CN116514511A - 一种高强轻质石膏预制板及其制备方法 - Google Patents

一种高强轻质石膏预制板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高强轻质石膏预制板及其制备方法，方法包括：S1.按如下重量份制备原料：α‑半水磷石膏20～60份，骨料10～55份，超细复合粉5～15份，石灰2～8份，发泡剂0.2～1.5份，聚羧酸系减水剂为0.3～2.0份，羟乙基改性淀粉醚0.1～1.5份，缓凝剂0.02～0.3份和水20～33份；S2.将发泡剂、聚羧酸系减水剂、羟乙基改性淀粉醚和缓凝剂依次加入水中搅拌均匀，制得混合液；S3.将α‑半水磷石膏、超细复合粉、骨料、石灰进行干混；S4.将在步骤S3制得的物料加入混合液中并湿混；S5.半干压成型，制得高强轻质石膏预制板。本方法具有固废利用率高、制备工艺简单和成本低廉的特点，且制备的石膏板具有低密度、低收缩、高强度和高耐水等优点，适合作为预制墙板进行推广应用。

Description

一种高强轻质石膏预制板及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域。具体涉及一种高强轻质石膏预制板及其制备方法。
背景技术
预制墙板拼装具有机械化程度高、施工工期短、人工成本低和节省临时占地等特点，已成为房屋建设的重要发展趋势。预制墙板可分为混凝土预制板和石膏预制板两种，其中石膏预制板与混凝土预制板相比具有成型时间短、后期收缩小等优势，作为室内预制墙板可有效减少墙体裂缝产生，提高房屋结构稳定性和服役寿命，因而具有广泛的应用前景。
目前，中国专利“一种超轻多孔高强石膏板及其制备方法”(公开号CN113121188A，公开日2021.07.16)公开了一种超轻多孔高强石膏板及其制备方法，按重量份数计包括：建筑石膏粉90-110份、水60-75份、促凝剂0.25-1份、木薯淀粉0.1-0.5份、VAE乳液0.3-1.2份、超细EVA树脂粉末0.05-0.25份、发泡剂0.025-0.1份、粘结剂0.25-1份，分散剂0.25-1.3份、增强纤维0.12-0.5份。该发明分别利用木薯淀粉，VAE乳液，超细EVA树脂粉的化学性能和力学性能，能够较大幅度的提高石膏晶体之间的粘结性能，从而提高石膏芯材的强度和韧性。该发明的制备方法通过将石膏料浆形成料浆成型流，并将增强纤维以相对均匀的方式加入料浆成型流，且直接将含有增强纤维的增韧段和不含有增强纤维的母液段以相对均匀交替分布的方式相对稳定的直接进入成型段，并维持该料浆结构直接成型，以获得增强纤维分布相对均匀的石膏板。该专利申请提出的超轻多孔高强石膏板，但该技术制备得出的石膏板强度偏低，不适合作为承重结构。
中国专利“一种利用磷石膏制备无纸面无纤维高强石膏板的方法”(公告号CN112341115A，公告日2021.02.09)本发明涉及固体废弃物资源化领域和建筑材料生产技术领域，尤其涉及一种利用磷石膏制备无纸面无纤维高强石膏板的方法。该方法主要包括以下步骤：将磷石膏干燥脱水，得到半水磷石膏，向半水磷石膏中掺加一定量的水，快速搅拌均匀后，压制成型为石膏板后，脱模，向石膏板表面进行喷水处理一段时间，期间，始终保持石膏板的表面为湿润状态，喷水处理后再烘干，即可得到无纸面无纤维高强石膏板。本发明所需方法仅需一台液压压机、一次压制成型，不需配备多台压机，进行多次加压，因此，生产工艺更简单，生产设备系统得到减化，设备投入可大幅降低，相应的设备的折旧、维护、电耗等成本也可大幅降低。