CN113429145A - 一种磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法及砂浆 - Google Patents

一种磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法及砂浆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法及砂浆，是以磷石膏为原料，经陈化处理后依次用阳离子淀粉和甲基硅酸盐防水剂包覆，从而获得水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏集料。本发明的改性磷石膏集料在使用时，具有不与周围水泥反应，不会造成水泥基建材膨胀、开裂和空鼓的特点，可在水泥基建材中大量使用；此外，还具有能耗低、制备工艺简单的特点。

Description

一种磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法及砂浆
技术领域
本发明涉及一种磷石膏改性制备砂浆集料的方法及砂浆，特别是一种原状磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法及砂浆。
背景技术
磷石膏是湿法磷酸生产过程中排放的一种固体废弃物，长期堆放对周边环境造成严重污染。因此，磷石膏资源化利用一直是研究的热点及难点。
目前，磷石膏在砂浆中的应用方式主要有2种，一是将磷石膏用作水泥基砂浆的缓凝剂，主要是利用磷石膏溶出的硫酸根离子与水泥中铝酸三钙反应生成钙矾石，从而阻碍水泥的水化起到缓凝的效果。但是，该技术磷石膏掺量不能高于3～5％，用量非常少。二是制作石膏砂浆，其采用磷石膏(二水硫酸钙)煅烧技术，将二水硫酸钙脱水转变成半水硫酸钙，半水硫酸钙在常温下的溶解度大于二水硫酸钙，因此，可以溶解重结晶成二水硫酸钙，从而使浆体凝结硬化产生强度。该应用中虽然能够将磷石膏进行大量的应用，但是，石膏砂浆的应用范围较小，且制作过程能耗大，成本高。因此，如果能够通过对磷石膏加以改性处理从而使其大量的掺入水泥基砂浆，将会提高磷石膏的应用范围，并有效的控制成产成本。
为了提高磷石膏在水泥基建材中掺量，如文献“磷石膏制多孔集料混凝土的研究”就指出将磷石膏集料用水泥进行包壳处理。磷石膏预处理方式是：磷石膏干燥后于200℃下脱水1h，研磨后过0.147mm标准筛，于圆盘造粒机中水化造粒制成多孔集料。集料包壳采用325水泥，其与集料的质量比为1:4。该制备方法是将磷石膏炒制脱水成半水石膏，在成球加水过程中将重新水化成二水石膏，产生一定的强度，同时再采用水泥进行外表面的包裹。可见，该技术是立足于采用水泥包裹，其基本原理是利用水泥水化生成的水化硅酸钙，以及磷石膏与水泥生成的钙矾石等水化产物来实现对磷石膏的包裹。
上述技术存在的技术问题是包裹不完全，使用时水会渗入集料内部将硫酸根和钙离子溶出，以及在生产搅拌过程中，颗粒容易破损，裸露的磷石膏直接与水泥发生反应，生成钙矾石，导致后期遇水后又新生成钙矾石产生膨胀，导致砂浆开裂，空鼓等问题；同时，还存在制备过程能耗高、工艺复杂的问题。
因此，能否避免磷石膏在使用过程中与周围的水泥再次反应生成钙矾石，是决定磷石膏能否在水泥基建材中大量使用的关键因素，也是解决磷石膏资源化利用的突破方向之一。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法及砂浆。本发明的改性磷石膏集料在使用时，具有对水泥反应影响小的优点，不会造成水泥基建材膨胀、开裂和空鼓的特点，可在水泥基建材中大量使用；此外，还具有能耗和成本较低、制备工艺简单的特点。
本发明的技术方案：一种磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，是以磷石膏、石灰、石粉和磷酸溶液为原料，经陈化处理后依次用阳离子淀粉和甲基硅酸盐防水剂包覆，从而获得水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏集料。
前述的磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，步骤如下：
第一步：取含水率低于5％的磷石膏，加入磷石膏质量的8-11％的石灰、6-9％的石粉和5-6％的磷酸溶液搅拌中和，陈化1-3天，得A品；
第二步：取水，加入水质量的2-6％的阳离子淀粉，搅拌混合均匀，加热至80-100℃，糊化2-3小时后停止加热，放置冷却，得B品；
第三步：取A品，先加入A品质量的10-15％的B品，混合搅拌均匀，于40-60℃下烘20-40min，得C品；
第四步：将C品在翻炒的过程中喷洒C品质量的0.1-0.8％的甲基硅酸盐防水剂，直至翻炒均匀，即可获得水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏集料。
