CN113292304A - 一种抗裂石膏基自流平砂浆及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及建筑材料领域，具体公开了一种抗裂石膏基自流平砂浆及其制备工艺。一种抗裂石膏基自流平砂浆，包括以下重量份的组分：50‑200份普通硅酸盐水泥、200‑350份脱硫石膏粉、30‑100份填料、50‑100份砂子、150‑250份铝矾土粉，10‑25份聚酯纤维、1‑3份减水剂、0.5‑1.0份消泡剂、0.5‑1.2份缓凝剂，所述聚酯纤维内有微孔。本申请的抗裂石膏基自流平砂浆通过脱硫石膏粉和铝矾土粉共同形成胶凝体系，实现对烟气脱硫废料脱硫石膏的直接利用，节约资源和能源，聚酯纤维的微孔，能增加纤维保水性，同时提高表面与砂浆的结合效果，提高对砂浆的抗裂效果。

Description

一种抗裂石膏基自流平砂浆及其制备工艺
技术领域
本申请涉及建筑材料领域，更具体地说，它涉及一种抗裂石膏基自流平砂浆及其制备工艺。
背景技术
石膏基自流平砂浆是由高强石膏、水泥、细骨料和各种建筑化学添加剂制成。石膏基自流平具有水平度高，不易空鼓开裂的优点。大多厂家采用建筑石膏来配制，并靠增加化学添加剂的掺入量确保达到相应性能要求，添加剂费用约占自流平石膏生产成本的三分之二，致使自流平石膏应用成本高于水泥砂浆，推广应用受阻，发展缓慢。
脱硫石膏即二水石膏是煤炭和石油等燃烧烟气处理过程中的副产物，堆积对环境有污染，现有处理方法多为对脱硫石膏进行煅烧，得到α石膏粉和β石膏粉，β石膏粉即建筑石膏粉。
在砂浆内添加木质纤维提高抗裂性能应用广泛，也可以添加有机纤维，但有机纤维和砂浆的结合性以及保水性差，抗裂性能也低于木质纤维。
针对上述中的相关技术，发明人发现木质纤维的抗裂效果更好，但是难回收，浪费森林资源，有机纤维直接用于砂浆内，抗裂效果不好。
发明内容
为了提高有机纤维对砂浆抗裂性能的增强效果，节约资源，本申请提供一种抗裂石膏基自流平砂浆及其制备工艺。
第一方面，本申请提供一种抗裂石膏基自流平砂浆，采用如下的技术方案：
一种抗裂石膏基自流平砂浆，包括以下重量份的组分：50-200份普通硅酸盐水泥、200-350份脱硫石膏粉、30-100份填料、50-100份砂子、150-250份铝矾土粉，10-25份聚酯纤维、1-3份减水剂、0.5-1.0份消泡剂、0.5-1.2份缓凝剂，所述聚酯纤维内有微孔。
通过采用上述技术方案，脱硫石膏粉本身没有胶凝性能，因此直接掺入砂浆中无法胶凝，但其和铝矾土粉和硅酸盐水泥可以共同形成胶凝体系，节省对脱硫石膏的煅烧处理的步骤，节约能源，通过添加有微孔的聚酯纤维，聚酯纤维具有良好的抗拉强度和弹性模量，能够增强砂浆的抗压性能和韧性，微孔可以增加纤维的保水性，同时提高表面的摩擦力，提高与砂浆的结合效果，提高对砂浆的抗裂效果。
优选的，所述聚酯纤维的横截面为异形截面，所述聚酯纤维表面均开设有沿长度方向的沟槽。
通过采用上述技术方案，异形截面设置的聚酯纤维表面开设的沟槽设置，能够增加纤维保水性，同时增强表面和与砂浆结合的效果，使得砂浆的破碎能増加，提高砂浆的抗裂性能。
优选的，所述聚酯纤维采用以下方法制备：将熔融态聚对苯二甲酸乙二酯通过异形喷丝板喷出，并剪切成短纤维，将短纤维放入常压反应性等离子体中处理。
通过采用上述技术方案，将短纤维通过等离子体处理，能够在限位表面形成蚀刻，增加微孔和表面积，增加吸水性和抗裂性能。
优选的，所述常压反应性等离子体为体积比为99/1的氦气和氧气的混合气体产生的。
通过采用上述技术方案，使用混有1%体积比氧气的氦气产生的等离子体对纤维的刻蚀效果良好，这是由于少量氧气的加入能够帮助纤维表面氧化，能增加纤维表面氧含量，降低接触角，使纤维的吸水性和与砂浆的结合抗裂性能均增加，但是氧含量不能过度，否则会降低等离子体的密度，影响刻蚀效果。
