CN110981241B - 一种改性增强石膏材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料的技术领域，具体涉及一种改性增强石膏材料，所述改性增强石膏材料由包括钙铝系矿物、纳米勃姆石、建筑石膏和缓凝剂的原料制备而成。本发明利用钙铝系矿物和纳米勃姆石对石膏材料进行改性，提高了其力学性能和微观的孔结构，使石膏材料的抗压强度提高20％～117％。本发明还涉及所述改性增强石膏材料的制备方法。

Description

一种改性增强石膏材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料的技术领域，具体涉及一种改性增强石膏材料及其制备方法。
背景技术
石膏是一种蕴藏丰富的资源，具有良好的保温隔热、防火、降噪和调湿等优点，被广泛地用在建筑及装饰建材行业、化学工业等领域。但是，由于石膏防水性差，吸水后强度大幅度损失，导致其发展和使用受到很大限制。石膏材料防水性差的原因主要是为保证石膏浆料的流动性，需要掺入远高于理论上半水石膏转变为二水石膏的需水量，在石膏浆体硬化过程中，从石膏硬化体中逸出的剩余水汽会在硬化体中生成大量的空隙和毛细孔，相互贯通的孔隙能使石膏硬化体表面接触的水分很快渗透到内部，从而使石膏硬化体吸水率增大。另外，石膏水化产物中的二水硫酸钙有较大的溶解度，使石膏材料在水中很容易溶蚀，损坏石膏晶体的结构，导致石膏材料的强度大幅度下降。因此，提高石膏材料的力学性能和防水性能并扩大其应用领域是当前研究与生产石膏制品关注的重点问题。
经过许多研究人员的研究，我国在改善石膏材料性能领域取得了一定进展。申请号为201910539905.9发明专利提供了一种高强度建筑石膏粉的制备方法，通过添加羧甲基纤维素、硝酸铝、三氯化铝和纤维等材料来增强石膏的性能。但是以上方法是通过改善石膏硬化体的孔结构来增强石膏的力学性能和防水性能，该过程较为繁琐，需制备复合石膏粉、处理液、辅料、活性剂、催化剂等物质，工艺复杂，不适合工业化生产，且增强效果有限。
目前，尚未有利用钙铝系矿物和纳米勃姆石相互协同来增强石膏性能的研究报道。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题首先在于提供一种改性增强石膏材料，其制备原材料中包括钙铝系矿物和纳米勃姆石，钙铝系矿物的水化产物可以和石膏反应生产钙矾石，纳米勃姆石由于其尺寸效应可以填充更小的孔结构，钙铝系矿物和纳米勃姆石相互协同作用，从而显著改善石膏的孔结构和力学性能，使石膏材料的抗压强度提高20％～117％。
为了达到所述技术效果，采用的技术方案如下：
一种改性增强石膏材料，所述改性增强石膏材料由包括钙铝系矿物、纳米勃姆石、建筑石膏和缓凝剂的原料制备而成。
造成石膏强度较低的原因主要是水分挥发形成的连通孔结构，因此，可以选择一种材料来填充这些孔结构，从而使硬化体结构更致密，一方面可以选择颗粒较小的纳米材料来填充，另一方面可以选择会与石膏反应的物质来填充孔结构。石膏的主要成分是CaSO4·0.5H2O，如果加上铝元素可以形成强度较高的钙矾石，从而改善硬化体的孔结构，基于以上两点，本发明的纳米勃姆石和钙铝系矿物相互配合可以改善孔结构，降低石膏材料的吸水性，提高石膏材料的强度。
作为一种实施方式，所述的建筑石膏为β-建筑石膏。
作为一种实施方式，所述钙铝系矿物包括铝酸一钙和七铝酸十二钙，其中，铝酸一钙的质量分数为60％～90％，七铝酸十二钙的质量分数为10％～40％。
进一步地，作为一种优选的实施方式，所述钙铝系矿物的添加量为建筑石膏质量的0.01～20％。
进一步地，作为一种优选的实施方式，所述钙铝系矿物中，铝酸一钙的质量分数为73.6％，七铝酸十二钙的质量分数为24.7％。
上述钙铝系矿物的组成一方面可以使铝酸一钙的反应活性较高，另一方面可以防止七铝酸十二钙发生急凝，进而有助于提高改性增强石膏材料的强度。尤其，当铝酸一钙的质量分数为73.6％，七铝酸十二钙的质量分数为24.7％时，得到的改性增强石膏材料的强度最佳。
作为一种实施方式，所述纳米勃姆石以纳米勃姆石粉末或纳米勃姆石分散液进行添加。
