CN111548102A - 砂浆及其制备方法和应用 - Google Patents

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CN111548102A CN202010610548.3A CN202010610548A CN111548102A CN 111548102 A CN111548102 A CN 111548102A CN 202010610548 A CN202010610548 A CN 202010610548A CN 111548102 A CN111548102 A CN 111548102A
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    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength

Abstract

本发明提供了一种砂浆及其制备方法和应用，涉及砂浆技术领域。该砂浆采用特定用量的黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂等原料制成，其中，黄河泥沙煅烧产物中的具有矿物活性的物质能够与水泥的水化产物发生二次水化反应，从而提高砂浆的力学性能。同时，该黄河泥沙煅烧产物作为砂浆原料使用，既实现了黄河泥沙的资源化利用，又能部分取代水泥，降低了砂浆中水泥的用量，从而降低生产成本。本发明还提供了上述砂浆的制备方法，该制备方法工艺简单，操作便利，无需另购设备，适用于工业化规模生产。本发明还提供了上述砂浆在建筑施工领域中的应用。

Description

砂浆及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于砂浆技术领域，具体涉及一种砂浆及其制备方法和应用。
背景技术
黄河中游河段流经黄土高原地区，支流带入大量泥沙，实测年平均水量464亿立方米，泥沙量多达16亿吨，年输沙量和含沙量是中国各大江河之首。由于长期泥沙淤积，黄河下游河道成为著名的“地上悬河”河床普遍高于地面4-6米，高的达12米。大量泥沙的淤积严重威胁着黄河流域人民的生命安全，对黄河泥沙的综合治理与生态平衡的维护已迫在眉睫。
目前关于黄河泥沙的利用主要有以下途径：利用黄河泥沙等原料制备烧结砖、发泡陶瓷隔热保温板或陶瓷清水砖等。上述途径存在以下缺点：(1)处理过程复杂，综合利用率不高；(2)能耗大，增加了产品的成本；(3)需要较高的投资，综合经济性差。
有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种砂浆，采用特定用量的黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂等原料制得，该砂浆具有优良的力学性能，同时实现了黄河泥沙的资源利用。
本发明的第二目的在于提供上述砂浆的制备方法。
本发明的第三目的在于提供上述砂浆的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种砂浆，包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物30-70％，水泥10-30％和砂0-50％。
进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，所述砂浆包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物32-68％，水泥12-28％和砂2-48％；
优选地，所述砂浆包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物35-66％，水泥14-26％和砂4-46％。
进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，所述黄河泥沙煅烧产物的制备方法包括以下步骤：
将黄河泥沙进行煅烧，得到黄河泥沙煅烧产物；
优选地，在将黄河泥沙进行煅烧之前还包括干燥的步骤。
进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，煅烧的温度为500-700℃；
优选地，煅烧的时间为20-40min；
优选地，采用工业余热对黄河泥沙进行干燥和/或煅烧；
优选地，黄河泥沙煅烧产物的粒度为0.5μm-0.2mm。
进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，黄河泥沙中的矿物组成包括非粘土质矿物和粘土质矿物；
优选地，非粘土质矿物包括石英；
优选地，粘土质矿物包括高岭土。
进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，水泥包括硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥；
优选地，砂包括中砂；
优选地，中砂包括天然河砂和/或机制砂。