优选的，聚酯纤维的直径为0.05-0.08mm，所述聚酯纤维的长度为5-10mm。
通过采用上述技术方案，聚酯纤维的长度和直径均较小，可以提高在砂浆中的分散效果，提高砂浆的流动性和表面的平滑度，同时起到对砂浆的抗裂效果。
优选的，所述脱硫石膏粉为烟气脱硫副产物脱硫石膏浆在50-70℃下干燥，破碎研磨制成，所述脱硫石膏粉的粒径小于100目。
通过采用上述技术方案，脱硫石膏粉直接通过脱硫石膏浆即二水石膏干燥粉碎得到，无需经过煅烧处理，能够利用废旧资源，节约能源，降低处理成本。
优选的，所述填料为质量比为1:1的重钙和轻钙的混合物。
通过采用上述技术方案，重钙的成本相对较低，单价在80-120元/吨，轻钙的单价在160-200元/吨，重钙相对轻钙容易沉降，将两者进行搭配使用能够实现良好的石膏粉配合效果。
优选的，所述铝土矿粉中三氧化铝的质量含量为30-60%，所述铝土矿粉的粒径为150-200目。
通过采用上述技术方案，控制铝土矿的粒径，能够控制其余砂浆的分散和混合效果，三氧化铝的含量对整体砂浆的胶凝效果影响较大。
第二方面，本申请提供一种抗裂石膏基自流平砂浆的制备工艺，采用如下的技术方案：
一种抗裂石膏基自流平砂浆的制备工艺，包括一下步骤：按照配比将各种原料混合均匀，向其中加入重量份为100-150水，先搅拌1.5-2min，停0.5-1min，然后再搅拌1-1.5min，将砂浆搅拌成均匀流体状，均匀倒在施工面，使其自然流平，用消泡滚筒在其上滚动放气，平整后自然养护。
通过采用上述技术方案，通过将原料混合制成干粉砂浆，再与水进行混合施工，使其通过流体流动的特性流平，并通过消泡滚筒放气，能够得到平整无裂纹和气泡的自流平平面。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请的产品通过脱硫石膏粉直接掺入砂浆，和铝矾土粉和硅酸盐水泥可以共同形成胶凝体系，节省对脱硫石膏的煅烧处理的步骤，节约能源，通过添加有微孔的聚酯纤维，聚酯纤维具有良好的抗拉强度和弹性模量，能够增强砂浆的抗压性能和韧性，微孔可以增加纤维的保水性，同时提高表面的摩擦力，提高与砂浆的结合效果，提高对砂浆的抗裂效果。
2、异形截面设置的聚酯纤维表面开设的沟槽设置，能够增加纤维保水性，同时增强表面和与砂浆结合的效果，使得砂浆的破碎能増加，提高砂浆的抗裂性能。
3、本申请的制备工艺通过将原料混合制成干粉砂浆，再与水进行混合施工，使其通过流体流动的特性流平，并通过消泡滚筒放气，能够得到平整无裂纹和气泡的自流平平面。
附图说明
图1是本申请制备例1-3中异形喷丝板的示意图；
图2是本申请制备例4中圆形喷丝板的示意图；
图3是本申请制备例5中方形喷丝板的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请使用原料均可通过市售得到，原料来源如表1。
表1
组分 型号/规格/参数 厂家
聚对苯二甲酸乙二酯 kds24654654 康迪斯化工(湖北)有限公司
氩气 纯度≥99.5% 唐山锢泰煜气体销售有限公司
氧气 纯度≥99.6% 唐山锢泰煜气体销售有限公司
氢氧化钠 IS-1 廊坊市诚勋化工有限公司
普通硅酸盐水泥 A级 三河鼎轩领晟商贸有限公司
脱硫石膏浆 二水硫酸钙重量占比为90-92%，含水量8-10% 烟台电厂
重钙 471-34-1 广西贺州市科隆粉体有限公司
轻钙 2020-151 石家庄汇德利矿产品有限公司
减水剂 型号LA-8Q，聚羧酸减水剂 山东力昂新材料科技有限公司
砂子 细度模数2.2-1.6 烟台市福山区石英砂厂
铝矾土粉 定制 灵寿县顺诚矿产品加工厂
消泡剂 THI<sup>®</sup>X-568 烟台恒鑫化工有限公司
