CN111099871B - 一种石膏基自流平材料及其在工艺品中的应用和应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石膏基自流平材料及其在工艺品中的应用和应用方法，石膏基自流平材料由包括以下重量份的组分制备而成：90‑110份的水、141‑159份的半水石膏、110‑125份的石英砂、10‑25份的重钙粉、6‑24份的通用硅酸盐水泥、1‑8份的乳胶粉、0.3‑0.9份的减水剂、0.1‑0.5份的纤维素醚、0.1‑0.2份的消泡剂和0.1‑0.2份的缓凝剂。该石膏基自流平材料可以用来制作象棋、笔筒、花盆、卡通人物模型等工艺品，制作的工艺品表面光滑细腻，不易掉粉。与现有技术相比，本发明克服了传统石膏基材料存在的浆体流动性差、硬化后的成品强度低、表面气孔多、易掉粉等问题，制得的工艺品表面光滑温润而具有光泽，且具有较高的强度和较好的耐磨性。

Description

一种石膏基自流平材料及其在工艺品中的应用和应用方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种石膏基自流平材料及其在工艺品中的应用和应用方法。

背景技术

随着磷肥工业的快速发展，中国已成为世界最大的磷肥生产国及磷石膏(磷石膏主要成份为二水石膏，分子式为CaSO₄·2H₂O)副产国。磷石膏作为一种工业固体废渣，其任意排放不仅占用耕地，污染环境，还会造成资源的浪费，因此磷石膏的资源化利用已成为当前科研工作者研究的热点。

此外，人们的生活中存在着形形色色的工艺品，如象棋、笔筒等，这些工艺品大多都以木制、玻璃水晶制、塑料制或者金属制为主，而采用建筑材料制作的工艺品却很少见。生活中，常见的工艺品一般是采用塑料、木材、水晶或玻璃陶瓷等材料制作的，而塑料类材质的工艺品在生产过程能耗较大，且弃置后因难以降解极易造成环境污染；木材类材质的工艺品，其制作则会消耗大量的自然资源，从而导致水土流失、加重温室效应等后果，影响人类生存环境；水晶或玻璃陶瓷类材质的工艺品，其制作成本较高，能耗较大，且容易摔碎，无法兼顾美观性与实用性。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而发明的一种石膏基自流平材料，并将其用于工艺品的制作。制得的石膏基自流平材料初始流动性好、可均匀快速地的填充模具，硬化后的制品强度高、抗冲击性和耐磨性好，用其制作的工艺品表面光滑而具有光泽，掉粉量低，兼具绿色环保与美观，具有重要的经济效益和生态价值。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种石膏基自流平材料，该自流平材料由包括以下重量份的组分制备而成：90-110份的水、141-159份的半水石膏、110-125份的石英砂、10-25份的重钙粉、6-24份的硅酸盐水泥、1-8份的乳胶粉、0.3-0.9份的减水剂、0.1-0.5份的纤维素醚、0.1-0.2份的消泡剂和0.1-0.2份的缓凝剂。进一步优选地，所述自流平材料由100份的水、141-159份的半水石膏、117份的石英砂、18份的重钙粉、6-24份的通用硅酸盐水泥、4.5份的乳胶粉、0.6份的减水剂、0.3份的纤维素醚、0.15份的消泡剂和0.15份的缓凝剂制备而成。

优选地，所述半水石膏为α半水石膏或β半水石膏中的一种或两种，所述α半水石膏和β半水石膏均由天然石膏、磷石膏或脱硫石膏煅烧粉磨制得，天然石膏、磷石膏和脱硫石膏的主要成分均为二水石膏，煅烧可使二水石膏失去结晶水生成具有水化特性的半水石膏(分子式为CaSO₄·1/2H₂O)。由于生产工艺和生产条件不同，二水石膏经煅烧粉磨得到的半水石膏具有α和β两种形态，其中α型半水石膏由于结晶良好、坚实，因而水化时需水量较小，用其制得的工艺品相比于用β半水石膏制得的工艺品强度更高，也更密实。所述半水石膏为四川宜宾石杰环保科技有限公司提供的工业废渣磷石膏煅烧粉磨制得的α半水石膏。

