CN115448666A - 一种高性能β型工业副产建筑石膏复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种高性能β型工业副产建筑石膏复合材料及其制备方法，由β型工业副产建筑石膏粉、水泥、粉煤灰、石灰、缓凝剂、水组成；β型工业副产建筑石膏粉、水泥、粉煤灰、石灰和缓凝剂加入搅拌机中预搅拌，将水加入到搅拌机再搅拌，将石膏复合浆体浇筑至模具中，浇筑后拆模，在室温下养护，获得相关产品；高性能β型工业副产建筑石膏改性基体的抗压强度＞15MPa，抗折强度＞5MPa，吸水率＜30%，拓展度＞230mm，具有良好的力学性能和工作性能，β型工业副产建筑石膏粉作为原材料，进行基体性能改性，拓展了石膏在建筑领域的应用，对β型工业副产建筑石膏从晶体结构上重塑，提升建筑石膏强度和耐水性，应用前景广泛。

Description

一种高性能β型工业副产建筑石膏复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种高性能β型工业副产建筑石膏复合材料及其制备方法。
背景技术
工业副产石膏是在化肥加工、冶金、盐碱化工等工业生产中生成的工业副产品或废渣，被称为化学石膏。按照类型主要分为α型工业副产石膏(α-CaSO4·0.5H2O)和β型工业副产石膏(β-CaSO4·0.5H2O)。α型工业副产石膏是在高压蒸汽中形成，晶体内部较为致密，强度较高，价格是β型工业副产石膏的十倍左右。β型工业副产石膏是在常温下生成，晶体内部存在大量孔隙，因此强度较低，吸水率较大。在综合利用时，主要将β型工业副产石膏用于水泥缓凝剂、外售、石膏板、筑路填充、制作硫酸铵及建筑石膏粉等。
目前工业副产石膏综合利用率不足40％，而排放量在每年以1.8亿吨左右增长。长期堆存的工业副产石膏，不仅占用了大量的土地资源，也使水质受到污染、土壤受到严重威胁。在综合利用时，主要将工业副产石膏用于水泥缓凝剂、外售、石膏板、筑路填充、制作硫酸铵及建筑石膏粉等。
虽然，近些年利用工业副产石膏具有的轻质、保温、隔热、隔音等优势性能制作的建筑材料，能够有效降低建筑物能耗。但是，目前β型工业副产石膏存在强度低、耐水不足等缺点，限制工业副产石膏在更广泛范围内的使用。
提升建筑石膏的强度性能的方法主要包括使用高强度工业副产石膏,防水剂和矿物掺合物。然而，掺入高强度石膏，并不改变石膏基体的特性，并且高强石膏价格较高。通过添加防水剂，可以在石膏晶体表面形成防水膜，降低石膏溶解度，但这种方式容易会受到温度的影响。由于上述方法的不同缺点，在一定程度上阻碍了β型工业副产建筑石膏作为绿色建筑材料的进一步推广。
目前，虽然国内外相关学者对水泥、粉煤灰和石灰的独立使用或同时使用进行了研究，为这三种矿物掺合料在石膏基体中的使用提供了理论依据。但是，关于水泥、粉煤灰和石灰放入石膏基体中的协同作用研究较少。为了扩大石膏基复合材料的规模应用，提高石膏基复合材料的力学和工作性能，有必要获得强度和耐水性能的最佳配比范围。
本发明基于以上原因，研制高性能β型工业副产建筑石膏复合材料，不仅能对建筑石膏复合材料的综合性提升，而且可以实现对工业副产石膏的资源化利用的推广，为我国石膏复合板在建筑节能方面的应用提供可靠的理论、数据支撑，对我国可持续发展具有重要的战略意义。
发明内容
解决的技术问题：本发明针对现有β建筑石膏强度低，吸水率大等技术方面的不足，提供了一种高性能β型工业副产建筑石膏复合材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高性能β型工业副产建筑石膏复合材料，按质量份数配比如下：β型工业副产建筑石膏粉500-600份，水泥100-200份，粉煤灰100-200份，石灰100-200份，缓凝剂1-2份，水500-600份。