该专利中提出了一种无纸面纤维高强石膏板，但该技术制得的高强石膏板的耐水性较差，且制备过程中需要加压成型、表面润湿和烘干处理，工艺复杂、成本较高。这主要是因为现有石膏板主要是以β-半水石膏为主要原材料制备而成，而β-半水石膏的本声强度偏低，潜在胶凝活性矿物如矿粉、粉煤灰的掺入虽能一定程度上提高石膏板的耐水性能，但同时也导致石膏板强度的降低，为此现有石膏板存在着高强化和高耐水性难以兼容的问题。
因此市场特别需要一种具有低密度、低收缩、高强度和高耐水等优点的石膏预制板及制备方法。
发明内容
为解决现有技术问题，本发明提供了一种高强轻质石膏预制板及其制备方法，该制备方法具有固废利用率高、制备工艺简单和成本低廉的特点，且所制备的石膏板具有低密度、低收缩、高强度和高耐水等优点，适合作为预制墙板进行推广应用。
本发明的技术方案为：
根据本发明的一个方面，提供了一种高强轻质石膏预制板，按重量份计，包括：α-半水磷石膏20～60份，骨料10～55份，超细复合粉5～15份，石灰2～8份，发泡剂0.2～1.5份，聚羧酸系减水剂为0.3～2.0份，羟乙基改性淀粉醚0.1～1.5份，缓凝剂0.02～0.3份和水20～33份。
可选地，在上述高强轻质石膏预制板中，α-半水磷石膏的比表面积≥3500m2/kg，初凝时间≥15min，终凝时间≤35min，2h抗折强度≥6.0MPa，绝干抗压强度≥47MPa。
可选地，在上述高强轻质石膏预制板中，骨料为煤渣或冶金渣，煤渣为经过破碎、粉磨、浮选以及500～850℃煅烧0.5～2h的燃煤炉渣，煤渣的化学成分是SiO2为45～65wt％，Al2O3为32～38wt％，Fe2O3为3～8wt％，CaO为3～7wt％；冶金渣为经过破碎、筛选成具有一定颗粒级配的颗粒状骨料，以及冶金渣的化学成分是SiO2为25～52wt％，Al2O3为2.5～22wt％，Fe2O3为3～8wt％，CaO为4～64wt％，MgO为4～24wt％。
可选地，在上述高强轻质石膏预制板中，超细复合粉是由粉煤灰、矿粉和硅灰按质量比2:3:1～3:2:1配置而成，超细复合粉的比表面积≥700m2/kg，28d活性指数≥115。
可选地，在上述高强轻质石膏预制板中，石灰为生石灰和/或熟石灰。
可选地，在上述高强轻质石膏预制板中，发泡剂是由十二烷基硫酸钠、椰油酸单乙醇酰胺和十二烷基二甲基氧化胺按质量比3:1:1～4:2:1配置而成。
可选地，在上述高强轻质石膏预制板中，缓凝剂为一水柠檬酸、柠檬酸钠或柠檬酸钾中的一种或多种。
根据本发明的一个方面，提供了一种上述高强轻质石膏预制板的制备方法，包括以下步骤：S1.按如下重量份制备高强轻质石膏预制板的原料：α-半水磷石膏20～60份，骨料10～55份，超细复合粉5～15份，石灰2～8份，发泡剂0.2～1.5份，聚羧酸系减水剂为0.3～2.0份，羟乙基改性淀粉醚0.1～1.5份，缓凝剂0.02～0.3份和水20～33份；S2.制备混合液：将发泡剂、聚羧酸系减水剂、羟乙基改性淀粉醚和缓凝剂依次加入水中搅拌均匀，制得混合液；S3.干混：将α-半水磷石膏、超细复合粉、骨料、石灰进行干混；S4.湿混：将在步骤S3干混中制得的物料加入在步骤S2制得的混合液中，并进行湿混；S5.成型：半干压成型，制得高强轻质石膏预制板。
可选地，在上述高强轻质石膏预制板的制备方法中，在步骤S2中，在25～45℃下搅拌5～15分钟，制得混合液。
