CN111732398A - 一种基于废弃石膏板的轻质高强装配式板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于废弃石膏板的轻质高强装配式板材，各组分及其所占重量份数包括：再生α型半水石膏粉100份，粉煤灰20～30份，水泥5～10份，EPS轻集料8～15份，水50～55份；所述再生α型半水石膏粉为废弃石膏板经活化预处理和二次晶型转化处理而成。本发明所得再生α型半水石膏粉料具有低标稠需水量和高强度特性，与粉煤灰、水泥配合作用可进一步提升硬化体的后期强度，以制备得到可有效兼顾轻质、高强和低成本优势的装配式板材；且涉及的制备方法简单，并可实现废弃石膏板的高附加值利用，具有重要的经济和环境效益。

Description

一种基于废弃石膏板的轻质高强装配式板材及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种基于废弃石膏板的轻质高强装配式板材及其制备方法。

背景技术

废弃石膏板是一种常见的建筑垃圾，占用大量土地且浪费资源，且目前尚未被有效资源化利用。从材料的基本组成特征和技术原理上看，废弃石膏板中主体材料是二水石膏，经过一定工艺的处理可转化为半水石膏作为胶凝材料，进而生产装配式板材，但是由于废弃石膏板中的二水石膏晶型杂乱细碎、组分复杂，定向可控地实现晶型转化的难度大，工艺控制难度也非常大，目前仅有将其制备为β型半水石膏的研究，但β型半水石膏标稠需水量较高、硬化强度较低、产品附加值较低，影响其工艺推广。

现阶段，轻质高强装配式板材的制备方法通常采用水泥为主要胶凝材料，通过与轻集料加水拌合、浇筑成型等工艺步骤得到相关产品。而水泥售价较高，造成轻质高强装配式板材制备成本高的问题，一定程度上制约了轻质高强装配式板材的推广应用。因此，进一步探索废弃石膏板在轻质高强装配式板材领域的高效资源化利用具有重要的经济和环境效益。

发明内容

本发明的主要目的在于针对废弃石膏板难以高附加值利用、轻质高强装配式板材制备成本高等现有技术存在的不足，提供一种基于废弃石膏板的轻质高强装配式板材，通过将废弃石膏板进行活化预处理和晶型转化等处理，并将其大比例取代水泥，制备得到轻质高强装配式板材；且涉及的制备方法简单、成本低、环境友好，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于废弃石膏板的轻质高强装配式板材，各组分及其所占重量份数包括：再生α型半水石膏粉100份，粉煤灰20～30份，水泥5～10份，EPS轻集料8～15份，水50～55份；所述再生α型半水石膏粉利用对废弃石膏板经活化预处理和二次晶型转化处理而成。

上述方案中，所述活化预处理包括如下步骤：将废弃石膏板进行破碎、粉磨、筛分，然后将所得废弃石膏粉料与氯化钙溶液和活化剂混合均匀，再进行室温静置，得废弃石膏活性料浆。

上述方案中，所述氯化钙溶液的浓度为20～40wt％；氯化钙溶液质量为废弃石膏粉料质量的3-8倍。

上述方案中，所述活化剂由柠檬酸、纳米二氧化钛和硫酸(以引入的H₂SO₄计)按20:(5～10):(1～2)的摩尔比混合而成；其用量为废弃石膏粉料质量的0.02～0.15％。

上述方案中，所述纳米二氧化钛的平均粒径优选为15～30nm。

上述方案中，所述筛分要求为过100～200目筛；去掉粒径较大的惰性组分以及护面纸，分选出有效组分。

上述方案中，所述室温静置时间为24～48h；温度为20～40℃。

上述方案中，所述二次晶型转化处理步骤包括如下步骤：将废弃石膏活性料浆加热至90～105℃，进行水热转化5～12h，然后加水抽滤(水温度优选为70～90℃)、烘干(优选110～130℃)，保证亚稳态的产物晶体晶型稳定，得再生α型半水石膏粉。

上述一种基于废弃石膏板的轻质高强装配式板材的制备方法，包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各原料及其所占重量份数包括：再生α型半水石膏粉100份，粉煤灰20～30份，水泥5～10份，EPS轻集料8～15份，水50～55份；

