CN110078429A - 一种高掺石粉膏混合砂浆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高掺石粉膏混合砌筑砂浆，所述高掺石粉膏混合砌筑砂浆包括按照重量份计的以下组分：水0.08‑0.09份，水泥0.14‑0.17份，石粉膏0.3‑0.31份，砂0.44‑0.47份。本发明高掺石粉膏混合砌筑砂浆，直接利用砂石加工、混凝土拌和系统或现场钻孔回收的石粉作为填料，石粉掺量达到石粉膏混合砌筑砂浆全部原材料的50%以上，大大节约了成品砂及水的用量。

Description

一种高掺石粉膏混合砂浆

技术领域

本发明涉及石粉膏综合利用领域，具体为一种高掺石粉膏混合砂浆。

背景技术

在石粉综合利用领域，国内外主要有以下方式：1、用石粉作为生产仿石涂料的原材料(石粉原料在涂料中的占比70-80％)，仿石涂料作为建筑装修的高档品，其价格、利润高；2、作为生产石粉砖的原料，采用无机强力聚合剂及高压成型技术生产的石粉砖，其抗压强度可达到40MPa，但生产工艺较复杂、聚合剂价格高；3、作为拌制混凝土的掺合料，以生产高流动、高抗渗与高强度的高性能混凝土；4、利用石粉生产树脂型人造石，或作为煤碳助燃、脱硫剂。而将石粉和石粉膏直接利用于砌筑砂浆和改良砌筑砂浆性能的实例较少。

长龙山抽水蓄能电站地处沿海发达省市的风景名镇，电站所在的湖州市安吉县天荒坪镇。作为电站建设粮仓的“骨料加工及混凝土拌和系统”更是会长时间产生难以最终有效处置的粉尘。长龙山抽水蓄能电站的岩体以凝灰岩为主，部分熔结凝灰岩制骨料(砂、石)产生的石粉含量高达28％-30％，而电站所用凝灰岩生产的混凝土骨料具有一定的碱活性，需往混凝土中掺加20％以上的粉煤灰抑止混凝土的碱活性反应，制约拌制混凝土时掺配石粉的这一石粉消纳方式。另外，电站产生的石粉绝大部分是含水量高达50％以上含水石粉膏，高含水石粉膏的脱水干燥成本高，难以在混凝土拌和过程中均匀掺拌、且有效控制混凝土的水灰比及强度。长龙山抽水蓄能电站由湿法加工骨料回收的高含水石粉膏，因石粉无法通过摊铺、碾压固化及均匀搅拌处置利用，导致石粉膏堆存导致水土流失、土壤侵蚀、水源污染、扬尘、让存放点形成软弱淤积带等系列问题出现，急需研制一种可直接大量掺配石粉膏的材料，就地快速消纳利用石粉膏，以变废为宝。

发明内容

本发明的目的在于解决石粉膏出现带来的问题，研制出一种高掺石粉膏的混合砌筑砂浆，采用如下技术路线：

分析比选出可高掺石粉膏的适用型材料→通过试验确定高掺石粉膏砌筑砂浆的试验配合比→验证试验确定高掺石粉膏砌筑砂浆的主要性能指标及经济性→验证高掺石粉膏砌筑砂浆的可批量施工性→选定所需的配套施工设备及最终的施工配合比。

本发明技术方案为：

一种高掺石粉膏混合砂浆，所述高掺石粉膏混合砂浆包括按照重量份计的以下组分：

水0.08-0.09份，水泥0.14-0.17份，石粉膏0.3-0.31份，砂0.44-0.47份。

优选地，所述石粉膏是熔结凝灰岩石块经破碎、研磨冲洗后，从冲洗水中经沉淀、过滤、压缩回收的粒径小于1.2mm的含水颗粒组合体,所述石粉膏含水量大于20％。

进一步优选地，所述石粉膏比表面积为300-440m²/kg。

进一步优选地，所述石粉膏中含有的CaO质量百分比为4％-11％，二氧化硅质量百分比为≥60％。

进一步优选地，所述石粉膏中包括按照重量份计的以下组分：SiO₂ 60-70份， CaO5-10份，Al₂O₃ 12-15份，Fe₂O₃ 5-7份，K₂O 2-3份，Na₂O 1-2份，P₂O₃ 0.3-0.5 份，SO₃0.1-0.01份。

