CN111747717B - 一种基于废弃石膏板的高抗裂高抗折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高抗裂高抗折装配式板材，各组分及其所占重量份数包括：再生α型半水石膏粉75‑90份，再生α型半水晶须10‑25份，EPS轻集料5‑10份，水30‑35份；所述再生α型半水石膏粉和再生α型半水晶须分别通过对废弃石膏板进行晶型转化处理而成。本发明以废弃石膏板为主要原料分别制备再生α型半水石膏粉和再生α型半水晶须，并将二者完全替代水泥等胶凝材料，以制备高抗裂高抗折装配式板材，可为低成本、高强抗裂板材的制备提供一条全新思路；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高抗裂高抗折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高抗裂高抗折装配式板材及其制备方法。

背景技术

废弃石膏板是一种大量产生的建筑垃圾，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，废弃石膏板的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，目前仅有部分学者研究了将其制备为β型半水石膏，但是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。

随着装配式建筑的推广，装配式板材有很高的市场需求。现阶段，装配式板材的制备方法一般是采用水泥为主要胶凝材料，通过配料混合、加水拌合、浇筑成型等工艺步骤得到相关产品。因为水泥材料体积稳定性较差，造成板材产品易产生裂纹且抗折强度较低，限制了装配式板材的附加值及服役寿命。因此，进一步探索废弃石膏板的再生活化工艺，并将其应用于制备高抗裂高抗折的装配式板材，具有重要的研究和应用意义。

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、普通水泥基装配式板材抗裂与抗折性能不佳等现有技术存在的不足，提供一种利用废弃石膏板制备的高抗裂高抗折装配式板材，将废弃石膏板进行晶型转化分别制备再生α型半水石膏粉和再生α型半水晶须，并将二者取代水泥等胶凝材料，以制备得到具有高抗裂高抗折性能的装配式板材；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高抗裂高抗折装配式板材，各组分及其所占重量份数包括：再生α型半水石膏粉75-90份，再生α型半水晶须10-25份，EPS轻集料5-10份，水30-35份；所述再生α型半水石膏粉和再生α型半水晶须分别通过对废弃石膏板进行晶型转化处理而成。

上述方案中，所述再生α型半水石膏粉的制备方法包括如下步骤：将废弃石膏粉料与氯化钙溶液和活化剂混合均匀，然后加热至85-100℃进行晶型转化2-4h，得微观形貌为短柱状的α型半水石膏；再加水抽滤(水温度优选为70-90℃)、烘干(优选110-130℃)，用以保证产物晶型不被破坏，得具有高硬化强度特性的再生α型半水石膏粉。

上述方案中，所述废弃石膏粉料通过将废弃石膏板进行破碎、烘干、粉磨、筛分得到。

上述方案中，所述筛分要求为过50-100目筛。

上述方案中，所述氯化钙溶液的浓度为15-20wt％；氯化钙溶液质量为废弃石膏粉料质量的2-4倍。

上述方案中，所述活化剂由酒石酸、丁二酸、纳米二氧化硅和硫酸(按引入的H₂SO₄计)按20:(10-15):(5-7):(1-2)的摩尔比混合而成；其用量为废弃石膏粉料质量的(0.01-0.2)％，将产物α型半水相的微观形貌调控为短柱状。

上述方案中，所述纳米二氧化硅的平均粒径优选为20～40nm。

上述方案中，所述再生α型半水晶须的制备方法包括如下步骤：将废弃石膏粉料与氯化钾溶液混合均匀，然后加热至60-90℃进行晶型转化24-48h，制得微观形貌为长针状的α型半水晶须，然后水抽滤(水温度优选为80-95℃)、烘干(优选110-130℃)，以保证产物晶型不被破坏，得到具有增强增韧特性的再生α型半水晶须。

上述方案中，所述氯化钾的浓度为10-20wt％，氯化钾溶液的用量为废弃石膏粉料质量的5-8倍；采用的氯化钾溶液主要为二水相到α型半水相的晶型转变提供反应介质，同时促进产物α型半水相生长为长针状的微观形貌。

