CN116217109B - 一种人工彩砂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种人工彩砂及其制备方法。本发明以高钛矿渣和钢渣复配作为骨料，再辅以胶凝剂、粘结剂、增稠剂、减水剂和水制备的彩砂，不仅具有高耐磨性，还具有高抗压性能、高抗冻性能；而且本发明的彩砂制备方法简单，不需要结构复杂的生产设备，并且采用常温干燥，能耗低，经济效益好，满足生产的需要。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种人工彩砂及其制备方法。
背景技术
我国是涂料生产和消费大国，建筑涂料占整个涂料工业的总产量的近50％。而针对外墙面装饰来看，各类仿石涂料是目前行业内的主导产品，特别是真石漆，在中国得到大力的推广与应用，近年来发展仍然迅速，现已成为国内外墙建筑涂料中产量最大的品种之一。
真石漆主要由乳液、助剂、天然彩砂组成，彩砂占整个产品体系70％(质量分数)以上，天然彩砂是由各种花岗岩或大理石天然矿石经精选、破碎、粉碎、分级、混砂、包装等多道工序加工而成的颗粒或粉末状产品，可用于建筑装修、水磨石骨料、真石漆、彩砂涂料、地面涂料等领域，具有无毒、无味、防腐、坚硬耐磨等特点，近几年由于不断的开采与使用，天然彩砂的资源消耗较大，彩砂的颜色与品质出现波动较大的现象。所以，一些涂料企业便开始使用人工彩砂制造真石漆。
当人工彩砂应用于真石漆中时，由于需要将不同颜色的彩砂，混合搅拌以配成所需颜色时，颜料易脱落，使得整个搅拌料的颜色被污染，不能正常应用。因此，人工彩砂的耐磨性问题没有得到很好地解决，限制了人工彩砂的快速发展。
发明内容
有鉴于此，针对现有制备的人工彩砂耐磨性差的技术问题，本发明提供了一种具有高耐磨性的人工彩砂及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种人工彩砂，由骨料、胶凝剂、粘结剂、增稠剂、减水剂和水组成。
进一步，所述的骨料为复配矿渣颗粒。
进一步，所述的胶凝剂由粉煤灰、复配矿渣微粉、水泥复合物、无机色粉和水性环氧树脂组成。
优选的，粘结剂选自可再分散乳胶粉；减水剂选自萘系减水剂；增稠剂选自羟丙基甲基纤维素醚。
优选的，水泥复合物由水泥和废弃瓷砖粉混合而成。
优选的，复配矿渣颗粒制备步骤为：
ⅰ、将高钛矿渣、钢渣经烘干、破碎后，分别加入三乙醇胺磨粉，过筛，分别得到高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒；
ⅱ、将高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒混合置于甲基硅酸钾溶液中，浸泡后捞出，风干,即得复配矿渣颗粒。
优选的，高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒重量比为15-20:5-20。
优选的，甲基硅酸钾溶液浓度为1-4wt％。
优选的，浸泡时间为10-12h。
优选的，风干时间5-7h。
优选的，三乙醇胺浓度为0.5-1％。
优选的，高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒粒度为10-20目。
优选的，所述人工彩砂，按重量份数计：由70-80份骨料、20-24份胶凝剂、0.5-1份粘结剂、0.01-0.05份增稠剂、0.5-0.7份减水剂和3-7份水组成。
优选的，胶凝剂由超细粉煤灰、复配矿渣微粉、水泥复合物、无机色粉和水性环氧树脂按重量比6:6:8:4:4-6。
优选的，水泥复合物由水泥和废弃瓷砖粉按重量比5-10:1-5混合而成。
进一步，所述的人工彩砂制备方法为：按重量份数，将骨料和水混合均匀制成表面湿润的骨料，然后依次和胶凝剂、粘结剂、增稠剂、减水剂混合置于包衣机中对骨料进行包裹，包裹完成后，置于密封袋中，并放入养护箱中热养护后即得人工彩砂成品。
优选的，包衣机转速控制在50-60r/min，包裹时间15-20min。
优选的，养护箱温度控制在50-70℃，养护时间为5-7d。