进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，所述砂浆的原料中还包括砂浆外加剂，砂浆外加剂占黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂质量总和的0-1.2％；
优选地，所述砂浆外加剂包括减水剂、引气剂或增稠剂中的任意一种或至少两种的组合。
本发明还提供了上述砂浆的制备方法，包括以下步骤：
将配方量的黄河泥沙煅烧产物、水泥、砂、任选地砂浆外加剂和任选地水混合，得到砂浆。
进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，混合的温度为15-25℃，混合的时间为1-3min。
本发明还提供了上述砂浆在建筑施工中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供了一种砂浆，采用特定用量的黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂等原料制成，其中，黄河泥沙煅烧产物中的具有矿物活性的物质能够与水泥的水化产物(例如氢氧化钙)发生二次水化反应，从而提高砂浆的力学性能。同时，该黄河泥沙煅烧产物作为砂浆原料使用，既实现了黄河泥沙的资源化利用，又能部分取代水泥，降低了砂浆中水泥的用量，从而降低生产成本。
(2)本发明提供了一种砂浆的制备方法，该制备方法工艺简单，操作便利，无需另购设备，适用于工业化规模生产。
(3)本发明提供了上述砂浆的应用，鉴于上述砂浆所具有的优势，使得该砂浆在建筑施工领域具有良好的应用。
具体实施方式
下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的第一个方面，提供了一种砂浆，包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物30-70％，水泥10-30％和砂0-50％。
具体的，黄河泥沙煅烧产物是指黄河泥沙经煅烧后的产物。黄河泥沙多为黄河中上游水土流失冲刷下来的泥沙，沙粒非常细，直径一般都在0.3mm以下且含泥量高，与传统建筑用砂有很大区别，目前得不到高效的资源化利用。黄河泥沙经过煅烧后产生具有矿物活性的物质，该具有矿物活性的物质能够与水泥的水化产物(氢氧化钙)发生二次水化反应，从而提高砂浆的力学性能。同时，该黄河泥沙煅烧产物能部分取代水泥，因此降低了水泥用量。
黄河泥沙煅烧产物典型但非限制性的质量百分数为30％、32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％、50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％、68％或70％。
水泥为砂浆中的胶结材料。水泥典型但非限制性的质量百分数包括10％、12％、14％、15％、16％、18％、20％、22％、24％、25％、26％、28％或30％。
砂作为砂浆中的骨料，砂典型但非限制性的质量百分数包括0％、2％、4％、5％、6％、8％、10％、12％、14％、15％、16％、18％、20％、22％、24％、25％、26％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％或50％。
上述黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂等各原料的用量也有一定的限定。当黄河泥沙煅烧产物的用量高于70％时，则会降低砂浆的工作性能和力学性能，当黄河泥沙煅烧产物的用量低于30％时，则会导致黄河泥沙的利用率过低；当水泥的用量高于30％时，则会导致成本过高，当水泥的用量低于10％时，则会导致砂浆的早期强度过低；当砂的用量高于50％时，则会导致黄河泥沙煅烧产物的用量降低、砂浆成本增高。故上述各原料的用量应当在限定的数值范围内。
本发明提供的砂浆，采用特定用量的黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂等原料制成。其中，黄河泥沙煅烧产物中的具有矿物活性的物质能够与水泥的水化产物(氢氧化钙)发生二次水化反应，从而提高砂浆的力学性能。同时，该黄河泥沙煅烧产物作为砂浆原料使用，既实现了黄河泥沙的资源化利用，又能部分取代水泥，降低了砂浆中水泥的用量，从而降低生产成本。
需要说明的是，本发明中所述的“包括”、“主要由……制备得到”意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，例如砂浆外加剂等，这些其他原料赋予砂浆不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”、“主要由……制备得到”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……制备得到”。例如，可以替换为封闭式写法，砂浆由以下质量百分数的原料制备得到：黄河泥沙煅烧产物30-70％，水泥10-30％和砂0-50％。