进一步优选地，所述高掺石粉膏混合砂浆设计抗压强度为5MPa时，水用量为150-156kg/m³，水泥用量为260-280kg/m³，石粉膏用量为730-740kg/m³，水灰比1:1，砂用量为875-885kg/m³，28d实测抗压强度6.5-7.2Mpa，稠度65-72mm，实测密度2000-2020kg/m³；所述高掺石粉膏混合砂浆设计抗压强度为8-12MPa 时，水用量为178-185kg/m³，水泥用量为325-335kg/m³，石粉膏用量为 730-740kg/m³，水灰比0.82:1，砂用量为875-890kg/m³，28d实测抗压强度 11.5-13Mpa，稠度55-65mm，实测密度2105-2115kg/m³。

所述的高掺石粉膏混合砂浆的制作方法，所述方法为水、水泥、石粉膏、砂搅拌得到，搅拌采用锥底高速搅拌机，搅拌速度为120-130转/min。已制成的高掺石粉膏混合砂浆抗压强度值为5-10MPa。

本发明具有以下有益效果：

1、高掺石粉膏混合砂浆，直接利用砂石加工、混凝土拌和系统回收的石粉膏作为填料，石粉膏掺量达到石粉膏混合砌筑砂浆全部原材料的50％以上，大大节约了水、粉煤灰及成品砂的用量。

2、本产品由水泥+高含水石粉膏+人工砂组合，采用高速搅拌机拌置，产品性能稳定，所拌制砂浆的保水性比普通水泥砂浆及粉煤灰、石灰膏砂浆分别高 30％和10％左右。另外，掺入土质固化剂，可弥补高掺石粉膏混合砂浆强度受高掺石粉影响，有所消弱的不足，使其强度比普通同规格砂浆的强度高20％左右。

3、高掺石粉膏混合砂浆具有流动性好，收缩小等特点，作为锚杆、锚索灌注及砌筑砂浆，可提高灌注砂浆的可灌性、饱满度，改善抹面砂浆和易性、抗裂性，同时降低砂浆砌筑的劳动强度(以石粉膏大量替代锚杆砂浆中的砂，可节省砂子的二次筛分工作量)、提高施工经济性。

4、高掺石粉膏混合砂浆的研制使用，真正做到了变废为宝，部分解决了长龙山电站施工建设中所产生高含水石粉膏无法环保处置问题，并让锚杆及砌筑、抹面砂浆施工的部分环节，实现了零成本或低成本创利。

5、品质优良的粉煤灰掺入水泥砂浆中具有减水作用，以减少砂浆需水量；粉煤灰依托其形态、微集料效应提高砂浆的密实性、流动性和塑性，减少泌水和离析，同时可延长砂浆的凝结时间；砂浆掺入粉煤灰后变得黏稠柔软、好抹，改善了操作性能。但砂浆、混凝土中的有效微细颗粒掺量过多，易在骨料表面形成裹粉、造成缓凝、增加收缩，减弱骨料骨架作用，影响混凝土的抗压及抗折强度，在影响砂浆、拌和物早期强度增长的同时，又会影响拌合物的后期强度。本产品高掺石粉膏混合砂浆中的石粉可有效替代粉煤灰，提高砂浆的密实性、保水性、初凝时间、操作性能等，试验成果表明同强度等级的砂浆，在水灰比降低的情况下，以同重量的石粉膏替代同重量的砂子，所制成混合砂浆的稠度(流动性)会提高10％左右，单位体积的重量会增加130kg左右。

6、本产品研究利用了石粉膏中的部分颗粒、等量替代了混合砂浆中的砂，节省了砂的用量。等量替换、节省利用的砂，占每方砂浆中石粉膏用量的40％左右，每方高掺石粉膏混合砂浆由优化砂子用量这一项，可比同强度的普通砂浆约节省成本22元。