优选的，以胶凝剂质量计，水的添加量为15-20％。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种人工彩砂及其制备方法。
1、本发明公开的技术方案一方面解决了因天然彩砂矿源越来越少、远远不能满足生产需要的问题，另一方面解决了现有技术制备的彩砂耐磨性较差的技术问题。本发明以高钛矿渣和钢渣复配作为骨料，再辅以胶凝剂、粘结剂、增稠剂、减水剂和水制备的彩砂，不仅具有高耐磨性，还具有高抗压性能、高抗冻性能；而且本发明的彩砂制备方法简单，不需要结构复杂的生产设备，并且采用常温干燥，能耗低，经济效益好，满足生产的需要。
2、现有技术中，仅将钢渣作为骨料，虽然钢渣具有高强、高耐磨性和高抗压性能，但是钢渣作为骨料时添加进入彩砂制备的反应体系中，分散性较差，不能均匀的在彩砂中分散，从而造成彩砂稳定性变差，进而使得彩砂的耐磨性反而降低。本发明技术方案中本发明采用高钛矿渣和钢渣复配作为骨料，相互弥补不足，保证了彩砂的高耐磨性能和高抗压性能的同时保证了彩砂的稳定性和适宜的流动性。
3、本发明技术方案在制备胶凝剂时采用无机胶凝剂和有机胶凝剂相复合的模式，与传统添加水泥相比，本发明采用的是掺入了废弃瓷砖粉的水泥，通过试验得到，掺入了废弃瓷砖粉的水泥时制备的彩砂磨损率和压碎值降至1.50％和2.92％，与单一使用水泥时制备的彩砂时磨损率和压碎值分别下降了0.75％和1.26％，废弃瓷砖粉的掺入一方面不仅增强了彩砂的密实度，提高了彩砂的耐磨性和抗压性能，另一方面使得废弃资源得到重新利用的同时降低了水泥的用量，具有显著的环境效益和经济效益。
4、在制备胶凝剂时，传统采用的为普通粉煤灰，本发明技术方案采用的超细粉煤灰，相比于普通粉煤灰，本发明的超细粉煤灰颗粒比表面积增大、表面自由能提高进一步能够有效的提高材料的胶凝性，更加有利于无机胶凝材料对钢渣的包裹，可以使彩砂表面变得更加致密，提高人工彩砂的性能，而且本发明采用了萘系减水剂，萘系减水剂增加了超细粉煤灰颗粒在胶凝系统中的分散性，使得胶凝剂具有一定的流动度和增加了胶凝剂的黏度，提升了胶凝剂和骨料之间的黏合作用，更进一步的提升了才晒的耐磨性和抗压性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例1公开了一种人工彩砂，按重量份数计：按重量份数计：由70份骨料、20份胶凝剂、0.5份可再分散乳胶粉、0.01份羟丙基甲基纤维素醚、0.5份萘系减水剂和3份水组成；其中，骨料为复配矿渣颗粒；胶凝剂由超细粉煤灰、复配矿渣微粉、水泥复合物、无机色粉和水性环氧树脂按重量比6:6:8:4:4混合而成；其中，水泥复合物由水泥和废弃瓷砖粉按重量比5:1混合而成。
所述复配矿渣颗粒制备步骤为：
ⅰ、将高钛矿渣、钢渣经烘干、破碎后，分别加入0.5％的三乙醇胺磨粉，过10目的筛，分别得到高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒；
ⅱ、将高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒按重量比15:5比例混合置于1wt％甲基硅酸钾溶液中，浸泡10h捞出，风干5h,即得复配矿渣颗粒。
上述人工彩砂制备方法为：按重量份数，将骨料和胶凝剂质量15％的水混合均匀制成表面湿润的骨料，然后依次和胶凝剂、可再分散乳胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、萘系减水剂混合置于包衣机中对骨料进行包裹，包衣机转速控制在50r/min，包裹时间20min，包裹完成后，置于密封袋中，并放入50℃养护箱中热养护7d即得人工彩砂成品。
本实施例2本发明实施例1公开了一种人工彩砂，按重量份数计：按重量份数计：由80份骨料、24份胶凝剂、1份可再分散乳胶粉、0.05份羟丙基甲基纤维素醚、0.7份萘系减水剂和7份水组成；其中，骨料为复配矿渣颗粒；胶凝剂由超细粉煤灰、复配矿渣微粉、水泥复合物、无机色粉和水性环氧树脂按重量比6:6:8:4:6混合而成；水泥复合物由水泥和废弃瓷砖粉按重量比10:5混合而成。
所述复配矿渣颗粒制备步骤为：