优选地，所述通用硅酸盐水泥采用P.O水泥、P.I水泥、P.Ⅱ水泥、P.F水泥、P.S水泥、P.P水泥或P.C水泥中的一种或多种。进一步优选地，所述通用硅酸盐水泥为P.O 42.5水泥。

优选地，所述石英砂的粒径为20-80目；所述重钙粉的细度为1800-2200目。进一步优选地，所述石英砂粒径为30目，所述重钙粉细度为2000目。

优选地，所述乳胶粉为可再分散乳胶粉；所述减水剂选自木质磺酸盐系减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂或聚羧酸系减水剂中的一种或多种。进一步优选地，所述减水剂选用聚羧酸系高性能减水剂。

优选地，所述纤维素醚选自甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚、羧甲基纤维素醚、乙基纤维素醚、苄基纤维素醚、羟乙基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、氰乙基纤维素醚、苄基氰乙基纤维素醚、羧甲基羟乙基纤维素醚或苯基纤维素醚中的一种或多种。进一步优选地，所述纤维素醚选用兆佳建材科技有限公司生产的羟丙基甲基纤维素醚。

优选地，所述消泡剂选用石膏专用消泡剂，主要成分是磷酸三丁酯。所述缓凝剂选用石膏专用缓凝剂，主要成分为柠檬酸和多聚磷酸钠。进一步优选地，所述消泡剂和缓凝剂分别选用兆佳建材科技有限公司生产的D130消泡剂和石膏专用缓凝剂。

优选地，所述自流平材料还包括水泥着色颜料，所述水泥着色颜料的重量份为0-6份，但不为0，水泥着色颜料在制作石膏基自流平浆体时掺入，可以改变制作的石膏基材料基体的颜色，其掺量和颜色种类根据所需颜色深度和种类而调整。

优选地，所述水泥着色颜料选自有机颜料或无机颜料中的一种或多种，所述有机颜料选自偶氮颜料、酞菁颜料或色淀中的一种或多种，所述无机颜料选自氧化铁红、铁锰黑、氧化铬绿、钴蓝、群青蓝或炭黑中的一种或者多种。

一种采用该石膏基自流平材料制作得到的工艺品，所述工艺品可为象棋、笔筒、麻将、花盆、卡通人物模型等。

一种制作该工艺品的制作方法，所述制作方法具体包括以下步骤：

(a)首先按重量份称取石膏基自流平材料的各组分，其次将称量好的固体组分混合均匀并置于水泥砂浆搅拌锅中，再将称量好的液体组分拌合均匀，并加入到放置固体组分的搅拌锅中，启动水泥砂浆搅拌机，搅拌2-4min，形成自流平浆体，之后将该自流平浆体分多次浇筑于工艺品乳胶模具中，每次浇筑后均进行振捣，以便可以更好的除去附着在模具内壁的气泡，这样得到的工艺品表面气孔少，可以具有较高的强度和美观性；

(b)待浇筑完成后刮去多余的浆体，抹平后静置待浆体凝结硬化；

(c)待浆体硬化至强度大于1MPa后，进行脱模，得到工艺品素胎，对脱模后的工艺品素胎包覆一层保鲜膜并进行自然养护，最后进行局部或全部上色处理。

优选地，步骤(b)中，所述静置的温度为室温，所述静置的时间为10-48h；

步骤(b)中，所述石膏基自流平材料的凝结包括初凝和终凝，所述初凝时间为10-20min，所述终凝时间为25-40min；

步骤(c)中，所述自然养护温度为室温，养护时间为1-3d；

步骤(c)中，采用水性颜料局部或者全部上色处理。该水性颜料色彩鲜艳，且与自流平材料结合良好，不易褪色。其中，凝结时间、养护时间等均可以根据工艺实际需求而调整，而凝结时间可通过石膏缓凝剂的掺量来调节。