7、高掺石粉膏混合砂浆因掺入石粉膏，在砂浆中增加了能抵遇高温的无机复合材料，所用石粉膏中含有60％以上的二氧化硅，二氧化硅的化学性能稳定、熔点达到1700度以上，高于含有其它化学成份的砂子、水泥的熔点(1300-1500 度)。颗粒相对较细的石粉膏的掺入，同时改善了砂浆的和易性，提高了砂浆的密实性，有效阻止氧气、二氧化碳、氯离子等气体侵入砂浆。因此，高掺石粉膏混合砂浆的防火、防水及抗老化性能优于同强度等级的普通水泥砂浆。

8、所述石粉膏含水量大于20％，以含水率高、部分颗粒比砂子更细的湿石粉膏，替代部分砂及水泥，由于细颗粒含水会导致颗粒间的孔隙比小、粘聚力大，导致利用高含水石粉膏作为砂浆拌制原材料，其拌制功效比同等级普通水泥砂浆要低30％左右。为提高拌制效率、保证石粉膏混合砂浆的拌制均匀性，因此需采用转速达到120转/min的高速搅拌机，替代60-80转/min的普通搅拌机拌制石粉膏混合砂浆。化学组份中的SiO₂、CaO与水、水泥等反应产生结石体，以保证砂浆强度、耐火性等，其它组分主要作为细颗粒填料，填充砂子颗粒间隙，提高砂浆的保水性。

9、本发明就地利用无法利用的废弃物(高含水石粉膏)，而且实现大比例掺入(掺入的重量达到所有砂浆原材料的30％以上)，通过科学调配，制成节材、节能、环保，且和易性、操作性、产品实体质量及防水、防火及抗老化性能优于普通水泥砂浆的改良混合砂浆，砂浆使用成本低(比普通水泥砂浆约低22元 /m³)。另外，这种砂浆的选料、拌制较其它改性砌筑砂浆的拌制简易，且生产成本大大降低。

附图说明

图1为含水石粉膏临时堆存形成的软弱淤积带；

图2为石粉膏对农田、水源的侵害场景；

图3为高掺石粉膏混合砂浆的强度试样图；

图4为高掺石粉膏混合砂浆的防裂试样图；

图5锥底高速砂浆搅拌机。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细的阐述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。这些实施例仅用于说明本发明，而非用于限制本发明的范围。

实施例1

现有技术中，砂浆、混凝土拌置时，掺入适量的有效微细颗粒，一般掺25％左右的粉煤灰，以粉煤灰等量代替部分砂和水泥，改善拌和物性能。其原理是利用所掺粉煤灰的活性，让水泥在与填料、外加剂等拌制及水化凝固过程中有效组合、反应，制成和易性、致密性更好的拌和物。但砂浆、混凝土中的有效微细颗粒掺量过多，易在骨料表面形成裹粉、造成缓凝、增加收缩，减弱骨料骨架作用，影响混凝土的抗压及抗折强度，在影响砂浆、拌和物早期强度增长的同时，又会影响拌合物的后期强度。本发明主要利用以往湿法生产骨料时被大量废弃、造成环境污染的回收石粉膏，替代粉煤灰、细骨料作为填充料制成性能可靠的砂浆。

本发明所用石粉膏是长龙山电站由清洁熔结凝灰岩石块经多次破碎、研磨冲洗后，从冲洗水中经沉淀、过滤、压缩回收的粒径基本小于1.2mm的含水膏状物(该膏状物的液限w_L为44.1％，塑限w_p为20.2％)。

石粉膏的主要化学成份与水泥、粉煤灰的化学成份对照表如下表1。长龙山电站所产生的石粉膏，烘干检验石粉膏化学成份的结果，及与普通水泥、粉煤灰化学成份的比照表明：石粉膏的化学成份与粉煤灰相似，且各类化学成份均为水泥、生石灰的常见化学成份，无对混凝土、砂浆、水泥净浆制品有害的物质。

表1、高掺石粉膏混合砂浆所掺石粉膏与水泥、粉煤灰的化学成份对照表

综上表1得出：本发明所用研磨凝灰岩产生的石粉膏，对提高混凝土、砂浆、水泥净浆的密实、抗渗、早期强度是有益无害的，但掺量过多会影响混合砂浆的力学性能，就需从研究掺加高性能外加剂、改良石粉膏混合砂浆力学性能环节，减少本产品的水泥用量，来以进一步提高本产品的抗压强度。

