 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种用于墙体保温系统的磷石膏基抗裂砂浆。由磷石膏、粉煤灰、偏高岭土、磷渣粉、赤泥、普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、50~80目石英砂、100~120目石英砂、铁尾矿砂、5044乳胶粉、554Z乳胶粉、纤维素醚、聚羧酸系减水剂和聚丙烯纤维组成。本发明具有流动性好，保水性好、粘结强度高、防水抗渗效果好、抗裂性能强等特点。本发明产品生产中大量使用磷石膏这一磷肥工业废弃物，实现大规模消纳，解决堆存带来的环境问题，同时可降低生产成本，提高磷石膏的附加价值，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种用于墙体保温系统的磷石膏基抗裂砂浆。
背景技术
我国是农业生产大国，农业耕地普遍存在“缺磷少钾”的现象。因此，磷肥在我国的农业经济发展中占据重要的地位，磷肥的生产需要大量的磷酸，磷酸是一种重要的基础化工原料。磷石膏是湿法磷酸生产时排放的固体废弃物，磷石膏主要成分是硫酸钙(CaSO4·2H2O)，另外也含有少量未完全分解的磷矿、氟化物、磷酸、有机质、酸不溶物、铁铝化合物等杂质。
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。
未煅烧的磷石膏的主要组分为CaSO4·2H2O，其自身并不具备自硬性。将磷石膏、粉煤灰、偏高岭土、磷渣粉、水泥和赤泥复合时，水泥与赤泥作为粉煤灰、偏高岭土和磷渣粉的碱性激发剂，而磷石膏既作硫酸盐激发剂，又可与粉煤灰、偏高岭土和磷渣粉发生反应，未反应的磷石膏则作为集料填充于体系中，从而制备出磷石膏基复合胶凝材料。该胶凝体系具有良好的体积稳定性和耐水性，抗硫酸盐侵蚀性能优于普通硅酸盐水泥，可以用于一般民用建筑，或海工、大型基础设施建设，可大量消纳磷石膏（用量可达50%以上）。
墙体保温隔热是建筑业节能减排的重要环节，越来越为业内人士所重视。墙体保温体系主要包括膨胀聚苯板薄抹灰系统、聚氨酯系统和保温砂浆系统。而抗裂砂浆介于保温体系中保温层与饰面层之间，是具有良好抗变形能力和粘结性能的聚合物砂浆，同时和胶粉聚苯颗粒浆料层共同对外墙外保温系统起到防火保护作用。目前市场上抗裂砂浆，多存在易开裂、收缩大和成本高等问题，从而限制了抗裂砂浆的推广应用。本发明以磷石膏为主、辅以粉煤灰、偏高岭土、磷渣粉、赤泥、硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥组成胶凝材料，以石英砂和铁尾矿砂为细集料，以乳胶粉、纤维素谜、聚羧酸系减水剂和聚丙烯纤维为功能型外加剂，即可得到用于墙体保温系统的磷石膏基抗裂砂浆。这种砂浆的推广应用，不仅解决传统水泥抗裂砂浆收缩大、耐久性差等问题，而且还提高了磷石膏的经济附加值，为建筑业的节能减排和低碳化创造了良好的基础条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于墙体保温系统的磷石膏基抗裂砂浆。该抗裂砂浆以磷石膏为基料，辅以其他硅铝质工业废弃物组成水硬性复合胶凝材料，以普通硅酸盐水泥和赤泥为激发剂，以硫铝酸盐水泥为调凝剂，以石英砂和铁尾矿砂为细集料，以纤维素谜为保水剂、乳胶粉为粘结强度增强剂，聚丙烯纤维为应力分散剂。本发明的抗裂砂浆在施工现场可加水搅拌后直接使用，具有流动性好、保水性能好，与保温砂浆粘结强度高，耐水性好，收缩率小等优点。本发明不仅降低了抗裂砂浆的生产成本，提高其经济效益，还可以解决磷石膏堆积对环境和土地的污染问题，提高环境效益。
本发明提出的一种用于墙体保温系统的磷石膏基抗裂砂浆，由磷石膏、粉煤灰、偏高岭土、磷渣粉、赤泥、硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、50~80目石英砂、100~120目石英砂、铁尾矿砂、5044乳胶粉、554Z乳胶粉、纤维素谜、聚羧酸系减水剂和聚丙烯纤维组成，各组分的重量比为：
磷石膏 100
粉煤灰 30-100
偏高岭土 20-80
磷渣粉 20-60
赤泥 2-16
硅酸盐水泥 10-25
硫铝酸盐水泥 5-15
50~80目石英砂 200-800
100~120目石英砂 100-300
铁尾矿砂 50-250
5044乳胶粉 8-25
544Z乳胶粉 2-6
纤维素醚 0.2-0.6
聚羧酸系减水剂 0.4-2.0
聚丙烯纤维 0.4-1.5。
各组份较佳的重量比为：
磷石膏 100
粉煤灰 40-80
偏高岭土 30-60
磷渣粉 25-50
赤泥 2-12
硅酸盐水泥 12-20
硫铝酸盐水泥 5-10
50~80目石英砂 200-600
100~120目石英砂 100-200
铁尾矿砂 70-200
5044乳胶粉 8-20
544Z乳胶粉 2-5
纤维素醚 0.2-0.4
聚羧酸系减水剂 0.4-1.5
