CN115872717A - 一种低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆及其制备方法 - Google Patents
一种低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆及其制备方法。所述磷石膏基自流平保温砂浆包括以下质量份数的原料：磷石膏80‑90份、水泥2‑10份、重钙3‑10份、镁尾矿砂20‑40份、玻化微珠8‑30份、胶膜醋酸杆菌0.05‑0.1份、果汁0.2‑0.4份、醋酸钠0.05‑0.1份、保水剂0.01‑0.06份、稳定剂0.03‑0.07份、缓凝剂0.1‑0.2份、消泡剂0.04‑0.08份、减水剂0.2‑0.4份、引气剂0.005‑0.012份、水40‑60份。本发明磷石膏基自流平保温砂浆具有优异的耐水、抗冻和保温性能，尤其适合北方地区及低温环境下使用，且综合成本较传统工艺有较大优势。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆及其制备方法。
背景技术
自流平砂浆是一种特殊的砂浆，它由凝胶材料、骨料及外加剂等组成，具有良好的流动性及稳定性，施工速度快，被广泛地应用于各种大型领域，如学校、医院、工厂、办公楼等地面找平施工。自流平砂浆根据胶凝材料的不同，可分为水泥基和石膏基两大类，其中，石膏基自流平砂浆由于具有质量轻、凝结硬化快、稳定性好等优势，被认为是更具前景的建筑材料。
目前石膏基自流平砂浆面临的主要问题，一是受生产成本的限制。现有技术中，石膏基自流平砂浆多以高强石膏来制备，为降低成本，近年来相关企业也开始尝试利用脱硫石膏等工业副产石膏代替高强石膏，但随着脱硫石膏应用领域的拓展，致使其资源也开始紧缺。磷石膏是磷酸生产过程中产生的一种工业副产石膏，其产生量在快速增加，但未能找到有效利用途径，若将其用于制备自流平砂浆，不仅可以解决其综合利用的难题，还能降低砂浆的生产成本。此外，现有石膏基自流平砂浆多以石英砂作为填料，且对石英砂的品质要求较高，增加了生产成本。镁尾矿砂是镁矿在提纯过程中废弃的矿渣，利用途径较少，不仅占用土地还容易给附近的水源和空气带来污染。若能用镁尾矿砂替代石英砂，则可以进一步降低生产成本，在经济性方面更具竞争力。
石膏基自流平砂浆面临的另一主要问题是耐水和抗冻性能差。遇水软化是制约其广泛应用的一大痛点，常用的做法是通过提高水泥掺量抑或添加有机硅防水，但前者会导致石膏基自流平保温砂浆极易开裂，后者价格昂贵应用有限，因此提高其耐水性能是亟待解决的关键问题。另外在北方寒冷地区使用时极易受冻从而影响表观质量，因此往往仅浇筑于地面找平层，难以在面层使用，这些都是限制石膏基自流平砂浆应用的重要因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆及其制备方法，该磷石膏基自流平保温砂浆具有优异的耐水、抗冻和保温性能，尤其适合北方地区及低温环境下使用，且综合成本较传统工艺有较大优势。
为解决本发明所提出的技术问题，本发明提供一种低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆，包括以下质量份数的原料：磷石膏80-90份、水泥2-10份、重钙3-10份、镁尾矿砂20-40份、玻化微珠8-30份、胶膜醋酸杆菌0.05-0.1份、果汁0.2-0.4份、醋酸钠0.05-0.1份、保水剂0.01-0.06份、稳定剂0.03-0.07份、缓凝剂0.1-0.2份、消泡剂0.04-0.08份、减水剂0.2-0.4份、引气剂0.005-0.012份、水40-60份。
上述方案中，所述磷石膏的pH为2-4，粒径为20-40μm。
上述方案中，所述水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。
上述方案中，所述重钙的碳酸钙含量≥98.5％，粒径为300-400目。
上述方案中，所述镁尾矿砂的主要成分为MgO、CaO、SiO2，其中MgO含量为45-55％，CaO含量为30-35％，SiO2含量为5-10％，可溶物含量≤0.15％，粒径为50-400μm。
