CN115073113A - 一种用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法，将磷石膏分别烧制成β‑型半水石膏和无水Ⅱ型硬石膏的石膏基胶凝材料。取一部分β‑型半水石膏向其中加入表面活性剂、减水剂，与水拌合高速搅拌，而后采用圆盘造粒法制备成为粒径为5‑20mm的圆球，待凝结硬化后浸入溶有高浓度的化肥溶液中，一段时间后取出晾干，记为物料A。另取β‑型半水石膏，向其中加入粉剂的减水剂、缓凝剂、触变剂、保水剂，再加入短切纤维，混合均匀记为物料B。取一部分无水Ⅱ型硬石膏，向其中加入激发剂和助磨剂混合均匀后，置入球磨机内进行球磨，而后取出记为物料C。按质量比为1:6:3的比例均匀混合物料A、物料B、物料C即为生态干混浇筑料。

Description

一种用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法

技术领域

本发明涉及一种用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

磷石膏是湿法磷酸生产过程中产生的固体废渣，每产生1t磷酸约需消耗2t硫酸，同时产生4～5t磷石膏，我国磷化工行业每年排放磷石膏约为5000万t。其主要成分为CaSO₄·2H₂O，但是由于含有机杂质，包括磷、氟以及碱金属盐，难以直接利用。目前，许多研究的方向关注于净化磷石膏中的游离磷酸、有机质等杂质或是专注于提升石膏硬化体的密实程度、软化系数以及降低其溶蚀率。本发明，则是充分利用石膏凝结硬化后具备多微孔以及水中易溶蚀的性质，进行定向的特性优化，将不利因素转变为优势进行充分发挥。

目前，把胶凝材料制备成为生态浇筑料，用于边坡治理，水土固化修复常见于以生态混凝土为主的水泥基胶凝材料领域。其原理是通过人为干预混凝土成型过程，使其凝结硬化后形成多孔的类似于“沙琪玛”一样的骨架，具有较多的连通孔隙，能够为植物的穿透生长提供低碱性环境和空间。然而，无论水泥的生产还是混凝土的制备，都属于破坏生态，高碳排放的过程，因此将固废石膏加以利用，达到部分替代水泥制品，具备极大的经济价值和环保效益。

在石膏基胶凝材料应用于边坡治理方面，大致可分为两种类型。类型一：磷石膏不进行煅烧等处理，不具备胶凝能力，仅作为拌合料。如将磷石膏配合其他物料挤压成砖块。或是将磷石膏无害化处理后与其他物料混合，依靠外力挤压或是固定铺设于边坡。或是以水泥作为胶凝体料，依靠水泥产生强度，石膏仅作为掺合料。这一方案，制备的物料强度较低，没有对石膏遇水后的情况及溶蚀等方面进行干预，对边坡加固能力有限。其次，未能发挥石膏胶凝的作用，没有摆脱对水泥的大量依赖，对磷石膏的利用率较低。此外，多种物料的混合，对于胶凝体系的强度发展带来较多不利影响。类型二：将磷石膏制备为α高强石膏与土壤、种子拌合而后浇筑，再利用制备α高强石膏时，残留的转晶剂和磷石膏中残留的营养元素供养植物。这一方法中制备α高强度石膏的难度极为巨大，使用时，用量少则强度不够，量大则成本极其高昂，不具备实际应用价值。并且对于营养元素的供给极为有限，对营养元素的释放也未加以干预，生态效果有限。此外，没有对石膏遇水后的情况及溶蚀等方面进行干预，后期材料的强度发展不可控。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法，依靠自身制备所得的β-型半水石膏和无水Ⅱ型硬石膏分别形成为营养元素吸附载体、胶凝主体、溶蚀率控制胶凝材料三种组分。通过协同各组分作用，形成具备营养元素缓释的干混浇筑料。

本发明通过下列技术方案实现：一种负压无氧热裂解磷石膏制备高性能胶凝材料的方法，将磷石膏分别烧制成β-型半水石膏和无水Ⅱ型硬石膏的石膏基胶凝材料。取一部分β-型半水石膏向其中加入表面活性剂、减水剂，与水拌合高速搅拌，而后采用圆盘造粒法制备成为粒径为5-20mm的圆球，待凝结硬化后浸入溶有高浓度的化肥溶液中，一段时间后取出晾干，形成具备一定强度且疏松多孔的物料，记为物料A。另取β-型半水石膏，向其中加入粉剂的减水剂、缓凝剂、触变剂、保水剂，再加入短切纤维，混合均匀记为物料B。取一部分无水Ⅱ型硬石膏，向其中加入激发剂和助磨剂混合均匀后，置入球磨机内进行球磨，而后取出记为物料C。按质量比为1:6:3的比例均匀混合物料A、物料B、物料C即为生态干混浇筑料。使用时与水拌合，通过泵送机输送至待施工区域，按照传统边坡治理方法进行施工即可。