优选地，所述β型工业副产建筑石膏粉为β型工业副产建筑半水石膏粉，所述β型工业副产建筑半水石膏粉，初疑时间为5min30s，终凝时间为7min40s，2h抗压强度7.0MPa，2h抗折强度3.2MPa，细度0.2mm方孔筛≤10％。
优选地，按质量份数配比所述水泥、粉煤和石灰三者总量＜500份。
优选地，所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述水泥的28天抗压强度≥42.5MPa，28天抗折强度≥6.5MPa，比表面积≥300m2/kg，水泥与β型工业副产建筑石膏粉晶体发生反应，生成不溶于水的钙钒石物质，增加基体强度。
优选地，所述粉煤灰为一级粉煤灰，其导热系数为≤0.25W/(m·K)，密度≤2.3g/cm3，比表面积≥300m2/kg，粉煤灰在碱性环境下与β型工业副产建筑石膏粉晶体发生反应，生成不溶于水的钙钒石物质，增加基体强度。
优选地，所述石灰为氧化钙CaO，其相对分子量56.08，其氧化钙含量≥98％，烧失量＜2％，石灰在为水泥、粉煤灰与β型工业副产建筑石膏粉晶体之间反应提供碱性环境，加快水化过程。
优选地，所述缓凝剂为柠檬酸C6H8O7·H2O，其相对分子量210.14，含量≥99.5％，柠檬酸的加入延长β型工业副产建筑石膏基体的凝结时间。
本申请还公开了高性能β型工业副产建筑石膏复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
第一步：将β型工业副产建筑石膏粉、水泥、粉煤灰、石灰和缓凝剂按照重量份数加入到搅拌机中，预搅拌3min，使各组分能够充分搅拌均匀；
第二步：将水倒入搅拌机，先慢速搅拌2min，后快速搅拌3min；
第三步：拌机结束搅拌，将浆体其倒入模具之中，并振捣1min，并在空气中养护3d后，进行拆模，最终获得相关产品。
优选地，所述预搅拌转速为140-150r/min，所述慢速搅拌转速为140-150r/min，快速搅拌的转速为280-300r/min。
优选地，所述模具浇筑面覆盖一层透明塑料膜，浇筑后3天拆模，并在实验室温度21-23℃下养护28天。
上述高性能β型工业副产建筑石膏复合材料的制备方法的原理在于：通过添加常用的水泥、粉煤灰、石灰等建筑材料，利用水泥、粉煤灰和石灰与建筑石膏之间的化学反应，在石膏晶体之间生成几乎不溶于水的C-S-H凝胶和钙钒石，石膏晶体之间的空隙被大量钙矾石填充，使建筑石膏基体内部更加致密，吸水率降低，力学性能获得较大幅度。
有益效果：
与现有技术相比，本申请具有以下优势：
1.由于现有β型工业副产建筑石膏存在强度低，耐水性差的缺点，严重限制了工业副产石膏的广泛应用，本发明是通过在β型工业副产建筑石膏中添加水泥，粉煤灰和石灰等掺合料，利用三者之间的共同作用，对石膏晶体在结构上重塑，同时，为维持改性石后膏基体还具备良好的保温隔热等特性，对水泥、粉煤灰和石灰的使用量进行了限制。
2.与现有β型工业副产建筑石膏产品相比，本发明高性能β型工业副产建筑石膏改性基体的抗压强度＞15MPa，抗折强度＞5MPa，吸水率＜30％，拓展度＞230mm，能够具有良好的力学性能和工作性能。
3.本发明利用β型工业副产建筑石膏粉作为原材料，对其进行基体性能改性，拓展了石膏在建筑领域的应用，提升建筑石膏强度和耐水性，具有环保绿色可持续、应用前景广泛的特点。
4.本发明高性能β型工业副产建筑石膏复合材料的吸水率可以降低至30％以下。
5.与现有建筑石膏相比，本发明的高性能β建筑石膏复合材料抗压强度提升了69.6％-81％，抗折强度提升了50％-62.6％，吸水率降低了18.3％-20.6％。
6.本发明利用工业副产石膏作为原料，具有绿色可持续，价格低，制备方法简便，可以适用于大规模的工业建筑使用。
具体实施方式
为使发明要解决的技术问题、实施方案和优点更为清晰，下面结合具体实施例对本发明及逆行详细描述。需要注意的是，实施例仅为本发明中的优选实施方式，并不是对本发明范围的限定。
