CN108840641A - 一种含固硫灰的粘结砂浆及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于砂浆领域，具体公开了一种含固硫灰的粘结砂浆及其制备和使用方法，该粘结砂浆由以下材料组成：水泥280‑320份、矿渣微粉40‑60份、固硫灰40‑60份、砂550‑650份、乳胶粉4‑8份、保水剂0.8‑2份，以重量份数计。使用时，按水料质量比0.48‑0.55分别称取水和粘结砂浆，混合搅拌均匀即可使用。本发明提供的一种含固硫灰的粘结砂浆，该砂浆具有良好的柔韧性、粘结性、保水性及体积稳定性等特点，同时克服矿渣微粉等传统水泥掺合料资源短缺及固硫灰渣资源化途径有限、利用率低的问题。

Description

一种含固硫灰的粘结砂浆及其制备和使用方法
技术领域
本发明属于砂浆领域，具体公开一种含固硫灰的粘结砂浆及其制备和使用方法。
背景技术
粘结砂浆是一种聚合物增强水泥基预制干混柔性砂浆，以水泥、石英砂、聚合物胶结料、添加剂经混合而成，具有优良的柔韧性、粘结性、抗下垂性、保水性等特点。目前，在粘结砂浆的制备技术中，一般将矿渣微粉等工业固废作为水泥掺合料，与普通硅酸盐水泥按一定比例复配后作胶凝材料，这与全部采用普通硅酸盐水泥做胶凝材料相比而言，矿渣微粉等的掺入可替代部分普通硅酸盐水泥，从而减少水泥用量，达到减少水泥工业生产耗能、污染性废气排放等的目的，其作用原理主要是利用了矿渣微粉等工业固废的潜在胶凝性。然而，随着我国经济建设高速发展、建设规模不断扩张，矿渣微粉等传统水泥掺合料也已经面临资源短缺、供应品质严重下降等问题。因此，若能开发其它类的工业固废作水泥掺合料，并能一定程度替代或完全替代矿渣微粉等传统工业固废制备粘结砂浆，则不仅能缓解矿渣微粉等资源短缺问题，还可丰富其它类工业固废的资源化利用途径。
循环流化床锅炉燃煤固硫灰渣是指含硫煤与固硫剂以一定比例(Ca/S＝2.0-2.5)混合后在循环流化床锅炉内经一定温度(850～950℃)煅烧固硫后所产生的废弃灰，以下简称“固硫灰”。固硫灰中一般含有大量的α-石英、活性硅铝矿物、赤铁矿、硬石膏及少量游离氧化钙和石灰石，其化学成分主要包括Al2O3、SiO2、Fe2O3、SO3、CaO、MgO和f-CaO。目前，我国每年排放的固硫灰渣约1亿吨，因存在资源化利用途径有限、利用率低等问题，多采用堆放或填埋的方式处理，不仅占用土地资源而且容易造成环境污染。研究表明，固硫灰渣也具有潜在胶凝性，其性能特征与矿渣微粉等有很大的相似性，因此固硫灰渣也具备了作水泥掺合料的必要条件。本发明拟利用固硫灰替代部分矿渣微粉作水泥掺合料制备粘结砂浆。
发明内容
为克服矿渣微粉等传统水泥掺合料资源短缺及固硫灰渣资源化途径有限、利用率低的问题，本发明提供了一种含固硫灰的粘结砂浆的制备及其使用方法。
本发明的技术方案如下：
一种含固硫灰的粘结砂浆，由以下材料组成：水泥280-320份、矿渣微粉40-60份、固硫灰40-60份、砂550-650份、乳胶粉4-8份、保水剂0.8-2份，以重量份数计。
作为优选，一种含固硫灰的粘结砂浆，由以下材料组成：水泥290-310份、矿渣微粉40-50份、固硫灰50-60份、砂580-630份、乳胶粉6-8份、保水剂1-1.5份，以重量份数计。
进一步：一种含固硫灰的粘结砂浆，由以下材料组成：水泥300份、矿渣微粉45份、固硫灰55份、砂600份、乳胶粉7份、保水剂1.2份，以重量份数计。
所述水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2MPa。
所述矿渣微粉选自S95级粒化高炉矿渣微粉，由唐山鑫征建材有限公司提供。
所述固硫灰选自经过加工处理的固硫灰，其加工工艺为粉磨，具体方法如下：采用Φ500×500mm水泥试验球磨机对原状固硫灰进行粉磨，粉磨时间为60min，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％。所述固硫灰由四川省内江市白马火电厂提供，其化学成分中Al2O3+SiO2+Fe2O3占质量比70.3％。
所述砂选自20-120目连续级配烘干砂，细度模数为2.4，由青岛万鸿矿业有限公司提供。
所述乳胶粉选自德国瓦克8031H型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。
所述保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。