作为一种实施方式，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.01～1％，其中，所述纳米勃姆石的粒径为20～40nm。
研究过程中发现，当纳米勃姆石的添加量＜建筑石膏质量的0.01％或＞建筑石膏质量的1％时，制备的改性增强石膏材料的力学性能改善效果相对较弱。
进一步地，作为一种优选的实施方式，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.1～0.9％，更优选为建筑石膏质量的0.5％。
添加上述的纳米勃姆石，由于粒径为20～40nm的尺寸效应可以填充更小的孔结构，从而显著改善改性增强石膏材料的孔结构和力学性能。尤其，当纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.5％时，得到的改性增强石膏材料的力学性能最佳。
作为一种实施方式，所述缓凝剂为三聚磷酸钠或蛋白类缓凝剂，添加量为建筑石膏质量的0.01～1％，优选为0.05～0.6％。
进一步地，作为一种更优选的实施方式，所述缓凝剂为建筑石膏质量0.15％的三聚磷酸钠或建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂。
上述添加量的缓凝剂可以使石膏水化速度和水化热降低至适合范围，适当延长凝结时间，与上述添加的纳米勃姆石相互配合更好地提高改性增强石膏材料的力学性能和耐水性，改善孔结构。
本发明的另一目的在于提供一种改性增强石膏材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1，将钙铝系矿物粉磨至设定粒径，然后与建筑石膏混合均匀，得到混合物A；
步骤2，将纳米勃姆石粉末分散于水中得到纳米勃姆石分散液，将缓凝剂用水溶解得到缓凝剂液，再分别进行超声分散；
步骤3，将混合物A、缓凝剂液和纳米勃姆石分散液混合均匀后成型，得到所述的改性增强石膏材料。
作为一种实施方式，步骤1中，将CaO和Al2O3按照1～1.7的摩尔比混合，然后在1310～1350℃下煅烧1～6h，得到所述钙铝系矿物。钙铝系矿物按照上述方式进行高温煅烧制备得到，具有较好的反应活性。
作为一种优选的实施方式，所述步骤1中，以8～12℃/min的升温速率升温至1310～1350℃。
作为一种实施方式，步骤1中，将CaO和Al2O3按照1：1的摩尔比混合，然后在1320℃下煅烧3h，得到所述钙铝系矿物。
添加上述方法制备的钙铝系矿物，建筑石膏容易会与其水化产物反应生产钙矾石，提高建筑石膏的强度，石膏浆体硬化是由于结合水的变化，没有发生化学反应，水分蒸发时会留下大量的孔隙，改善其孔结构，增强其耐水性能。其中，由按照1:1摩尔比混合的CaO和Al2O3在1320℃下煅烧3h得到的钙铝系矿物，更有利于改善最终制备的改性增强石膏材料的力学性能、孔结构和耐水性。
作为一种实施方式，步骤1中，将所述钙铝系矿物粉磨至通过200目筛子且筛余量小于5％。
作为一种实施方式，所述缓凝剂为三聚磷酸钠或蛋白类缓凝剂，添加量为建筑石膏质量的0.01～1％，优选为0.05～0.6％。
作为一种实施方式，步骤3中，成型的凝结时间为25～35min，优选为30min。
作为一种优选的实施方式，所述缓凝剂为建筑石膏质量0.15％的三聚磷酸钠或建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂。
作为一种实施方式，作为一种实施方式，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.01～1％，其中，所述纳米勃姆石的粒径为20～40nm。
进一步地，作为一种优选的实施方式，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.1～0.9％，更优选为建筑石膏质量的0.5％。
本发明提供了一种增强石膏材料的方法，该方法可显著增强石膏材料的强度，改善其力学性能和防水性能，并且工艺简单，便于推广应用。
附图说明
图1是实施例1中的步骤1制备的钙铝系矿物的X射线衍射图；
图2是实施例1的改性石膏材料的不同龄期的抗压强度的测试结果图；