实施例中所采用的各种原材料如果非特指，均为众所周知的，市场在售建筑材料。
实施例1：
一种高性能β型工业副产建筑石膏复合材料，按照β型工业副产建筑半水石膏粉550份，水泥100份，粉煤灰200份，石灰150份，缓凝剂1份，水500份的质量份数比配制而成。采用的β型工业副产建筑石膏复合材料制品的抗压强度、抗折强度、凝结时间、拓展度和吸水率性能都满足要求。
高性能β型工业副产建筑石膏复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将β型工业副产建筑半水石膏粉550份，水泥100份，粉煤灰200份，石灰150份，缓凝剂1份加入搅拌机，预搅拌3min，使各组分能够充分搅拌均匀；
第二步：将水500份，倒入搅拌机，先慢速搅拌2min，后快速搅拌3min；
第三步：待拌机结束搅拌，将浆体倒入模具之中，并振捣1min，模具用塑料膜覆盖，3d后拆模，并在室温下养护28d后，最终获得相关产品。
获得产品的性能测试结果如表1所示；
实施例2：
一种高性能β型工业副产建筑石膏复合材料，按照β型工业副产建筑半水石膏粉600份，水泥150份，粉煤灰150份，石灰150份，缓凝剂1.5份，水550份的质量份数比配制而成。采用的β型工业副产建筑石膏复合材料制品的抗压强度、抗折强度、凝结时间、拓展度和吸水率性能都满足要求。
高性能β型工业副产建筑石膏复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将β型工业副产建筑半水石膏粉600份，水泥150份，粉煤灰150份，石灰150份，缓凝剂1.5份加入搅拌机，预搅拌3min，使各组分能够充分搅拌均匀；
第二步：将水550份，倒入搅拌机，先慢速搅拌2min，后快速搅拌3min；
第三步：待拌机结束搅拌，将浆体倒入模具之中，并振捣1min，模具用塑料膜覆盖，3d后拆模，并在室温下养护28d后，最终获得相关产品。
获得产品的性能测试结果如表1所示；
实施例3
一种高性能β型工业副产建筑石膏复合材料，按照β型工业副产建筑半水石膏粉550份，水泥200份，粉煤灰100份，石灰150份，缓凝剂1.5份，水550份的质量份数比配制而成。采用的β型工业副产建筑石膏复合材料制品的抗压强度、抗折强度、凝结时间、拓展度和吸水率性能都满足要求。
一种高性能β型工业副产建筑石膏复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将β型工业副产建筑半水石膏粉550份，水泥200份，粉煤灰100份，石灰150份，缓凝剂1.5份加入搅拌机，预搅拌3min，使各组分能够充分搅拌均匀；
第二步：将水550份，倒入搅拌机，先慢速搅拌2min，后快速搅拌3min；
第三步：待拌机结束搅拌，将浆体倒入模具之中，并振捣1min，模具用塑料膜覆盖，3d后拆模，并在室温下养护28d后，最终获得相关产品。
获得产品的性能测试结果如表1所示；
对比例1
本例为普通建筑石膏材料，按照β型工业副产建筑半水石膏粉1000份，缓凝剂1份，水500份的重量份配制而成。所配置的β型工业副产建筑石膏材料性能测试结果见表1。采用的β型工业副产建筑石膏材料制品的强度较低，工作性能较差。
普通石膏材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将β型工业副产建筑半水石膏粉1000份，缓凝剂1份加入搅拌机，预搅拌3min，使各组分能够充分搅拌均匀；
第二步：将水500份，倒入搅拌机，先慢速搅2min，后快速搅拌3min；
第三步：待拌机结束搅拌，将浆体倒入模具之中，并振捣1min，模具用塑料膜覆盖，3d后拆模，并在室温下养护28d后，最终获得相关产品。
获得产品的性能测试结果如表1所示；
本发明对比例1中的抗压强度9.74MPa，抗折强度3.64MPa，凝结时间55min，拓展度＞300mm，吸水率34.89％，虽然流动性好，但是抗压强度、抗折强度较低，吸水率较高。
