CN116573913A - 一种轻质抹灰石膏砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种轻质抹灰石膏砂浆及其制备方法。所述轻质抹灰石膏砂浆由石膏干料与水按照1:(0.6‑0.7)的重量比拌和而成，所述石膏干料包括如下重量份的组分：脱硫石膏粉750‑770份，碳酸钙48‑52份，硅酸钠缓释胶囊36‑40份，玻化微珠80‑100份，淀粉醚0.4‑0.6份，触变剂0.4‑0.6份，引气剂0.08‑0.12份，纤维素2.8‑3.2份，缓凝剂0.6‑1.0份，所述硅酸钠缓释胶囊的壁材组分包括乙基纤维素，所述硅酸钠缓释胶囊的芯材组分包括膨润土和硅酸钠。本申请减少了渗入的水分对二水石膏晶体造成的溶蚀破坏，提高了硬化石膏砂浆的耐水性能。
Description
技术领域
本申请涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种轻质抹灰石膏砂浆及其制备方法。
背景技术
目前，在电厂烟气湿法脱硫工艺中会产生大量的副产物脱硫二水石膏，脱硫二水石膏经过脱水后转化为脱硫石膏。脱硫石膏的主要成分是半水石膏，若随意堆积，会占用大量的土地资源。由于石膏是一种重要的建筑材料，因此脱硫石膏已经成为国家鼓励使用的工业废料之一。
相关技术中有一种轻质抹灰石膏砂浆，包括如下重量份的组分：脱硫石膏粉760份，碳酸钙50份，玻化微珠90份，淀粉醚0.5份，触变剂0.5份，引气剂0.1份，纤维素3份，缓凝剂0.8份。在使用时，这种石膏砂浆与水按照1:0.7的重量比混合后即可得到施工性能良好的抹灰石膏砂浆。
针对上述中的相关技术，发明人认为，半水石膏完全水化的理论需水量为18.6％，而相关技术中为了保证施工性能，将用水量设置为70％，使得石膏砂浆中的水出现过剩。多余的水会在石膏凝结硬化过程中蒸发，导致硬化后的石膏砂浆中存在大量相互连通的毛细孔，影响了石膏砂浆的耐水性。
发明内容
相关技术中，石膏砂浆中多余的水会在石膏凝结硬化过程中蒸发，导致硬化后的石膏砂浆中存在大量相互连通的毛细孔，影响了石膏砂浆的耐水性。为了改善这一缺陷，本申请提供一种轻质抹灰石膏砂浆及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种轻质抹灰石膏砂浆，采用如下的技术方案：
一种轻质抹灰石膏砂浆，所述轻质抹灰石膏砂浆由石膏干料与水按照1:(0.6-0.7)的重量比拌和而成，所述石膏干料包括如下重量份的组分：脱硫石膏粉750-770份，碳酸钙48-52份，硅酸钠缓释胶囊36-40份，玻化微珠80-100份，淀粉醚0.4-0.6份，触变剂0.4-0.6份，引气剂0.08-0.12份，纤维素2.8-3.2份，缓凝剂0.6-1.0份，所述硅酸钠缓释胶囊的壁材组分包括乙基纤维素，所述硅酸钠缓释胶囊的芯材组分包括膨润土和硅酸钠。
通过采用上述技术方案，本申请在石膏砂浆的干料中添加了硅酸钠缓释胶囊。当石膏砂浆硬化时，水分渗透到硅酸钠缓释胶囊中，并将胶囊芯材中的硅酸钠溶出。溶出的硅酸钠能够与石膏电离出的钙离子结合为难溶物硅酸钙，硅酸钙对二水石膏晶体起到了包覆作用，并且加强了相邻二水石膏晶体之间的粘结力。
当水分渗入硬化的石膏砂浆后，由于硅酸钙的包覆作用，使得二水石膏晶体以及二水石膏的晶间接触点不容易被水溶蚀破坏。同时，芯材颗粒中的膨润土吸水膨胀，能够对水分蒸发后残留的毛细孔进行封堵，从而改善了硬化石膏砂浆的耐水性能。
作为优选，所述石膏干料包括如下重量份的组分：脱硫石膏粉755-765份，碳酸钙49-51份，硅酸钠缓释胶囊37-39份，玻化微珠85-95份，淀粉醚0.45-0.55份，触变剂0.45-0.55份，引气剂0.09-0.11份，纤维素2.9-3.1份，缓凝剂0.7-0.9份。