图3是实施例1的改性增强石膏材料的微观结构图；
图4是实施例1的改性增强石膏材料的热重图；
图5是实施例2的改性石膏材料的不同龄期的抗压强度的测试结果图；
图6是实施例3的改性石膏材料的不同龄期的抗压强度的测试结果图；
图7是实施例4的改性石膏材料的不同龄期的抗压强度的测试结果图；
图8是实施例5的步骤1制备的钙铝系矿物的X射线衍射图；
图9是实施例5的改性石膏材料的不同龄期的抗压强度的测试结果图；
图10是实施例6的改性石膏材料的不同龄期的抗压强度的测试结果图；
图11是对比例1的石膏材料的不同龄期的抗压强度的测试结果图；
图12是对比例2的石膏材料的不同龄期的抗压强度的测试结果图；
图13是对比例2的石膏材料的微观结构图；
图14是对比例2的石膏材料的热重图；
图15是对比例3的石膏材料的不同龄期的抗压强度的测试结果图；
图16是对比例4的石膏材料的不同龄期的抗压强度的测试结果图；
图17是试验例1中采用不同缓凝剂的改性增强石膏材料的抗压强度的测试结果图；
图18是试验例2中采用不同纳米勃姆石添加量的改性增强石膏材料的抗压强度的测试结果图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种改性增强石膏材料，所述改性增强石膏材料由包括钙铝系矿物、纳米勃姆石、建筑石膏和缓凝剂的原料制备而成。
优选地，所述钙铝系矿物包括铝酸一钙和七铝酸十二钙，其中，铝酸一钙的质量分数为60％～90％(例如，60％、62％、64％、66％、68％、70％、72％、73.6％、76％、78％、80％、82％、84％、86％、88％、89％、90％)，七铝酸十二钙的质量分数为10％～40％(例如，40％、38％、36％、、34％、32％、30％、28％、24.7％、22％、20％、18％、16％、14％、12％、10％)。
更优选地，所述钙铝系矿物中，铝酸一钙的质量分数为73.6％，七铝酸十二钙的质量分数为24.7％。
优选地，所述钙铝系矿物的添加量为建筑石膏质量的0.01～20％(例如，0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1％、5％、8％、10％、13％、15％、18％、20％)。
优选地，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.01～1％(例如，0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％)，其中，所述纳米勃姆石的粒径为20～40nm(例如，20nm、22nm、24nm、26nm、28nm、30nm、32nm、34nm、36nm、38nm、40nm)。
更优选地，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.1～0.9％(例如，0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％)，最优选地，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.5％。
优选地，所述缓凝剂为三聚磷酸钠或蛋白类缓凝剂，添加量为建筑石膏质量的0.01～1％(例如，0.01％、0.03％、0.05％、0.07％、0.09％、0.1％、0.13％、0.15％、0.17％、0.20％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％)，更优选为0.05～0.6％(例如，0.05％、0.07％、0.09％、0.1％、0.13％、0.15％、0.17％、0.20％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％)。
最优选地，所述缓凝剂为建筑石膏质量0.15％的三聚磷酸钠或建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂。
本发明还提供一种改性增强石膏材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1，将钙铝系矿物粉磨至设定粒径，然后与建筑石膏混合均匀，得到混合物A；
