CN112125581B - 一种高掺量磷建筑石膏路面砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种高掺量磷建筑石膏路面砖及其制备方法，经对路面砖原料成分以及配比进行筛选与设计，最终确定以质量百分比计为磷建筑石膏50‑52％、碎石20‑22％、外加剂0.4‑0.6％、水泥17‑19％、山砂7‑9％，且外加剂由石英岩粉碎物与玄武岩粉碎物混合制备成路面砖，使得路面砖中的废物掺入量较大，达到了50％以上，有利于降低磷建筑石膏的堆存量，且所得路面砖的抗折、抗压强度和耐候性均较优。

Description

一种高掺量磷建筑石膏路面砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种高掺量磷建筑石膏路面砖及其制备方法。

背景技术

磷建筑石膏，即就是磷石膏，是磷化工中湿法磷酸生产磷酸的工业副产物，其主要成分是二水石膏(Ca₂SO₄·2H₂O)，通常磷石膏中二水石膏为85-95％。磷石膏在我国产生的历史较长，关于其综合开发利用的研究已有数十年历史。我国磷石膏综合利用主要集中在：①改性处理后用作水泥缓凝剂，例如专利号为02138800.8的改质磷石膏砖及作水泥缓凝剂的应用。②经过煅烧制备成建筑石膏，加工制备成各种石膏建材、或者低温分解制备硫酸联产水泥或者利用磷石膏生产硫酸钾、硫酸铵等无机物或者利用磷石膏作路面基层材料，用作填料等方面，但其中尤以制备各种建筑材料的应用面较广，消耗量较大，能够大幅度减弱磷石膏堆存，降低环境污染。

将磷石膏作为原料制备各种砖是一条能够大量消纳磷石膏，实现磷石膏资源化利用的有效途径。目前，对于磷石膏制造建筑用砖的生产工艺基本分为两类：第一类是磷石膏烧结砖生产工艺，第二类是磷石膏免烧砖生产工艺。

磷石膏烧结砖工艺是：原料处理-配料-混合搅拌-压制成型-自然干燥-高温焙烧-退火降温-成品。例如：专利公开号为CN1381423A、CN102503517A、CN103044007A等中所公开的相关工艺，该工艺通常是在700-900℃高温下长时间煅烧处理，需要消耗大量热量，且在高温煅烧磷石膏时，主要成分二水硫酸钙会发生分解反应，释放出硫氧化物，容易造成大气二次污染。因此，逐渐被磷石膏免烧砖生产工艺所替代。

磷石膏免烧砖工艺是：(1)蒸压养护工艺：原料预处理-配料-混合搅拌-压制成型-蒸压养护-自然干燥-成品，例如：专利号为200510103135.1的电石膏砖的制造方法，经配料、碾压混合、压制成型、蒸压养护、成品堆放工艺之后，制备获得，电石膏占比为10-30％；其电石膏砖的抗压强度最高可达23.44MPa，抗折强度能够达到4.54MPa，干燥收缩值≤0.65mm/m，碳化系数Kc≥0.8，且经15次冻融循环处理，其抗压强度和抗折强度依然较优。再例如：专利号为201310533147.2的高强度、耐水的彩色磷石膏砖的制作方法，经原料混合、碾压加入颜料、制备成型、饱和蒸汽在100-110℃条件下养护制得成品，其抗压强度达到了21.3-25.3MPa之间，软化系数达到了0.86-0.90之间。再例如：专利号为201610693042.7的蒸压石膏砖及其制作方法，经磷石膏预处理、配料混匀、再经1.0-1.1MPa饱和蒸汽、110-150℃蒸养、恒压4-9h制备成成品，磷石膏百分质量占比40-65％；其抗压强度维持在19MPa以内，抗折强度维持在4.5MPa以内。(2)高压成型工艺：原料预处理-配料-混合搅拌-高压压制成型-自然干燥-成品，例如专利号为98112682.0的石膏墙体砖，经石膏、水泥或砂石组成，经制熟石膏粉、制砖、冷却、固化等工艺制备而成，配料按水：熟石膏粉：水泥：砂石＝1:1:0.625:1.25的质量比配制，其中熟石膏粉占比约26％，得到的成品的防撞击能力强，耐候性强，隔热、保温效果较佳，质量轻。再例如：专利号为03125478.9的石膏尾矿的制造方法，以石膏尾矿、水硬性材料和水按照质量配比为60-80:10-30:10-20配制而成，搅拌混合均匀，以15-30MPa压力压制成型，码垛20-28天出厂，使得磷石膏利用率达到了60％-80％，28d抗压强度达到了30.1MPa，7d抗压强度达到了19.9MPa，碳化系数Kc≤0.8。再例如：专利号为201110049896.9的高掺量磷石膏免烧砖的生产工艺，经配料、搅拌混合、压制成型、湿式养护、干燥脱水、水化重结晶、自然养护干燥工艺制备而成，磷石膏掺量达到了80-90％，抗压强度达到了26.6MPa，且符合JC/T422-2007《非烧结垃圾尾矿砖》的标准强度等级MU20的标准要求。再例如：专利号为201410252707.1的高强度高掺量磷石膏免烧砖的生产工艺，经磷石膏与生石灰混合预处理，在配料以脱水磷石膏-生石灰中和料70-90％、黄沙10-30％配制，掺水搅拌，压制成型，泡水水化、干燥制备而成，无需掺入水泥，降低成本，且所得成品砖的抗压强度达到了26.6MPa-30.4MPa，且符合JC/T422-2007《非烧结垃圾尾矿砖》的标准强度等级MU20的标准要求。