通过采用上述技术方案，优选了石膏干料的配比，有助于在尽可能节约硅酸钠缓释胶囊用量的前提下充分改善硬化石膏砂浆的耐水性能。
作为优选，所述硅酸钠缓释胶囊按照如下方法制备：
(1)将硅酸钠、膨润土、甲基纤维素、微晶纤维素、表面活性剂和水混合，得到芯材前体；将乙基纤维素、无水乙醇和二甲苯混合，得到壁材前体液；
(2)将芯材前体加入造粒设备中进行挤压造粒，再经过冷冻干燥后得到芯材颗粒；
(3)将壁材前体液喷洒到芯材颗粒中，喷洒结束后进行烘干，对烘干所得物进行筛分，得到硅酸钠缓释胶囊。
通过采用上述技术方案，本申请先分别配制了芯材前体与壁材前体液，然后将芯材前体造粒，经过烘干后得到了芯材颗粒，芯材颗粒表面的壁材前体液干燥后即可得到硅酸钠缓释胶囊。
作为优选，所述硅酸钠缓释胶囊的粒径为0.1-0.8mm。
通过采用上述技术方案，硅酸钠缓释胶囊粒径过小时容易发生团聚，在石膏砂浆中的分散效果不佳；硅酸钠缓释胶囊粒径过大时，单位体积内分布的胶囊个数有限，容易导致硅酸钠扩散不充分。本申请经过优选，将硅酸钠缓释胶囊的粒径范围限定在0.1-0.8mm，在此范围内硅酸钠缓释胶囊不容易团聚，而且单位体积内分布的胶囊个数足以使硅酸钠充分扩散，有助于改善硬化石膏砂浆的耐水性能。
作为优选，在制备所述硅酸钠缓释胶囊的步骤(3)中，壁材前体液与芯材颗粒的重量之比为(1.2-1.4):5。
通过采用上述技术方案，优选了壁材前体液与芯材颗粒的重量比，当壁材前体液的用量过低时，硅酸钠缓释胶囊的囊壁薄弱，硅酸钠的释放速率过快，导致石膏砂浆的凝结时间缩短，不利于施工作业。当壁材前体液的用量过高时，硅酸钠的释放速率过慢，胶囊在石膏砂浆完全凝固之前无法释放足够的硅酸钠，不利于改善硬化石膏砂浆的耐水性能。
作为优选，在所述芯材前体中，硅酸钠与膨润土的重量比为1:(4.2-4.6)。
通过采用上述技术方案，本申请优选了硅酸钠与膨润土的用量之比，当硅酸钠的用量过低时，硅酸钠缓释胶囊内外的硅酸钠浓度梯度有限，导致硅酸钠的释放速率过低。当硅酸钠的用量过高时，硅酸钠缓释胶囊内外硅酸钠浓度梯度过大，导致硅酸钠的释放速率过快，硅酸钠的促凝效果影响了石膏砂浆的正常施工。当硅酸钠与膨润土的重量比为1:(4.2-4.6)时，石膏砂浆的凝固速度能够满足正常施工，而且胶囊也能够在施工时间段内释放足够的硅酸钠。
作为优选，在所述芯材前体中，表面活性剂选用十二烷基硫酸钠，表面活性剂与膨润土的重量比为(1.3-1.5):7。
通过采用上述技术方案，当水分渗入硅酸钠缓释胶囊中之后，不仅会将硅酸钠溶出，还会将表面活性剂十二烷基硫酸钠溶出。溶出的十二烷基硫酸钠能够随着水分的蒸发迁移到石膏砂浆表面，并在水与空气的界面处形成单分子膜。单分子膜增加了水分蒸发的阻滞系数，减缓了水分的蒸发，使得硅酸钠有更充足的时间在石膏晶体表面进行包覆，有助于改善硬化石膏砂浆的耐水性能。
作为优选，在制备所述硅酸钠缓释胶囊的步骤(1)中，将亚氨基二琥珀酸与硅酸钠、膨润土、甲基纤维素、微晶纤维素、表面活性剂和水共同混合。
通过采用上述技术方案，在石膏砂浆中，溶解的钙离子一旦渗入硅酸钠缓释胶囊中与膨润土结合，就会导致膨润土的膨胀性能下降，进而影响膨润土对毛细孔的填充效果，不利于提高硬化石膏砂浆的耐水性能。本申请在芯材的组分中添加了亚氨基二琥珀酸，亚氨基二琥珀酸能够与渗透到膨润土中的钙离子发生螯合，阻碍了钙离子的扩散，减少了钙离子与膨润土的结合，改善了硬化石膏砂浆的耐水性能。
作为优选，所述亚氨基二琥珀酸的用量为参与制备芯材前体的膨润土重量的3.6-4.4％。
通过采用上述技术方案，优选了亚氨基二琥珀酸的用量，有助于改善硬化石膏砂浆的耐水性能。
第二方面，本申请提供一种轻质抹灰石膏砂浆的制备方法，采用如下的技术方案。