聚丙烯纤维 0.6-1.5。
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，平均粒径为65um。
本发明中，所述粉煤灰为级高钙粉煤灰，其游离氧化钙含量≤3.0%，烧失量≤5.0%。
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，所述磷渣粉为用电炉法制黄磷时所得到的以硅酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后磨细所得的粉体，磷渣粉平均粒径为(30-40)um。
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，所述普通硅酸盐水泥为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，所述硫铝酸盐水泥为52.5级快硬铝酸盐水泥。
本发明中，所述的铁尾矿砂为高硅型铁尾矿，含硅量高，SiO2含量约75%，粒度范围0.04~0.2mm。
本发明中，所述可再分散乳胶粉为瓦克 RI 5044和544Z型。
本发明中，所述纤维素醚为羟甲基丙基纤维素醚（HPMC），粘度为10,000Pa.s。
本发明中，所述减水剂为粉体聚羧酸系高效减水剂，减水率不低于25%。
本发明中，所述聚丙烯纤维长度为（8-10）mm。
本发明提出的一种用于墙体保温体系的磷石膏基抗裂砂浆的制备方法，具体步骤如下：按重量比例称量磷石膏、粉煤灰、偏高岭土、磷渣粉、赤泥、硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、50~80目石英砂、100~120目石英砂、铁尾矿砂、5044乳胶粉、554Z乳胶粉、纤维素醚、聚羧酸系减水剂和聚丙烯纤维，投入混料机，通过机械混合均匀后，得到所需产品。
本发明提出一种用于墙体保温体系的磷石膏基抗裂砂浆的的使用方法，具体步骤如下：准确称取磷石膏基抗裂砂浆固体粉料和水，先将水加入搅拌机内，随着叶片转动，再将固体粉料均匀投入搅拌机。搅拌均匀后即可施工。加水量为本发明材料质量的15%~20%。
本发明中，磷石膏、粉煤灰、偏高岭土、磷渣粉、赤泥、普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥为胶凝组分。水化初期，普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥相继发生水化反应，磷石膏参与其中铝质组分的反应，生成水化硫铝酸钙(AFt)，与其他水化产物构成初始浆体结构；接着，在硅酸盐水泥和赤泥的碱激作用下，粉煤灰和偏高岭土、磷渣粉中的玻璃体结构逐渐解离，其中的活性铝质组分与磷石膏以及硅酸盐水泥水化产物Ca(OH)2反应生成水化硅铝酸钙，其中的活性硅质组分与Ca(OH)2进一步生成水化硅酸钙凝胶。随着水化反应的不断进行，水化产物不断包裹未水化颗粒，水化产物层不断增加，未水化颗粒不断减小，最终形成密实的浆体结构。传统水泥的初次水化和硅铝质胶凝材料的二次水化，保证了抗裂砂浆必要的初期强度和后续稳定增长的后期强度。同时相对于传统的硅酸盐水泥，本发明中的复合胶凝材料的水化产物中含有较多的水化硅酸钙（AFt），对浆体结构具有一定补偿收缩作用，从而使抗裂砂浆的体积稳定性更好。
本发明中，粉煤灰中含有活性玻璃体以及惰性的晶态物质，在水化初期具有一定的微集料效应，其粒形完整，表面光滑，质地致密，能起到减水作用、致密作用和匀质作用，从而提高抗裂砂浆的工作性。
本发明中，石英砂具有粒径小、强度高和稳定性强的特点，而铁尾矿砂粒径为0.02-0.4mm之间，可起到微集料作用，两者的优化匹配，使抗裂砂浆的流动性好，料浆更为均匀。
本发明中，可再分散乳胶粉在胶凝材料颗粒、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，甲基纤维素醚主要起到保水增稠作用，使抗裂砂浆具备良好的工作性和保水性。
本发明中，减水剂可使浆体具有较高的流动性及稳定性；同时，使砂浆强度提高，收缩减少，耐久性增强。
本发明的有益效果在于：本发明产品以磷石膏、粉煤灰、偏高岭土、磷渣粉、赤泥、普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥组成胶凝材料，以石英砂和铁尾矿砂为细集料，并加入乳胶粉、纤维素醚、聚羧酸系减水剂和聚丙烯纤维制备而成。本发明产品具有成本低、流动性好、粘结强度高、优良的稳定性等优势。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1，一种用于墙体保温系统的磷石膏基抗裂砂浆，按磷石膏100，粉煤灰80，偏高岭土60，磷渣粉50，赤泥16，42.5级普通硅酸盐水泥10，硫铝酸盐水泥10，50~80目石英砂800，100~120目石英砂100，铁尾矿砂250，5044乳胶粉25，544Z乳胶粉3，纤维素醚0.3，聚羧酸系减水剂2.0，聚丙烯纤维1.5的重量比配制而成。按抗裂砂浆材料总重量的18%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。
