CN111662062B - 一种利用工业副产熟石膏生产的地暖模块及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用工业副产石膏生产的地暖模块及制备方法。所述利用工业副产石膏生产的地暖模块，由以下重量份的原料制成：工业副产熟石膏70～90份、水泥5～20份、氧化钙2～10份、纤维1～5份、缓凝剂0.1～0.7份。本发明提供的地暖模块采用工业副产石膏作为主要原料，生产成本低，生产效率高，绿色环保；而且所制得的地暖模块性能优良，表观密度不高于1300kg/m3,抗压强度不低于2MPa,断裂荷载不低于200N,耐火极限不低于1h，干燥收缩不高于0.6mm/m。

Description

一种利用工业副产熟石膏生产的地暖模块及制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种利用工业副产石膏生产的地暖模块及制备方法。
背景技术
地暖模块是地热供暖系统末端主要的可选组件之一，用于取代传统地暖系统中的保温板、反射膜、卡钉等辅材。地暖模块的出现及应用，大大简化的地暖安装程序。地暖模块的种类：根据材质划分有EPS模块，挤塑板模块、金属与保温材料复合模块，水泥模块等。根据外观形式划分有蘑菇头式模块，管槽式模块，M型地暖模块等。
地暖模块自诞生以来，因其与传统地暖工艺比较有明显的改进，大受市场欢迎。不同形式不同材质的地暖模块各有各自的优点，同时也存在众多缺点，比如复合型模块造价高、抗压强度相对较弱等缺点。塑料货PVC材质的模块防火性能差，存在重大的火灾隐患、使用寿命短等。
工业副产石膏是工业生产中由化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的工业副产品。工业副产熟石膏主要有燃煤电厂排放的脱硫石膏；肥工业排放的磷石膏；柠檬酸厂排放的柠檬酸石膏；钛白粉厂排放的钛石膏；氟化氢厂排放的氟石膏；石膏粉设备制盐工业排放的盐石膏等。随着我国现在工业的发展，工业副产熟石膏的排放量急剧增长。这些工业副产熟石膏绝大部分未被利用，占用大量土地而露天堆放，已成为严重污染环境的工业废渣，会给电力、化工等工业的可持续发展带来严重的影响。工业副产石膏的综合回收利用是电力、化工等工业的可持续发展的关键。
工业副产熟石膏的制成的地暖模块能有效克各种材质地暖模块的缺点，其具有如下优点：1、浇筑成型，密实度高，使用寿命长。2、石膏作为不燃材料，防火性能优良，不存在火灾隐患。3、施工比同类产品更快捷，可以实现与地暖管同步完成施工，即一边铺设地暖管，一边铺盖模块。4、材料成本降低，可有效降低地暖系统的综合成本。5、不含甲醛，是一种环保材料。6、以工业副产石膏为主要原料，可提高工业废弃物的使用率，是国家大力推广的绿色建材新品种。
目前，工业副产熟石膏在建筑材料领域主要是用于制备石膏板和砂浆；用于地暖模块的研究较少。
如专利申请号为CN201110075320.X的专利公开了一种无机地暖保温模板及其制备方法。制备方法为：(1)设置模具；(2)第一次灌浆：以重量份计，取胶凝材料30～100份、填充材料0～80份、纤维丝0～4份、水20～40份均匀混合后搅拌成浆料，放入塑料模底面造型内找平；所述填充材料为细沙、石粉、炉渣粉、矿渣粉、粉煤灰、珍珠岩、陶粒、玻璃微珠、聚苯球、秸秆粉、锯末、玻璃棉、聚苯板、岩棉、石棉制品中的至少一种；(3)第二次灌浆：先将胶凝材料50～100份、填充材料0～40份、纤维丝0～4份、减水剂0～3份、水30～50份混合，搅拌均匀，再加入发泡剂1～5份、稳泡剂0～5份、速凝剂0～3份进行均匀搅拌发泡后，浇注在上述找平层上，再铺上加固层，进行抹平收光，最后根据需要敷上基板底面层；所述填充材料为细沙、珍珠岩粉、石粉、炉渣粉、矿渣粉、粉煤灰、陶粒等材料中至少一种；(4)常温下自然养护1～3天，脱去外部固定模具，再置常温下洒水养护3～7天即可。所述胶凝材料为硅酸盐水泥，或为硫铝酸盐水泥，或为铁铝酸盐水泥，或为氯氧化镁水泥，或为石膏。该专利技术公开的制备工艺需要进行二次灌浆、发泡和养护，工序复杂，不利于工业化生产；另外引入发泡剂后使得配料复杂，且不易控制质量；该发明产品生产周期过长，不利于生产成本控制。