一种含固硫灰的粘结砂浆的制备方法，包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、矿渣微粉、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
一种含固硫灰的粘结砂浆的使用方法以下：按水料质量比0.48-0.55分别称取水和上述制备的粘结砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
本发明中42.5普通硅酸盐水泥、矿渣微粉、粉磨固硫灰构成了粘结砂浆的胶凝材料，水泥水化生成的碱即Ca(OH)2是矿渣微粉、固硫灰潜在活性的激发剂。
与单独利用普通硅酸盐水泥作砂浆胶凝材料相比，水泥中复掺一定量的矿渣微粉和固硫灰会改变砂浆胶凝体材料的性能，但因矿渣微粉与固硫灰之间的物化性能存在差异，所以两者对砂浆胶凝材料性能的影响机理也不尽相同。
矿渣微粉的主要化学成分与硅酸盐水泥基本相同，其主要结构为硅酸盐玻璃体结构，其潜在活性主要源于其玻璃体结构中的硅氧四面体，矿渣微粉中的硅氧四面体聚合度较低，Si-O键的相对数量较少，从而具有较高的化学活性。研究表明，除此之外，矿渣微粉的玻璃体中还存在一定数量的铝氧四面体、六配位体、AlO+离子，这使得其潜在活性进一步增加。矿渣微粉的活性主要是通过化学激发来发挥，常用的方式是碱性激发和硫酸盐激发。矿渣微粉与水泥复掺时，水泥水化产物Ca(OH)2中的OH-离子使矿渣微粉中的硅氧四面体、铝氧四面体等发生“解聚-聚合”反应，低聚合状态存在的硅氧四面体、铝氧四面体等减少，高聚合物质含量增加，最终以C-S-H(水化硅酸钙)凝胶、C-A-H(水化铝酸钙)凝胶等水化产物存在，这构成了矿渣微粉胶凝性的主要来源。硫酸盐激发主要是指硫酸盐的加入使矿渣微粉溶液中的Ca2+和Al3+等离子的浓度平衡被破坏，等离子的浓度降低，促使水化反应向生产钙矾石的方向进行，同时加速矿渣微粉中CaO、Al2O3等成分的水化，从而促进矿渣为微粉的水化。研究表明，碱激发与硫酸盐激发方式同时使用时，对矿渣微粉的潜在活性激发效果更好。
固硫灰中也含有大量的活性硅铝矿物，但与矿渣微粉的不同，固硫灰中硅铝矿物的火山灰活性低于矿渣微粉的，这是因为固硫灰的形成温度约850～950℃远低于矿渣的形成温度1400～1600℃。同时，研究表明，固硫灰中硅铝矿物的硅氧四面体的聚合度也较低，从而固硫灰的潜在活性也容易被激发，当固硫灰与水泥按一定比例复掺时，能同时提高胶凝材料的早、中、后期强度。
矿渣微粉通常仅具有潜在的火山灰活性，而固硫灰不仅具有潜在的火山灰活性，还具有水硬性和水化膨胀性，这源于其内部活性矿物组成的特殊性，除活性硅铝矿物外，固硫灰中还含有氧化钙、硬石膏；另外，不同于矿渣微粉颗粒具有光滑平整的表面特点，固硫灰颗粒呈现内外部均疏松多孔的形貌特征。通过粉磨处理，可改变固硫灰颗粒疏松多孔的形貌特征，使其颗粒粒径明显减小、颗粒孔隙率明显降低、比表面积明显增加，这有利于降低其需水量、减小其颗粒表面微孔对有机大分子的吸附、提高其整体活性、促进其中难溶性硬石膏加速水化等好处。但粉磨后的固硫灰颗粒中仍然存在少量的孔隙，当用作水泥掺合料时，类似向胶凝材料中引入少量微小气泡，可提高胶凝材料的抗冻性能和保水性、降低胶凝材料的脆性等，但同时也使水泥的需水量略高一些。
本发明同时利用矿渣微粉、粉磨固硫灰两种掺合料与42.5普通硅酸盐水泥进行复掺作砂浆胶凝材料，这可以发挥不同材料之间的优势互补、相互增强的作用：化学作用方面，硅酸盐水泥水化生成的Ca(OH)2可作为碱激发剂激发矿渣微粉及固硫灰的潜在活性，同时固硫灰中的硬石膏水化形成的二水石膏可作为硫酸盐激发剂进一步激发矿渣微粉及其固硫灰自身的潜在活性，从而使矿渣微粉及固硫灰的潜在活性被更加充分地利用，其资源价值得到有效开发，同时使胶凝材料的水化产物更加丰富、密实坚固，从而改善砂浆的力学性、抗腐蚀性以及耐久性等；物理作用方面，以材料的比表面积表征，粉磨固硫灰>矿渣微粉>硅酸盐水泥，说明不同材料的颗粒粒径范围按一定梯度分布，这有利于形成胶凝材料颗粒之间相互填充、形成紧密堆积，从而降低胶凝材料需水量，减少胶凝材料微观结构缺陷。
本发明中，连续级配烘干砂作为砂浆骨料，对砂浆体系发挥支撑和骨架的作用。
本发明中，可再分散乳胶粉主要用于增加砂浆的粘结强度、改善砂浆的柔韧性。乳胶粉掺入砂浆后，随着砂浆中胶凝组分的水化，砂浆中自由水逐渐减少，乳胶粉中的树脂颗粒逐渐靠近，界面逐渐模糊，树脂逐渐相互融合，最终形成高分子薄膜，这一过程主要发生在砂浆的气孔和固体表面。