上述一种基于废弃石膏板的高抗裂高抗折装配式板材的制备方法，包括如下步骤：

1)废弃石膏板的破碎与分选：将废弃石膏板进行破碎、烘干、粉磨、筛分，得废弃石膏粉料；

2)废弃石膏粉料制备再生α型半水石膏粉料：将步骤1)所得的部分废弃石膏粉料与氯化钙溶液、活化剂进行充分混合，加热至85-100℃进行晶型转化2-4h，然后进行抽滤、烘干(优选110-130℃)，得到具有高硬化强度特性的再生α型半水石膏粉；

3)废弃石膏粉料制备再生α型半水晶须：将步骤1)所得剩余的废弃石膏粉料与氯化钾溶液进行充分混合，加热至60-90℃进行晶型转化24-48h，然后进行抽滤、烘干(优选110-130℃)，得到具有增强增韧特性的再生α型半水晶须；

4)高抗裂高抗折装配式板材的制备：以步骤2)和3)中制得的再生α型半水石膏粉与再生α型半水晶须为胶凝材料，加入EPS轻集料、水充分混合，再经浇筑成型，拆模，烘干，得到高抗裂高抗折装配式板材；其中各原料用量以重量份数计包括：再生α型半水石膏粉75-90份，再生α型半水晶须10-25份，EPS轻集料5-10份，水30-35份。

上述方案中，所述烘干温度为40-45℃，时间为8-10h。

本发明首先利用部分废弃石膏粉料在氯化钙溶液中进行晶型转化，并借助活化剂的促进成核及选择性吸附，将产物晶体的微观形貌控制为短柱状，从而获得具有高硬化强度特性的α型半水石膏粉料；再利用部分废弃石膏粉料在氯化钾溶液中进行晶型转化，基于α型半水石膏的自然生长方向为c轴方向的特性，利用氯化钾溶液对c轴方向生长的促进作用并进一步结合废弃石膏粉料中二水硫酸钙晶体细碎不定形反应诱导期短的特点，在较低温度下制得微观形貌为长针状的产物晶体，从而获得具有增强增韧效果的α型半水晶须；将所得再生α型半水晶须与α型半水石膏粉料复合使用，并完全取代水泥等胶凝材料，在水化前期可发挥增韧与提高抗折强度的作用，且水化后期部分参与水化发挥二次增强作用，所得水化胶凝体系可兼具高强度、高抗裂性、高抗折性等优良特性，进而得到具有高抗裂高抗折特性的装配式板材。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)以废弃石膏板为主要原料分别制备再生α型半水石膏粉和再生α型半水晶须，并将二者替代水泥等胶凝材料，制备得到具有高抗裂高抗折特性的装配式板材，可为低成本、高强抗裂板材的制备提供一条全新思路；

2)活化剂中的酒石酸与丁二酸组分可协同性选择吸附在新生半水相中并控制晶体形貌为短柱状，纳米二氧化硅组分可诱导α型半水相的成核加快反应速率，硫酸组分可提高反应介质酸性加快反应速率并提升纳米二氧化硅的诱导作用，上述活化剂通过功能复合作用，起到活化预处理的作用，可有效克服废弃石膏板难以定向、可控地晶型转化的难题；

3)本发明充分利用废弃石膏板的组成及微观结构特性，在相对温和的条件下即可进行晶型转化得到再生α型半水石膏粉和再生α型半水晶须，有效解决现有废弃石膏板的晶型转化难题。

4)实现了废弃石膏板的高附加值利用，可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内隔墙用石膏板正常使用2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高抗裂高抗折装配式板材，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，在40℃烘箱中烘干至恒重，再用球磨机将破碎后的石膏板进行充分粉磨，过50目筛，去掉粒径较大的惰性组分以及护面纸，分选出废弃石膏粉料；

2)将步骤1)所得的废弃石膏粉料的一部分与氯化钙溶液(15wt％)和活化剂(酒石酸、丁二酸、纳米二氧化硅、硫酸按20:10:5:1的摩尔比混合而成(其中，酒石酸、丁二酸均为分析纯级；纳米二氧化硅为分析纯，平均粒径37nm；硫酸的浓度为10wt％，其用量以引入的H₂SO₄计)，按1:2:0.01％的质量比进行充分混合，加热至85℃进行晶型转化2h，然后采用温度70℃的清水抽滤4次，在110℃的温度下进行烘干，得到再生α型半水石膏粉；