ⅰ、将高钛矿渣、钢渣经烘干、破碎后，分别加入1％的三乙醇胺磨粉，过20目的筛，分别得到高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒；
ⅱ、将高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒按重量比20:10比例混合置于4wt％甲基硅酸钾溶液中，浸泡12h捞出，风干7h,即得复配矿渣颗粒。
上述人工彩砂制备方法为：按重量份数，将骨料和胶凝剂质量20％的水混合均匀制成表面湿润的骨料，然后依次和胶凝剂、可再分散乳胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、萘系减水剂混合置于包衣机中对骨料进行包裹，包衣机转速控制在60r/min，包裹时间15min，包裹完成后，置于密封袋中，并放入70℃养护箱中热养护5d即得人工彩砂成品。
本实施例3本发明实施例1公开了一种人工彩砂，按重量份数计：按重量份数计：由75份骨料、22份胶凝剂、0.8份可再分散乳胶粉、0.03份羟丙基甲基纤维素醚、0.6份萘系减水剂和5份水组成；其中，骨料为复配矿渣颗粒；胶凝剂由超细粉煤灰、复配矿渣微粉、水泥复合物、无机色粉和水性环氧树脂按重量比6:6:8:4:5混合而成；水泥复合物由水泥和废弃瓷砖粉按重量比9:4混合而成。
所述复配矿渣颗粒制备步骤为：
ⅰ、将高钛矿渣、钢渣经烘干、破碎后，分别加入0.8％的三乙醇胺磨粉，过15目的筛，分别得到高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒；
ⅱ、将高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒按重量比18:12比例混合置于3wt％甲基硅酸钾溶液中，浸泡11h捞出，风干6h,即得复配矿渣颗粒。
上述人工彩砂制备方法为：按重量份数，将骨料和胶凝剂质量18％的水混合均匀制成表面湿润的骨料，然后依次和胶凝剂、可再分散乳胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、萘系减水剂混合置于包衣机中对骨料进行包裹，包衣机转速控制在55r/min，包裹时间18min，包裹完成后，置于密封袋中，并放入60℃养护箱中热养护6d即得人工彩砂成品。
对比例1
本实施例提供了一种人工彩砂及其制备方法，所述人工彩砂的组分参照实施例3中，区别在于：按重量份数计，所述骨料为75份高钛矿渣颗粒。
所述人工彩砂的制备方法与实施例3相同。
对比例2
本实施例提供了一种人工彩砂及其制备方法，所述人工彩砂的组分参照实施例3中，区别在于：按重量份数计，所述骨料为75份钢渣颗粒。所述人工彩砂的制备方法与实施例3相同。
对比例3
本实施例提供了一种人工彩砂及其制备方法，所述人工彩砂的组分参照实施例3中，区别在于：按重量份数计，所述骨料为75份复配矿渣颗粒，其中，高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒重量比为15:5。
所述人工彩砂的制备方法与实施例3相同。
对比例4
本实施例提供了一种人工彩砂及其制备方法，所述人工彩砂的组分参照实施例3中，区别在于：按重量份数计，所述骨料为75份复配矿渣颗粒，其中，高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒重量比为20:20。
所述人工彩砂的制备方法与实施例3相同。
对比例5
本实施例提供了一种人工彩砂及其制备方法，所述人工彩砂的组分参照实施例3中，区别在于：胶凝剂由超细粉煤灰、复配矿渣微粉、水泥、无机色粉和水性环氧树脂按重量比6:6:8:4:5混合而成。
所述人工彩砂的制备方法与实施例3相同。
对比例6
本实施例提供了一种人工彩砂及其制备方法，所述人工彩砂的组分参照实施例3中，区别在于：胶凝剂由超细粉煤灰、复配矿渣微粉、废弃瓷砖粉、无机色粉和水性环氧树脂按重量比6:6:8:4:5混合而成。
所述人工彩砂的制备方法与实施例3相同。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
试验例1