前述的磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，所述磷石膏过5-10目，所述石灰过90-110目，所述石粉过90-110目。
前述的磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，所述磷酸溶液中H3PO4的浓度为80-85％。
前述的磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，所述水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏为粉状，粒度小于4mm。
前述的磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，所述甲基硅酸盐防水剂为甲基硅酸钾或甲基硅酸钠。
前述的磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，所述石灰中有效氧化钙的含量大于55％。
一种含有前述方法制备获得的改性磷石膏集料的水泥基湿拌砂浆。
前述的水泥基湿拌砂浆，按重量份计，包括有改性磷石膏集料40-60份、水泥15-30份、细砂40-60份、羟丙基甲基纤维素保水剂0.1-1.0份、可再分散乳胶粉增稠剂0.1-1.0份，葡萄糖酸钠缓凝剂0.5-2.0份和水30-40份。
前述的水泥基湿拌砂浆，按重量份计，包括有改性磷石膏集料50份、水泥15份、细砂50份、羟丙基甲基纤维素保水剂0.5份、可再分散乳胶粉增稠剂0.5份、葡萄糖酸钠缓凝剂1.0份和水35份。
本发明的有益效果
1、本发明通过阳离子淀粉及甲基硅酸盐防水剂包裹磷石膏，当与水泥、砂子，外加剂等配制成水泥基湿拌砂浆时，其基本原理是利用溶解的石膏所分离的硫酸根离子与阳离子淀粉的正电荷相结合，使硫酸根离子被吸附并固定下来。即当改性处理后的磷石膏集料遇水溶解出硫酸根阴离子，它会与表面包裹层的阳离子淀粉发生吸附作用，从而阻止了硫酸根离子与水泥水化生成钙矾石，同时，磷石膏溶解出的钙离子与甲基硅酸盐(钾或钠)反应，起到固化钙离子的作用，有效的抑制了磷石膏在水中的进一步溶解，从而避免了因硫酸根离子溶出与水泥反应所带来的负面作用，具有水泥基建材不膨胀、不开裂和不空鼓的优点，并且从根本上解决了磷石膏掺量低的技术难题，使得磷石膏在水泥基湿拌砂浆中掺量可提升至50％左右，大量利用了磷石膏，缓减了对环境的污染压力。
2、本发明改性磷石膏集料为粉状，在砂浆搅拌的过程中更不容易被搅碎破坏，因此，进一步避免了磷石膏裸露所带来的水泥基建材膨胀、开裂和空鼓的问题。
3、本发明通过将石粉(碳酸钙)及石灰附着在磷石膏表面，采用加入磷酸的方法，可以与石灰及石粉发生化学反应生成难溶物磷酸钙沉淀，从而对磷石膏表面起到初始的包覆效果。同时过量的石灰使磷石膏pH值最终趋于碱性，减少了酸性物质对水泥水化的影响，为用作水泥砂浆集料提供保障，最后外面一层糊化风干阳离子淀粉在一定程度上进一步吸附硫酸根离子。因此，通过以上处理后磷石膏中硫酸根离子溶出率可降低90％以上，从而减小了过多的硫酸根离子对水泥中铝酸三钙水化的影响，可有效提高磷石膏的掺量。
4、本发明的磷石膏集料不需要高温脱水，也不需要研磨造粒，具有制备过程能耗低，且工艺过程简单的优点。
附图说明
附图1为本发明改性后的磷石膏集料的SEM图；
附图2为原状磷石膏的SEM图。
通过图1和图2可以看出，原状磷石膏颗粒表面光滑，而利用本发明工艺处理后，磷石膏颗粒表面上有一层覆盖物，通过该覆盖物可阻碍磷石膏溶解出的硫酸根离子对水泥的影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1
磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，步骤如下：
第一步：取含水率低于5％的磷石膏，加入磷石膏质量的9％的石灰、7％的石粉和5.5％的磷酸溶液搅拌中和，陈化2天，得A品；
第二步：取水，加入水质量的4％的阳离子淀粉，搅拌混合均匀，加热至90℃，糊化2小时后停止加热，放置冷却，得B品；
第三步：取A品，先加入A品质量的12％的B品，混合搅拌均匀，于50℃下烘30min，然后再次加入A品质量的13％的B品进行第二次混合搅拌，搅拌均匀后再次于50℃下烘30min，得C品；
第四步：将C品在翻炒的过程中喷洒C品质量的0.5％的甲基硅酸钠防水剂，直至翻炒均匀，即可获得粒度小于4mm的粉状的水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏集料。
实施例2
磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，步骤如下：
第一步：取含水率低于5％的磷石膏，加入磷石膏质量的8％的石灰、6％的石粉和5％的磷酸溶液搅拌中和，陈化1天，得A品；