可选地，在上述高强轻质石膏预制板的制备方法中，在步骤S3中，用混料机干混3～10分钟；以及在步骤S4中，湿混3～8分钟。
本发明的有益效果：
本发明的高强轻质石膏预制板由α-半水磷石膏、煤渣、超细复合粉、石灰、发泡剂、聚羧酸系减水剂、羟乙基改性淀粉醚、缓凝剂和水为主要原料，经过混合、半干压成型制备而成，具有固废利用率高、绿色环保的特点，且工艺简单、操作便捷和成本低廉。本发明制备的高强轻质石膏预制板的抗折强度≥4.8MPa，抗压强度≥22MPa，干燥收缩率≤0.32mm/m，耐水软化系数≥0.75，面密度120板厚≤105kg/m2，具有低密度、低收缩、高强度和高耐水的特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明的高强轻质石膏预制板的制备工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于对其保护范围的限制。
本发明的高强轻质石膏预制板，按重量份，包括α-半水磷石膏20～60份，骨料10～55份，超细复合粉5～15份，石灰2～8份，发泡剂0.2～1.5份，聚羧酸系减水剂为0.3～2.0份，羟乙基改性淀粉醚0.1～1.5份，缓凝剂0.02～0.3份，水20～33份。
α-半水磷石膏的比表面积≥3500m2/kg，初凝时间≥15min，终凝时间≤35min，2h抗折强度≥6.0MPa，绝干抗压强度≥47MPa。
骨料为煤渣或冶金渣，煤渣为经过破碎、粉磨、浮选以及500～850℃低温煅烧0.5～2h的燃煤炉渣，煤渣的化学成分是SiO2为45～65wt％，Al2O3为32～38wt％，Fe2O3为3～8wt％，CaO为3～7wt％。冶金渣为经过破碎、筛选成具有一定颗粒级配的颗粒状骨料；冶金渣的化学成分是SiO2为25～52wt％，Al2O3为2.5～22wt％，Fe2O3为3～8wt％，CaO为4～64wt％，MgO为4～24wt％。
超细复合粉为粉煤灰、矿粉和硅灰按质量比2:3:1～3:2:1配置而成；超细复合粉的比表面积≥700m2/kg，28d活性指数≥115。
石灰为生石灰或熟石灰中的一种或多种。
发泡剂为十二烷基硫酸钠、椰油酸单乙醇酰胺和十二烷基二甲基氧化胺按质量比3:1:1～4:2:1配置而成，发泡剂主要作用是改善干硬性拌合料的塑性，降低硬化体密度。
缓凝剂为一水柠檬酸、柠檬酸钠或柠檬酸钾中的一种或多种。
本发明的高强轻质石膏预制板采用α高强石膏为主要胶凝材料，发挥α石膏强度高的性能优势，有别于传统方法以β石膏为胶凝材料强度低的性能劣势；应用超细复合粉与高强石膏的耦合激发原理，进一步提高α石膏粉的力学强度，同时显著改善耐水性能。应用煤渣或冶金渣作为骨料与α石膏复合，会明显降低拌合水量，提高硬化体的致密性，增加强度，提高耐水性；同时，充分利用煤渣、冶金渣等固体废弃物，降低生产成本；减水剂进一步降低拌合水量，进一步提高硬化体密实度，减少毛细孔数量，最终提高墙板强度、耐水性、尺寸稳定性。
如图1所示，本发明的上述高强轻质石膏预制板制备方法，包括如下步骤：
S1.按如下重量份制备原料：α-半水磷石膏20～60份，骨料10～55份，超细复合粉5～15份，石灰2～8份，发泡剂0.2～1.5份，聚羧酸系减水剂为0.3～2.0份，羟乙基改性淀粉醚0.1～1.5份，缓凝剂0.02～0.3份，水20～33份。
α-半水磷石膏的比表面积≥3500m2/kg，初凝时间≥15min，终凝时间≤35min，2h抗折强度≥6.0MPa，绝干抗压强度≥47MPa。
