CN116496058A - 一种高强耐水石膏基自流平砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出了一种高强耐水石膏基自流平砂浆及其制备方法，涉及建筑材料技术领域。一种高强耐水石膏基自流平砂浆，包括如下重量份的原料：磷石膏粉700‑950份、改性重钙粉50‑100份、水泥20‑80份、粉煤灰20‑80份、有机硅烷3‑5份、减水剂1‑3份、甲基纤维素0.3‑0.6份、消泡剂0.3‑0.8份、缓凝剂0.6‑1.5份和可再分散乳胶粉1‑5份。本申请的砂浆采用三维网状结构复合火山灰效应，可以大幅提升砂浆自身强度和耐水性，并且在不加砂的情况也能保证其产品性能优良。
Description
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，具体而言，涉及一种高强耐水石膏基自流平砂浆及其制备方法。
背景技术
磷石膏是湿法磷酸生产过程产生的固体副产物，每生产1吨五氧化二磷会产生4～5吨磷石膏，全国各地的磷石膏堆存总量已超过6亿吨，且每年以约5000万吨的速度在增长。现国内磷石膏平均利用率不足50％，磷石膏的大量堆存不仅占用土地资源，而且磷石膏中存在的磷、氟等杂质会随雨水冲刷进入土壤，从而对土壤和地下水造成污染。自流平石膏是自流平地面找平石膏的简称，又称为石膏基自流平砂浆，是由石膏材料、特种骨料及各种建筑化学添加剂在工厂精心配置、混合均匀而制得的一种专门用于地面找平的干粉砂浆。
近年来，建筑业对自流平砂浆需求很大，水泥基自流平砂浆对水泥的消耗大，带来了很大的环境和能源问题，石膏基自流平砂浆逐渐出现在人们的视野。石膏基自流平砂浆由于具有自动流平特性、完成面平整度高、施工便捷高效、与基面粘接牢固和不开裂空鼓等优势，正逐渐在地面找平工程中大量推广，但由于自流平砂浆本身的水泥灰色及较差的耐磨性能，使其在大部分工程中只能作为垫层使用，施工后还需要在其表面铺设瓷砖或者其他饰面材料，施工工艺复杂、周期长、成本高。同时，石膏基自流平砂浆特有的干燥收缩小、保温隔热性能好和自动调节室内干湿度等优异性能，其非常适合作为自流平材料用于室内找平。基层对水泥基自流平的影响很大，如基层平整度、表面强度和龄期等。现有的技术中，大部分以纯建筑石膏粉作为胶凝材料的石膏基自流平需要加入优质河砂或石英砂作为骨料，以保证产品性能，在加大成本与原料开采难度的同时，其强度和耐水性仍然不够理想，长时间使用下会出现裂缝的情况，而长期受水浸泡或受流水侵蚀情况下或出现强度裂化、溶蚀等现象。一般的防水剂在使用时会直接加入其它原料中共同搅拌，由于防水剂的憎水特征，会造成防水剂成分的不均匀分布，大多数情况下只能实现砂浆的表面防水。
故而，急需一种强度高且耐水性好的自流平砂浆来解决上述问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种高强耐水石膏基自流平砂浆，此高强耐水石膏基自流平砂浆具有强度高且耐水性好的优点。
本申请的另一目的在于提供一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，以制备此高强耐水石膏基自流平砂浆。
为解决上述问题，本发明采用的技术方法为：
一方面，本申请实施例提供一种高强耐水石膏基自流平砂浆，包括如下重量份的原料：磷石膏粉700-950份、改性重钙粉50-100份、水泥20-80份、粉煤灰20-80份、有机硅烷3-5份、减水剂1-3份、甲基纤维素0.3-0.6份、消泡剂0.3-0.8份、缓凝剂0.6-1.5份和可再分散乳胶粉1-5份。
另一方面，本申请实施例提供一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，包括如下步骤：
将重钙粉破碎，再与防水剂和聚乙烯醇混合，球磨之后，得到改性重钙粉；
将改性重钙粉和剩余原料混合均匀后，得到高强耐水石膏基自流平砂浆。
相对于现有技术，本申请的发明至少具有如下优点或有益效果：
本申请通过合理的配比，使得到的石膏基自流平砂浆具有优秀的强度和耐水性，还具有较好的使用耐久性，能够适应室内外多种环境施工，且原料价格低廉，能够降低石膏基自流平砂浆的成本。