一种轻质抹灰石膏砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将脱硫石膏粉、碳酸钙、硅酸钠缓释胶囊、淀粉醚、触变剂、引气剂、纤维素、缓凝剂混合，得到初混料；
(2)将玻化微珠与初混料混合，得到石膏干料；
(3)将石膏干料与水按照1:0.6-0.7的重量比混合，经过搅拌后得到石膏砂浆。
通过采用上述技术方案，本申请将硅酸钠缓释胶囊加入了石膏砂浆的生产原料中，制成了石膏砂浆。本申请制备的轻质抹灰石膏砂浆硬化后，由于硅酸钠缓释胶囊释放的硅酸钠与二水石膏晶体反应产生了硅酸钙，实现了粘结和包覆，因此减少了硬化石膏砂浆中的二水石膏被渗入的水溶解的可能，改善了硬化石膏砂浆的耐水性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请在石膏砂浆的干料中添加了硅酸钠缓释胶囊，胶囊释放的硅酸钠与石膏电离出的钙离子反应产生硅酸钙，硅酸钙对石膏晶体进行了粘结和包覆，并且芯材颗粒中的膨润土还能在水分渗入时发生吸水膨胀，从而减少了渗入的水分对二水石膏晶体造成的溶蚀破坏，提高了硬化石膏砂浆的耐水性能。
2、本申请在壁材的组分中添加了亚氨基二琥珀酸，亚氨基二琥珀酸能够与渗入硅酸钠缓释胶囊的钙离子发生螯合，阻碍了钙离子与膨润土的结合，减少了钙离子的渗透对硬化石膏砂浆耐水性能的影响。
具体实施方式
以下结合实施例、制备例和对比例对本申请作进一步详细说明，本申请涉及的原料均可通过市售获得。
硅酸钠缓释胶囊的制备例
以下以制备例1为例说明。
制备例1
本制备例中，硅酸钠缓释胶囊按照以下方法制备：
(1)将硅酸钠、膨润土、甲基纤维素、微晶纤维素、表面活性剂和水混合，得到芯材前体；将乙基纤维素、无水乙醇和二甲苯混合，得到壁材前体液；芯材前体中水的质量分数为30％，甲基纤维素的质量分数为2％，微晶纤维素的质量分数为30％，其余由硅酸钠、膨润土和表面活性剂组成，硅酸钠与膨润土的重量比为1:4，表面活性剂为十二烷基硫酸钠，表面活性剂与膨润土的重量比1.2:7；壁材前体液由乙基纤维素、无水乙醇和二甲苯按照5:9:36的重量比混合而成；
(2)将芯材前体加入造粒设备中进行挤压造粒，再经过-40℃冷冻干燥后得到芯材颗粒；
(3)将壁材前体液喷洒到芯材颗粒中，喷洒结束后进行烘干，使用0.1mm和0.8mm的方孔筛对烘干所得物进行筛分，得到粒径在0.1mm-0.8mm之间的硅酸钠缓释胶囊；本步骤中，壁材前体液与芯材颗粒的重量比为1.1:5。
制备例2
本制备例与制备例1的不同之处在于，硅酸钠缓释胶囊的粒径为0.9-1.2mm。
制备例3
本制备例与制备例1的不同之处在于，硅酸钠缓释胶囊的粒径为0.01-0.08mm。
制备例4-7
如表1，制备例3与制备例4-7的不同之处在于壁材前体液与芯材颗粒的重量之比不同。
表1壁材前体液与芯材颗粒的重量之比
| 样本 | 制备例1 | 制备例4 | 制备例5 | 制备例6 | 制备例7 |
| 重量比 | 1.1:5 | 1.2:5 | 1.3:5 | 1.4:5 | 1.5:5 |
制备例8-11
如表2，制备例1与制备例8-11的不同之处在于，芯材前体中，硅酸钠与膨润土的重量比不同。
表2硅酸钠与膨润土的重量比
| 样本 | 制备例1 | 制备例8 | 制备例9 | 制备例10 | 制备例11 |
| 重量比 | 1:4. | 1:4.2 | 1:4.4 | 1:4.6 | 1:4.8 |
制备例12-15
如表3，制备例1与制备例12-15的不同之处在于，表面活性剂与膨润土的重量比不同。
表3表面活性剂与膨润土的重量比
| 样本 | 制备例1 | 制备例12 | 制备例13 | 制备例14 | 制备例15 |
| 重量比 | 1.2:7 | 1.3:7 | 1.4:7 | 1.5:7 | 1.6:7 |
制备例16