作为本发明的一种可选实施方式，砂浆包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物32-68％，水泥12-28％和砂2-48％；
优选地，所述砂浆包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物35-66％，水泥14-26％和砂4-46％。
通过对砂浆各原料用量的进一步限定，使得砂浆具有更好的工作性能、力学性能和经济效益。
作为本发明的一种可选实施方式，砂浆的原料中还包括砂浆外加剂，砂浆外加剂占黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂质量总和的0-1.2％。
砂浆外加剂主要是用于改善砂浆性能的添加剂，可包括多种种类，例如减水剂、增稠剂等，此处不作具体限定。砂浆外加剂典型但非限制性的质量百分数包括0.02％、0.05％、0.08％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％或1.2％。
作为本发明的一种可选实施方式，砂浆外加剂包括减水剂、引气剂或增稠剂中的任意一种或至少两种的组合。
减水剂是一种具有减水功效、改善拌合物工作性能的外加剂。减水剂的具体种类不作限定，可采用本领域常用的减水剂即可。作为本发明的一种可选实施方式，砂浆中减水剂典型但非限制性的质量百分数包括0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1.0％。
引气剂是具有引气功能的外加剂。引气剂的具体种类不作限定，可采用本领域常用的引气剂即可。砂浆中引气剂的质量百分数与其具体种类以及浓度等参数有关。
增稠剂是用于改善砂浆和易性的外加剂。增稠剂的具体种类不作限定，可采用本领域常用的增稠剂即可。
作为本发明的一种可选实施方式，砂浆中增稠剂典型但非限制性的质量百分数包括0.01％、0.02％、0.05％、0.06％、0.08％、0.10％、0.12％、0.14％、0.15％、0.16％、0.18％或0.2％。
作为本发明的一种可选实施方式，黄河泥沙煅烧产物的制备方法包括以下步骤：将黄河泥沙进行煅烧，得到黄河泥沙煅烧产物。
将黄河泥沙进行煅烧，可使得黄河泥沙中生成具有活性的矿物，该具有活性的矿物与水泥作用，有利于砂浆力学性能的提升。
作为本发明的一种可选实施方式，黄河泥沙中的矿物组成包括非粘土质矿物和粘土质矿物；
优选地，非粘土质矿物包括石英；
优选地，粘土质矿物包括高岭土。
将黄河泥沙进行煅烧，可以使黄河泥沙中的粘土质矿物脱水。由于粘土质矿物主要含有高岭土，故脱水的化学式为Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3·2SiO2+2H2O，粘土质矿物脱水后生成具有活性的矿物(Al2O3·SiO2)，该矿物能与水泥的水化产物氢氧化钙发生二次水化反应，提高砂浆的力学性能。
作为本发明的一种可选实施方式，在将黄河泥沙进行煅烧之前还包括干燥的步骤。
将黄河泥沙进行干燥，主要是用于除去黄河泥沙中的水分。
作为本发明的一种可选实施方式，煅烧的温度为500-700℃。典型但非限制性的煅烧的温度为500℃、520℃、540℃、550℃、560℃、580℃、600℃、620℃、640℃、650℃、660℃、680℃或700℃。
作为本发明的一种可选实施方式，煅烧的时间为20-40min；典型但非限制性的煅烧的时间为20min、22min、24min、25min、26min、28min、30min、32min、34min、35min、36min、38min或40min。
通过对煅烧温度以及煅烧时间的进一步限定，使得黄河泥沙煅烧充分，黄河泥沙中的粘土质矿物得到有效分解，且提高煅烧效率。
作为本发明的一种可选实施方式，采用工业余热对黄河泥沙进行干燥和/或煅烧。
此处的“和/或”是指可以采用工业余热只对黄河泥沙进行干燥，或者采用工业余热只对黄河泥沙进行煅烧，亦或是指可采用工业余热同时对黄河泥沙进行干燥和煅烧。
工业余热，指利用从工业设备回收的余热，例如可以是水泥厂或砖厂产生的余热。采用工业余热对黄河泥沙进行处理，无需额外增加热源，可减少能源消耗，降低成本。
作为本发明的一种可选实施方式，水泥包括硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥。
作为本发明的一种可选实施方式，砂包括中砂；
作为本发明的一种可选实施方式，中砂包括天然河砂和/或机制砂。
此处的“和/或”是指中砂可以只包括天然河砂，也可以只包括机制砂，还可以同时包括天然河砂和机制砂。
根据本发明的第二个方面，还提供了上述砂浆的制备方法，包括以下步骤：
将配方量的黄河泥沙煅烧产物、水泥、砂、任选地砂浆外加剂和任选地水混合，得到砂浆。
需要说明的是，所述“任选地砂浆外加剂”是指砂浆外加剂可添加也可不添加；所述“任选地水”是指水可添加也可不添加，当不添加水时，此时的砂浆为干混砂浆，通过调整配比可分别得到砌筑砂浆、抹面砂浆、地面用砂浆等，当添加水时，此时的砂浆为湿拌砂浆。
该制备方法工艺简单，操作便利，无需另购设备，投资少，灵活性高，能高效率地消耗黄河泥沙，适用于工业化规模生产。