具体的，通过对重钙粉进行改性，将防水剂负载到颗粒表面，赋予其良好的憎水性能。在自流平砂浆中掺入改性重钙粉，一方面可以使得砂浆的水化反应加快，促使碳铝酸盐形成，进而改善砂浆的微孔结构，使得砂浆局部生成大颗粒晶体，增强砂浆强度和抗压性能；另一方面，颗粒表面负载的憎水剂随着重钙粉的分散被均匀分布于自流平砂浆体系中，有效提升砂浆的防水性能，克服了直接掺入防水剂引起的不均匀性防水问题，该方法可以有效实现自流平砂浆的截面防水。通过加入磷石膏，可以提高对磷石膏的资源化利用；通过加入水泥，可以优化其孔结构，提高密实度，改善施工性能。此外，水泥在水化时，会产生大量的水化产物，而这些水化产物会填充到磷石膏粉内部空隙中，提高力学性能的同时，还能改善耐水性能；粉煤灰可以与水泥水化时产生的氢氧化钙发生化学反应(即火山灰效应)，生成水化硅酸钙凝胶，可以增加其强度、耐久性和耐水性。有机硅烷的添加能够提高砂浆的耐水性能；减水剂的使用可以提高砂浆中颗粒的分散效果，降低用水量，使得颗粒间的分散紧凑，提高砂浆结构的紧密度，从而提高砂浆的力学性能；甲基纤维素的添加，可以提高砂浆的抗裂性能和粘接强度；缓凝剂的使用能够提升砂浆的施工时间；可再分散乳胶粉掺入石膏基自流平砂浆中，胶粉在石膏基自流平砂浆中形成丝状连接，在二水石膏晶体与填料，晶体与晶体之间形成有机架桥，二水石膏晶体上形成有机膜，将二水石膏晶体之间的搭接部位包裹和连接，从而增加了石膏基自流平砂浆的内聚力和粘结力，提高了石膏基自流平砂浆的强度和耐水性。
综合来说，本申请的砂浆采用三维网状结构复合火山灰效应，可以大幅提升砂浆自身强度和耐水性，并且在不加砂的情况也能保证产品性能优良。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例3(左)和对比例1(右)的砂浆防水性测试结果图；
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本申请。
本申请实施例提供一种高强耐水石膏基自流平砂浆，包括如下重量份的原料：磷石膏粉700-950份、改性重钙粉50-100份、水泥20-80份、粉煤灰20-80份、有机硅烷3-5份、减水剂1-3份、甲基纤维素0.3-0.6份、消泡剂0.3-0.8份、缓凝剂0.6-1.5份和可再分散乳胶粉1-5份。
本申请通过合理的配比，使得到的石膏基自流平砂浆具有优秀的强度和耐水性，还具有较好的使用耐久性，能够适应室内外多种环境施工，且原料价格低廉，能够降低石膏基自流平砂浆的成本。具体的，通过对重钙粉进行改性，将防水剂负载到颗粒表面，赋予其良好的憎水性能。在自流平砂浆中掺入改性重钙粉，一方面可以使得砂浆的水化反应加快，促使碳铝酸盐形成，进而改善砂浆的微孔结构，使得砂浆局部生成大颗粒晶体，增强砂浆强度和抗压性能；另一方面，颗粒表面负载的憎水剂随着重钙粉的分散被均匀分布于自流平砂浆体系中，有效提升砂浆的防水性能，克服了直接掺入防水剂引起的不均匀性防水问题，该方法可以有效实现自流平砂浆的截面防水。通过加入磷石膏，可以提高对磷石膏的资源化利用；通过加入水泥，可以优化其孔结构，提高密实度，改善施工性能。此外，水泥在水化时，会产生大量的水化产物，而这些水化产物会填充到磷石膏粉内部空隙中，提高力学性能的同时，还能改善耐水性能；粉煤灰可以与水泥水化时产生的氢氧化钙发生化学反应(即火山灰效应)，生成水化硅酸钙凝胶，可以增加其强度、耐久性和耐水性。有机硅烷的添加能够提高砂浆的耐水性能；减水剂的使用可以提高砂浆中颗粒的分散效果，降低用水量，使得颗粒间的分散紧凑，提高砂浆结构的紧密度，从而提高砂浆的力学性能；甲基纤维素的添加，可以提高砂浆的抗裂性能和粘接强度；缓凝剂的使用能够提升砂浆的施工时间；可再分散乳胶粉掺入石膏基自流平砂浆中，胶粉在石膏基自流平砂浆中形成丝状连接，在二水石膏晶体与填料，晶体与晶体之间形成有机架桥，二水石膏晶体上形成有机膜，将二水石膏晶体之间的搭接部位包裹和连接，从而增加了石膏基自流平砂浆的内聚力和粘结力，提高了石膏基自流平砂浆的强度和耐水性。综合来说，本申请的砂浆采用三维网状结构复合火山灰效应，可以大幅提升砂浆自身强度和耐水性，并且在不加砂的情况也能保证产品性能优良。
在本申请的一些实施例中，上述有机硅烷具体是聚硅氧烷防水剂。