缓凝剂 HY-HN01 北京海岩兴业混凝土外加剂销售有限公司
聚酯纤维的制备例
制备例1
聚酯纤维采用以下方法制备：
将熔融态聚对苯二甲酸乙二酯通过异形喷丝板喷出，异形喷丝板的形状如图1，在喷丝板位置将剪切成短纤维冷却定型。纤维的最大直径（纤维横截面上相距最远的两点之间的距离）为0.05mm，纤维的长度为5mm。将冷却的短纤维放入等离子体装置中处理。等离子体装置内通入体积比为99/1的氩气和氧气，电源频20kHz，调制脉冲频率5kHz，占空比98％，功率为500w，速度10m/min。
制备例2
聚酯纤维采用以下方法制备：
将熔融态聚对苯二甲酸乙二酯通过异形喷丝板喷出，异形喷丝板的形状如图1，在喷丝板位置将剪切成短纤维冷却定型。纤维的最大直径（纤维横截面上相距最远的两点之间的距离）为0.06mm，纤维的长度为7mm。将冷却的短纤维放入等离子体装置中处理。等离子体装置内通入体积比为99/1的氩气和氧气，电源频20kHz，调制脉冲频率5kHz，占空比98％，功率为500w，速度10m/min。
制备例3
聚酯纤维采用以下方法制备：
将熔融态聚对苯二甲酸乙二酯通过异形喷丝板喷出，异形喷丝板的形状如图1，在喷丝板位置将剪切成短纤维冷却定型。纤维的最大直径（纤维横截面上相距最远的两点之间的距离）为0.08mm，纤维的长度为10mm。将冷却的短纤维放入等离子体装置中处理。等离子体装置内通入体积比为99/1的氩气和氧气，电源频20kHz，调制脉冲频率5kHz，占空比98％，功率为500w，速度10m/min。
制备例4
聚酯纤维采用以下方法制备：
将熔融态聚对苯二甲酸乙二酯通过圆形喷丝板喷出，圆形喷丝板的形状如图2，在喷丝板位置将剪切成短纤维冷却定型。纤维的最大直径（纤维横截面上相距最远的两点之间的距离）为0.05mm，纤维的长度为5mm。将冷却的短纤维放入等离子体装置中处理。等离子体装置内通入体积比为99/1的氩气和氧气，电源频20kHz，调制脉冲频率5kHz，占空比98％，功率为500w，速度10m/min。
制备例5
聚酯纤维采用以下方法制备：
将熔融态聚对苯二甲酸乙二酯通过方形喷丝板喷出，方形喷丝板的形状如图3，在喷丝板位置将剪切成短纤维冷却定型。纤维的最大直径（纤维横截面上相距最远的两点之间的距离）为0.05mm，纤维的长度为5mm。将冷却的短纤维放入等离子体装置中处理。等离子体装置内通入体积比为99/1的氩气和氧气，电源频20kHz，调制脉冲频率5kHz，占空比98％，功率为500w，速度10m/min。
制备例6
聚酯纤维采用以下方法制备：
将熔融态聚对苯二甲酸乙二酯通过异形喷丝板喷出，异形喷丝板的形状如图1，在喷丝板位置将剪切成短纤维冷却定型。纤维的最大直径（纤维横截面上相距最远的两点之间的距离）为0.05mm，纤维的长度为5mm。将冷却的短纤维放入等离子体装置中处理。等离子体装置内通入纯氩气，电源频20kHz，调制脉冲频率5kHz，占空比98％，功率为500w，速度10m/min。
制备例7
聚酯纤维采用以下方法制备：
将熔融态聚对苯二甲酸乙二酯通过异形喷丝板喷出，异形喷丝板的形状如图1，在喷丝板位置将剪切成短纤维冷却定型。纤维的最大直径（纤维横截面上相距最远的两点之间的距离）为0.05mm，纤维的长度为5mm。将冷却的短纤维放入等离子体装置中处理。等离子体装置内通入体积比为99/3的氩气和氧气，电源频20kHz，调制脉冲频率5kHz，占空比98％，功率为500w，速度10m/min。
制备例8
聚酯纤维采用以下方法制备：
将熔融态聚对苯二甲酸乙二酯通过异形喷丝板喷出，异形喷丝板的形状如图1，在喷丝板位置将剪切成短纤维冷却定型。纤维的最大直径（纤维横截面上相距最远的两点之间的距离）为0.05mm，纤维的长度为5mm。将冷却的短纤维浸入氢氧化钠的水溶液中处理，氢氧化钠的质量浓度为10%，温度为100℃，处理时间为20min。