为便于脱模，优选地，所述工艺品制作的模具采用乳胶模具，模具的形状可以为象棋、麻将、动漫人物、笔筒等。乳胶模具可以方便地进行脱模，无需脱模剂，不仅操作简单，而且可避免使用脱模剂时脱模剂渗入到工艺品表面影响美观。

本发明可对磷石膏等固废进行再利用，将磷石膏进行煅烧粉磨后得到具有水化活性的半水石膏，并将其与石英砂、重钙粉、硅酸盐水泥、乳胶粉、减水剂、纤维素醚、消泡剂和缓凝剂等按重量份混合均匀，再加入水等液体组分搅拌均匀，制得自流平浆体，该自流平浆体经过一段时间的水化反应后，会凝结硬化并形成具有一定强度的固体，因此利用其可塑性可以用来制作工艺品。本发明中，半水石膏和硅酸盐水泥主要起胶结作用，其中硅酸盐水泥还可提高制品的强度；石英砂主要起填充作用；重钙粉可使制品具有一定的光泽度；乳胶粉可提高制品各组分间的粘结强度并提高制品的耐水性；减水剂可减少拌合水用量并提高浆体的流动度；纤维素醚可提高制品的保水性；消泡剂可减少自流平材料中的气泡；缓凝剂可调节自流平材料的凝结时间，其掺量越高，初凝时间和终凝时间越久。通过调节石膏基自流平材料各组分的重量份含量，可调控最后制得的工艺品的性能。

本发明采用半水石膏、石英砂、硅酸盐水泥等传统建筑材料制备自流平材料，并将其运用于象棋等工艺品的制作。一方面，使磷石膏等工业废渣得到了有效的利用，实现了固废利用的环保价值；另一方面，将传统建筑材料做成精美的工艺品，赋予了石膏水泥等传统建筑材料新的功能，进一步拓宽了石膏水泥等建筑材料的应用范围。因此，本发明采用石膏基自流平材料制作的兼具有节能环保与美观实用的工艺品及其制作方法，具有重要的经济效益和生态价值。

本发明通过掺加化学外加剂，并多次调整配合比和成型工艺，不仅克服了石膏基材料易掉粉、气孔多等问题，使得制做的工艺品表面变得光滑温润具有光泽，还保证了制品较高的强度、较好的耐磨性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)力学性能好，耐久性高。本发明的自流平材料7d绝干抗折强度达到10.6-15.7MPa，抗压强度高达17MPa左右，划痕硬度为0.15-0.27mm，耐磨耗性为11.4-15.4％，抗渗等级可达P6。

(2)制作的工艺品美观精致。本发明制作的工艺品强度高、抗冲击性和耐久性好，表面气孔少，光滑细腻且具有光泽，不掉粉，耐腐蚀，防火抗摔，美观精致，具有较高的艺术价值和收藏价值。

(3)节能环保。本发明采用的半水石膏为工业废渣磷石膏烧制而成，不仅降低了产品的制作成本，具有经济性，还解决了磷石膏弃置所导致的环境污染问题，为磷石膏资源化利用提供了新的途径，其制作主要原材料为无机材料，性能稳定，有害物质含量少，相对于塑料、木材、水晶或者玻璃水晶等传统象棋制造材料，废弃后不会造成白色污染，对生物及生态影响小。

(4)制作工艺简单且制品经济效益高。磷石膏价格为10-20元/吨，而一副普通材质的象棋或者笔筒等工艺品，其价格在15-40元甚至更高，因此用磷石膏制作的工艺品其利润高达上百倍，经济效益可观。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