实施例2，一种用于墙体保温系统的磷石膏基抗裂砂浆，按磷石膏100，粉煤灰100，偏高岭土20，磷渣粉20，赤泥10，52.5级普通硅酸盐水泥25，硫铝酸盐水泥5，50~80目石英砂350，100~120目石英砂300，铁尾矿砂50，5044乳胶粉20，544Z乳胶粉2，纤维素醚0.2，聚羧酸系减水剂0.6，聚丙烯纤维0.8的重量比配制而成。按抗裂砂浆材料总重量的15%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。
实施例3，一种用于墙体保温系统的磷石膏基抗裂砂浆，按磷石膏100，粉煤灰30，偏高岭土80，磷渣粉60，赤泥2，42.5级普通硅酸盐水泥15，硫铝酸盐水泥15，50~80目石英砂200，100~120目石英砂250，铁尾矿砂150，5044乳胶粉8，544Z乳胶粉6，纤维素醚0.6，聚羧酸系减水剂0.4，聚丙烯纤维0.4的重量比配制而成。按抗裂砂浆材料总重量的20%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。
表1 实施例性能测试结果
Claims (7)
1.一种用于墙体保温系统的磷石膏基抗裂砂浆， 其特征在于由磷石膏、粉煤灰、偏高岭土、磷渣粉、赤泥、硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、50~80目石英砂、100~120目石英砂、铁尾矿砂、5044乳胶粉、554Z乳胶粉、纤维素醚、聚羧酸系减水剂、聚丙烯纤维组成，各组分的重量比为：
磷石膏 100
粉煤灰 30-100
偏高岭土 20-80
磷渣粉 20-60
赤泥 2-16
硅酸盐水泥 10-25
硫铝酸盐水泥 5-15
50~80目石英砂 200-800
100~120目石英砂 100-300
铁尾矿砂 50-250
5044乳胶粉 8-25
544Z乳胶粉 2-6
纤维素醚 0.2-0.6
聚羧酸系减水剂 0.4-2.0
聚丙烯纤维 0.4-1.5。
2.根据权利要求1所述的一种用于墙体保温系统的磷石膏基抗裂砂浆，其特征在于各组份的重量比为：
磷石膏 100
粉煤灰 40-80
偏高岭土 30-60
磷渣粉 25-50
赤泥 2-12
硅酸盐水泥 12-20
硫铝酸盐水泥 5-10
50~80目石英砂 200-600
100~120目石英砂 100-200
铁尾矿砂 70-200
5044乳胶粉 8-20
544Z乳胶粉 2-5
纤维素醚 0.2-0.4
聚羧酸系减水剂 0.4-1.5
聚丙烯纤维 0.6-1.5。
3.根据权利要求1所述的一种用于墙体保温体系的磷石膏基抗裂砂浆，其特征在于所述磷石膏为非煅烧磷石膏， 40℃~60℃烘干，粒径范围为40~200um，平均粒径为65um。
4.根据权利要求1所述的一种用于墙体保温体系的磷石膏基抗裂砂浆，其特征在于所述粉煤灰为级高钙粉煤灰，其游离氧化钙含量≤3.0%，烧失量≤5.0%，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，所述磷渣粉为用电炉法制黄磷时所得到的以硅酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后磨细所得的粉体，磷渣粉平均粒径为(30-40)um，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。
5.根据权利要求1所述的一种用于墙体保温体系的磷石膏基抗裂砂浆，其特征在于所述普通硅酸盐水泥为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，硫铝酸盐水泥为52.5级快硬铝酸盐水泥，所述铁尾矿砂为高硅型铁尾矿，含硅量高，SiO2含量约75%，粒度范围0.04~0.2mm，所述纤维素醚为羟甲基丙基纤维素醚（HPMC），粘度为10,000Pa.s。
6.根据权利要求1所述的一种用于墙体保温体系的磷石膏基抗裂砂浆，其特征在于所述聚羧酸系减水剂为粉体聚羧酸系高效减水剂，减水率不低于25%,所述聚丙烯纤维长度为（8-10）mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于墙体保温体系的磷石膏基抗裂砂浆，其特征在于所述提出一种用于墙体保温体系的磷石膏基抗裂砂浆的的使用方法，具体步骤如下：准确称取抗裂砂浆固体粉料和水，先将水加入搅拌机内，随着叶片转动，再将固体粉料均匀投入搅拌机，搅拌均匀后即可施工，加水量为本发明材料质量的15%~20%。
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