作为本发明的一种可选实施方式，混合的温度为15-25℃，混合的时间为1-3min。典型但非限制性的混合的温度为15℃、16℃、18℃、20℃、22℃、24℃或25℃，典型但非限制性的混合的时间为1min、2min或3min。
根据本发明的第三个方面，还提供了上述砂浆在建筑施工中的应用。
鉴于上述砂浆所具有的优势，使得该砂浆在例如砌筑工程、抹灰工程等建筑施工领域具有良好的应用。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。其中，硅酸盐水泥购自天瑞集团水泥有限公司，牌号为P.O 42.5；硫铝酸盐水泥购自郑州登电建材开发有限公司，牌号为R·SAC42.5。
实施例1
本实施例提供一种砂浆，包括以下质量百分数的干混原料：
黄河泥沙煅烧产物30％、硅酸盐水泥20％和中砂50％；
上述砂浆的原料还包括水，水的用量占上述黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂(干混原料)质量总和的20％。
其中，黄河泥沙煅烧产物的平均粒度为0.1mm，中砂的细度模数为2.3；
黄河泥沙煅烧产物的制备方法包括以下步骤：
将含水量为20.7％黄河泥沙先于100℃干燥10h，然后于550℃煅烧30min，得到黄河泥沙煅烧产物。
本实施例提供的砂浆的制备方法，包括以下步骤：
将配方量的黄河泥沙煅烧产物、水泥、砂和水于20℃混合2min，得到砂浆。
实施例2
本实施例提供一种砂浆，除了黄河泥沙煅烧产物制备过程中煅烧温度为600℃，其余原料、用量以及砂浆制备方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种砂浆，包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物40％、硅酸盐水泥25％和中砂35％；
上述砂浆的原料还包括水和减水剂，水的用量占上述黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂(干混原料)质量总和的20％，减水剂的用量占上述黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂(干混原料)质量总和的0.2％。
其中，黄河泥沙煅烧产物的平均粒度为0.1mm，中砂的细度模数为2.3；
黄河泥沙煅烧产物的制备方法包括以下步骤：
将含水量为20.7％黄河泥沙先于100℃干燥10h，然后于630℃煅烧30min，得到黄河泥沙煅烧产物。
本实施例提供的砂浆的制备方法包括以下步骤：
将配方量的黄河泥沙煅烧产物、水泥、砂、水和减水剂于20℃混合2min，得到砂浆。
实施例4
本实施例提供一种砂浆，包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物60％、硅酸盐水泥15％和中砂25％。
上述砂浆的原料还包括水和减水剂，水的用量占上述黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂(干混原料)质量总和的22.5％，减水剂的用量占上述黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂(干混原料)质量总和的0.35％。
其中，黄河泥沙煅烧产物的制备方法的制备方法与实施例2相同，砂浆的制备方法与实施例3相同。
实施例5
本实施例提供一种砂浆，包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物50％、硅酸盐水泥30％和中砂20％；
上述砂浆的原料还包括水和减水剂，水的用量占上述黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂(干混原料)质量总和的20％，减水剂的用量占上述黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂(干混原料)质量总和的0.35％。
其中，黄河泥沙煅烧产物的平均粒度为0.1mm，中砂的细度模数为2.7；
黄河泥沙煅烧产物的制备方法包括以下步骤：
将含水量为20.7％黄河泥沙先于100℃干燥10h，然后于700℃煅烧30min，得到黄河泥沙煅烧产物。
本实施例提供的砂浆的制备方法与实施例3相同。
实施例6
本实施例提供一种砂浆，除了将硅酸盐水泥替换为硫铝酸盐水泥，其余原料以及砂浆的制备方法与实施例5相同。
实施例7
本实施例提供一种砂浆，除了砂浆原料中还包括增稠剂，增稠剂的用量占黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂(干混原料)质量总和的0.1％，其余原料、用量以及制备方法与实施例5相同。
实施例8
本实施例提供一种砂浆，除了砂浆原料中还包括增稠剂，引气剂的用量占黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂(干混原料)质量总和的0.02％，其余原料、用量以及制备方法与实施例5相同。