按照表1所示的石膏基自流平材料的重量份称取所需组分。

表1实施例1的组分配比

将称量好的固体组分混合均匀并置于水泥砂浆搅拌锅中，再将称量好的液体组分拌合均匀并加入到放置固体组分的搅拌锅中，启动水泥砂浆搅拌机，搅拌2-4min，形成自流平浆体，然后将搅拌均匀的自流平浆体分三次浇注于定制好的象棋乳胶模具或者其他工艺品模具(如笔筒模具、动漫人物模型模具等)中，每次浇注完后用玻璃棒多次搅拌插捣使得倒入浆体后附着在模具内壁的气泡尽可能除干净，浇注完成后用刮刀刮去多余的浆体并抹平，置于室温环境下静置24h。之后脱模得到工艺品素胎，为脱模后的工艺品素胎包覆一层保鲜膜并进行自然养护，自然养护温度为室温，养护时间为3d，最后采用自制的水性颜料进行上色装饰处理，完成工艺品的制作。

本实施例中所用石英砂为东海远洋石英砂厂生产的30目石英砂，所用重钙粉为常州禹思新材料科技有限公司生产的2000目重钙粉。所述乳胶粉选用安徽皖维花山新材料有限责任公司生产的可再分散乳胶粉；所述减水剂选用兆佳建材科技有限公司生产的粉体聚羧酸系高性能减水剂，减水率为25％，其余各组分均采用本发明说明书中的优选组分。

采用本实施例配方制作的象棋等工艺品，其自流平浆体材料的初凝时间为14min，终凝时间为34min，材料的7d绝干抗压强度为10.6MPa，划痕硬度为0.27mm左右，耐磨耗性为15.4％左右，抗渗等级为P6，由于水泥掺量较少，制作的象棋等工艺品色泽鲜亮，表面细腻光滑，不易掉粉。

实施例2

按照表2所示的石膏基自流平材料的重量份称取所需组分。

表2实施例2的组分配比

其余制作方法的步骤均与实施例1实质相同。

采用本实施例配方制作的象棋等工艺品，其自流平浆体材料的初凝时间为15min，终凝时间为38min，材料的7d绝干抗压强度可达13.2MPa，划痕硬度为0.21mm，耐磨耗性为13.7％左右，抗渗等级为P6，制作的象棋等工艺品色泽较亮，耐磨性较好，表面毛刺少，不易掉粉。

实施例3

按照表3所示的石膏基自流平材料的重量份称取所需组分。

表3实施例3的组分配比

其余制作方法的步骤均与实施例1实质相同。

采用本实施例配方制作的象棋等工艺品，其自流平浆体材料的初凝时间为14min，终凝时间为35min，材料的7d绝干抗压强度可高达15.7MPa，划痕硬度为0.15mm左右，耐磨耗性为11.4％左右，抗渗等级为P6。另外，由于水泥掺量较多，制作的象棋等工艺品相比实施例1和实施例2，色泽略为黯淡，但耐磨性好，不易掉粉。

实施例4

按照表4所示的石膏基自流平材料的重量份称取所需组分，其余制作方法的步骤均与实施例1实质相同。

采用本实施例配方制作的象棋等工艺品，其自流平浆体材料的初凝时间为15min，终凝时间为38min，材料的7d绝干抗压强度可高达15.6MPa，划痕硬度为0.15mm左右，耐磨耗性为11.5％左右，抗渗等级为P6。另外，由于添加了水泥着色颜料氧化铁红，制作的工艺品颜色为暗红色，耐磨性好，不易掉粉。