骨料为煤渣或冶金渣，煤渣为经过破碎、粉磨、浮选和以及500～850℃低温煅烧0.5～2h的燃煤炉渣，煤渣的化学成分是SiO2为45～65wt％，Al2O3为32～38wt％，Fe2O3为3～8wt％，CaO为3～7wt％。冶金渣为经过破碎、筛选成具有一定颗粒级配的颗粒状骨料；冶金渣的化学成分是SiO2为25～52wt％，Al2O3为2.5～22wt％，Fe2O3为3～8wt％，CaO为4～64wt％，MgO为4～24wt％。
超细复合粉是由粉煤灰、矿粉和硅灰按质量比2:3:1～3:2:1配置而成；超细复合粉的比表面积≥700m2/kg，28d活性指数≥115。
发泡剂是由十二烷基硫酸钠、椰油酸单乙醇酰胺和十二烷基二甲基氧化胺按质量比3:1:1～4:2:1配置而成。
S2.制备混合液：按高强轻质石膏预制板的原料组成，将发泡剂、聚羧酸系减水剂、羟乙基改性淀粉醚和缓凝剂依次加入水中并在25～45℃下搅拌5～15分钟，制得混合液；
S3.干混：将α-半水磷石膏、超细复合粉、骨料、石灰用混料机干混3～10分钟；
S4.湿混：将在步骤S3干混中制得的物料加入在步骤S2制得的混合液中，并湿混3～8分钟；
S5.成型：半干压成型，制得高强轻质石膏预制板。具体地，利用墙板挤出机进行半干成型，制得试件。
实施例一
高强轻质石膏预制板及其制备方法，包括
S1：按如下重量份制备原料：α-半水磷石膏25份，煤渣35份，超细复合粉6份，石灰6.5份，发泡剂0.4份，聚羧酸系减水剂为0.6份，羟乙基改性淀粉醚0.4份，缓凝剂0.06份，水25份。
S2：混合液，按高强轻质石膏预制板的原料组成，首先将发泡剂、聚羧酸系减水剂、羟乙基改性淀粉醚和缓凝剂依次加入水中并在温度30℃条件下搅拌15分钟制备混合液。
S3:干混和S4：湿混，将α-半水磷石膏、煤渣、超细复合粉、石灰用混料机干混6分钟后加入混合液，并湿混5分钟。
S5：成型，利用墙板挤出机半干压成型制备高强轻质石膏预制板。
本实施例制备的高强轻质石膏预制板经检测：抗折强度为4.9MPa，抗压强度为22.4MPa，干燥收缩率为0.29mm/m，耐水软化系数为0.83，面密度为92.4kg/m2，具有低密度、低收缩、高强度和高耐水的特性。
实施例二
高强轻质石膏预制板及其制备方法，包括：
S1：按如下重量份制备原料，高强轻质石膏预制板由以下重量份原料组成：α-半水磷石膏20份，冶金渣55份，超细复合粉8份，石灰2份，发泡剂1.0份，聚羧酸系减水剂为0.3份，羟乙基改性淀粉醚0.3份，缓凝剂0.04份，水20份。
S2：混合液，按高强轻质石膏预制板的原料组成，首先将发泡剂、聚羧酸系减水剂、羟乙基改性淀粉醚和缓凝剂依次加入水中并在温度30℃条件下搅拌15分钟制备混合液。
S3:干混和S4：湿混，然后将α-半水磷石膏、冶金渣、超细复合粉、石灰用混料机干混6分钟后加入混合液，并湿混5分钟。
S5：成型，利用墙板挤出机半干压成型制备高强轻质石膏预制板。
本实施例制备的高强轻质石膏预制板经检测：抗折强度为4.8MPa，抗压强度为22.5MPa，干燥收缩率为0.29mm/m，耐水软化系数为0.85，面密度为99.4kg/m2，具有低密度、低收缩、高强度和高耐水的特性。冶金渣比煤渣具有更好的物理力学性能。
实施例三
一种高强轻质石膏预制板及其制备方法。本实施例制备方法是：