在本申请的一些实施例中，上述消泡剂具体是聚醚消泡剂。
在本申请的一些实施例中，上述缓凝剂具体是蛋白类缓凝剂。
在本申请的一些实施例中，上述改性重钙粉包括如下重量比的原料：(80-90)：(5-10)：(1-5)的重钙粉、防水剂和聚乙烯醇。
通过对重钙粉进行改性，将防水剂负载到颗粒表面，赋予其良好的憎水性能。在自流平砂浆中掺入改性重钙粉，一方面可以使得砂浆的水化反应加快，促使碳铝酸盐形成，进而改善砂浆的微孔结构，使得砂浆局部生成大颗粒晶体，增强砂浆强度和抗压性能；另一方面，颗粒表面负载的憎水剂随着重钙粉的分散被均匀分布于自流平砂浆体系中，有效提升砂浆的防水性能，克服了直接掺入防水剂引起的不均匀性防水问题，该方法可以有效实现自流平砂浆的截面防水。
在本申请的一些实施例中，上述防水剂具体为有机硅防水剂。
在本申请的一些实施例中，上述有机硅防水剂包括液体甲基硅酸钠、液体甲基硅酸钾和液体甲基硅酸中的一种或多种。
在本申请的一些实施例中，上述减水剂具体为聚羧酸减水剂；甲基纤维素的粘度为350-450Mpa.s。
在本申请的一些实施案例中，上述水泥具体为P.O 42.5R水泥。
在本申请的一些实施例中，上述高强耐水石膏基自流平砂浆还包括如下重量份的原料：硅微粉3-8份、煅烧白云石2-5份和矿渣0.1-0.8份。硅微粉的使用可以提供强度和软化系数，这是因为硅微粉不参与石膏的水化反应，其能够填充在二水石膏的晶体缝隙中，提高砂浆的紧密度；而煅烧白云石的添加可以有效激发砂浆，提高水化强度；矿渣的添加，可以与粉煤灰和改性重钙粉配合，填充于砂浆中的空隙，增加砂浆的密实度，提高流动性。
本申请实施例还提供一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，包括如下步骤：
将重钙粉破碎，再与防水剂和聚乙烯醇混合，球磨之后，得到改性重钙粉；
将改性重钙粉和剩余原料混合均匀后，得到高强耐水石膏基自流平砂浆。整个制备方法简单便捷，能够批量化生产。
在本申请的一些实施例中，上述重钙粉破碎到350-450目。
在本申请的一些实施例中，上述球磨时间为5-10min。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，包括如下步骤：
原料：磷石膏粉700kg、改性重钙粉(80：5：1的重钙粉、有机硅防水剂(甲基硅酸钠)和聚乙烯醇)50kg、水泥20kg、粉煤灰20kg、有机硅烷3kg、聚羧酸减水剂1kg、甲基纤维素(粘度为350Mpa.s)0.3kg、消泡剂0.3kg、缓凝剂0.6kg和可再分散乳胶粉1kg。
将重钙粉破碎到350目，再与防水剂和聚乙烯醇混合，球磨5min，得到改性重钙粉；
将改性重钙粉和剩余原料混合均匀后，得到高强耐水石膏基自流平砂浆。
实施例2
一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，包括如下步骤：
原料：磷石膏粉850kg、改性重钙粉(85：10：7的重钙粉、有机硅防水剂(甲基硅酸钠)和聚乙烯醇)90kg、水泥50kg、粉煤灰20kg、有机硅烷5kg、聚羧酸减水剂2kg、甲基纤维素(粘度为400Mpa.s)0.35kg、消泡剂0.6kg、缓凝剂1kg和可再分散乳胶粉3kg。
将重钙粉破碎到400目，再与防水剂和聚乙烯醇混合，球磨8min，得到改性重钙粉；
将改性重钙粉和剩余原料混合均匀后，得到高强耐水石膏基自流平砂浆。
实施例3
一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，包括如下步骤：
原料：磷石膏粉800kg、改性重钙粉(90：8：3的重钙粉、有机硅防水剂(甲基硅酸钾)和聚乙烯醇)120kg、水泥50kg、粉煤灰30kg、有机硅烷5kg、聚羧酸减水剂2kg、甲基纤维素(粘度为400Mpa.s)0.35kg、消泡剂0.6kg、缓凝剂1kg和可再分散乳胶粉3kg。
将重钙粉破碎到400目，再与防水剂和聚乙烯醇混合，球磨8min，得到改性重钙粉；
将改性重钙粉和剩余原料混合均匀后，得到高强耐水石膏基自流平砂浆。
实施例4
一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，包括如下步骤：