表4实施例4的组分配比

实施例5

一种石膏基自流平材料，除了组分中通用硅酸盐水泥种类为P.I型硅酸盐水泥外，其余各组分及重量份均与实施例2中表2所示的相同。

实施例6

一种石膏基自流平材料，除了组分中通用硅酸盐水泥种类为P.Ⅱ型硅酸盐水泥外，其余各组分及重量份均与实施例2中表2所示的相同。

实施例7

一种石膏基自流平材料，除了组分中通用硅酸盐水泥种类为P.F型硅酸盐水泥外，其余各组分及重量份均与实施例2中表2所示的相同。

实施例8

一种石膏基自流平材料，除了组分中通用硅酸盐水泥种类为P.S型硅酸盐水泥外，其余各组分及重量份均与实施例2中表2所示的相同。

实施例9

一种石膏基自流平材料，除了组分中通用硅酸盐水泥种类为P.P型硅酸盐水泥外，其余各组分及重量份均与实施例2中表2所示的相同。

实施例10

一种石膏基自流平材料，除了组分中通用硅酸盐水泥种类为P.C型硅酸盐水泥外，其余各组分及重量份均与实施例2中表2所示的相同。

实施例11

一种石膏基自流平材料，除了组分中减水剂种类为市售萘系减水剂，其减水率为20％外，其余各组分及重量份均与实施例2中表2所示的相同。

以上各实施例中，α半水石膏、通用硅酸盐水泥、石英砂、水、水泥着色颜料、各化学外加剂的种类、重量份、性能等参数，以及在制作工艺品时的施工工艺和养护制度，均可以根据实际需要在前面限定的范围内进行任意选择和调整。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种石膏基自流平材料，其特征在于，所述自流平材料由以下重量份的组分制备而成：90-110份的水、141-159份的半水石膏、110-125份的石英砂、10-25份的重钙粉、6-24份的通用硅酸盐水泥、1-8份的乳胶粉、0.3-0.9份的减水剂、0.1-0.5份的纤维素醚、0.1-0.2份的消泡剂和0.1-0.2份的缓凝剂，

所述通用硅酸盐水泥采用P.O水泥、P.Ⅰ水泥、P.Ⅱ水泥、P.F水泥、P.S水泥、P.P水泥或P.C水泥中的一种或多种，

所述纤维素醚选自甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚、羧甲基纤维素醚、乙基纤维素醚、苄基纤维素醚、羟乙基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、氰乙基纤维素醚、苄基氰乙基纤维素醚、羧甲基羟乙基纤维素醚或苯基纤维素醚中的一种或多种；

所述半水石膏为α半水石膏或β半水石膏中的一种或两种，所述α半水石膏和β半水石膏均由天然石膏、磷石膏或脱硫石膏煅烧粉磨制得；

所述乳胶粉为可再分散乳胶粉；所述减水剂选自木质磺酸盐系减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂或聚羧酸系减水剂中的一种或多种；

所述自流平材料还包括水泥着色颜料，所述水泥着色颜料的重量份为0-6份，但不为0；

所述水泥着色颜料选自有机颜料或无机颜料中的一种或多种，所述有机颜料选自偶氮颜料、酞菁颜料或色淀中的一种或多种，所述无机颜料选自氧化铁红、铁锰黑、氧化铬绿、钴蓝、群青蓝或炭黑中的一种或者多种。

2.一种采用如权利要求1所述的石膏基自流平材料制作得到的工艺品。

3.一种如权利要求2所述的工艺品的制作方法，其特征在于，所述制作方法具体包括以下步骤：

(a)按重量份称取石膏基自流平材料的各组分，后将称量好的各组分混合均匀，形成自流平浆体，之后将该浆体分多次浇筑于工艺品的模具中，每次浇筑后均进行振捣；

(b)待浇筑完成后刮去多余的浆体，抹平后静置待浆体凝结硬化；

(c)待浆体硬化至强度大于1MPa后，进行脱模，得到工艺品素胎，对脱模后的工艺品素胎进行自然养护，最后进行局部或者全部上色处理。

4.根据权利要求3所述的一种制作工艺品的制作方法，其特征在于，步骤(b)中，所述静置的温度为室温，所述静置的时间为10-48h；

步骤(b)中，所述凝结包括初凝和终凝，所述初凝的时间为10-20min，所述终凝的时间为25-40min；

步骤(c)中，所述自然养护温度为室温，养护时间为1-3d；

步骤(c)中，采用水性颜料进行局部或者全部上色处理。