2)将称取的再生α型半水石膏粉与粉煤灰、水泥、EPS轻集料和水充分混合，将所得料浆在模具中浇筑成型，拆模，烘干，得轻质高强装配式板材。

优选的，所述EPS轻集料与水提前混合并静置5～12h，再与其他材料组分进行混合。

上述方案中，所述烘干温度为40～45℃，时间为10～30h。

根据上述方案制备的轻质高强装配式板材，其密度为600-900kg/m³，5h拆模初始强度≥8MPa，3天烘干抗压强度≥15MPa，软化系数≥0.8。

本发明首先以废弃石膏板为原料进行活化预处理得到废弃石膏活性料浆，其中采用的氯化钙溶液可作为水热反应的液相介质并促进晶型转变的进行，活化剂中的纳米二氧化钛组分可诱导α型半水相的成核，柠檬酸组分可部分选择性吸附在新生半水相中控制晶体形貌为短柱状，硫酸组分可提高反应介质酸性加快反应速率并进一步促进提升纳米二氧化钛的诱导作用，上述氯化钙溶液与活化剂共同作用得到预活化的废弃石膏料浆；然后通过二次晶型转化、过滤烘干等操作，制得具有稳定晶型的短柱状的α型半水石膏粉料，该粉料具有低标稠需水量、高强度等特性，可大比例取代水泥用于制备高强度装配式板材；制备的α型半水石膏粉料、粉煤灰、水泥配合作用，硬化体孔溶液中的硫酸根离子与氢氧根离子可激发粉煤灰的后期活性，进一步提升所得装配式板材的后期强度；EPS轻集料的加入可降低装配式板材的容重，进而提升其轻质性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明首次提出将废弃石膏板转化为再生α型半水石膏粉料，并将其作为主体胶凝材料制备高强装配式板材；所得再生α型半水石膏粉料具有低标稠需水量和高强度特性，与粉煤灰、水泥配合作用可进一步提升硬化体的后期强度，与EPS轻集料混合后可降低产品容重提升其轻质性，进而制备得到可有效兼顾轻质、高强和低成本优点的装配式板材；

2)本发明首先以废弃石膏板为原料进行活化预处理得到废弃石膏活性料浆，其中采用的氯化钙溶液和活化剂，可发挥活化预处理的作用，得到废弃石膏活性料浆，可有效克服废弃石膏板难以定向、可控地实现晶型转化等难题；

3)实现了废弃石膏板的高附加值利用，有效避免其废弃堆存对土地的占用和环境的污染，具有重要的经济和环境效益。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中，采用的废弃石膏板为作为吊顶正常使用3年后废弃拆除的废弃石膏板；采用的水泥为PO 42.5型水泥，粉煤灰为低钙型I级粉煤灰，EPS轻集料粒径范围1-3mm，堆积密度10-20kg/m³。

实施例1

一种基于废弃石膏板的轻质高强装配式板材，其制备方法包括如下步骤：

1)用破碎机将废弃石膏板充分破碎，再以球磨机将破碎后的石膏板进行充分粉磨，过100目筛，去掉粒径较大的惰性组分以及护面纸，分选出有效组分(废弃石膏粉料)；

2)将步骤1)所得废弃石膏粉料与氯化钙溶液(20wt％)和活化剂(柠檬酸、纳米二氧化钛、硫酸按20:5:1的摩尔比混合而成(其中柠檬酸为分析纯级；纳米二氧化钛为分析纯，平均粒径24nm；硫酸的浓度为10wt％，其用量以引入的H₂SO₄计)，按1:3:0.02％的质量比进行充分混合，再进行室温静置(24h；温度为40℃)，得废弃石膏活性料浆；

3)将所得废弃石膏活性料浆加热至90℃进行二次晶型转化5h，然后采用70℃的清水抽滤4次，并在110℃的温度下进行烘干，得到再生α型半水石膏粉；

4)按配比称取制备配式板材的各原料，各原料以重量份数计为：再生α型半水石膏粉100份，粉煤灰20份，水泥5份，EPS轻集料8份，水50份；将称取的EPS轻集料与水提前混合并静置5h，再与再生α型半水石膏粉、粉煤灰、水泥共同混合，将所得料浆在模具中浇筑成型，5h后拆模，40℃烘干10h，即得所述轻质高强装配式板材。

经测试，本实施例所得轻质高强装配式板材的密度为846.4kg/m³，5小时拆模初始强度为9.7MPa，3天烘干抗压强度21.7MPa，软化系数0.82。

实施例2

一种基于废弃石膏板的轻质高强装配式板材，其制备方法包括如下步骤：

1)用破碎机将废弃石膏板充分破碎，再以球磨机将破碎后的石膏板进行充分粉磨，过150目筛，去掉粒径较大的惰性组分以及护面纸，分选出有效组分；

2)将步骤1)所得废弃石膏粉料与氯化钙溶液(30wt％)和活化剂(柠檬酸、纳米二氧化钛与硫酸按20:7:1.5的摩尔比混合而成(其中柠檬酸为分析纯级；纳米二氧化钛为分析纯，平均粒径24nm；硫酸的浓度为10wt％，其用量以引入的H₂SO₄计)，按1:5:0.1％的质量比进行充分混合，再进行室温静置(35h；温度为30℃)，得废弃石膏活性料浆；

3)将所得废弃石膏活性料浆加热至97℃进行二次晶型转化8h，然后采用80℃的清水抽滤4次，并在120℃的温度下进行烘干，得到再生α型半水石膏粉；

4)按配比称取制备配式板材的各原料，各原料以重量份数计为：再生α型半水石膏粉100份，粉煤灰25份，水泥7份，EPS轻集料12份，水52份；将称取的EPS轻集料与水提前混合并静置8h，再与再生α型半水石膏粉、粉煤灰、水泥共同混合，将所得料浆在模具中浇筑成型，5h后拆模，43℃烘干20h，即得所述轻质高强装配式板材。