上述方案中，所述玻化微珠的粒径为50-70目，堆积密度为140-148kg/m3，导热系数为0.06-0.07W/(m·K)，体积吸水率为24-26％。
上述方案中，所述胶膜醋酸杆菌的菌体大小为1-2μm。
上述方案中，所述果汁的含糖量为8-10％，pH为5-6。
上述方案中，所述保水剂为纤维素醚，含水率4-4.5％，粘度为1000-1050Pa·s。
上述方案中，所述稳定剂为Starvis 3003F、EL0002、TAB-2、T-386中的一种。
上述方案中，所述缓凝剂为降解聚酰胺钙盐。
上述方案中，所述消泡剂为P803、A240、DEE FO 1015、BYK-012中的一种，pH为5-7。
上述方案中，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率28-30％。
上述方案中，所述引气剂为AE-80、EMAL 10G-3、ZS-109A、TEGO XP 22076中的一种，pH为6-8。
本发明还提供一种低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆的制备方法，包括以下步骤：
1)将磷石膏、水泥、重钙混合后搅拌均匀，再加入镁尾矿砂后搅拌均匀，得到干拌料；
2)将减水剂、消泡剂、稳定剂、缓凝剂、引气剂和总用水量一半的水混合后搅拌均匀，得到混合液A；
3)将胶膜醋酸杆菌、果汁和剩余的水混合后搅拌均匀，得到混合液B；
4)向干拌料中先依次加入混合液A和保水剂，慢速搅拌混合，再依次加入混合液B和醋酸钠，先慢速搅拌再快速搅拌混合，最后加入玻化微珠，先慢速搅拌再快速搅拌混合，得到低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆。
上述方案中，所述慢速搅拌的搅拌速率为40-50r/min，所述快速搅拌的搅拌速率为80-120r/min。
上述方案中，所述保水剂加入后，慢速搅拌2-3min。
上述方案中，所述醋酸钠加入后，先慢速搅拌3-4min，再快速搅拌1-2min。
上述方案中，所述玻化微珠加入后，先慢速搅拌1-2min，再快速搅拌4-5min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明在磷石膏基自流平砂浆中引入胶膜醋酸杆菌，并为其提供酸性适宜环境供其生长，随着其生长繁殖，形成链并互相连结成膜，在液面上可形成一层具有一定韧性和粘性的皮革状纤维素厚膜，由于纤维素分子结构具有疏水性，因此可大幅提升砂浆的耐水性能；醋酸钠的掺入可降低磷石膏浆体冰点，防止水分在低温下结冰，配合减水剂与引气剂复合使用后可提升防冻效果；玻化微珠具有优良的保温性能，掺入后可大幅提高砂浆的保温性能；通过以上配合作用，能够使砂浆同时具有优异的耐水、抗冻和保温性能，尤其适合北方地区及低温环境下使用。
2)本发明通过对磷石膏和镁尾矿砂的利用，一方面解决了这两类工业固体废物堆存造成的环境污染问题，对工业固体废弃物的利用具有促进作用，另一方面制备的磷石膏基自流平保温砂浆成本明显降低，在经济性方面更具竞争力。
3)本发明磷石膏基自流平保温砂浆可代替传统工艺中底层绝热层和现浇保温层及水泥砂浆层，大幅度地缩短施工周期，且成活面平整度高、表观致密光滑，耐水性能优异，保温抗冻性优良，综合成本较传统工艺有较大优势。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，磷石膏呈灰白色粉末状，粒径为25μm，pH为3.2，标稠用水量64％；水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥；重钙的碳酸钙含量为99.4％，粒径为400目；镁尾矿砂的MgO含量为52％，CaO含量为34％，SiO2含量为10％，可溶物含量为0.12％，粒径为218μm；玻化微珠的粒径为65目，堆积密度为148kg/m3，导热系数为0.063W/(m·K)，体积吸水率为25.8％；果汁为工业废弃苹果汁，含糖量为8.6％，pH为5.2；保水剂为纤维素醚，含水率4.5％，粘度为1050Pa·s；稳定剂为巴斯夫Starvis 3003F稳定剂，呈淡黄色粉末状；缓凝剂为意大利PLASTER RETARDER PE缓凝剂，呈黄色粉末状，成分为降解聚酰胺钙盐；消泡剂为德国明凌化工P803，呈乳白色粉末状，主要化学组成为矿物油及聚乙二醇，pH为6.1；减水剂为聚羧酸高性能减水剂，白色粉末，减水率29.7％；引气剂为科莱恩AE-80，液态状，黏度937cps，pH为6.5。