具体步骤为：

(1)将磷石膏置入回转窑或是其他同类型煅烧设备中，分别在300-500℃温及600-850℃温度范围下将磷石膏烧制成β-型半水石膏含量＞90％的石膏基胶凝材料和无水Ⅱ型硬石膏含量＞80％的石膏基胶凝材料留存待用。

(2)取一部分步骤(1)的β-型半水石膏，向其中加入表面活性剂、减水剂混合均匀。

所掺加表面活性剂为十二烷基氧化胺或者椰子油酰胺氧化胺或烷基糖苷等非钠盐的表面活性剂，掺量为β型半水硫酸钙的0.1-0.3％。

所掺加减水剂为聚羧酸系减水剂，掺量为β型半水硫酸钙的0.1-0.5％。

(3)将步骤(2)所得混合料与水混合，用水量为混合料的35-45％，采用飞刀搅拌机用高速拌合，转速为700-1400r/min。而后，将混合后的物料置入圆盘造粒机，制备成粒径为5-20mm的圆球，凝结硬化后自然干燥形成料球a。

(4)根据即将施用生态浇筑料区域的土壤情况，选用适宜的可溶性肥料如氮肥(尿素、碳酸氢铵)或者复合肥等。将所选用肥料溶于水制成一定浓度肥料溶液。

(5)将步骤(4)所得料球a浸入高浓度肥料溶液中3-5h，而后取出料球自然干燥，记为物料A，留存待用。

(6)取步骤(1)的β-型半水石膏，向其中加入减水剂、缓凝剂、触变剂、保水剂，再加入短切纤维，混合均匀。具体的：

所掺加减水剂、缓凝剂、触变剂、保水剂均为粉剂。

所掺加减水剂为聚羧酸系减水剂，掺量为β型半水硫酸钙的0.1-0.5％。

所掺加缓凝剂为蛋白类缓凝剂或三元酸系缓凝剂，掺加量为β型半水硫酸钙的0.05-0.15％。

所掺加触变剂为硫酸铝没悬浮触变剂，掺量为β型半水硫酸钙的0.1-0.5％。

所掺加保水剂为羟丙基甲基纤维素醚，10万粘度，掺量为β型半水硫酸钙的0.05-0.3％。

所掺加短切纤维为聚丙烯纤维，长度为6-8mm，掺加量为β型半水硫酸钙的1-3％。

上述外加剂掺加顺序可以任意调整。将上述物料均匀混合，得到物料B，留存待用。

(7)取步骤(1)制备所得的无水Ⅱ型硬石膏向其中加入激发剂和助磨剂具体的：

所掺加激发剂为固体状的硫酸铝、硫酸钾和D90＝40μm的天然石膏混合物。总掺加量为无水Ⅱ型硬石膏的3-5％，三种物料的质量之比为3:3:4。

所述助磨剂为氧化钙、二氧化硅、氧化铝。总掺量为3-5％，三种物料之比约为7:1:2。

(8)将上述激发剂、助磨剂与无水Ⅱ型硬石膏物料混合后，置于球磨机内进行球磨，要求球磨后混合物料D90＝35-45μm，D50＝10-15μm，比表面积≥10000cm²/cm³。将上述物料取出备用，记为物料C。

(9)按质量比为1:6:3的比例，将步骤(5)(6)(8)所得料A、料B、料C混合均匀即为生态干混浇筑料，物料需干燥密闭保存。

本发明先将β-型半水石膏制备为轻质多孔的球体，而后利用球体吸附大量的营养元素于其内，而后再当作轻集料加入胶凝体系中。以β-型半水石膏为主要体系的材料，通过掺加短切纤维，进一步提升其凝结硬化后的力学性能。再通过以激发改性后无水Ⅱ型硬石膏为辅的胶凝辅助，提升胶凝材料的整体防水和抗溶蚀性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)石膏基生态干混浇筑料可以根据待施工区域的土壤特性、水文气候条件，所种植植物的习性，因地制宜的为植物营造所需要的生长环境。

例如提供特定的pH环境。根据需求调整石膏基生态干混浇筑料的整体pH值，可在4—8之间调整。定向供给营养元素，料球按需吸附特定的营养元素，后期又通过雨水等浸润进行释放。具备营养元素缓释能力。通过干预溶蚀率，可做到对营养元素以及石膏自带的钙、硫元素的长期缓慢释放，做到长效供肥。