表1实施例及对比例测试结果
Figure BDA0003864014090000061
本发明公开和提出的技术方案已通过实例进行了描述，但本专利的保护范围并不局限于此。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利内容的前提下，根据本专利的技术方案及其专利构思做出若干改进和润饰是显而易见的，这些改进和润饰被视为本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种高性能β型工业副产建筑石膏复合材料，其特征在于，按质量份数配比如下：β型工业副产建筑石膏粉500-600份，水泥100-200份，粉煤灰100-200份，石灰100-200份，缓凝剂1-2份，水500-600份。
2.根据权利要求1所述的高性能β型工业副产建筑石膏复合材料，其特征在于，所述β型工业副产建筑石膏粉为β型工业副产建筑半水石膏粉，所述β型工业副产建筑半水石膏粉，初疑时间为5min30s，终凝时间为7min40s，2h抗压强度7.0MPa，2h抗折强度3.2MPa，细度0.2mm方孔筛≤10%。
3.根据权利要求1所述的高性能β型工业副产建筑石膏复合材料，其特征在于，按质量份数配比所述水泥、粉煤和石灰三者总量＜500份。
4.根据权利要求1所述的高性能β型工业副产建筑石膏复合材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，所述水泥的28天抗压强度≥42.5MPa，28天抗折强度≥6.5MPa，比表面积≥300m2/kg，水泥与β型工业副产建筑石膏粉晶体发生反应，生成不溶于水的钙钒石物质，增加基体强度。
5.根据权利要求1所述的高性能β型工业副产建筑石膏复合材料，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰，其导热系数为≤0.25W/(m•K)，密度≤2.3g/cm3，比表面积≥300m2/kg，粉煤灰在碱性环境下与β型工业副产建筑石膏粉晶体发生反应，生成不溶于水的钙钒石物质，增加基体强度。
6.根据权利要求1所述的高性能β型工业副产建筑石膏复合材料，其特征在于，所述石灰为氧化钙CaO，其相对分子量56.08，其氧化钙含量≥98%，烧失量＜2%，石灰在为水泥、粉煤灰与β型工业副产建筑石膏粉晶体之间反应提供碱性环境，加快水化过程。
7.根据权利要求1所述的高性能β型工业副产建筑石膏复合材料，其特征在于，所述缓凝剂为柠檬酸C6H8O7·H2O，其相对分子量210.14，含量≥99.5%，柠檬酸的加入延长β型工业副产建筑石膏基体的凝结时间。
8.一种权利要求1-7任一所述高性能β型工业副产建筑石膏复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
第一步：将β型工业副产建筑石膏粉、水泥、粉煤灰、石灰和缓凝剂按照重量份数加入到搅拌机中，预搅拌3min，使各组分能够充分搅拌均匀；
第二步：将水倒入搅拌机，先慢速搅拌2min，后快速搅拌3min；
第三步：拌机结束搅拌，将浆体其倒入模具之中，并振捣1min，并在空气中养护3d后，进行拆模，最终获得相关产品。
9.根据权利要求8所述的高性能β型工业副产建筑石膏复合材料的制备方法，其特征在于，所述预搅拌转速为140-150 r/min，所述慢速搅拌转速为140-150 r/min，快速搅拌的转速为280-300r/min。
10.根据权利要求8所述的高性能β型工业副产建筑石膏复合材料的制备方法，其特征在于，所述模具浇筑面覆盖一层透明塑料膜，浇筑后3天拆模，并在实验室温度21-23℃下养护28天。
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