可见，现有技术中，对于免烧砖工艺，其不仅开展了对磷石膏掺量对磷石膏砖的性能影响研究，同时也开展了工艺步骤、工艺参数变化对磷石膏砖的性能影响研究；且从现有技术研究中可以看出，无论是磷石膏掺量研究，还是磷石膏砖制备的工艺步骤、工艺参数变化研究，其均会对磷石膏砖的综合性能造成影响；尤其是在磷石膏砖制备时，其原料的选取以及磷石膏掺量，均会影响磷石膏砖的强度、耐候性等性能，例如专利号为201110049896.9和专利号为201410252707.1等中所公开的内容，因此，对于磷石膏砖的原料选取以及磷石膏掺量的恰当控制，将有助于改善磷石膏砖的综合性能。

鉴于此，本研究者结合多年来对磷石膏作为原料制备建筑材料的实践经验，在现有技术文献研究基础上，开展磷石膏综合利用生产路面砖研究，经对路面砖原料选取以及配比控制，使所得路面砖产品的综合性能得到大幅度的改善，为磷石膏生产路面砖提供了一种新思路。

发明内容

本发明提供一种高掺量磷建筑石膏路面砖及其制备方法，该路面砖强度等指标参数较优，耐候性强，磷石膏掺量较高，成本低。尤其经过原料的合理搭配与调整，改善了路面砖综合性能，保障使用磷石膏等废弃物作为原料生产路面砖的安全性。

具体是通过以下技术方案得以实现的：

本发明创造的目的之一在于提供高掺量磷建筑石膏路面砖，原料成分以质量百分比计为磷建筑石膏50-52％、碎石20-22％、外加剂0.4-0.6％、水泥17-19％、山砂7-9％。

优选，所述的原料成分以质量百分比计为磷建筑石膏51％、碎石21％、外加剂0.5％、水泥18.5％、山砂9％。

优选，所述的原料成分以质量百分比计为磷建筑石膏51.6％、碎石21.4％、外加剂0.6％、水泥18.1％、山砂8.3％。

在本发明创造中，所述的外加剂选自，但不仅限于由石英岩粉碎物与玄武岩粉碎物混合而成。优选，所述的混合为等质量混合。优选，所述的石英岩粉碎物是将石英岩粉碎过40-60目筛；所述玄武岩粉碎物是将玄武岩粉碎过30-60目筛。

优选，所述的碎石粒径维持在0.1-0.5cm之间；所述山砂粒径维持在0.8-1.1cm之间，且所述山砂粒径≥1.0cm的质量占比为30-50％。

优选，所述的磷建筑石膏中拌入有占磷建筑石膏质量1-8％的黄磷炉渣粉。

更优选，所述的黄磷炉渣粉占磷建筑石膏质量5％。

本发明创造的目的之二在于提供上述高掺量磷建筑石膏路面砖制备方法，包括如下步骤：

(1)将磷建筑石膏预处理脱水，研磨过120目筛，得处理料；

(2)拌入碎石、外加剂、水泥、山砂，拌合均匀，挤压成型，养护，即得。

与现有技术相比，本发明创造的技术效果体现在：

①经对路面砖原料成分以及配比进行筛选与设计，最终确定以质量百分比计为磷建筑石膏50-52％、碎石20-22％、外加剂0.4-0.6％、水泥17-19％、山砂7-9％，且外加剂由石英岩粉碎物与玄武岩粉碎物混合制备成路面砖，使得路面砖中的废物掺入量较大，达到了50％以上，有利于降低磷建筑石膏的堆存量，且所得路面砖的抗折、抗压强度和耐候性均较优。