步骤2，将纳米勃姆石粉末分散于水中得到纳米勃姆石分散液，将缓凝剂用水溶解得到缓凝剂液，再将所述纳米勃姆石分散液和所述缓凝剂液分别进行超声分散；
步骤3，将所述混合物A、所述缓凝剂液和所述纳米勃姆石分散液混合均匀后成型，得到所述的改性增强石膏材料。
优选地，所述步骤1中，将CaO和Al2O3按照1～1.7(例如，1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7)的摩尔比混合，然后在1310～1350℃(例如，1310℃、1320℃、1330℃、1340℃、1350℃)下煅烧1～6小时(例如，1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h)，得到所述钙铝系矿物。
更优选地，所述步骤1中，将CaO和Al2O3按照1：1的摩尔比混合，然后在1320℃下煅烧3h，得到所述钙铝系矿物。
优选地，所述步骤1中，将所述钙铝系矿物粉磨至通过200目筛子且筛余量小于5％(例如，4％、2％、3％、2％、1％、0.5％、0)。
优选地，所述步骤3中，成型的凝结时间为25～35min，更优选为30min。
优选地，所述缓凝剂为建筑石膏质量0.15％的三聚磷酸钠或建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂。
优选地，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.01～1％(例如，0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％)，所述纳米勃姆石的粒径为20～40nm(例如，20nm、22nm、24nm、26nm、28nm、30nm、32nm、34nm、36nm、38nm、40nm)。
更优选地，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.1～0.9％(例如，0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％)，最优选为建筑石膏质量的0.5％。
实施例1
步骤1，将CaO和Al2O3按照1:1摩尔比进行混合，然后以10℃/min的升温速率升温至1320℃，保温煅烧3h，得到钙铝系矿物，所述钙铝系矿物以质量分数计包括73.6％的铝酸一钙，24.7％的七铝酸十二钙。该钙铝系矿物的X射线衍射图如图1所示。
将钙铝系矿物粉磨至通过200目筛子且筛余量小于5％，然后与β-建筑石膏混合均匀，得到混合物A；
步骤2，将粒径为20～40nm的纳米勃姆石分散于水中，得到纳米勃姆石分散液、将缓凝剂用水溶解得到缓凝剂液，再分别进行超声分散；
步骤3，将混合物A、缓凝剂液和纳米勃姆石分散液混合均匀后成型，成型的凝结时间为30min，得到改性增强石膏材料；
其中，钙铝系矿物为β-建筑石膏质量的15％，纳米勃姆石为β-建筑石膏质量的0.5％，缓凝剂为β-建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂。
测试所述改性增强石膏材料2h、1d、3d、7d和14d抗压强度，抗压强度的测试结果如图2所示。
所述改性增强石膏材料的微观结构如图3所示，根据图中的结构可以看出：添加钙铝系矿物，会在β-建筑石膏的棍棒状晶体上长出细针状的钙矾石晶体，从而使β-建筑石膏晶体更加致密，力学性能更强。
所述改性增强石膏材料的热重图如图4所示，添加钙铝系矿物后，β-建筑石膏的水化产物中会出现钙矾石的失重峰，温度范围在100℃左右，同时在270℃左右会出现水化铝酸三钙的失重峰，生成的钙矾石和水化铝酸三钙可以填充石膏中的孔结构，使结构更加致密。
实施例2
步骤1，将CaO和Al2O3按照1:1摩尔比进行混合，然后以10℃/min的升温速率升温至1320℃，保温煅烧3h，得到钙铝系矿物，所述钙铝系矿物以质量分数计包括73.6％的铝酸一钙，24.7％的七铝酸十二钙。将钙铝系矿物粉磨至通过200目筛子且筛余量小于5％，然后与β-建筑石膏混合均匀，得到混合物A；