又如专利申请号为CN200820055654.4的专利公开了一种石膏地暖，包括基层、保温层、传热层；所述传热层为石膏地坪；石膏地坪由脱硫石膏、骨料、甲基纤维素、减水剂和缓凝剂材料组成。该专利公开的技术公开了脱硫石膏在地暖模块地坪上使用，石膏的综合利用率较低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种利用工业副产石膏生产的地暖模块及制备方法。
具体是通过以下技术方案实现的：
一种利用工业副产石膏生产的地暖模块，由以下重量份的原料制成：工业副产熟石膏70～90份、水泥5～20份、氧化钙2～10份、纤维1～5份、缓凝剂0.1～0.7份。
优选地，所述的利用工业副产石膏生产的地暖模块，由以下重量份的原料制成：工业副产熟石膏90份、水泥5份、氧化钙5份、纤维2份、缓凝剂0.15份。
优选地，所述的工业副产熟石膏是磷石膏、脱硫石膏、氟石膏、柠檬酸石膏、盐石膏、乳石膏、黄石膏、苏打石膏中的一种或多种，经煅烧脱去部分或全部结晶水后的产物。生石膏的主要成分是CaSO4·2H2O，不具有胶凝性能；而熟石膏是生石膏经过煅烧脱水后的产物，其主要化学成分为CaSO4·1/2H2O，具有胶凝性能，遇水后会发生水化反应而硬化，反应时间不超过30min。
优选地，所述的工业副产熟石膏主要化学成分为半水硫酸钙和无水硫酸钙；半水硫酸钙的含量不低于70％，无水硫酸钙的含量为不高于5％。
优选地，所述氧化钙中CaO的含量不低于50％；所述纤维为聚丙烯纤维；所述缓凝剂为石膏专用缓凝剂。
本发明采用的原料具有以下作用：聚丙烯纤维，掺入后可大幅度提高产品的断裂荷载，减少产品在搬运、施工中的破损率。氧化钙掺入后可有效料浆pH，避免成品在使用后出现发霉、发黄现象。石膏专用缓凝剂，掺入后保证产品在成型时有足够的可操作时间。
需要说明的是，水泥为水泥厂生产的通用水泥。水泥掺入后可提高产品的抗压强度和防水性能。
所述的利用工业副产石膏生产的地暖模块的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按照上述重量份数称取工业副产熟石膏、水泥、氧化钙、纤维、缓凝剂；
(2)搅拌：将上述称称量好的原料倒入搅拌机进行干混合，混合均匀后按照一定比例加入水进行湿拌和；
(3)成型：将上述步骤(2)拌好的料浆倒入模具进行成型，成型过程中边振捣边刮去多余的料浆，待料浆凝固后进行整平；
(4)烘干：将步骤(3)成型后的半成品进行干燥，排出附着水，得到成品。
优选地，所述步骤(2)，干混合的搅拌速度为不低于40r/min，搅拌时间为不少于3min。
优选地，所述步骤(2)，湿拌和的搅拌速度为不低于40r/min，搅拌时间为不少于3min。
优选地，所述步骤(2)，湿拌和时加水量占干物料质量的60％-110％。
优选地，所述步骤(3)，振捣时间为1-3min。
优选地，所述步骤(4)，烘干温度不超过100℃。
需要说明的是，配料时缓凝剂的计量误差不得超过0.2％。
本发明的由于效果在于：
(1)采用工业副产熟石膏作为地暖模块的主要原料，降低了生产成本，提高了生产效益。工业副产熟石膏所用的原料为工业废弃物，其作为一种气硬性胶凝材料，生产成本低，用起生产石膏模块可有效降低地暖模块的生产成本，提高生产效益。
(2)绿色环保。采用工业副产熟石膏作为地暖模块的主要原料，可提高工业废弃物的使用率，是国家大力推广的绿色建材新品种。而且地暖模块中工业副产石膏掺量超过70％，工业废弃物小号利用率高。
(3)地暖模块性能优良。工业副产熟石膏作为不燃材料，防火性能优良，用其加工制成的产品具备天然的防火优势，使用后可减少火灾隐患。所制得的地暖模块，表观密度不高于1300kg/m3,抗压强度不低于2MPa,断裂荷载不低于200N,耐火极限不低于1h，干燥收缩不高于0.6mm/m。
(4)生产效率高。工业副产熟石膏具有快凝、可塑性好的特点，用其生产的地暖模块生产周期短、效率高，可根据模具生产各种形状的产品。地暖模块直接使用工业副产石膏作为主要原料，配方简单，只需加少量辅料即可；而且准备过程中不需要进行发泡，而发泡过程复杂，需要进行稳泡等措施，容易造成质量问题；另外该产品生产过程不需要进行养护，只需要进行烘干即可，产品从生产到出厂不超过3天，大大缩短产品生产周期，有利于降低产品成本。
(5)施工便捷。施工比同类地暖模块更快捷，可以实现与地暖管同步完成施工，即一边铺设地暖管，一边铺盖模块。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1地暖模块
原料：工业副产熟石膏90kg、PO42.5水泥5kg、氧化钙5kg、聚丙烯纤维2kg、石膏专用缓凝剂0.15kg。