第二步：取水，加入水质量的2％的阳离子淀粉，搅拌混合均匀，加热至80℃，糊化3小时后停止加热，放置冷却，得B品；
第三步：取A品，先加入A品质量的10％的B品，混合搅拌均匀，于40℃下烘40min，然后再次加入A品质量的10％的B品进行第二次混合搅拌，搅拌均匀后再次于40℃下烘40min，得C品；
第四步：将C品在翻炒的过程中喷洒C品质量的0.1％的甲基硅酸钠防水剂，直至翻炒均匀，即可获得粒度小于4mm的水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏集料。
实施例3
磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，步骤如下：
第一步：取含水率低于5％的磷石膏，加入磷石膏质量的8.5％的石灰、6.5％的石粉和5.3％的磷酸溶液搅拌中和，陈化1天，得A品；
第二步：取水，加入水质量的6％的阳离子淀粉，搅拌混合均匀，加热至100℃，糊化2小时后停止加热，放置冷却，得B品；
第三步：取A品，先加入A品质量的15％的B品，混合搅拌均匀，于60℃下烘20min，然后再次加入A品质量的15％的B品进行第二次混合搅拌，搅拌均匀后再次于60℃下烘20min，得C品；
第四步：将C品在翻炒的过程中喷洒C品质量的0.8％的甲基硅酸钾防水剂，直至翻炒均匀，即可获得粒度小于4mm的水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏集料。
实施例4
磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，步骤如下：
第一步：取含水率低于5％的磷石膏，加入磷石膏质量的9％的石灰、8％的石粉和5.7％的磷酸溶液搅拌中和，陈化3天，得A品；
第二步：取水，加入水质量的2％的阳离子淀粉，搅拌混合均匀，加热至80℃，糊化3小时后停止加热，放置冷却，得B品；
第三步：取A品，先加入A品质量的10％的B品，混合搅拌均匀，于40℃下烘40min，然后再次加入A品质量的10％的B品进行第二次混合搅拌，搅拌均匀后再次于40℃下烘40min，得C品；
第四步：将C品在翻炒的过程中喷洒C品质量的0.1％的甲基硅酸钾防水剂，直至翻炒均匀，即可获得粒度小于4mm的水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏集料。
实施例5
磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，步骤如下：
第一步：取含水率低于5％的磷石膏，加入磷石膏质量的10％的石灰、8.5％的石粉和5.5％的磷酸溶液搅拌中和，陈化2天，得A品；
第二步：取水，加入水质量的4％的阳离子淀粉，搅拌混合均匀，加热至90℃，糊化2小时后停止加热，放置冷却，得B品；
第三步：取A品，先加入A品质量的12％的B品，混合搅拌均匀，于50℃下烘30min，然后再次加入A品质量的12％的B品进行第二次混合搅拌，搅拌均匀后再次于50℃下烘30min，得C品；
第四步：将C品在翻炒的过程中喷洒C品质量的0.4％的甲基硅酸钾防水剂，直至翻炒均匀，即可获得粒度小于4mm的水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏集料。
实施例6
磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，步骤如下：
第一步：取含水率低于5％的磷石膏，加入磷石膏质量的11％的石灰、9％的石粉和6％的磷酸溶液搅拌中和，陈化3天，得A品；
第二步：取水，加入水质量的6％的阳离子淀粉，搅拌混合均匀，加热至100℃，糊化2小时后停止加热，放置冷却，得B品；
第三步：取A品，先加入A品质量的15％的B品，混合搅拌均匀，于60℃下烘20min，然后再次加入A品质量的15％的B品进行第二次混合搅拌，搅拌均匀后再次于60℃下烘20min，得C品；
第四步：将C品在翻炒的过程中喷洒C品质量的0.8％的甲基硅酸钠防水剂，直至翻炒均匀，即可获得粒度小于4mm的水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏集料。
以上实施例1-6中磷石膏过5-10目，石灰过90-110目，石粉过90-110目，磷酸溶液中H3PO4的浓度为80-85％。
发明人按照上述实施例步骤，并按照下述表1中的添加比例在磷石膏中加入石灰、石粉和磷酸溶液，并用阳离子淀粉溶液和甲基硅酸盐防水剂进行处理，最终获得的改性磷石膏中的SO4 2-离子在水中的溶出率如表1所示。结果表明，通过本发明的方法处理获得的改性磷石膏在水中的SO4 2-离子的浸出率较低，并不会对水泥基砂浆造成不良影响，可以在水泥基砂浆中大量添加。
表1
Figure BDA0003115516500000081