步骤2，将粒径为20～40nm的纳米勃姆石分散于水中，得到纳米勃姆石分散液、将缓凝剂用水溶解得到缓凝剂液，再分别进行超声分散；
步骤3，将混合物A、缓凝剂液和纳米勃姆石分散液混合均匀后成型，成型的凝结时间为30min，得到改性增强石膏材料；
其中，钙铝系矿物为β-建筑石膏质量的5％，纳米勃姆石为β-建筑石膏质量的0.5％，缓凝剂为β-建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂。
测试所述改性增强石膏材料2h、1d、3d、7d和14d抗压强度，抗压强度的测试结果如图5所示。
实施例3
步骤1，将CaO和Al2O3按照1:1摩尔比进行混合，然后以10℃/min的升温速率升温至1320℃，保温煅烧3h，得到钙铝系矿物，所述钙铝系矿物以质量分数计包括73.6％的铝酸一钙，24.7％的七铝酸十二钙。将钙铝系矿物粉磨至通过200目筛子且筛余量小于5％，然后与β-建筑石膏混合均匀，得到混合物A；
步骤2，将粒径为20～40nm的纳米勃姆石分散于水中，得到纳米勃姆石分散液、将缓凝剂用水溶解得到缓凝剂液，再分别进行超声分散；
步骤3，将混合物A、缓凝剂液和纳米勃姆石分散液混合均匀后成型，成型的凝结时间为30min，得到改性增强石膏材料；
其中，钙铝系矿物为β-建筑石膏质量的10％，纳米勃姆石为β-建筑石膏质量的0.5％，缓凝剂为β-建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂。
测试所述改性增强石膏材料2h、1d、3d、7d和14d抗压强度，抗压强度的测试结果如图6所示。
实施例4
步骤1，将CaO和Al2O3按照1:1摩尔比进行混合，然后以10℃/min的升温速率升温至1320℃，保温煅烧3h，得到钙铝系矿物，所述钙铝系矿物以质量分数计包括73.6％的铝酸一钙，24.7％的七铝酸十二钙。将钙铝系矿物粉磨至通过200目筛子且筛余量小于5％，然后与β-建筑石膏混合均匀，得到混合物A；
步骤2，将粒径为20～40nm的纳米勃姆石分散于水中，得到纳米勃姆石分散液、将缓凝剂用水溶解得到缓凝剂液，再分别进行超声分散；
步骤3，将混合物A、缓凝剂液和纳米勃姆石分散液混合均匀后成型，成型的凝结时间为30min，得到改性增强石膏材料；
其中，钙铝系矿物为β-建筑石膏质量的20％，纳米勃姆石为β-建筑石膏质量的0.5％，缓凝剂为β-建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂。
测试所述改性增强石膏材料2h、1d、3d、7d和14d抗压强度，抗压强度的测试结果如图7所示。
实施例5
步骤1，将CaO和Al2O3按照1.7:1摩尔比进行混合，然后以8℃/min的升温速率升温至1350℃，保温煅烧1h，得到钙铝系矿物，所述钙铝系矿物为七铝酸十二钙，该钙铝系矿物的X射线衍射图如图8所示。
将钙铝系矿物粉磨至通过200目筛子且筛余量小于5％，然后与β-建筑石膏混合均匀，得到混合物A；
步骤2，将粒径为20～40nm的纳米勃姆石分散于水中，得到纳米勃姆石分散液、将缓凝剂用水溶解得到缓凝剂液，再分别进行超声分散；
步骤3，将混合物A、缓凝剂液和纳米勃姆石分散液混合均匀后成型，成型的凝结时间为30min，得到改性增强石膏材料；
其中，钙铝系矿物为β-建筑石膏质量的5％，纳米勃姆石为β-建筑石膏质量的0.5％，缓凝剂为β-建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂。
测试所述改性增强石膏材料2h、1d、3d、7d和14d抗压强度，抗压强度的测试结果如图9所示。
实施例6
步骤1，将CaO和Al2O3按照1.7:1摩尔比进行混合，然后以12℃/min的升温速率升温至1310℃，保温煅烧6h，得到钙铝系矿物。
将钙铝系矿物粉磨至通过200目筛子且筛余量小于5％，然后与β-建筑石膏混合均匀，得到混合物A；
步骤2，将粒径为20～40nm的纳米勃姆石分散于水中，得到纳米勃姆石分散液、将缓凝剂用水溶解得到缓凝剂液，再分别进行超声分散；