具体作用机理为：遇水时，自由水通过大量联通微孔进入凝结硬化体，

(2)石膏基生态干混浇筑料中含有大量的以磷石膏制备所得的无水Ⅱ型硬石膏。该相型的石膏激发后作为辅助胶凝材料，可以显著提升石膏基胶凝材料的整体防水性能，从而控制其溶蚀率。从而可以控制石膏基生态干混浇筑料凝结硬化后浸水后的强度损失率，使边坡的长期稳定性得以保证。

(3)石膏基生态干混浇筑料各组分的主要原料均为磷石膏制备所得，未曾使用如水泥、砂石等开采生产过程高能耗，高碳排放的材料。且所有组分均为石膏基材料，因此物料整体同性，其性质性能可以较为容易的调控干预，凝结硬化后各组分结合紧密稳固，基本不存在弱结合界面。

(4)各组分同为石膏基材料制备，因此凝结硬化后都统一协调的保留了石膏轻质多孔，强度可靠的特性。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的技术方案进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

(1)将磷石膏置入回转窑中，分别在300℃及600℃温度下将磷石膏烧制成β-型半水石膏。(β型半水石膏含量＞90％)和无水Ⅱ型硬石膏(无水Ⅱ型硬石膏含量＞80％)的石膏基胶凝材料留存待用。

(2)取5kg步骤(1)的β-型半水石膏，向其中加入0.3％的十二烷基氧化胺以及0.5％聚羧酸系减水剂。

(3)将步骤(2)所得混合料与水混合，用水量为混合料的35％，采用飞刀搅拌机用高速拌合，转速为1400r/min。而后，将混合后的物料置入圆盘造粒机，制备成粒径为20mm的圆球，凝结硬化后自然干燥形成料球a。

(4)根据即将施用生态浇筑料区域的土壤情况，选用适宜的可溶性肥料尿素，将其制备为100g/100ml的肥料溶液。

(5)将步骤(4)所得料球a浸入肥料溶液中5h，而后取出料球自然干燥，记为物料A，留存待用。

(6)取步骤(1)的β-型半水石膏30kg，向其中加入0.5％的粉状聚羧酸系减水剂；0.15％的三元酸系缓凝剂、0.5％硫酸铝没悬浮触变剂，0.3％的10万粘度的羟丙基甲基纤维素醚。质量掺量3％，长度为8mm短切纤维为聚丙烯纤维。将上述物料均匀混合，得到物料B，留存待用。

(7)取步骤(1)制备所得的无水Ⅱ型硬石膏15kg，向其中加入固体状的硫酸铝、硫酸钾和D90＝40μm的天然石膏混合物。混合物总掺加量为无水Ⅱ型硬石膏的5％，三种物料的质量之比为3:3:4。继续向物料内添加氧化钙、二氧化硅、氧化铝。总掺量为无水Ⅱ型硬石膏的5％，三种物料之比约为7:1:2。将所有添加物与无水Ⅱ型硬石膏均匀搅拌混合得到物料c。

(8)将混合物料c，置于球磨机内进行球磨，得到D90＝35μm，D50＝10μm，比表面积≥10000cm2/cm3的物料，将上述物料取出备用，记为物料C。

(9)按质量比为1:6:3的比例，将步骤(5)(6)(8)所得物料A、物料B、物料C混合均匀即为生态干混浇筑料，物料需干燥密闭保存即为所得，使用时按40％的用水量进行混合搅拌即可施工。

实施例2：

(1)将磷石膏置入回转窑中，分别在300℃及600℃温度下将磷石膏烧制成β-型半水石膏。(β型半水石膏含量＞90％)和无水II型硬石膏(无水II型硬石膏含量＞80％)的石膏基胶凝材料留存待用。

(2)取5kg步骤(1)的β-型半水石膏，向其中加入0.1％的十二烷基氧化胺以及0.1％聚羧酸系减水剂。

(3)将步骤(2)所得混合料与水混合，用水量为混合料的45％，采用飞刀搅拌机用高速拌合，转速为700r/min。而后，将混合后的物料置入圆盘造粒机，制备成粒径为20mm的圆球，凝结硬化后自然干燥形成料球a。