原料：磷石膏粉800kg、改性重钙粉(90：10：5的重钙粉、有机硅防水剂(甲基硅酸钾)和聚乙烯醇)100kg、水泥80kg、粉煤灰20kg、有机硅烷3kg、聚羧酸减水剂1.9kg、甲基纤维素(粘度为400Mpa.s)0.4kg、消泡剂0.6kg、缓凝剂0.8kg和可再分散乳胶粉5kg。
将重钙粉破碎到400目，再与防水剂和聚乙烯醇混合，球磨8min，得到改性重钙粉；
将改性重钙粉和剩余原料混合均匀后，得到高强耐水石膏基自流平砂浆。
实施例5
一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，包括如下步骤：
原料：磷石膏粉800kg、改性重钙粉(80：15：5的重钙粉、有机硅防水剂(甲基硅酸钠)和聚乙烯醇)120kg、水泥50kg、粉煤灰30kg、有机硅烷5kg、聚羧酸减水剂(2kg、甲基纤维素粘度为400Mpa.s)0.35kg、消泡剂0.6kg、缓凝剂1kg和可再分散乳胶粉3kg。
将重钙粉破碎到400目，再与防水剂和聚乙烯醇混合，球磨8min，得到改性重钙粉；
将改性重钙粉和剩余原料混合均匀后，得到高强耐水石膏基自流平砂浆。
实施例6
一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，包括如下步骤：
原料：磷石膏粉850kg、改性重钙粉(85：10：2的重钙粉、有机硅防水剂(甲基硅酸钠)和聚乙烯醇)70kg、水泥50kg、粉煤灰30kg、有机硅烷4kg、聚羧酸减水剂2.2kg、甲基纤维素(粘度为450Mpa.s)0.35kg、消泡剂0.6kg、缓凝剂1kg和可再分散乳胶粉5kg。
将重钙粉破碎到450目，再与防水剂和聚乙烯醇混合，球磨10min，得到改性重钙粉；
将改性重钙粉和剩余原料混合均匀后，得到高强耐水石膏基自流平砂浆。
实施例7
一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，包括如下步骤：
原料：磷石膏粉950kg、改性重钙粉(90：10：5的重钙粉、有机硅防水剂(甲基硅酸钠)和聚乙烯醇)100kg、水泥80kg、粉煤灰80kg、有机硅烷5kg、聚羧酸减水剂3kg、甲基纤维素(粘度为450Mpa.s)0.6kg、消泡剂0.8kg、缓凝剂1.5kg和可再分散乳胶粉5kg。
将重钙粉破碎到450目，再与防水剂和聚乙烯醇混合，球磨10min，得到改性重钙粉；
将改性重钙粉和剩余原料混合均匀后，得到高强耐水石膏基自流平砂浆。
实施例8
本实施例与实施例1基本相同，区别在于：原料还添加有硅微粉3kg、煅烧白云石2kg和矿渣0.1kg。
实施例9
本实施例与实施例3基本相同，区别在于：原料还添加有硅微粉5kg、煅烧白云石4kg和矿渣0.5kg。
实施例10
本实施例与实施例7基本相同，区别在于：原料还添加有硅微粉8kg、煅烧白云石5kg和矿渣0.8kg。
对比例1
本对比例与实施例3基本相同，区别在于：未添加改性重钙粉和有机硅烷。
实验例
(一)、取实施例2-7、实施例9和对比例1制备的高强耐水石膏基自流平砂作为试样1-8，分别进行30min流动度、24h抗折强度、24h抗压强度、28d绝干抗折强度、28d绝干抗压强度、28d烘干拉伸粘结强度和软化系数检测，上述检测指标测试参照行业标准JC/T1023-2021《石膏基自流平砂浆》的规定进行，结果如表1所示。
表1
对比表1，可以看出，相较对比例1而言，本申请制备的石膏基自流平砂浆的流动性、抗折强度、抗压强度、拉伸粘结强度和软化系数更佳，本申请制备的砂浆的综合性能更好；且观察软化系数，可以看出，本申请4组(实施例5)和7组(实施例9)的软化系数更高，其耐水性更好。
(二)、分别在实施例3和对比例1的砂浆制备的砖块上用滴管持续滴入10ml的水，结果如图1所示。
观察图1，可以看出，实施例3制备的砖块水无法渗入，对比例1制备的砖块水渗入很快，这说明本申请制备的砂浆具有很好的防水性。