实施例
实施例1
一种抗裂石膏基自流平砂浆，其原料配比如表1所示。
其中填料为质量比为1:1的重钙和轻钙的混合物。
其中聚酯纤维采用制备例1制备而成。
其中脱硫石膏粉为钙基湿法烟气脱硫副产物脱硫石膏浆在50℃下干燥粉碎而成，将粉碎的脱硫石膏粉过筛，得到粒径小于100目的脱硫石膏粉作为本申请的原料。脱硫石膏浆中二水硫酸钙的重量占比为90-92%，含水率在8-10%。
其中铝土矿粉中三氧化铝的质量含量为55%，粒径为150目。
制备工艺为：将硅酸盐水泥和脱硫石膏粉以及铝土矿粉在搅拌机内搅拌1min，向搅拌机内添加填料和砂子，搅拌1min，添加聚酯纤维，搅拌2min，添加减水剂、消泡剂、缓凝剂和羟甲基病及纤维素，搅拌0.5min，搅拌机的转速为150r/min。
将干粉砂浆运送至施工地，加入占干粉砂浆总重质量百分比为40%的水，先搅拌1.5min，停0.5min，搅拌1min，将砂浆搅拌成均匀流体状，倒在施工表面，使其自然流平，使用消泡滚筒滚动，放出砂浆中的气泡，使砂浆表面平整无气泡后自然养护。
表2
实施例 普通硅酸盐水泥/kg 脱硫石膏粉/kg 填料/kg 砂子/kg 铝矾土粉/kg 聚酯纤维/kg 减水剂/kg 消泡剂/kg 缓凝剂/kg
实施例1 50 200 10 50 150 10 1 0.5 0.5
实施例2 100 250 50 65 190 15 1 0.6 0.7
实施例3 150 300 70 80 220 20 2 0.8 1.0
实施例4 200 350 100 100 250 25 3 1.0 1.2
实施例2
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例1的区别在于，原料配比不同，原料如表2所示。
实施例3
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例1的区别在于，原料配比不同，原料如表2所示。
实施例4
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例1的区别在于，原料配比不同，原料如表2所示。
实施例5
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，其中聚酯纤维采用制备例2得到的聚酯纤维。
实施例6
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，其中聚酯纤维采用制备例3得到的聚酯纤维。
实施例7
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，其中聚酯纤维采用制备例4得到的聚酯纤维。
实施例8
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，其中聚酯纤维采用制备例5得到的聚酯纤维。
实施例9
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，其中聚酯纤维采用制备例6得到的聚酯纤维。
实施例10
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，其中聚酯纤维采用制备例7得到的聚酯纤维。
实施例11
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，其中聚酯纤维采用制备例8得到的聚酯纤维。
实施例12
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，脱硫石膏粉为脱硫石膏浆在60℃下干燥，并破碎研磨制成，铝土矿中三氧化铝的质量含量为30%，铝土矿的粒径为170目。