步骤3，将混合物A、缓凝剂液和纳米勃姆石分散液混合均匀后成型，成型的凝结时间为30min，得到改性增强石膏材料；
其中，钙铝系矿物为β-建筑石膏质量的15％，纳米勃姆石为β-建筑石膏质量的0.5％，缓凝剂为β-建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂。
测试所述改性增强石膏材料2h、1d、3d、7d和14d抗压强度，抗压强度的测试结果如图10所示。
对比例1
本对比例将β-建筑石膏、β-建筑石膏质量的0.07％蛋白类缓凝剂和水混合均匀，成型得到石膏材料，具体的操作方法和实施例1中的对应步骤保持一致。该对比例与实施例1的区别仅在于：没有添加钙铝系矿物和纳米勃姆石。
本对比例测试了该石膏材料2h、1d、3d、7d和14d抗压强度，测试结果如图11所示。
对比例2
本对比例将β-建筑石膏、β-建筑石膏质量的0.07％蛋白类缓凝剂、0.5％纳米勃姆石和水混合均匀，成型得到石膏材料，具体的操作方法和实施例1中的对应步骤保持一致。该对比例与实施例1的区别在于：没有添加钙铝系矿物。
本对比例测试了该石膏材料2h、1d、3d、7d和14d抗压强度，测试结果如图12所示。该石膏材料的微观结构如图13所示，和实施例1的改性增强石膏材料相比，该石膏材料的石膏棍棒状晶体无法生长细针状的钙矾石晶体，石膏晶体疏松。
该石膏材料的热重图如图14所示，和实施例1的热重图(图4)对比可以发现，其没有添加钙铝系矿物后，β-建筑石膏的水化产物中没有出现钙矾石和水化铝酸三钙的失重峰。
将实施例1、对比例1和对比例2进行比较，可以发现：
单纯添加纳米勃姆石对石膏的力学性能有所提高，但是提高的幅度并不大，当同时添加纳米勃姆石和钙铝系矿物时，石膏材料的力学性能显著提高，最高可增强117％左右，纳米勃姆石和钙铝系矿物发生了相互协同的作用，更好地提高了石膏材料的力学性能。
对比例3
该对比例与实施例5的区别在于：钙铝系矿物的添加量为β-建筑石膏质量的5％，缓凝剂为β-建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂，没有添加纳米勃姆石，其他具体的操作方法和实施例5中的对应步骤保持一致。
测试所述改性增强石膏材料2h、3d、7d和14d抗压强度，抗压强度的测试结果如图15所示。
对比例4
该对比例与实施例6的区别在于：钙铝系矿物的添加量为β-建筑石膏质量的15％，缓凝剂为β-建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂，没有添加纳米勃姆石，其他具体的操作方法和实施例6中的对应步骤保持一致。
测试所述改性增强石膏材料2h、3d、7d和14d抗压强度，抗压强度的测试结果如图16所示。
将实施例5、实施例6、对比例1与对比例3、对比例4进行比较，可以发现：
单纯添加钙铝系矿物对石膏的力学性能改善不明显，而当同时添加纳米勃姆石和钙铝系矿物时，石膏材料的力学性能显著提高，最高可增强117％左右，纳米勃姆石和钙铝系矿物发生了相互协同的作用，更好地提高了石膏材料的力学性能。
试验例1
本试验例以实施例1的技术方案作为参照，采用单一因素控制原则，考察了凝结时间相同的单独添加0.15％三聚磷酸钠和0.07％蛋白类缓凝剂对石膏材料力学性能的影响，其测试结果如图17所示。
试验结果表明在养护时间相同的情况下，采用β-建筑石膏质量的0.07％蛋白类缓凝剂制备得到的改性增强石膏材料的抗压强度要比采用β-建筑石膏质量的0.15％三聚磷酸钠的更高，蛋白类缓凝剂对石膏强度的改善更好。
试验例2
本试验例以实施例1的技术方案作为参照，采用单一因素控制原则，分别添加β-建筑石膏质量的0.1％、0.3％、0.5％、0.7％和0.9％的纳米勃姆石，制备不同的改性增强石膏材料，然后测试了各改性增强石膏材料2h、1d、3d、7d和14d抗压强度，以考察不同添加量的纳米勃姆石对石膏材料力学性能的影响，测试结果具体如图18所示。通过图18中的抗压强度曲线可以看出，在其他参数保持一致的情况下，添加β-建筑石膏质量的0.5％的纳米勃姆石时，制备的改性增强石膏材料的力学性能最佳。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (17)