以下实施例中，所用的胶膜醋酸杆菌的获得方法是：称取葡萄糖1g，酵母膏0.8g，碳酸钙1.6g，琼脂2.5g，95％浓度酒精2mL，水100mL。先将碳酸钙装于200mL洁净三角瓶中在160℃下进行干热灭菌2h，再将葡萄糖、酵母膏以及100mL水混合加热溶解后加入，然后加入琼脂烧开溶解并在120℃下灭菌30min，最后加入95％浓度酒精混合均匀，将混合液无菌分装至10支经过干热灭菌的14*150mm试管中摇匀，然后在30℃下培养48h，得到菌体大小为1-2μm的胶膜醋酸杆菌种。
实施例1-4
实施例1-4中，低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆的原料组成见表1。
表1
实施例1-4中，低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆的制备方法，包括以下步骤，其主要参数见表2：
1)将磷石膏、水泥、重钙混合后搅拌均匀，再加入镁尾矿砂后搅拌均匀，得到干拌料；
2)将减水剂、消泡剂、稳定剂、缓凝剂、引气剂和总用水量一半的水混合后搅拌均匀，得到混合液A；
3)将胶膜醋酸杆菌、果汁和剩余的水混合后搅拌均匀，得到混合液B；
4)向干拌料中先依次加入混合液A和保水剂，慢速搅拌混合，再依次加入混合液B和醋酸钠，先慢速搅拌再快速搅拌混合，最后加入玻化微珠，先慢速搅拌再快速搅拌混合，得到低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆。
表2
对比例1
对比例1与实施例2的不同之处在于：将镁尾矿砂替换为石英砂，且不添加胶膜醋酸杆菌、果汁、醋酸钠。
对比例2
对比例2与实施例2的不同之处在于：不添加胶膜醋酸杆菌、果汁。
对比例3
对比例3与实施例2的不同之处在于：不添加胶膜醋酸杆菌、果汁、醋酸钠、玻化微珠。
对实施例2和对比例1-3的砂浆的性能进行测试，参考JC/T 1023-2021《石膏自流平砂浆》测试抗折强度和抗压强度；参考JC/T 698-2010石膏砌块》测试软化系数，软化系数越高，耐水性越好；参考GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的慢冻法进行抗冻试验，测试冻融循环次数和抗冻等级，冻融循环次数越多，抗冻等级越高，抗冻性越好；参考JG/T 266-2011《泡沫混凝土》测试导热系数，导热系数越小，保温性能越好。结果见表3。
表3
| 测试指标 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 24h抗折强度(MPa) | 3.0 | 2.5 | 2.8 | 3.1 |
| 24h抗压强度(MPa) | 6.9 | 6.4 | 6.2 | 7.3 |
| 绝干抗折强度(MPa) | 7.2 | 6.6 | 6.8 | 7.7 |
| 绝干抗压强度(MPa) | 25.7 | 24.5 | 25.2 | 26.6 |
| 综合成本(含后期维护) | 82％ | 100％ | 98％ | 93％ |
| 软化系数 | 0.82 | 0.50 | 0.55 | 0.52 |
| 冻融循环次数/抗冻等级 | 88/D100 | 36/D50 | 78/D100 | 43/D50 |
| 导热系数(W/m·K) | 0.1936 | 0.2214 | 0.2168 | 0.2754 |
从表3可以看出，实施例2较对比例1的综合成本降低了18％，但其力学性能较对比例1(即传统石英砂石膏砂浆)相差不大，说明添加镁尾矿砂后在不损失力学性能的前提下降低了成本。对比例1、2、3的软化系数均在0.5左右，而实施例2软化系数达到了0.82，说明添加胶膜醋酸杆菌可以大大提高软化系数，增强耐水性能，再配合醋酸钠和玻化微珠的作用，能够使砂浆同时具有优异的耐水、抗冻和保温性能。