实施例13
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，脱硫石膏粉为脱硫石膏浆在70℃下干燥，并破碎研磨制成，铝土矿中三氧化铝的质量含量为60%，铝土矿的粒径为200目。
实施例14
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，施工时加入占干粉砂浆总重质量百分比为43%的水，先搅拌1.7min，停0.7min，搅拌1.2min，将砂浆搅拌成均匀流体状。
实施例15
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，施工时加入占干粉砂浆总重质量百分比为45%的水，先搅拌2min，停1min，搅拌1.5min，将砂浆搅拌成均匀流体状。
对比例
对比例1
一种抗裂石膏基自流平砂浆，其原料为100kg普通硅酸盐水泥，500kg建筑石膏粉，200kg砂子，2kg减水剂，0.7kg消泡剂，0.5kg缓凝剂，1.0kg羟甲基丙基纤维素，将其混合均匀，加入300kg水，混合均匀，得到湿砂浆。
对比例2
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，使用等量的木质纤维代替聚酯纤维。
对比例3
一种抗裂石膏基自流平砂浆，与实施例3的区别在于，使用等量的普通无微孔聚酯纤维代替微孔聚酯纤维，普通无微孔聚酯纤维的制备与制备例4前期相同，通过圆形喷丝板喷出纤维并剪切冷却后，直接使用，不经过等离子体或碱液处理。
性能检测试验
检测方法/试验方法
按照《地面用水泥基自流平砂浆-JC/T985-2017》对实施例1-15和对比例1-3的砂浆进行流动度测试和抗压强度以及抗折强度测试，将产品初始流动度和20min流动度记录在表3中。
参照CECS 38:2004《纤维混凝土结构技术规程》对实施例1-15和对比例1-3的砂浆进行收缩裂缝试验，将砂浆制成相同大小和形状的试块，测量并计算裂缝总面积记录在表3中。
表3
项目 初始流动度/mm 20min流动度/mm 裂缝总面积/mm2 抗压强度/Mpa 抗折强度/Mpa
实施例1 161 161 15.12 50.1 15.2
实施例2 161 161 14.92 50.2 15.2
实施例3 162 162 14.88 50.2 15.3
实施例4 161 160 15.08 50.1 15.3
实施例5 160 159 15.21 50.4 15.6
实施例6 160 159 15.32 50.6 15.9
实施例7 153 150 17.54 48.2 14.5
实施例8 154 151 17.21 49.4 14.8
实施例9 159 157 15.83 50.0 15.1
实施例10 158 156 15.78 50.1 15.2
实施例11 156 154 16.01 50.2 15.3
实施例12 161 161 15.06 50.2 15.2
实施例13 161 161 15.11 50.1 15.3
实施例14 162 162 14.98 50.1 15.2
实施例15 163 163 15.21 50.2 15.2
对比例1 150 145 23.46 29.8 12.1
对比例2 157 157 17.75 45.6 13.7
对比例3 152 148 16.03 48.3 14.9
结合实施例1-15和对比例1-2并结合表3可以看出，采用脱硫石膏粉和铝矾土粉配合体系，相较于使用煅烧的建筑石膏粉，要节约能源，同时能够得到良好的抗压强度和抗折强度，产品性能没有下降。同时相较于木质纤维，本实验中采用的微孔纤维的保水性也较佳，与砂浆的结合效果和抗裂性能以及对砂浆抗压和抗折强度的加强均较好。