②利用大量的磷建筑石膏作为原料，辅以适量的碎石、山砂、水泥、外加剂制备而成，改善了磷建筑石膏用以制作建筑用砖的综合性能，拓宽了磷建筑石膏综合利用途径，能有效缓解磷化工产业发展过程中的固体废弃物堆存压力，降低磷化工行业生产成本。

③经黄磷炉渣拌入到磷建筑石膏中混合，采用湿法制粒，经低温烘烤固化后，再经粉碎过120目筛处理，再拌入碎石、外加剂、水泥、山砂拌合均匀，挤压成型，饱和蒸汽养护7天，其强度抗压强度达到了43MPa以上。经试验研究，对于低温烘烤固化过程的温度选择为70-90℃，对于温度过高，使得粉碎时候的能耗较高，成本较大。

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。

试验1：路面砖原料筛选研究

本试验以磷建筑石膏路面砖的抗压强度、抗折强度、抗冻性作为考察指标，进行磷建筑石膏路面砖原料筛选研究：

路面砖制备方法：将磷建筑石膏在70℃下烘烤脱水，研磨过120目筛，得到磷建筑石膏粉；将石英岩粉碎，过40目筛，得石英岩粉碎物；将玄武岩粉碎，过30目筛，得玄武岩粉碎物；将玄武岩粉碎物与石英岩粉碎物按照1:2的质量比混合成外加剂；市场上购买碎石和山砂，所述碎石粒径维持在0.1-0.5cm之间；所述山砂粒径维持在0.8-1.1cm之间，且所述山砂粒径≥1.0cm的质量占比为30-50％。市场上购买水泥(普通硅酸盐水泥，42.5)。将磷建筑石膏粉、碎石、外加剂、水泥、山砂，拌合均匀，掺入水，利用压砖机在15MPa压力下挤压成型(尺寸规格为：240mm×240mm×39mm)，自然养护28d，即得。

各原料配比设计如下表1所示：

表1

对路面砖进行各项指标检测，检测方法参见GB/T28635-2012《混凝土路面砖》和GB/T12988-2009《无机地面材料耐磨性能试验方法》。

每组检测5个重复组，取平均值。

各项指标检测结果如下表2所示：

表2

由表1、表2的数据显示可见，对于原料成分以及原料成分配比的调整，将会对所得的磷建筑石膏作为主要原料生产路面砖的综合性能造成影响，本发明创造经过对各原料成分的合理配比控制，使得所得的磷建筑石膏路面砖的抗压强度达到了31MPa以上，且抗折强度达到了4.27MPa以上，耐磨性降低到了27.8mm以下，抗冻性大幅度的增强，经循环冷冻处理之后的强度损失率低于12％。尤其经以质量百分比计为磷建筑石膏51.6％、碎石21.4％、外加剂0.6％、水泥18.1％、山砂8.3％的配比配制而成，使得抗压强度达到了37MPa以上，抗折强度8MPa以上，耐磨性降低到了26.1mm以下，抗冻损失率低于10.5％，大幅度提高了磷建筑石膏路面砖的综合性能，提高了磷建筑石膏大量掺入制备路面砖的品质。

试验2：黄磷炉渣改性磷建筑石膏研究

在试验1基础上，根据实施例9的磷建筑石膏、碎石、外加剂、水泥、山砂质量比配合。其中在该试验中，主要研究磷建筑石膏改性处理后按照上述制备工艺制备成路面砖，并对该路面砖的抗压强度、抗折强度、抗冻性作为考察指标。