本发明高掺石粉膏混合砂浆，是结合锚杆、锚索灌注及砌筑、抹面灰浆等拌合物，具有水泥掺量及早期强度要求高、单次拌制量小、抗压强度要求不高、要求粘聚及流动性好等特点，采用锥底高速搅拌机(见下图5)，制成的高掺石粉膏混合砂浆制品。该制品可节约砂、粉煤灰及用水，并减少为防止锚杆砂浆中的粗砂堵管而进行二次筛砂工作量。本产品(高掺石粉膏混合砂浆)所用石粉膏，其含水率为20％左右，取样干燥后检测该类石粉膏及同岩性机制砂的颗粒级配见下表2。表2的检测结果表明石粉膏中粒径大于150μm(0.15mm)的颗粒占40％。

表2、高掺石粉膏混合砂浆所用石粉膏及砂子的粒径检测成果表

为验证高掺石粉膏混合砂浆的性能，采用南方P.O42.5水泥试配试拌M5

(5MPa)、M10(10MPa)两种强度等级(抗压强度)的砂浆，通过开展不掺石粉膏拌制普通水泥砂浆，及掺石粉膏等量替代砂子(石粉膏中20％的含水，掺水拌制时相应扣减)两类拌制试验，最终确定的四组合格配合比见下表3。

表3、其它M5、M10水泥砂浆和高掺石粉膏混合砂浆配合比配制试验成果表

根据不同砂浆的原材料配比及工程所在区域的相关原材料单位，测算出不同砂浆目前的生产成本见下表4。

表4、高掺石粉膏混合砂浆同其它水泥砂浆的生产成本对比表

从上表3、表4可见：每方高掺石粉膏混合砂浆比普通水泥砂浆可节约用水 117-83kg(直接利用石粉膏中20％左右的含水)，节约用砂588kg；施工用水单价按2元/吨计，每方高掺石粉膏混合砂浆可节约水费0.23-0.16元；每方高掺石粉膏混合砂浆约可节省购砂费用58.8元；而同规格的改性砌筑砂浆③，比性能基本一致的本类产品④的成本约高64元/m3(且砂子的生产成本越高，本产品掺入石粉膏的经济性越明显)。另外，由于试验所用填充料中粒径小于0.15mm 的微细颗粒占比达到60％左右，让高掺石粉膏混合砂浆的稠度、保水性、和易性有效提高的同时，让砂浆的早、晚期强度均有所降低，研制的高掺石粉膏替代砂子的高掺石粉膏混合砂浆，其抗压强度为相同强度等级、相近水灰比及稠度普通水泥砂浆强度的93％-97％。

高掺石粉膏混合砂浆其特征在于所用石粉膏的含水量大于20％，以含水率高、颗粒比砂子细的石粉膏，替代部分砂及粉煤灰，由于含水细颗粒间的孔隙比小、粘聚力大，导致利用高含水石粉膏作为砂浆拌制原材料，所需拌制时间和功率，较同重量砂或水泥的拌制时间要长30％左右。为提高拌制效率、保证高掺石粉膏混合砂浆的拌制均匀性，因此需采用转速达到120转/min的高速搅拌机，替代60-80转/min的普通搅拌机拌制高掺石粉膏混合砂浆。另外优化砂浆拌制的投料顺序(按先将石粉膏和干砂基本搅拌均匀、再掺入水泥及水搅拌)、尽量减少砂的含水率、在高掺石粉膏混合砂浆拌和物中加入少量的大石，可将高掺石粉膏混合砂浆的搅拌效能提升20％左右(由180s缩减至150s左右)。

石粉膏的比表面积400m²/kg，大于砂的比表面积100m²/kg，而小于粉煤灰 450-1000m²/kg的比表面积，掺粉煤灰或石粉膏拌制水泥砂浆的发热量，小于同强度等级、其它原材料相同的不掺粉煤灰或石粉拌制的水泥砂浆，因此高掺石粉膏混合砂浆虽然早期强度低于类似配合比的普通水泥砂浆，但由于砂浆的内、外温差及致密绝热性小于普通水泥砂浆，从而保证了高掺石粉膏混合砂浆的抗裂性能与同类级普通水泥相近或略优(高掺石粉膏混合砂浆的防裂试块见下图4)。