结合实施例3和对比例3并结合表3可以看出，采用普通聚酯纤维的自流平砂浆的砂浆流动度损失大，而且实验过程中有泌水现象，说明纤维的保水性差，同时实验结果表明普通聚酯纤维的砂浆裂缝较多，其抗裂性能差，抗压抗折强度也较低，可能是由于纤维表面与砂浆的结合效果较差造成的。
结合实施例3和实施例7-8并结合表3可以看出，截面较为规则的圆形和方形聚酯纤维掺入的砂浆的裂缝总面积较大，抗裂性能低于异形截面聚酯纤维掺入的砂浆，同时20min流动度和初始流动度的差值也较大，表面保水性也不如异形截面的聚酯纤维。
结合实施例3和实施例11并结合表3可以看出，采用等离子体对纤维进行处理，砂浆的抗压强度、抗折强度等较强，这是由于等离子体刻蚀形成的微孔较为均匀，对纤维的弹性和强度降低较小，保水性和抗裂性能也较佳。
结合实施例3和实施例9-10并结合表3可以看出，采用体积比为99/1的氦气和氧气处理的纤维，保水效果最好，可能是由于少量氧气的氧化作用帮助了刻蚀，但氧气掺量增加会降低保水效果，可能是由于氧气过多降低了等离子体的密度。
结合实施例3和实施例5-6并将结合表3可以看出，采用合适尺寸的聚酯纤维砂浆的抗裂效果和保水性都较佳，从抗折实验的断面也可以看出纤维的分散度也较好。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种抗裂石膏基自流平砂浆，其特征在于，包括以下重量份的组分：50-200份普通硅酸盐水泥、200-350份脱硫石膏粉、30-100份填料、50-100份砂子、150-250份铝矾土粉，10-25份聚酯纤维、1-3份减水剂、0.5-1.0份消泡剂、0.5-1.2份缓凝剂，所述聚酯纤维内有微孔。
2.根据权利要求1所述的一种抗裂石膏基自流平砂浆，其特征在于：所述聚酯纤维的横截面为异形截面，所述聚酯纤维表面均开设有沿长度方向的沟槽。
3.根据权利要求2所述的一种抗裂石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述聚酯纤维采用以下方法制备：
将熔融态聚对苯二甲酸乙二酯通过异形喷丝板喷出，并剪切成短纤维，将短纤维放入常压反应性等离子体中处理。
4.根据权利要求3所述的一种抗裂石膏基自流平砂浆，其特征在于：所述常压反应性等离子体为体积比为99/1的氦气和氧气的混合气体产生的。
5.权利要求1所述的一种抗裂石膏基自流平砂浆，其特征在于：所述聚酯纤维的直径为0.05-0.08mm，所述聚酯纤维的长度为5-10mm。
6.根据权利要求1所述的一种抗裂石膏基自流平砂浆，其特征在于：所述脱硫石膏粉为烟气脱硫副产物脱硫石膏浆在50-70℃下干燥，破碎研磨制成，所述脱硫石膏粉的粒径小于100目。
7.根据权利要求1所述的一种抗裂石膏基自流平砂浆，其特征在于：所述填料为质量比为1:1的重钙和轻钙的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种抗裂石膏基自流平砂浆，其特征在于：所述铝土矿粉中三氧化铝的质量含量为30-60%，所述铝土矿粉的粒径为150-200目。
9.权利要求1-8任一项所述的一种抗裂石膏基自流平砂浆的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
按照配比将各种原料混合均匀，向其中加入重量份为100-150份水，先搅拌1.5-2min，停0.5-1min，然后再搅拌1-1.5min，将砂浆搅拌成均匀流体状，均匀倒在施工面，使其自然流平，用消泡滚筒在其上滚动放气，平整后自然养护。
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