磷建筑石膏改性处理：将黄磷炉渣置于温度为150℃煅烧处理30min后，送入研磨机研磨过100目筛，获得黄磷炉渣粉；将黄磷炉渣粉加入到磷建筑石膏，搅拌混合均匀，采用湿法制粒，经温度控制在70-90℃烘烤固化后，再经粉碎过120目筛处理，得到改性磷建筑石膏粉。其中，黄磷炉渣粉占磷建筑石膏质量百分比如下表3所示：

表3

将改性磷建筑石膏粉、碎石、外加剂、水泥、山砂，拌合均匀，掺入水，利用压砖机在15MPa压力下挤压成型(尺寸规格为：240mm×240mm×39mm)，饱和蒸汽养护7天，再自然养护达到28d，即得。

对路面砖进行各项指标检测，每组检测5个重复组，取平均值。

各项指标检测结果如下表4所示：

表4

由表3、表4数据显示可见，对于黄磷炉渣加入到磷建筑石膏中改性处理，有助于提高磷建筑石膏作为原料制备路面砖的综合性能，使得其抗折、抗压强度得到改善，但经150℃煅烧、研磨处理的黄磷炉渣粉不宜在磷建筑石膏中过量添加，否则将会影响路面砖的耐候性。

试验3：外加剂筛选试验

在试验2基础上，根据实施例15的改性磷建筑石膏粉、碎石、外加剂、水泥、山砂质量比配合。其中在该试验中，主要研究外加剂种类、外加剂组成等，按照上述制备工艺制备成路面砖，并对该路面砖的抗压强度、抗折强度、抗冻性作为考察指标。

实施例19：外加剂采用碎石代替。

实施例20：外加剂采用山砂代替。

实施例21：外加剂采用水泥代替。

实施例22：外加剂由玄武岩粉碎物与石英岩粉碎物按照1:1的质量比混合成。

实施例23：外加剂由玄武岩粉碎物与石英岩粉碎物按照2:1的质量比混合成。

实施例24：外加剂为环氧树脂代替。

上述实施例19-24各组制备试验样品35块，每组随机选取5块进行各项指标测试，取平均值，其结果如下表5所示：

表5

由表1-5数据结合显示可见，选取合适的外加剂添加，将会有助于提高路面砖的综合性能，本发明创造采用玄武岩粉碎物与石英岩粉碎物按照合理的配比混合制备成外加剂，将其加入到路面砖制备过程中，能够替代成本较高的环氧树脂，使得所得路面砖的各项指标均与环氧树脂作为外加剂加入后的路面砖各项指标接近，降低了路面砖制备成本的同时，保障了路面砖总能性能，提高了路面砖品质。

试验4：路面砖工艺筛选研究

原料配方：质量百分比计为磷建筑石膏51.6％、碎石21.4％、外加剂0.6％、水泥18.1％、山砂8.3％；其中，磷建筑石膏是将黄磷炉渣粉加入到磷建筑石膏，搅拌混合均匀，采用湿法制粒，经温度控制在70-90℃烘烤固化后，再经粉碎过120目筛处理，得到改性磷建筑石膏粉；黄磷炉渣粉是将黄磷炉渣置于温度为150℃煅烧处理30min后，送入研磨机研磨过100目筛，获得；黄磷炉渣粉占磷建筑石膏质量的5％。外加剂是将石英岩粉碎，过40目筛，得石英岩粉碎物；将玄武岩粉碎，过30目筛，得玄武岩粉碎物；将玄武岩粉碎物与石英岩粉碎物按照1:1的质量比混合成；市场上购买碎石和山砂，所述碎石粒径维持在0.1-0.5cm之间；所述山砂粒径维持在0.8-1.1cm之间，且所述山砂粒径≥1.0cm的质量占比为30-50％。市场上购买水泥(普通硅酸盐水泥，42.5)。

制备工艺：

实施例25

(1)称取磷建筑石膏，将磷建筑石膏在60℃下恒温处理30min，在恒温处理过程中，以100r/min的搅拌速度持续搅拌，送入研磨机中研磨，过120目筛，得到处理料；

(2)将碎石、外加剂、水泥、山砂依次加入到处理料中，以500r/min的搅拌速度搅拌混合均匀，加水湿化物料，送入挤压成型机中，以15MPa的挤压压力挤压成型，码垛，自然养护28d，即得。

实施例26

(1)称取磷建筑石膏，将磷建筑石膏在60℃下恒温处理30min，在恒温处理过程中，以100r/min的搅拌速度持续搅拌，送入研磨机中研磨，过120目筛，得到处理料；