(4)根据即将施用生态浇筑料区域的土壤情况，选用适宜的可溶性肥料尿素，将其制备为100g/100ml的肥料溶液。

(5)将步骤(4)所得料球a浸入肥料溶液中5h，而后取出料球自然干燥，记为物料A，留存待用。

(6)取步骤(1)的β-型半水石膏30kg，向其中加入0.1％的粉状聚羧酸系减水剂；0.05％的三元酸系缓凝剂、0.1％硫酸铝没悬浮触变剂，0.05％的10万粘度的羟丙基甲基纤维素醚。质量掺量1％，长度为6mm短切纤维为聚丙烯纤维。将上述物料均匀混合，得到物料B，留存待用。

(7)取步骤(1)制备所得的无水Ⅱ型硬石膏15kg，向其中加入固体状的硫酸铝、硫酸钾和D90＝45μm的天然石膏混合物。混合物总掺加量为无水Ⅱ型硬石膏的3％，三种物料的质量之比为3:3:4。继续向物料内添加氧化钙、二氧化硅、氧化铝。总掺量为无水Ⅱ型硬石膏的3％，三种物料之比约为7:1:2。将所有添加物与无水Ⅱ型硬石膏均匀搅拌混合得到物料c。

(8)将混合物料c，置于球磨机内进行球磨，得到D90＝35μm，D50＝15μm，比表面积≥10000cm2/cm3的物料，将上述物料取出备用，记为物料C。

(9)按质量比为1:6:3的比例，将步骤(5)(6)(8)所得物料A、物料B、物料C混合均匀即为生态干混浇筑料，物料需干燥密闭保存即为所得，使用时按45％的用水量进行混合搅拌即可施工。

实施例3：

(1)将磷石膏置入回转窑中，分别在300℃及600℃温度下将磷石膏烧制成β-型半水石膏。(β型半水石膏含量＞90％)和无水Ⅱ型硬石膏(无水Ⅱ型硬石膏含量＞80％)的石膏基胶凝材料留存待用。

(2)取5kg步骤(1)的β-型半水石膏，向其中加入0.2％的十二烷基氧化胺以及0.3％聚羧酸系减水剂。

(3)将步骤(2)所得混合料与水混合，用水量为混合料的40％，采用飞刀搅拌机用高速拌合，转速为1000r/min。而后，将混合后的物料置入圆盘造粒机，制备成粒径为20mm的圆球，凝结硬化后自然干燥形成料球a。

(4)根据即将施用生态浇筑料区域的土壤情况，选用适宜的可溶性肥料尿素，将其制备为100g/100ml的肥料溶液。

(5)将步骤(4)所得料球a浸入肥料溶液中5h，而后取出料球自然干燥，记为物料A，留存待用。

(6)取步骤(1)的β-型半水石膏30kg，向其中加入0.3％的粉状聚羧酸系减水剂；0.1％的三元酸系缓凝剂、0.3％硫酸铝没悬浮触变剂，0.15％的10万粘度的羟丙基甲基纤维素醚。质量掺量2％，长度为7mm短切纤维为聚丙烯纤维。将上述物料均匀混合，得到物料B，留存待用。

(7)取步骤(1)制备所得的无水Ⅱ型硬石膏15kg，向其中加入固体状的硫酸铝、硫酸钾和D90＝45μm的天然石膏混合物。混合物总掺加量为无水Ⅱ型硬石膏的4％，三种物料的质量之比为3:3:4。继续向物料内添加氧化钙、二氧化硅、氧化铝。总掺量为无水Ⅱ型硬石膏的4％，三种物料之比约为7:1:2。将所有添加物与无水Ⅱ型硬石膏均匀搅拌混合得到物料c。

(8)将混合物料c，置于球磨机内进行球磨，得到D90＝40μm，D50＝10μm，比表面积≥10000cm2/cm3的物料，将上述物料取出备用，记为料C。

(9)按质量比为1:6:3的比例，将步骤(5)(6)(8)所得物料A、物料B、物料C混合均匀即为生态干混浇筑料，物料需干燥密闭保存即为所得，使用时按45％的用水量进行混合搅拌即可施工。

上述对本发明的具体实施方法做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方法，在本领域普通技术人员所具备知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

对比例1：同实施例1，仅省略步骤(2)的表面活性剂十二烷基氧化胺。

对比例2：同实施例1，仅省略步骤(6)的硫酸铝没悬浮触变剂。

对比例3：同实施例1，仅省略步骤(6)的掺加羟丙基甲基纤维素醚。

对比例4：同实施例1，仅省略步骤(6)的掺加短切纤维。

对比例5：同实施例1，仅省略步骤(8)。

注：1.营养液吸附量＝(料球吸附后重量-吸附前质量)/吸附前质量；

2.裂缝情况为裂缝最多的1㎡范围内的Σ(裂缝长度*条数)；

3、4.参考《建筑石膏》GBT9776-2008中的测试方法。

Claims (8)