3)将剩余的步骤1)制得的废弃石膏粉料与氯化钾溶液(10wt％)，按1:5的质量比进行充分混合，加热至60℃进行晶型转化24h，然后采用80℃的清水抽滤4次，在110℃的温度下进行烘干，得到再生α型半水晶须；

4)将步骤2)与步骤3)中制得的再生α型半水石膏粉与再生α型半水晶须混合，作为主体胶凝材料，再加入EPS轻集料、水充分混合，各组分以重量份数计为：再生α型半水石膏粉90份，再生α型半水晶须10份，EPS轻集料5份，水30份，混料之前需要将EPS轻集料与水提前混合并静置5h，再与其他材料组分共同混合，混合后的料浆在模具中浇筑成型，3小时后拆模，40℃烘干10小时，得到高抗裂高抗折装配式板材。

经测试，本实施例所得高抗裂高抗折装配式板材，其3天抗折强度为8.6MPa，软化系数0.87，正常放置一年时间，期间均未发现裂缝出现。

实施例2

一种基于废弃石膏板的高抗裂高抗折装配式板材，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，在45℃烘箱中烘干至恒重，再用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，分选出废弃石膏粉料；

2)将步骤1)所得的废弃石膏粉料中的一部分与氯化钙溶液(20wt％)和活化剂(酒石酸、丁二酸、纳米二氧化硅、硫酸按20:13:6:1.3的摩尔比混合而成(其中，酒石酸、丁二酸均为分析纯级；纳米二氧化硅为分析纯，平均粒径37nm；硫酸的浓度为10wt％，其用量以引入的H₂SO₄计)，按1:4:0.2％的质量比进行充分混合，加热至100℃进行晶型转化3h，然后采用温度90℃的清水抽滤4次，在130℃的温度下进行烘干，得到再生α型半水石膏粉；

3)将剩余的步骤1)制得的废弃石膏粉料与氯化钾溶液(20wt％)，按1:8的质量比进行充分混合，加热至90℃进行晶型转化40h，然后采用95℃的清水抽滤4次，在130℃的温度下进行烘干，得到再生α型半水晶须；

4)将步骤2)与步骤3)中制得的再生α型半水石膏粉与再生α型半水晶须混合，作为主体胶凝材料，再加入EPS轻集料、水充分混合，各组分以重量份数计为：再生α型半水石膏粉80份，再生α型半水晶须20份，EPS轻集料10份，水35份，混料之前需要将EPS轻集料与水提前混合并静置5h，再与其他材料组分共同混合，混合后的料浆在模具中浇筑成型，3小时后拆模，45℃烘干10小时，得到高抗裂高抗折装配式板材。

经测试，本实施例所得高抗裂高抗折装配式板材，其3天抗折强度为7.2MPa，软化系数0.86，正常放置一年时间，期间均未发现裂缝出现。

实施例3

一种基于废弃石膏板的高抗裂高抗折装配式板材，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，在43℃烘箱中烘干至恒重，再用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，分选出废弃石膏粉料；

2)将步骤1)所得的废弃石膏粉料中的一部分与氯化钙溶液(17wt％)和活化剂(酒石酸、丁二酸、纳米二氧化硅、硫酸按20:15:7:2摩尔比混合而成(其中，酒石酸、丁二酸均为分析纯级；纳米二氧化硅为分析纯，平均粒径37nm；硫酸的浓度为10wt％，其用量以引入的H₂SO₄计)，按1:3:0.1％的质量比进行充分混合，加热至90℃进行晶型转化4h，然后采用温度80℃的清水抽滤4次，在120℃的温度下进行烘干，得到再生α型半水石膏粉；

3)将剩余的步骤1)制得的废弃石膏粉料与氯化钾溶液(10wt％)，按1:5的质量比进行充分混合，加热至60℃进行晶型转化48h，然后采用90℃的清水抽滤4次，在120℃的温度下进行烘干，得到再生α型半水晶须；