S1:按如下重量份制备原料，高强轻质石膏预制板由以下重量份原料组成：α-半水磷石膏38份，煤渣30份，超细复合粉9份，石灰6份，发泡剂0.8份，聚羧酸系减水剂为1.2份，羟乙基改性淀粉醚0.6份，缓凝剂0.12份，水27份。
S2:混合液，按高强轻质石膏预制板的原料组成，首先将发泡剂、聚羧酸系减水剂、羟乙基改性淀粉醚和缓凝剂依次加入水中并在温度35℃条件下搅拌12.5分钟制备混合液。
S3:干混，然后将α-半水磷石膏、煤渣、超细复合粉、石灰用混料机干混6分钟。
S4：湿混，后加入混合液，并湿混3分钟，
S5：成型，利用墙板挤出机半干压成型制备高强轻质石膏预制板。
本实施例制备的高强轻质石膏预制板经检测：抗折强度为5.2MPa，抗压强度为24.6MPa，干燥收缩率为0.28mm/m，耐水软化系数为0.81，面密度为95.1kg/m2，具有低密度、低收缩、高强度和高耐水的特性。
实施例四
一种高强轻质石膏预制板及其制备方法。本实施例制备方法是：
高强轻质石膏预制板由以下重量份原料组成：按如下重量份制备原料：α-半水磷石膏48份，煤渣22份，超细复合粉12份，石灰4份，发泡剂1.1份，聚羧酸系减水剂为1.6份，羟乙基改性淀粉醚1.1份，缓凝剂0.21份，水30份。
按高强轻质石膏预制板的原料组成，首先将发泡剂、聚羧酸系减水剂、羟乙基改性淀粉醚和缓凝剂依次加入水中并在温度40℃条件下搅拌14分钟制备混合液。然后将α-半水磷石膏，煤渣，超细复合粉，石灰用混料机干混8分钟后加入混合液，并湿混6分钟，利用墙板挤出机半干压成型制备高强轻质石膏预制板。
本实施例制备的高强轻质石膏预制板经检测：抗折强度为5.5MPa，抗压强度为27.3MPa，干燥收缩率为0.26mm/m，耐水软化系数为0.76，面密度为98.8kg/m2，具有低密度、低收缩、高强度和高耐水的特性。
实施例五
一种高强轻质石膏预制板及其制备方法。本实施例制备方法是：
高强轻质石膏预制板由以下重量份原料组成：按如下重量份制备原料：α-半水磷石膏57份，煤渣14份，超细复合粉13份，石灰3份，发泡剂1.4份，聚羧酸系减水剂为1.9份，羟乙基改性淀粉醚1.2份，缓凝剂0.27份，水33份。
按高强轻质石膏预制板的原料组成，首先将发泡剂、聚羧酸系减水剂、羟乙基改性淀粉醚和缓凝剂依次加入水中并在温度45℃条件下搅拌7分钟制备混合液。然后将α-半水磷石膏，煤渣，超细复合粉，石灰用混料机干混8分钟后加入混合液，并湿混6～8分钟，利用墙板挤出机半干压成型制备高强轻质石膏预制板。
本实施例制备的高强轻质石膏预制板经检测：抗折强度为5.8MPa，抗压强度为28.4MPa，干燥收缩率为0.31mm/m，耐水软化系数为0.77，面密度为101.2kg/m2，具有低密度、低收缩、高强度和高耐水的特性。
表1为实施例一至五的技术效果的验证数据表，数据表明，本发明的高强轻质石膏预制板抗折强度、抗压强度、干燥收缩率等具有较强的物理性能指标。
表1实施例一至五的制品的物理性能指标
实施例 抗折强度 抗压强度 干燥收缩率 耐水软化系数 面密度120板厚
实施例一 4.9MPa 22.4MPa 0.29mm/m 0.83 92.4kg/m2
实施例二 4.8MPa 22.5MPa 0.29mm/m 0.85 99.4kg/m2
实施例三 5.2MPa 24.6MPa 0.28mm/m 0.81 95.1kg/m2
实施例四 5.5MPa 27.3MPa 0.26mm/m 0.76 98.8kg/m2
实施例五 5.8MPa 28.4MPa 0.31mm/m 0.77 101.2kg/m2