实施例7
一种湿拌砂浆，按重量份计，由上述实施例中的改性磷石膏集料50份、水泥15份、细砂50份、羟丙基甲基纤维素保水剂0.5份、可再分散乳胶粉增稠剂0.5份、葡萄糖酸钠缓凝剂1.0份和水35份组成。
砂浆物理性能指标：凝结时间：20h，出机稠度：95mm，28天抗压强度:5.5MPa，14天拉伸粘结强度:0.25MPa，28天干燥收缩率0.13％，相关性能指标达到GB/T25181-2019《预拌砂浆》中M5湿拌抹灰砂浆。
实施例8
一种湿拌砂浆，按重量份计，由上述实施例中的改性磷石膏集料40份、水泥20份、细砂60份、羟丙基甲基纤维素保水剂0.1份、可再分散乳胶粉增稠剂0.1份、葡萄糖酸钠缓凝剂0.5份和水30份组成。
砂浆物理性能指标：凝结时间：24h，出机稠度：90mm，28天抗压强度:6.8MPa，14天拉伸粘结强度:0.27MPa，28天干燥收缩率0.14％，相关性能指标达到GB/T25181-2019《预拌砂浆》M5湿拌抹灰砂浆。
实施例9
一种湿拌砂浆，按重量份计，由上述实施例中的改性磷石膏集料60份、水泥25份、细砂40份、羟丙基甲基纤维素保水剂1.0份、可再分散乳胶粉增稠剂1.0份、葡萄糖酸钠缓凝剂2.0份和水40份组成。
砂浆物理性能指标：凝结时间：30h，出机稠度：89mm,28天抗压强度:11.4MPa，14天拉伸粘结强度0.35MPa，28天干燥收缩率0.12％，相关性能指标达到GB/T25181-2019《预拌砂浆》M10湿拌抹灰砂浆。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造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创造揭露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，其特征在于：是以磷石膏、石灰、石粉和磷酸溶液为原料，经陈化处理后依次用阳离子淀粉和甲基硅酸盐防水剂包覆，从而获得水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏集料。
2.根据权利要求1所述的磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，其特征在于，步骤如下：
第一步：取含水率低于5％的磷石膏，加入磷石膏质量的8-11％石灰、6-9％石粉和5-6％磷酸溶液搅拌中和，陈化1-3天，得A品；
第二步：取水，加入水质量的2-6％的阳离子淀粉，搅拌混合均匀，加热至80-100℃，糊化2-3小时后停止加热，放置冷却，得B品；
第三步：取A品，先加入A品质量的10-15％的B品，混合搅拌均匀，于40-60℃下烘20-40min，得C品；
第四步：将C品在翻炒的过程中喷洒C品质量的0.1-0.8％的甲基硅酸盐防水剂，直至翻炒均匀，即可获得水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏集料。
3.根据权利要求1或2所述的磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，其特征在于：所述磷石膏过5-10目，所述石灰过90-110目，所述石粉过90-110目。
4.根据权利要求1或2所述的磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，其特征在于：所述磷酸溶液中H3PO4的浓度为80-85％。
5.根据权利要求1或2所述的磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，其特征在于：所述水泥基湿拌砂浆用的改性磷石膏为粉状，粒度小于4mm。
6.根据权利要求1或2所述的磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，其特征在于：所述甲基硅酸盐防水剂为甲基硅酸钾或甲基硅酸钠。
7.根据权利要求1或2所述的磷石膏改性制备水泥基湿拌砂浆集料的方法，其特征在于：所述石灰中有效氧化钙的含量大于55％。
8.一种包含有权利要求1-7任一项所述方法制备获得的改性磷石膏集料的水泥基湿拌砂浆。
9.根据权利要求8所述的水泥基湿拌砂浆，其特征在于：按重量份计，包括有改性磷石膏集料40-60份、水泥15-30份、细砂40-60份、羟丙基甲基纤维素保水剂0.1-1.0份、可再分散乳胶粉增稠剂0.1-1.0份、葡萄糖酸钠缓凝剂0.5-2.0份和水30-40份。
10.根据权利要求9所述的水泥基湿拌砂浆，其特征在于：按重量份计，包括有改性磷石膏集料50份、水泥15份、细砂50份、羟丙基甲基纤维素保水剂0.5份、可再分散乳胶粉增稠剂0.5份、葡萄糖酸钠缓凝剂1.0份和水35份。
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