1.一种用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法，其特征在于经过下列各步骤：

Step1：将磷石膏制备成三种物料，即：

物料A：多孔的具备吸附能力的料球；

物料B：凝结硬化后具备高强度的胶凝材料；

物料C：难溶性胶凝材料；

Step2：按质量比为1:6:3的比例均匀混合物料A、物料B、物料C，即为生态干混浇筑料。

2.根据权利要求1所述的用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法，其特征在于，所述物料A的制备过程为：

Step1.1：将磷石膏置入回转窑或是其他同类型煅烧设备中，分别在300-500℃及600-850℃温度范围下将磷石膏烧制成β-型半水石膏含量＞90％的石膏基胶凝材料和无水Ⅱ型硬石膏含量＞80％的石膏基胶凝材料留存待用；

Step1.2：向β-型半水石膏中加入表面活性剂、减水剂混合均匀；

Step1.3：将混合料与水混合，用水量为混合料的35-45％，高速拌合，转速为700-1400r/min，将混合后的物料置入圆盘造粒机，制备成粒径为5-20mm的圆球，凝结硬化后自然干燥形成料球a；

Step1.4：根据即将施用生态浇筑料区域的土壤情况，选用水溶性肥料，将所选用肥料溶于水制成高浓度肥料溶液；

Step1.5：将料球a浸入高浓度肥料溶液中3-5h，而后取出料球自然干燥，记为料A。

3.根据权利要求2所述的用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法，其特征在于：所掺加表面活性剂为十二烷基氧化胺或者椰子油酰胺氧化胺、烷基糖苷等非钠盐的表面活性剂，掺量为β型石膏基胶凝材料的0.1-0.3％。

4.根据权利要求2所述的用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法，其特征在于：所掺加减水剂为聚羧酸系减水剂，掺量为β型石膏基胶凝材料的0.1-0.5％。

5.根据权利要求1所述的用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法，其特征在于，所述物料B的制备过程为：

Step2.1：将磷石膏置入回转窑或是其他同类型煅烧设备中，分别在300-500℃及600-850℃温度范围下将磷石膏烧制成β-型半水石膏含量＞90％的石膏基胶凝材料和无水Ⅱ型硬石膏含量＞80％的石膏基胶凝材料留存待用；

Step2.2：取制备所得的β-型半水石膏含量＞90％的石膏基胶凝材料，向其中加入减水剂、缓凝剂、触变剂、保水剂，再加入短切纤维，混合均匀，记为物料B；

所掺加减水剂、缓凝剂、触变剂、保水剂均为粉剂；

所掺加减水剂为聚羧酸系减水剂，掺量为β型石膏基胶凝材料的0.1-0.5％；

所掺加缓凝剂为蛋白类缓凝剂或三元酸系缓凝剂，掺加量为β型石膏基胶凝材料的0.05-0.15％；

所掺加触变剂为硫酸铝没悬浮触变剂，掺量为β型石膏基胶凝材料的0.1-0.5％；

所掺加保水剂为羟丙基甲基纤维素醚，10万粘度，掺量为β型石膏基胶凝材料的0.05-0.3％；

所掺加短切纤维为聚丙烯纤维，长度为6-8mm，掺加量为β型石膏基胶凝材料的1-3％。

6.根据权利要求1所述的用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法，其特征在于，所述物料C的制备过程为：

Step3.1：将磷石膏置入回转窑或是其他同类型煅烧设备中，分别在300-500℃及600-850℃温度范围下将磷石膏烧制成β-型半水石膏含量＞90％的石膏基胶凝材料和无水Ⅱ型硬石膏含量＞80％的石膏基胶凝材料留存待用；

Step3.2：取制备所得的无水Ⅱ型硬石膏含量＞80％的石膏基胶凝材料，向其中加入激发剂和助磨剂混合均匀后，置入球磨机内进行球磨，球磨完成后，取出，记为料C。

7.根据权利要求6所述的用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法，其特征在于：所掺加激发剂为固体状的硫酸铝、硫酸钾和D90＝40μm的天然石膏混合物，总掺加量为无水Ⅱ型硬石膏的3-5％，三种物料的质量之比为3:3:4。

8.根据权利要求6所述的用磷石膏制备石膏基生态干混浇筑料的方法，其特征在于：所述助磨剂为氧化钙、二氧化硅、氧化铝，总掺量为3-5％，三种物料之比为7:1:2。

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