上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆，其特征在于，包括以下质量份数的原料：磷石膏80-90份、水泥2-10份、重钙3-10份、镁尾矿砂20-40份、玻化微珠8-30份、胶膜醋酸杆菌0.05-0.1份、果汁0.2-0.4份、醋酸钠0.05-0.1份、保水剂0.01-0.06份、稳定剂0.03-0.07份、缓凝剂0.1-0.2份、消泡剂0.04-0.08份、减水剂0.2-0.4份、引气剂0.005-0.012份、水40-60份。
2.根据权利要求1所述的低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆，其特征在于，所述镁尾矿砂的MgO含量为45-55％，CaO含量为30-35％，SiO2含量为5-10％，可溶物含量≤0.15％，粒径为50-400μm。
3.根据权利要求1所述的低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆，其特征在于，所述玻化微珠的粒径为50-70目，堆积密度为140-148kg/m3，导热系数为0.06-0.07W/(m·K)，体积吸水率为24-26％。
4.根据权利要求1所述的低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆，其特征在于，所述胶膜醋酸杆菌的菌体大小为1-2μm；所述果汁的含糖量为8-10％，pH为5-6。
5.根据权利要求1所述的低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆，其特征在于，所述磷石膏的pH为2-4，粒径为20-40μm；所述水泥为强度等级42.5的普通硅酸盐水泥；所述重钙的碳酸钙含量≥98.5％，粒径为300-400目。
6.根据权利要求1所述的低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆，其特征在于，所述保水剂为纤维素醚，含水率4-4.5％，粘度为1000-1050Pa·s；所述缓凝剂为降解聚酰胺钙盐；所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率28-30％。
7.根据权利要求1所述的低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆，其特征在于，所述稳定剂为Starvis 3003F、EL0002、TAB-2、T-386中的一种；所述消泡剂为P803、A240、DEE FO1015、BYK-012中的一种，pH为5-7；所述引气剂为AE-80、EMAL 10G-3、ZS-109A、TEGO XP22076中的一种，pH为6-8。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将磷石膏、水泥、重钙混合后搅拌均匀，再加入镁尾矿砂后搅拌均匀，得到干拌料；
2)将减水剂、消泡剂、稳定剂、缓凝剂、引气剂和总用水量一半的水混合后搅拌均匀，得到混合液A；
3)将胶膜醋酸杆菌、果汁和剩余的水混合后搅拌均匀，得到混合液B；
4)向干拌料中先依次加入混合液A和保水剂，慢速搅拌混合，再依次加入混合液B和醋酸钠，先慢速搅拌再快速搅拌混合，最后加入玻化微珠，先慢速搅拌再快速搅拌混合，得到低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆。
9.根据权利要求8所述的低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆的制备方法，其特征在于，所述慢速搅拌的搅拌速率为40-50r/min，所述快速搅拌的搅拌速率为80-120r/min。
10.根据权利要求8所述的低成本耐水抗冻磷石膏基自流平保温砂浆的制备方法，其特征在于，所述保水剂加入后，慢速搅拌2-3min；所述醋酸钠加入后，先慢速搅拌3-4min，再快速搅拌1-2min；所述玻化微珠加入后，先慢速搅拌1-2min，再快速搅拌4-5min。
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