1.一种改性增强石膏材料，其特征在于，所述改性增强石膏材料由包括钙铝系矿物、纳米勃姆石、建筑石膏和缓凝剂的原料制备而成，所述钙铝系矿物包括铝酸一钙和七铝酸十二钙，其中，铝酸一钙的质量分数为60％～90％，七铝酸十二钙的质量分数为10％～40％；所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.01～1％，其中，所述纳米勃姆石的粒径为20～40nm；所述缓凝剂为三聚磷酸钠或蛋白类缓凝剂，添加量为建筑石膏质量的0.01～1％。
2.根据权利要求1所述的改性增强石膏材料，所述钙铝系矿物的添加量为建筑石膏质量的0.01～20％。
3.根据权利要求1所述的改性增强石膏材料，所述钙铝系矿物中，铝酸一钙的质量分数为73.6％，七铝酸十二钙的质量分数为24.7％。
4.根据权利要求1所述的改性增强石膏材料，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.1～0.9％。
5.根据权利要求4所述的改性增强石膏材料，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.5％。
6.根据权利要求1所述的改性增强石膏材料，所述缓凝剂添加量为建筑石膏质量的0.05～0.6％。
7.根据权利要求6所述的改性增强石膏材料，所述缓凝剂为建筑石膏质量0.15％的三聚磷酸钠或建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂。
8.根据权利要求1所述的改性增强石膏材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1，将钙铝系矿物粉磨至设定粒径，然后与建筑石膏混合均匀，得到混合物A；
步骤2，将纳米勃姆石粉末分散于水中得到纳米勃姆石分散液，将缓凝剂用水溶解得到缓凝剂液，再将所述纳米勃姆石分散液和所述缓凝剂液分别进行超声分散；
步骤3，将所述混合物A、所述缓凝剂液和所述纳米勃姆石分散液混合均匀后成型，得到所述的改性增强石膏材料。
9.根据权利要求8所述的改性增强石膏材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，将CaO和Al2O3按照1～1.7的摩尔比混合，然后在1310～1350℃下煅烧1～6h，得到所述钙铝系矿物。
10.根据权利要求9所述的改性增强石膏材料的制备方法，所述步骤1中，将CaO和Al2O3按照1：1的摩尔比混合，然后在1320℃下煅烧3h，得到所述钙铝系矿物。
11.根据权利要求8所述的改性增强石膏材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，将所述钙铝系矿物粉磨至通过200目筛子且筛余量小于5％。
12.根据权利要求8所述的改性增强石膏材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，成型的凝结时间为25～35min。
13.根据权利要求12所述的改性增强石膏材料的制备方法，所述步骤3中，成型的凝结时间为30min。
14.根据权利要求12所述的改性增强石膏材料的制备方法，其特征在于，所述缓凝剂为建筑石膏质量0.15％的三聚磷酸钠或建筑石膏质量0.07％的蛋白类缓凝剂。
15.根据权利要求8所述的改性增强石膏材料的制备方法，其特征在于，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.01～0.9％，所述纳米勃姆石的粒径为20～40nm。
16.根据权利要求15所述的改性增强石膏材料的制备方法，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.1～0.9％。
17.根据权利要求16所述的改性增强石膏材料的制备方法，所述纳米勃姆石的添加量为建筑石膏质量的0.5％。
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