对比例1
本对比例提供一种砂浆，除了将黄河泥沙煅烧产物30％替换为黄河泥沙30％，即黄河泥沙未经煅烧，其余原料的用量以及砂浆的制备方法与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种砂浆，除了将黄河泥沙煅烧产物40％替换为黄河泥沙40％，即黄河泥沙未经煅烧，其余原料的用量以及砂浆的制备方法与实施例3相同。
对比例3
本对比例提供一种砂浆，除了将黄河泥沙煅烧产物50％替换为黄河泥沙50％，即黄河泥沙未经煅烧，其余原料的用量以及砂浆的制备方法与实施例5相同。
对比例4
本对比例提供了一种砂浆，包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物75％，硅酸盐水泥20％和中砂5％。
其中，黄河泥沙煅烧产物、硅酸盐水泥和中砂的具体参数以及砂浆的制备方法与实施例5相同。
对比例5
本对比例提供了一种砂浆，包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物25％，硅酸盐水泥20％和中砂55％。
其中，黄河泥沙煅烧产物、硅酸盐水泥和中砂的具体参数以及砂浆的制备方法与实施例5相同。
为了验证上述各实施例和对比例的技术效果，特设以下实验例。
实验例1
检测各实施例和对比例提供的砂浆的力学性能，其中，抗折强度和抗压强度的测定参照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行，具体结果见表1。
表1
实验组别 抗折强度(MPa) 抗压强度(MPa)
实施例1 3.2 15.2
实施例2 3.3 15.5
实施例3 3.9 20.3
实施例4 2.0 8.8
实施例5 4.8 26.6
实施例6 5.2 28.5
实施例7 4.6 25.8
实施例8 4.0 21.5
对比例1 2.7 12.8
对比例2 3.5 18.5
对比例3 4.3 23.3
对比例4 / /
对比例5 4.2 22.3
从表1数据可以看出，本发明各实施例提供的砂浆的力学性能整体要优于对比例提供的砂浆的力学性能。
其中，对比例1-3分别为实施例1、实施例3和实施例5的对比实验。从表中数据可以看出，相比以未进行煅烧的黄河泥沙为原料，以经黄河泥沙煅烧后的黄河泥沙煅烧产物为原料，砂浆的抗折、抗压强度均有明显的提高，提高幅度在10％以上。
对比例4和对比例5均为实施例5的对比试验，但是对比例4砂浆难以搅拌成型，无法使用；对比例5所制备砂浆出现表面泌水现象，强度有所下降，且因黄河泥沙煅烧产物掺量较低，经济性差。
最后应说明的是：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 (10)

1.一种砂浆，其特征在于，包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物30-70％，水泥10-30％和砂0-50％。
2.根据权利要求1所述的砂浆，其特征在于，包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物32-68％，水泥12-28％和砂2-48％；
优选地，所述砂浆包括以下质量百分数的原料：
黄河泥沙煅烧产物35-66％，水泥14-26％和砂4-46％。
3.根据权利要求1或2所述的砂浆，其特征在于，所述黄河泥沙煅烧产物的制备方法包括以下步骤：
将黄河泥沙进行煅烧，得到黄河泥沙煅烧产物；
优选地，在将黄河泥沙进行煅烧之前还包括干燥的步骤。
4.根据权利要求3所述的砂浆，其特征在于，煅烧的温度为500-700℃；
优选地，煅烧的时间为20-40min；
优选地，采用工业余热对黄河泥沙进行干燥和/或煅烧；
优选地，黄河泥沙煅烧产物的粒度为0.5μm-0.2mm。
5.根据权利要求3所述的砂浆，其特征在于，黄河泥沙中的矿物组成包括非粘土质矿物和粘土质矿物；
优选地，非粘土质矿物包括石英；
优选地，粘土质矿物包括高岭土。
6.根据权利要求1或2所述的砂浆，其特征在于，水泥包括硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥；
优选地，砂包括中砂；
优选地，中砂包括天然河砂和/或机制砂。
7.根据权利要求1或2所述的砂浆，其特征在于，所述砂浆的原料中还包括砂浆外加剂，砂浆外加剂占黄河泥沙煅烧产物、水泥和砂质量总和的0-1.2％；
优选地，所述砂浆外加剂包括减水剂、引气剂或增稠剂中的任意一种或至少两种的组合。
8.权利要求1-7任意一项所述的砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将配方量的黄河泥沙煅烧产物、水泥、砂、任选地砂浆外加剂和任选地水混合，得到砂浆。
9.根据权利要求8所述的砂浆的制备方法，其特征在于，混合的温度为15-25℃，混合的时间为1-3min。
10.权利要求1-7任意一项所述的砂浆在建筑施工中的应用。
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