本发明中，羟丙基甲基纤维素作为砂浆的保水增稠剂，可改善砂浆的粘聚性和保水性，同时可提高砂浆的性能稳定性，防止砂浆的离析与分层。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种含固硫灰的粘结砂浆，由以下材料组成：水泥280-320份、矿渣微粉40-60份、固硫灰40-60份、砂550-650份、乳胶粉4-8份、保水剂0.8-2份，以重量份数计。使用时，按水料质量比0.48-0.55分别称取水和粘结砂浆，混合搅拌均匀即可使用。本发明利用粉磨后的固硫灰替代部分矿渣微粉作水泥掺合料，制备出了一种含固硫灰的粘结砂浆，该粘结砂浆各项性能优异，与仅利用矿渣微粉作水泥掺和料制备的粘结砂浆相比，本发明制备的粘结砂浆具有更低的压折比、分层度、干缩率以及更高的常态拉伸粘结强度、凉置20min后的拉伸粘结强度，这表明本发明制备的粘结砂浆具有更好的柔韧性、粘结性、保水性及体积稳定性等，同时克服矿渣微粉等传统水泥掺合料资源短缺及固硫灰渣资源化途径有限、利用率低的问题。
具体实施方式：
实施例1：
一种含固硫灰的粘结砂浆，由以下材料组成：水泥300份、矿渣微粉45份、固硫灰55份、砂600份、乳胶粉7份、保水剂1.2份，以重量份数计。
其中，水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2MPa。
其中，矿渣微粉选自S95级粒化高炉矿渣微粉，由唐山鑫征建材有限公司提供。
其中，所述固硫灰选自经过加工处理的固硫灰，其加工工艺为粉磨，具体方法如下：采用Φ500×500mm水泥试验球磨机对原状固硫灰进行粉磨，粉磨时间为60min，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％。所述固硫灰由四川省内江市白马火电厂提供，其化学成分中Al2O3+SiO2+Fe2O3占质量比70.3％。
其中，砂选自20-120目连续级配烘干砂，细度模数为2.4，由青岛万鸿矿业有限公司提供。
其中，乳胶粉选自德国瓦克8031H型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。
其中，保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。
一种含固硫灰的粘结砂浆的制备方法，包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、矿渣微粉、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
一种含固硫灰的粘结砂浆的使用方法以下：按水料质量比0.53分别称取水和粘结砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
实施例2：
一种含固硫灰的粘结砂浆，由以下材料组成：水泥290份、矿渣微粉50份、固硫灰60份、砂600份、乳胶粉7份、保水剂1.2份，以重量份数计。
其中，水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2MPa。
其中，矿渣微粉选自S95级粒化高炉矿渣微粉，由唐山鑫征建材有限公司提供。
其中，所述固硫灰选自经过加工处理的固硫灰，其加工工艺为粉磨，具体方法如下：采用Φ500×500mm水泥试验球磨机对原状固硫灰进行粉磨，粉磨时间为60min，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％。所述固硫灰由四川省内江市白马火电厂提供，其化学成分中Al2O3+SiO2+Fe2O3占质量比70.3％。
其中，砂选自20-120目连续级配烘干砂，细度模数为2.4，由青岛万鸿矿业有限公司提供。
其中，乳胶粉选自德国瓦克8031H型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。
其中，保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。
一种含固硫灰的粘结砂浆的制备方法，包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、矿渣微粉、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
一种含固硫灰的粘结砂浆的使用方法以下：按水料质量比0.53分别称取水和粘结砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
实施例3：
一种含固硫灰的粘结砂浆，由以下材料组成：水泥310份、矿渣微粉40份、固硫灰50份、砂600份、乳胶粉7份、保水剂1.2份，以重量份数计。
其中，水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2MPa。