综上所述，本申请通过合理的配比，使得到的石膏基自流平砂浆具有优秀的强度和耐水性，还具有较好的使用耐久性，能够适应室内外多种环境施工，且原料价格低廉，能够降低石膏基自流平砂浆的成本。具体的，通过对重钙粉进行改性，将防水剂负载到颗粒表面，赋予其良好的憎水性能。在自流平砂浆中掺入改性重钙粉，一方面可以使得砂浆的水化反应加快，促使碳铝酸盐形成，进而改善砂浆的微孔结构，使得砂浆局部生成大颗粒晶体，增强砂浆强度和抗压性能；另一方面，颗粒表面负载的憎水剂随着重钙粉的分散被均匀分布于自流平砂浆体系中，有效提升砂浆的防水性能，克服了直接掺入防水剂引起的不均匀性防水问题，该方法可以有效实现自流平砂浆的截面防水。通过加入磷石膏，可以提高对磷石膏的资源化利用；通过加入水泥，可以优化其孔结构，提高密实度，改善施工性能。此外，水泥在水化时，会产生大量的水化产物，而这些水化产物会填充到磷石膏粉内部空隙中，提高力学性能的同时，还能改善耐水性能；粉煤灰可以与水泥水化时产生的氢氧化钙发生化学反应(即火山灰效应)，生成水化硅酸钙凝胶，可以增加其强度、耐久性和耐水性。有机硅烷的添加能够提高砂浆的耐水性能；减水剂的使用可以提高砂浆中颗粒的分散效果，降低用水量，使得颗粒间的分散紧凑，提高砂浆结构的紧密度，从而提高砂浆的力学性能；甲基纤维素的添加，可以提高砂浆的抗裂性能和粘接强度；缓凝剂的使用能够提升砂浆的施工时间；可再分散乳胶粉掺入石膏基自流平砂浆中，胶粉在石膏基自流平砂浆中形成丝状连接，在二水石膏晶体与填料，晶体与晶体之间形成有机架桥，二水石膏晶体上形成有机膜，将二水石膏晶体之间的搭接部位包裹和连接，从而增加了石膏基自流平砂浆的内聚力和粘结力，提高了石膏基自流平砂浆的强度和耐水性。综合来说，本申请的砂浆采用三维网状结构复合火山灰效应，可以大幅提升砂浆自身强度和耐水性，并且在不加砂的情况也能保证产品性能优良。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (9)
1.一种高强耐水石膏基自流平砂浆，其特征在于，包括如下重量份的原料：磷石膏粉700-950份、改性重钙粉50-100份、水泥20-80份、粉煤灰20-80份、有机硅烷3-5份、减水剂1-3份、甲基纤维素0.3-0.6份、消泡剂0.3-0.8份、缓凝剂0.6-1.5份和可再分散乳胶粉1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种高强耐水石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述改性重钙粉包括如下重量比的原料：(80-90)：(5-10)：(1-5)的重钙粉、防水剂和聚乙烯醇。
3.根据权利要求2所述的一种高强耐水石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述防水剂具体为有机硅防水剂。
4.根据权利要求3所述的一种高强耐水石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述有机硅防水剂包括液体甲基硅酸钠、液体甲基硅酸钾和液体甲基硅酸中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种高强耐水石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述减水剂具体为聚羧酸减水剂；所述甲基纤维素的粘度为350-450Mpa.s。
6.根据权利要求2所述的一种高强耐水石膏基自流平砂浆，其特征在于，所述高强耐水石膏基自流平砂浆还包括如下重量份的原料：硅微粉3-8份、煅烧白云石2-5份和矿渣0.1-0.8份。
7.如权利要求2-6任意一项所述的一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将重钙粉破碎，再与防水剂和聚乙烯醇混合，球磨之后，得到改性重钙粉；
将改性重钙粉和剩余原料混合均匀后，得到高强耐水石膏基自流平砂浆。
8.根据权利要求7所述的一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，其特征在于，所述重钙粉破碎到350-450目。
9.根据权利要求7所述的一种高强耐水石膏基自流平砂浆的制备方法，其特征在于，所述球磨时间为5-10min。
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