所述工业副产熟石膏为磷石膏经煅烧脱去部分结晶水后的产物，其半水石膏(CaSO4·1/2H2O)含量为80％，Ⅱ无水硫酸钙含量为0％，Ⅲ无水硫酸钙含量为5％。
所述氧化钙的有效含量为70％；所述聚丙烯纤维的长度为1cm。
制备方法：
(1)配料：按照上述重量份数称取工业副产熟石膏、水泥、氧化钙、纤维、缓凝剂；
(2)搅拌：将上述计量好的原料倒入搅拌机进行混合，搅拌速度为不低于40r/min，时间为3min；混合均匀后按照一定比例加入水进行湿拌和，加水量为干物质量的65％，搅拌速度不低于40r/min，时间为3.5min；
(3)成型：将步骤(2)拌好的料浆倒入模具进行成型，成型过程中边振捣边刮去多余的料浆，振捣时间为1min，待料浆凝固后进行整平；
(4)烘干：将上述步骤(3)成型的半成品进行干燥，烘干温度为95℃，干燥至附着水全部排完，得到成品。
实施例2
原料：工业副产熟石膏90kg、PO42.5水泥5kg、氧化钙5kg、聚丙烯纤维5kg、石膏专用缓凝剂0.15kg。
所述工业副产熟石膏为脱硫石膏经煅烧脱去部分结晶水后的产物，其半水石膏(CaSO4·1/2H2O)含量为85％，Ⅱ无水硫酸钙含量为0％，Ⅲ无水硫酸钙含量为5％。
所述氧化钙的有效含量为50％；所述聚丙烯纤维的长度为1cm。
制备方法：
(1)配料：按照上述重量份数称取工业副产熟石膏、水泥、氧化钙、纤维、缓凝剂；
(2)搅拌：将上述计量好的原料倒入搅拌机进行混合，搅拌速度为不低于40r/min，时间为3min；混合均匀后按照一定比例加入水进行湿拌和，加水量为干物质量的65％，搅拌速度不少于3min，时间为3.5min；
(3)成型：将步骤(2)拌好的料浆倒入模具进行成型，成型过程中边振捣边刮去多余的料浆，振捣时间为1min，待料浆凝固后进行整平；
(4)烘干：将上述步骤(3)成型的半成品进行干燥，烘干温度为95℃，干燥至附着水全部排完，得到成品。
实施例3
原料：工业副产熟石膏90kg、PO42.5水泥5kg、氧化钙5kg、聚丙烯纤维5kg、石膏专用缓凝剂0.15kg。
所述工业副产熟石膏为磷石膏和脱硫石膏按1:1混合后经煅烧脱去部分结晶水后的产物，其半水石膏(CaSO4·1/2H2O)含量为75％，Ⅱ无水硫酸钙含量为0％，Ⅲ无水硫酸钙含量为4％。
所述氧化钙的有效含量为60％；所述聚丙烯纤维的长度为1cm。
制备方法：
(1)配料：按照上述重量份数称取工业副产熟石膏、水泥、氧化钙、纤维、缓凝剂；
(2)搅拌：将上述计量好的原料倒入搅拌机进行混合，搅拌速度不低于40r/min，时间为3min；混合均匀后按照一定比例加入水进行湿拌和，加水量为干物质量的65％，搅拌速度不少于3min，时间为3.5min；
(3)成型：将步骤(2)拌好的料浆倒入模具进行成型，成型过程中边振捣边刮去多余的料浆，振捣时间为1min，待料浆凝固后进行整平；
(4)烘干：将上述步骤(3)成型的半成品进行干燥，烘干温度为90℃，干燥至附着水全部排完，得到成品。
实施例4
原料：工业副产熟石膏80kg、PO42.5水泥10kg、氧化钙3kg、聚丙烯纤维5kg、石膏专用缓凝剂0.2kg。
所述工业副产熟石膏为磷石膏和脱硫石膏按2:1混合后经煅烧脱去部分结晶水后的产物，其半水石膏(CaSO4·1/2H2O)含量为70％，Ⅱ无水硫酸钙含量为0％，Ⅲ无水硫酸钙含量为3％。
所述氧化钙的有效含量为60％；所述聚丙烯纤维的长度为0.6cm。
制备方法：
(1)配料：按照上述重量份数称取工业副产熟石膏、水泥、氧化钙、纤维、缓凝剂；
(2)搅拌：将上述计量好的原料倒入搅拌机进行混合，搅拌速度不低于40r/min，时间为3min；混合均匀后按照一定比例加入水进行湿拌和，加水量为干物质量的65％，搅拌速度为不低于40r/min，时间为3.5min；
(3)成型：将步骤(2)拌好的料浆倒入模具进行成型，成型过程中边振捣边刮去多余的料浆，振捣时间为1min，待料浆凝固后进行整平；
(4)烘干：将上述步骤(3)成型的半成品进行干燥，烘干温度为80℃，干燥至附着水全部排完，得到成品。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于原料配比不同，为：工业副产熟石膏70kg、PO42.5水泥5kg、氧化钙5kg、聚丙烯纤维2kg、石膏专用缓凝剂0.1kg；其余与实施例1相同。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于原料配比不同，为：工业副产熟石膏90kg、PO42.5水泥20kg、氧化钙10kg、聚丙烯纤维2kg、石膏专用缓凝剂0.7kg。