其中，矿渣微粉选自S95级粒化高炉矿渣微粉，由唐山鑫征建材有限公司提供。
其中，所述固硫灰选自经过加工处理的固硫灰，其加工工艺为粉磨，具体方法如下：采用Φ500×500mm水泥试验球磨机对原状固硫灰进行粉磨，粉磨时间为60min，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％。所述固硫灰由四川省内江市白马火电厂提供，其化学成分中Al2O3+SiO2+Fe2O3占质量比70.3％。
其中，砂选自20-120目连续级配烘干砂，细度模数为2.4，由青岛万鸿矿业有限公司提供。
其中，乳胶粉选自德国瓦克8031H型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。
其中，保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。
一种含固硫灰的粘结砂浆的制备方法，包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、矿渣微粉、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
一种含固硫灰的粘结砂浆的使用方法以下：按水料质量比0.53分别称取水和粘结砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
实施例4：
一种含固硫灰的粘结砂浆，由以下材料组成：水泥300份、矿渣微粉45份、固硫灰55份、砂600份、乳胶粉7份、保水剂1.5份，以重量份数计。
其中，水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2MPa。
其中，矿渣微粉选自S95级粒化高炉矿渣微粉，由唐山鑫征建材有限公司提供。
其中，所述固硫灰选自经过加工处理的固硫灰，其加工工艺为粉磨，具体方法如下：采用Φ500×500mm水泥试验球磨机对原状固硫灰进行粉磨，粉磨时间为60min，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％。所述固硫灰由四川省内江市白马火电厂提供，其化学成分中Al2O3+SiO2+Fe2O3占质量比70.3％。
其中，砂选自20-120目连续级配烘干砂，细度模数为2.4，由青岛万鸿矿业有限公司提供。
其中，乳胶粉选自德国瓦克8031H型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。
其中，保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。
一种含固硫灰的粘结砂浆的制备方法，包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、矿渣微粉、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
一种含固硫灰的粘结砂浆的使用方法以下：按水料质量比0.53分别称取水和粘结砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
实施例5：
一种含固硫灰的粘结砂浆，由以下材料组成：水泥300份、矿渣微粉45份、固硫灰55份、砂600份、乳胶粉7份、保水剂1.2份，以重量份数计。
其中，水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2MPa。
其中，矿渣微粉选自S95级粒化高炉矿渣微粉，由唐山鑫征建材有限公司提供。
其中，所述固硫灰选自经过加工处理的固硫灰，其加工工艺为粉磨，具体方法如下：采用Φ500×500mm水泥试验球磨机对原状固硫灰进行粉磨，粉磨时间为60min，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％。所述固硫灰由四川省内江市白马火电厂提供，其化学成分中Al2O3+SiO2+Fe2O3占质量比70.3％。
其中，砂选自20-120目连续级配烘干砂，细度模数为2.4，由青岛万鸿矿业有限公司提供。
其中，乳胶粉选自德国瓦克8031H型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。
其中，保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。