将本发明实施例1、实施例2和实施例3制备的人工彩砂分别进行抗压耐磨、以及抗冻性测试，测试结果见表1。
1、耐磨测试方法：分别称取实施例1、实施例2和实施例3制备的彩砂200g，烘干至恒重，放入500ml塑料烧杯中。在单相串激电动机下搅拌，搅拌速率300r/min，搅拌时间为10min，磨损介质为空气介质，彩砂磨损率β按式计算：
β＝(m前-m后)/m前×100％式中：m前、m后——彩砂磨损前后的质量，g。
2、抗压性能测试：分别称取实施例1、实施例2和实施例3制备的彩砂200g，分别装入套筒模具内，把装有试样的模具置于压力试验机中，开启压力试验机，按0.5kN/s速度均匀加荷至25kN并稳荷5s，然后卸荷。取下加压头，倒出试样，用10目(孔径2.00mm)方孔筛筛除被压碎的细粒，称量留在筛上的试样质量，精确至0.1g。计算压碎值为通过筛子的细粒质量与彩砂初始质量(200g)的比值百分数。
3、参照GB/T 50082─2009的标准，测定测定人工彩砂抗冻性能。
表1-不同实施例制备的人工彩砂性能测试
从表1的数据可知，本发明制备的人工彩砂磨损率在1.5％-1.81％之间，压碎值在2.92％-3.38％之间，冻融后的质量损失率在0.52％-0.64％之间。
试验例2
不同方法制备的彩砂对耐磨性的影响
分别取有机染色法制备的彩砂、高温陶化法制备的彩砂以及本发明实施例3制备的彩砂进行耐磨性测试，测试方法同试验例1一致，测试结果见表2。
表2-不同制备方法制备的彩砂耐磨性测试结果
| 彩砂种类 | 磨损率％ |
| 有机染色法彩砂 | 2.29％ |
| 高温陶化法彩砂 | 2.61％ |
| 本发明实施例3制备方法 | 1.50％ |
从表2数据明显看出，应用本发明制备方法制备的人工彩砂的耐磨性明显优于有机染色法制备的彩砂和高温陶化法制备的彩砂。
试验例3
不同骨料对彩砂耐磨性的影响
将对比例1、对比例2和实施例3制备的人工彩砂进行耐磨性的测试。测试方法同试验例1一致，测试结果见表3。
表3-不同骨料对彩砂耐磨性的测试结果
| 组别 | 磨损率％ |
| 对比例1 | 3.29％ |
| 对比例2 | 2.27％ |
| 实施例3 | 1.50％ |
由表3明显可以看出，与本发明应用复配矿渣颗粒作为骨料相比，单一的应用高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒所制备的彩砂，磨损率较高，由于，单一的应用高钛矿渣颗粒作为骨料时，由于高钛矿渣表面致密光滑，具有良好的易流效果，加入其他辅料制备的彩砂稳定性就变差，容易从附着物表面脱落，使得耐磨性变差。而单一应用钢渣颗粒作为骨料时，虽然钢渣颗粒具有高强、高硬、高耐磨的特性，但钢渣颗粒存在较多的片状、棒状颗粒，颗粒粒径尺寸相差较大，流动阻力增加，使得骨料在彩砂中的分散极不均，造成彩砂稳定性变差，从而使得耐磨性较差。而本发明实施例3将高钛矿渣和钢渣进行了复配作为骨料，二者配合互补缺点，钢渣颗粒的掺入使得高钛矿渣流动性变小，高钛矿渣的加入使得钢渣流动阻力降低，能够更好分散在彩砂中，使得彩砂具有一定的流动性的同时具有高强、稳定、高耐磨性，从而耐磨性增加。
试验例4
不同配比的复配矿渣对彩砂耐磨性的影响
将对比例3、对比例4和实施例3制备的人工彩砂进行耐磨性的测试。测试方法同试验例1一致，测试结果见表4。
表4-不同骨料对彩砂耐磨性的测试结果
| 组别 | 磨损率％ |
| 对比例3 | 2.26％ |
| 对比例4 | 2.21％ |
| 实施例3 | 1.50％ |
从表4数据明显可知，对比例3中高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒重量比为15:5(3:1)，磨损率达到了2.26％，对比例4中高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒重量比为20:20(1:1)，磨损率为2.21％，本发明实施例3中制备的彩砂磨损率仅为1.5％,这是因为，对比例3中钢渣掺入量为25％，掺入过少，不足以弥补高钛矿渣的缺点，还会使得骨料流动性过快，彩砂稳定性变差，从而耐磨性降低，而对比例4钢渣的掺入量达到了50％，相比于对比例3，钢渣掺入量增加，磨损率相比较有了提升，但是相比于本发明实施例3中比例为18:12的高钛矿渣和钢渣复配相比，耐磨性降低，是因为，对比例4中钢渣掺入过多，增大了彩砂的流动阻力值，使得骨料无法均为在彩砂中分散，从而造成彩砂稳定性差，进而耐磨性降低。