对比例1工业副产熟石膏用量低
对比例1与实施例1的区别在于原料配比不同，为：工业副产熟石膏60kg、PO42.5水泥5kg、氧化钙5kg、聚丙烯纤维2kg、石膏专用缓凝剂0.1kg。
对比例2工业副产熟石膏用量高
对比例2与实施例1的区别在于原料配比不同，为：工业副产熟石膏100kg、PO42.5水泥5kg、氧化钙5kg、聚丙烯纤维5kg、石膏专用缓凝剂0.15kg。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于采用的石膏原料不同，采用的是未经煅烧脱水的磷石膏。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于采用的石膏原料不同，采用的是煅烧完全脱去结晶水的磷石膏，即煅烧后的磷石膏原料中不含半水磷酸钙，只含有无水硫酸钙，其中Ⅱ无水硫酸钙含量为70％，Ⅲ无水硫酸钙含量为20％。
对比例5
采用申请号为CN200820055654.4的专利具体实施方式中公开的石膏地坪浆料：脱硫石膏50％、骨料(人工砂)48.5％、增强剂0.15％、甲基纤维素0.12％、减水剂0.88％、消泡剂0.15％、缓凝剂0.2％，按照实施例1的方法制成地暖模块。
实验例1
采用实施例1-6和对比例1-5制备的石膏模块进行性能检测；检测依据:表观密度、断裂荷载、软化系数参照标准《石膏砌块》(JC/T698-2010)进行检测，耐火极限、耐火等级、抗压强度、干燥收缩参照《建筑用轻质隔墙条板》(GB/T2345-2009)进行检测；检测结果如表1所示：
表1地暖模块的性能指标
Figure BDA0002502928990000101
在此有必要指出的是，以上实施例和试验例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和理解，不能理解为对本发明的技术方案做进一步的限定，本领域技术人员作出的非突出实质性特征和显著进步的发明创造，仍然属于本发明的保护范畴。

Claims (4)

1.一种利用工业副产石膏生产的地暖模块，其特征在于，由以下重量份的原料制成：工业副产熟石膏70～90份、水泥5～20份、氧化钙2～10份、纤维1～5份、缓凝剂0.1～0.7份；
所述的工业副产熟石膏是磷石膏、脱硫石膏、柠檬酸石膏、盐石膏、乳石膏、黄石膏、苏打石膏中的一种或多种，经煅烧脱去部分或全部结晶水后的产物；
所述的工业副产熟石膏主要化学成分为半水硫酸钙和无水硫酸钙；半水硫酸钙的含量不低于70％，无水硫酸钙的含量不高于5％；
所述氧化钙中CaO的含量不低于50％；所述纤维为聚丙烯纤维；所述缓凝剂为石膏专用缓凝剂；
所述的利用工业副产石膏生产的地暖模块的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按照上述重量份数称取工业副产熟石膏、水泥、氧化钙、纤维、缓凝剂；
(2)搅拌：将上述称量好的原料倒入搅拌机进行干混合，混合均匀后按照一定比例加入水进行湿拌和；
所述干混合的搅拌速度不低于40r/min，搅拌时间为不少于3min；
所述湿拌和时加水量占干物料质量的60％-110％，湿拌和的搅拌速度不低于40r/min，搅拌时间为不少于3min；
(3)成型：将上述步骤(2)拌好的料浆倒入模具进行成型，成型过程中边振捣边刮去多余的料浆，待料浆凝固后进行整平；
(4)烘干：将步骤(3)成型后的半成品进行干燥，排出附着水，得到成品。
2.如权利要求1所述的利用工业副产石膏生产的地暖模块，其特征在于，由以下重量份的原料制成：工业副产熟石膏90份、水泥5份、氧化钙5份、纤维2份、缓凝剂0.15份。
3.如权利要求1所述的利用工业副产石膏生产的地暖模块的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)，振捣时间为1-3min。
4.如权利要求1所述的利用工业副产石膏生产的地暖模块的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)，烘干温度不超过100℃。
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