一种含固硫灰的粘结砂浆的制备方法，包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、矿渣微粉、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
一种含固硫灰的粘结砂浆的使用方法以下：按水料质量比0.5分别称取水和粘结砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
将实施例1～5制备的含固硫灰的粘结砂浆与不含固硫灰的粘结砂浆进行性能比较，结果如下：
备注：其中，不含固硫灰的粘结砂浆由以下材料组成：水泥300份、矿渣微粉100份、砂600份、乳胶粉7份、保水剂1.2份，以重量份数计。其中，水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供；矿渣微粉选自S95级粒化高炉矿渣微粉，由唐山鑫征建材有限公司提供；砂选自20-120目连续级配烘干砂，细度模数为2.4，由青岛万鸿矿业有限公司提供；乳胶粉选自德国瓦克8031H型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)；保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。其使用方法以下：按水料比0.53分别称取水和粘结砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
由上表中数据可知，相同用水量条件下，对比不含固硫灰的粘结砂浆，实施例1～5制备的含固硫灰的粘结砂浆具有更低的压折比、分层度、干缩率以及更高的常态拉伸粘结强度、凉置20min后的拉伸粘结强度，这表明本发明制备的粘结砂浆具有更好的柔韧性、粘结性、保水性及体积稳定性等。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的修改，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含固硫灰的粘结砂浆，其特征在于：由以下材料组成：水泥280-320份、矿渣微粉40-60份、固硫灰40-60份、砂550-650份、乳胶粉4-8份、保水剂0.8-2份，以重量份数计。
2.根据权利要求1所述的一种含固硫灰的粘结砂浆，其特征在于：由以下材料组成：水泥290-310份、矿渣微粉40-50份、固硫灰50-60份、砂580-630份、乳胶粉6-8份、保水剂1-1.5份，以重量份数计。
3.根据权利要求2所述的一种含固硫灰的粘结砂浆，其特征在于：由以下材料组成：水泥300份、矿渣微粉45份、固硫灰55份、砂600份、乳胶粉7份、保水剂1.2份，以重量份数计。
4.根据权利要求3所述的一种含固硫灰的粘结砂浆，其特征在于：所述水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2MPa；所述矿渣微粉选自S95级粒化高炉矿渣微粉。
5.根据权利要求2所述的一种含固硫灰的粘结砂浆，其特征在于：所述固硫灰选自经过粉磨加工处理的固硫灰，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％，其化学成分中Al2O3+SiO2+Fe2O3占质量比70.3％。
6.根据权利要求1所述的一种含固硫灰的粘结砂浆，其特征在于：所述砂选自20-120目连续级配烘干砂，细度模数为2.4。
7.根据权利要求1所述的一种含固硫灰的粘结砂浆，其特征在于：所述乳胶粉选自德国瓦克8031H型可再分散乳胶粉，有效成分≥98％。
8.根据权利要求1所述的一种含固硫灰的粘结砂浆，其特征在于：所述保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素，有效成分≥99％。
9.根据权利要求1所述的一种含固硫灰的粘结砂浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、矿渣微粉、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
10.根据权利要求1所述的一种含固硫灰的粘结砂浆的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：按水料质量比0.48-0.55分别称取水和上述制备的粘结砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
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