(2)将处理料、碎石、外加剂、水泥、山砂混合拌匀，得到混合料，掺入占混合料质量18％的水，装填入挤压机中，在12MPa压力下压制成型，饱和水蒸汽养护7d，即得。

实施例27

在实施例25基础上，挤压成型之后，在30℃的恒温下干燥处理15min后，将其置于水中浸泡处理2h，得到水化路面砖坯；再将水化路面砖坯置于自然条件下养护处理7d，即得。

将上述实施例26-27制备所得的路面砖坯随机选取5块，将其作为抗压强度、抗折强度、抗冻性作为考察指标样品，并对五块测试结果取平均值，其结果如下表6所示：

表6

由表6数据显示可见，对于水化处理路面砖，将有助于提高路面砖的综合性能，缩短路面砖制备周期，降低能耗，降低路面砖制备成本。

本发明创造其他未尽事宜参照现有技术或者本领域技术人员所熟知的公知常识或常规技术手段加以实现即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高掺量磷建筑石膏路面砖，其特征在于，原料成分以质量百分比计为磷建筑石膏粉50-52%、碎石20-22%、外加剂0.4-0.6%、水泥17-19%、山砂7-9%；

所述路面砖的制备方法，包括以下步骤：

（1）将磷建筑石膏在70℃下烘烤脱水，研磨过120目筛，得磷建筑石膏粉；

（2）将石英岩粉碎，过40目筛，得石英岩粉碎物；将玄武岩粉碎，过30目筛，得玄武岩粉碎物；将石英岩粉碎物与玄武岩粉碎物按照质量比为2:1混合成外加剂；

（3）将磷建筑石膏粉、碎石、外加剂、水泥、山砂拌合均匀，掺入水，利用压砖机在15MPa压力下挤压成型，自然养护28d，即得。

2.如权利要求1所述的高掺量磷建筑石膏路面砖，其特征在于，所述的原料成分以质量百分比计为磷建筑石膏粉51%、碎石21%、外加剂0.5%、水泥18.5%、山砂9%。

3.如权利要求1所述的高掺量磷建筑石膏路面砖，其特征在于，所述的原料成分以质量百分比计为磷建筑石膏粉51.6%、碎石21.4%、外加剂0.6%、水泥18.1%、山砂8.3%。

4.如权利要求1或2或3所述高掺量磷建筑石膏路面砖，其特征在于，所述的碎石粒径维持在0.1-0.5cm之间；所述山砂粒径维持在0.8-1.1cm之间，且所述山砂粒径≥1.0cm的质量占比为30-50%。

5.一种高掺量磷建筑石膏路面砖，其特征在于，原料成分以质量百分比计为改性磷建筑石膏粉50-52%、碎石20-22%、外加剂0.4-0.6%、水泥17-19%、山砂7-9%；所述路面砖的制备方法包括：将黄磷炉渣置于温度为150℃煅烧处理30min，送入研磨机研磨过100目筛，得到黄磷炉渣粉；再将黄磷炉渣粉加入到磷建筑石膏，且所述黄磷炉渣粉占磷建筑石膏质量1-8%，搅拌混合均匀，采用湿法制粒，再经70-90℃烘烤固化，粉碎过120目筛，得改性磷建筑石膏粉；将石英岩粉碎，过40目筛，得石英岩粉碎物；将玄武岩粉碎，过30目筛，得玄武岩粉碎物；将石英岩粉碎物与玄武岩粉碎物按照质量比为2:1混合成外加剂；将改性磷建筑石膏粉、碎石、外加剂、水泥、山砂拌合均匀，掺入水，利用压砖机在15MPa压力下挤压成型，自然养护28d，即得。

6.如权利要求5所述高掺量磷建筑石膏路面砖，其特征在于，所述路面砖的制备方法还包括在挤压成型后，先经30℃的恒温干燥处理15min，将其置于水中浸泡处理2h，得到水化路面砖坯，再将水化路面砖坯置于自然条件下养护处理7d，即得；或先采用饱和蒸汽养护7d，再自然养护达到28d，即得。

7.如权利要求5所述高掺量磷建筑石膏路面砖，其特征在于，所述的黄磷炉渣粉占磷建筑石膏质量5%。