高掺石粉膏混合砂浆由于石粉的掺入，在砂浆中增加了能抵遇高温的无机复合材料，而本发明所用石粉中含有60％以上的二氧化硅，二氧化硅的化学性能稳定、熔点达到1700度以上，高于含有其它化学成份的砂子、水泥的熔点(1300-1500 度)。颗粒相对较细的石粉的掺入，同时又改善了砂浆颗粒级配，提高了砂浆的密实性，有效阻止了氧气、二氧化碳、氯离子等气体侵入砂浆。因此，高掺石粉膏混合砂浆的防火性能及抗老化性能理论上应优于同强度等级的普通水泥砂浆。

高掺石粉膏混合砂浆由于填充料(拌合料除水泥及水以外的材料)中的微细颗粒(包括泥土的其他微细颗粒)较多，重量比占砂浆的32％以上，为避免微细颗粒掺量较多、影响本产品(高掺石粉膏混合砂浆)的强度，研制时按微细颗粒质量的0.01％-0.03％掺入固化剂(所述固化剂包括按照重量份计的以下组分：3-8 份丙烯酰胺，10-15份可溶性纤维素，5-15份羧甲基纤维素)，生产厂家为龙游观度建筑材料有限公司LYT-A固化剂。可弥补高掺石粉膏混合砂浆强度受高掺石粉影响，机理为石粉膏、水泥等中的钙镁离子，与固化剂中的离子发生交换，使钙镁离子更加均匀分布，并以钙镁离子为中心产生化学反应，生成化学键，在砂浆胶结体中形成坚固的网状结构，与掺入的水泥中的C₃A、C₃S、C2S、C₄AF等成分反应，同样形成水化硅酸钙凝胶。晶体、胶体相互交错形成网状，晶体起主要的承力骨架作用，胶体起胶结作用，二者共同生长，紧密结合，可使砂浆的强度可提高25％以上。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种高掺石粉膏混合砂浆，其特征在于，所述高掺石粉膏混合砂浆包括按照重量份计的以下组分：

水0.08-0.09份，水泥0.14-0.17份，石粉膏0.3-0.31份，砂0.44-0.47份。

2.根据权利要求1所述的高掺石粉膏混合砂浆，其特征在于，所述石粉膏是熔结凝灰岩石块经破碎、研磨冲洗后，从冲洗水中经沉淀、过滤、压缩回收的粒径小于1.2mm的含水颗粒组合体,所述石粉膏含水量大于20%。

3.根据权利要求2所述的高掺石粉膏混合砂浆，其特征在于，所述石粉膏比表面积为300-440m²/kg。

4.根据权利要求2所述的高掺石粉膏混合砂浆，其特征在于，所述石粉膏中含有的CaO质量百分比为4%-11%，二氧化硅质量百分比为≥60%。

5.根据权利要求2所述的高掺石粉膏混合砂浆，其特征在于，所述石粉膏中包括按照重量份计的以下组分：SiO₂ 60-70份，CaO 5-10份，Al₂O₃ 12-15份，Fe₂O₃ 5-7份，K₂O 2-3份，Na₂O 1-2份，P₂O₃ 0.3-0.5份，SO₃0.1-0.01份。

6.根据权利要求1-5任意一项所述高掺石粉膏混合砂浆，其特征在于，所述高掺石粉膏混合砂浆设计抗压强度为5MPa时，水用量为150-156kg/m³，水泥用量为260-280kg/m³，石粉膏用量为730-740kg/m³，水灰比1:1，砂用量为875-885kg/m³，28d实测抗压强度6.5-7.2Mpa，稠度65-72mm，实测密度2000-2020kg/m³；所述高掺石粉膏混合砂浆设计抗压强度为8-12MPa时，水用量为178-185kg/m³，水泥用量为325-335kg/m³，石粉膏用量为730-740kg/m³，水灰比0.82:1，砂用量为875-890kg/m³，28d实测抗压强度11.5-13Mpa，稠度55-65mm，实测密度2105-2115kg/m³。

7.权利要求6所述的高掺石粉膏混合砂浆的制作方法，其特征在于，所述方法为水、水泥、石粉膏、砂搅拌得到，搅拌采用锥底高速搅拌机，搅拌速度为120-130转/min，制成的高掺石粉膏混合砂浆抗压强度值为5 -10 MPa。