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强轻质石膏预制板，其特征在于，按重量份计，包括：α-半水磷石膏20～60份，骨料10～55份，超细复合粉5～15份，石灰2～8份，发泡剂0.2～1.5份，聚羧酸系减水剂为0.3～2.0份，羟乙基改性淀粉醚0.1～1.5份，缓凝剂0.02～0.3份和水20～33份。
2.根据权利要求1所述的高强轻质石膏预制板，其特征在于，所述α-半水磷石膏的比表面积≥3500m2/kg，初凝时间≥15min，终凝时间≤35min，2h抗折强度≥6.0MPa，绝干抗压强度≥47MPa。
3.根据权利要求1所述的高强轻质石膏预制板，其特征在于，所述骨料为煤渣或冶金渣，所述煤渣为经过破碎、粉磨、浮选以及500～850℃煅烧0.5～2h的燃煤炉渣，煤渣的化学成分是SiO2为45～65wt％，Al2O3为32～38wt％，Fe2O3为3～8wt％，CaO为3～7wt％；所述冶金渣为经过破碎、筛选成具有一定颗粒级配的颗粒状骨料，以及所述冶金渣的化学成分是SiO2为25～52wt％，Al2O3为2.5～22wt％，Fe2O3为3～8wt％，CaO为4～64wt％，MgO为4～24wt％。
4.根据权利要求1所述的高强轻质石膏预制板，其特征在于，所述超细复合粉是由粉煤灰、矿粉和硅灰按质量比2:3:1～3:2:1配置而成，所述超细复合粉的比表面积≥700m2/kg，28d活性指数≥115。
5.根据权利要求1所述的高强轻质石膏预制板，其特征在于，所述石灰为生石灰和/或熟石灰。
6.根据权利要求1所述的高强轻质石膏预制板，其特征在于，所述发泡剂是由十二烷基硫酸钠、椰油酸单乙醇酰胺和十二烷基二甲基氧化胺按质量比3:1:1～4:2:1配置而成。
7.根据权利要求1所述的高强轻质石膏预制板，其特征在于，所述缓凝剂为一水柠檬酸、柠檬酸钠或柠檬酸钾中的一种或多种。
8.根据权利要求1至7任一项所述的高强轻质石膏预制板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.按如下重量份制备所述高强轻质石膏预制板的原料：α-半水磷石膏20～60份，骨料10～55份，超细复合粉5～15份，石灰2～8份，发泡剂0.2～1.5份，聚羧酸系减水剂为0.3～2.0份，羟乙基改性淀粉醚0.1～1.5份，缓凝剂0.02～0.3份和水20～33份；
S2.制备混合液：将发泡剂、聚羧酸系减水剂、羟乙基改性淀粉醚和缓凝剂依次加入水中搅拌均匀，制得混合溶液；
S3.干混：将所述α-半水磷石膏、超细复合粉、骨料、石灰进行干混；
S4.湿混：将在步骤S3干混中制得的物料加入在步骤S2制得的所述混合溶液中，并进行湿混；
S5.成型：半干压成型，制得高强轻质石膏预制板。
9.根据权利要求8所述的高强轻质石膏预制板的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，在25～45℃下搅拌5～15分钟，制得所述混合溶液。
10.根据权利要求8所述的高强轻质石膏预制板的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，用混料机干混3～10分钟；以及在步骤S4中，湿混3～8分钟。
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