经测试，本实施例所得轻质高强装配式板材的密度为739.6kg/m³，5小时拆模初始强度为8.9MPa，3天烘干抗压强度22.5MPa，软化系数0.84。

实施例3

一种基于废弃石膏板的轻质高强装配式板材，其制备方法包括如下步骤：

1)用破碎机将废弃石膏板充分破碎，再以球磨机将破碎后的石膏板进行充分粉磨，过200目筛，去掉粒径较大的惰性组分以及护面纸，分选出有效组分；

2)将步骤1)所得废弃石膏粉料与氯化钙溶液(40wt％)和活化剂(柠檬酸、纳米二氧化钛与硫酸按20:10:2的摩尔比混合而成(其中柠檬酸为分析纯级；纳米二氧化钛为分析纯，平均粒径24nm；硫酸的浓度为10wt％，其用量以引入的H₂SO₄计)，按1:8:0.15％的质量比进行充分混合，再进行室温静置(48h；温度为20℃)，得废弃石膏活性料浆；

3)将所得废弃石膏活性料浆加热至105℃进行晶型转化12h，然后采用90℃的清水抽滤4次，并在130℃的温度下进行烘干，得到再生α型半水石膏粉；

4)按配比称取制备配式板材的各原料，各原料以重量份数计为：再生α型半水石膏粉100份，粉煤灰30份，水泥10份，EPS轻集料15份，水55份；将称取的EPS轻集料与水提前混合并静置12h，再与再生α型半水石膏粉、粉煤灰、水泥共同混合，将所得料浆在模具中浇筑成型，5h后拆模，45℃烘干30h，即得所述轻质高强装配式板材。

经测试，本实施例所得轻质高强装配式板材的密度为679.6kg/m³，5小时拆模初始强度为8.6MPa，3天烘干抗压强度17.5MPa，软化系数0.87。

对比例1

一种利用废弃石膏板制备的装配式板材，其制备方法与实施例3大致相同，不同之处在于步骤2)中仅加入氯化钙溶液(40wt％)，不添加活化剂。

经测试，本对比例所得板材5小时强度仅为1.6MPa，3天烘干抗压强度仅为4.3MPa，软化系数为0.58，且由于强度等级过低，无实际使用价值。

对比例2

一种利用废弃石膏板制备的装配式板材，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于步骤2)中采用的活化剂由柠檬酸与硫酸按20:1的摩尔比混合而成(即活化剂中无纳米二氧化钛组分)，其中，硫酸的浓度为10wt％，其用量以引入的H₂SO₄计。

经测试，本对比例所得板材5小时强度仅为2.6MPa，3天烘干抗压强度仅为7.1MPa，软化系数为0.63，且同样由于强度等级过低，无实际使用价值。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于废弃石膏板的轻质高强装配式板材，其特征在于，各组分及其所占重量份数包括：再生α型半水石膏粉100份，粉煤灰20～30份，水泥5～10份，EPS轻集料8～15份，水50～55份；所述再生α型半水石膏粉通过对废弃石膏板经活化预处理和二次晶型转化处理而成。

2.根据权利要求1所述的轻质高强装配式板材，其特征在于，所述活化预处理包括如下步骤：将废弃石膏板进行破碎、粉磨、筛分，然后将所得废弃石膏粉料与氯化钙溶液和活化剂混合均匀，再进行室温静置，得废弃石膏活性料浆。

3.根据权利要求2所述的轻质高强装配式板材，其特征在于，所述氯化钙溶液的浓度为20～40wt％；氯化钙溶液质量为废弃石膏粉料质量的3～8倍。

4.根据权利要求2所述的轻质高强装配式板材，其特征在于，所述活化剂由柠檬酸、纳米二氧化钛和硫酸按20:(5～10):(1～2)的摩尔比混合而成；其用量为废弃石膏粉料质量的0.02～0.15％。

5.根据权利要求2所述的轻质高强装配式板材，其特征在于，所述筛分要求为过100～200目筛。

6.根据权利要求2所述的轻质高强装配式板材，其特征在于，所述室温静置时间为24～48h；温度为20～40℃。

7.根据权利要求1所述的轻质高强装配式板材，其特征在于，所述二次晶型转化处理步骤包括如下步骤：将废弃石膏活性料浆加热至90～105℃，进行水热转化5～12h，然后加水抽滤、烘干，得再生α型半水石膏粉。

8.权利要求1～7任一项所述轻质高强装配式板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各原料及其所占重量份数包括：再生α型半水石膏粉100份，粉煤灰20～30份，水泥5～10份，EPS轻集料8～15份，水50～55份；

2)将称取的再生α型半水石膏粉与粉煤灰、水泥、EPS轻集料和水充分混合，将所得料浆在模具中浇筑成型，拆模，烘干，得轻质高强装配式板材。