4)将步骤2)与步骤3)中制得的再生α型半水石膏粉与再生α型半水晶须混合，作为主体胶凝材料，再加入EPS轻集料、水充分混合，各组分以重量份数计为：再生α型半水石膏粉75份，再生α型半水晶须25份，EPS轻集料7份，水33份，混料之前需要将EPS轻集料与水提前混合并静置5h，再与其他材料组分共同混合，混合后的料浆在模具中浇筑成型，3小时后拆模，43℃烘干10小时，得到高抗裂高抗折装配式板材。

经测试，本实施例所得高抗裂高抗折装配式板材，其3天抗折强度为7.8MPa，软化系数0.83，正常放置一年时间，期间均未发现裂缝出现。

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)中采用的活化剂由酒石酸和丁二酸按20:15的摩尔比混合而成(即未添加纳米二氧化硅和硫酸)，酒石酸、丁二酸为分析纯级。

经测试，本对比例所得板材产品的3天抗折强度为2.6MPa，软化系数0.56，其抗折性能明显低于实施例3所得板材产品。

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3大致相同，不同之处在于步骤4)中再生α型半水石膏粉的用量为95份，再生α型半水晶须的用量为5份。

经测试，本对比例所得板材产品的3天抗折强度为4.1MPa，软化系数0.63，其抗折性能也明显低于实施例3所得板材产品。

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 (5)

1.一种基于废弃石膏板的高抗裂高抗折装配式板材，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75-90份，再生α型半水晶须10-25份，EPS轻集料5-10份，水30-35份；所述再生α型半水石膏粉和再生α型半水晶须分别通过对废弃石膏板进行晶型转化处理而成；

所述再生α型半水石膏粉的制备方法包括如下步骤：将废弃石膏粉料与氯化钙溶液和活化剂混合均匀，然后加热至85-100℃进行晶型转化2-4h，抽滤、烘干，得再生α型半水石膏粉；

所述活化剂由酒石酸、丁二酸、纳米二氧化硅和硫酸按20:(10-15):(5-7):(1-2)的摩尔比混合而成；其用量为废弃石膏粉料质量的(0.01-0.2)％；

所述再生α型半水晶须的制备方法包括如下步骤：将废弃石膏粉料与氯化钾溶液混合均匀，然后加热至60-90℃进行晶型转化24-48h，再经抽滤、烘干，得再生α型半水晶须。

2.根据权利要求1所述的高抗裂高抗折装配式板材，其特征在于，所述氯化钙溶液的浓度为15-20wt％；氯化钙溶液质量为废弃石膏粉料质量的2-4倍。

3.根据权利要求1所述的高抗裂高抗折装配式板材，其特征在于，所述氯化钾的浓度为10-20wt％，氯化钾溶液的用量为废弃石膏粉料质量的5-8倍。

4.根据权利要求1所述的高抗裂高抗折装配式板材，其特征在于，所述废弃石膏粉料通过将废弃石膏板进行破碎、烘干、粉磨、筛分得到。

5.权利要求1～4任一项所述高抗裂高抗折装配式板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)废弃石膏板的破碎与分选：将废弃石膏板进行破碎、烘干、粉磨、筛分，得废弃石膏粉料；

2)利用废弃石膏粉料制备再生α型半水石膏粉料：将步骤1)所得的部分废弃石膏粉料与氯化钙溶液、活化剂进行充分混合，加热至85-100℃进行晶型转化2-4h，然后进行抽滤、烘干，得再生α型半水石膏粉；

3)废弃石膏粉料制备再生α型半水晶须：将步骤1)所得剩余的废弃石膏粉料与氯化钾溶液进行充分混合，加热至60-90℃进行晶型转化24-48h，然后进行抽滤、烘干，得再生α型半水晶须；

4)高抗裂高抗折装配式板材的制备：以步骤2)和3)中制得的再生α型半水石膏粉与再生α型半水晶须为胶凝材料，加入EPS轻集料、水充分混合，再经浇筑成型，拆模，烘干，得到高抗裂高抗折装配式板材；其中各原料用量以重量份数计包括：再生α型半水石膏粉75-90份，再生α型半水晶须10-25份，EPS轻集料5-10份，水30-35份。