试验例5
不同胶凝剂对彩砂抗压性能和耐磨性的影响
将对比例5、对比例6和实施例3制备的人工彩砂进行耐磨性和抗压性能的测试。测试方法同试验例1一致，测试结果见表5。
表5-不同胶凝剂对彩砂抗压性能和耐磨性测试
| 组别 | 磨损率％ | 压碎值％ |
| 对比例5 | 2.25％ | 4.18％ |
| 对比例6 | 2.76％ | 4.59％ |
| 实施例3 | 1.50％ | 2.92％ |
从表5数据可知，对比例5中胶凝剂单一掺入水泥制备的彩砂磨损率和压碎值分别为2.25％和4.18％，对比例6中胶凝剂单一掺入废弃瓷砖粉制备的彩砂磨损率和压碎值分别为2.76％和4.59％，而本发明实施例3采用的胶凝剂采用由水泥和废弃瓷砖粉复合而成的水泥复合物制备的彩砂磨损率和压碎值仅为1.50％和2.92％。与对比例5单一掺入废弃瓷砖粉相比，对比例4单一掺入水泥制备的彩砂耐磨性和抗压性能有所提高，废弃瓷砖粉掺入时在在制备过程中遇到水会发生水化反应，形成大量的钙矾石进而使得耐磨性和抗压强度降低，而本发明实施例3使用水泥复合物，废弃瓷砖粉加入到水泥中，由于瓷砖粉中粒径小于水泥的颗粒起到晶核作用，促进了水泥熟料的水化生成硅酸钙凝胶，增强了胶凝剂和骨料的胶黏作用的同时增强了彩砂的密实度，从而提高了彩砂的耐磨性和抗压性能。
Claims (7)
1.一种人工彩砂，由骨料、胶凝剂、粘结剂、增稠剂、减水剂和水组成；其特征在于：所述的骨料为复配矿渣颗粒；所述的胶凝剂由粉煤灰、复配矿渣微粉、水泥复合物、无机色粉和水性环氧树脂组成；所述粘结剂选自可再分散乳胶粉；所述减水剂选自萘系减水剂；所述增稠剂选自羟丙基甲基纤维素醚；所述水泥复合物由水泥和废弃瓷砖粉混合而成；
所述复配矿渣颗粒制备步骤为：
ⅰ、将高钛矿渣、钢渣经烘干、破碎后，分别加入三乙醇胺磨粉，过筛，分别得到高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒；
ⅱ、将高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒混合置于甲基硅酸钾溶液中，浸泡后捞出，风干,即得复配矿渣颗粒；
所述人工彩砂按重量份数计：由70-80份骨料、20-24份胶凝剂、0.5-1份粘结剂、0.01-0.05份增稠剂、0.5-0.7份减水剂和3-7份水组成；
所述高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒重量比为15-20:10-12；所述高钛矿渣颗粒和钢渣颗粒粒度为10-20目；
所述人工彩砂的制备方法为：按重量份数，将骨料和水混合均匀制成表面湿润的骨料，然后依次和胶凝剂、粘结剂、增稠剂、减水剂混合置于包衣机中对骨料进行包裹，包裹完成后，置于密封袋中，并放入养护箱中热养护后即得人工彩砂成品。
2.根据权利要求1所述的一种人工彩砂，其特征在于：胶凝剂由超细粉煤灰、复配矿渣微粉、水泥复合物、无机色粉和水性环氧树脂按重量比6:6:8:4:4-6组成；所述水泥复合物由水泥和废弃瓷砖粉按重量比5-10:1-5混合而成。
3.根据权利要求1所述的一种人工彩砂，其特征在于：所述甲基硅酸钾溶液浓度为1-4wt％；所述三乙醇胺浓度为0.5-1％。
4.根据权利要求1所述的一种人工彩砂，其特征在于：复配矿渣颗粒制备步骤ⅱ中浸泡时间为10-12h；风干时间5-7h。
5.根据权利要求1所述的一种人工彩砂，其特征在于：所述包衣机转速控制在50-60r/min，包裹时间15-20min。
6.根据权利要求1所述的一种人工彩砂，其特征在于：养护箱温度控制在50-70℃，养护时间为5-7d。
7.根据权利要求1所述的一种人工彩砂，其特征在于：以胶凝剂质量计，水的添加量为15-20％。
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