本制备例与制备例1的不同之处在于，在制备硅酸钠缓释胶囊的步骤(1)中，将亚氨基二琥珀酸与硅酸钠、膨润土、甲基纤维素、微晶纤维素、表面活性剂和水共同混合，亚氨基二琥珀酸的用量为参与制备芯材前体的膨润土重量的3.2％。
如表4，制备例16-20的不同之处在于，亚氨基二琥珀酸的用量占膨润土重量的百分比不同。
表4亚氨基二琥珀酸的用量占膨润土重量的百分比
实施例
实施例1-5
以下以实施例1为例进行说明。
实施例1
本实施例中，轻质抹灰石膏砂浆按照以下步骤制备：
(1)将750kg脱硫石膏粉、48kg碳酸钙、36kg制备例1的硅酸钠缓释胶囊、0.4kg淀粉醚、0.4kg触变剂、0.08kg引气剂、2.8kg纤维素、0.6kg缓凝剂混合，得到初混料；
(2)将80kg玻化微珠与步骤(1)的初混料混合，得到石膏干料；
(3)将石膏干料与水按照1:0.7的重量比混合，经过搅拌后得到石膏砂浆。
如表5,实施例1-5的不同之处主要在于轻质抹灰石膏砂浆的原料配比不同。
表5轻质抹灰石膏砂浆的原料配比
实施例6-24
如表6实施例3与实施例6-24的不同之处在于，硅酸钠缓释微胶囊的制备例不同。
表6硅酸钠缓释微胶囊的制备例
| 样本 | 制备例 | 样本 | 制备例 |
| 实施例3 | 制备例1 | 实施例15 | 制备例11 |
| 实施例6 | 制备例2 | 实施例16 | 制备例12 |
| 实施例7 | 制备例3 | 实施例17 | 制备例13 |
| 实施例8 | 制备例4 | 实施例18 | 制备例14 |
| 实施例9 | 制备例5 | 实施例19 | 制备例15 |
| 实施例10 | 制备例6 | 实施例20 | 制备例16 |
| 实施例11 | 制备例7 | 实施例21 | 制备例17 |
| 实施例12 | 制备例8 | 实施例22 | 制备例18 |
| 实施例13 | 制备例9 | 实施例23 | 制备例19 |
| 实施例14 | 制备例10 | 实施例24 | 制备例20 |
对比例
对比例1
一种轻质抹灰石膏砂浆，按照以下步骤制备：
(1)将750kg脱硫石膏粉、48kg碳酸钙、0.4kg淀粉醚、0.4kg触变剂、0.08kg引气剂、2.8kg纤维素、0.6kg缓凝剂混合，得到初混料；
(2)将80kg玻化微珠与步骤(1)的初混料混合，得到石膏干料；
(3)将石膏干料与水按照1:0.7的重量比混合，经过搅拌后得到石膏砂浆。
对比例2
本对比例与实施例3的不同之处在于，将硅酸钠缓释胶囊替换为等重量的膨润土。
性能检测试验方法
使用软化系数表征石膏砂浆的耐水性能，软化系数的检测方法参照《GB/T 4111-2013混凝土砌块和砖试验方法》，砌块试样使用各实施例、对比例的轻质抹灰石膏砂浆进行制备。测得软化系数后，计算对比例1的软化系数与各实施例、对比例的软化系数之间的比值，将计算结果定义为相对软化率，结果见表7。
表7
结合实施例1-5和对比例1并结合表7可以看出，实施例1-5测得的相对软化率均低于对比例1，说明本申请的硅酸钠缓释胶囊释放的硅酸钠在二水石膏晶体表面形成硅酸钙层，同时由于膨润土的吸水膨胀，使得二水石膏晶体在浸水之后受到的破坏减小，改善了硬化石膏砂浆的耐水性能。
结合实施例3和对比例2并结合表7可以看出，仅靠膨润土的膨胀难以充分改善硬化石膏砂浆的耐水性。
结合实施例3和实施例6-7并结合表7可以看出，硅酸钠缓释胶囊的粒径低于0.1mm时容易发生团聚，在石膏砂浆中的分散效果不佳；硅酸钠缓释胶囊粒径高于0.8mm时，单位体积内分布的胶囊个数有限，容易导致硅酸钠扩散不充分。当硅酸钠缓释胶囊的粒径在0.1-0.8mm之间时，硅酸钠缓释胶囊不容易团聚，而且单位体积内分布的胶囊个数足以使硅酸钠充分扩散，有助于改善硬化石膏砂浆的耐水性能。
结合实施例3和实施例8-11并结合表7可以看出，实施例3的硅酸钠缓释胶囊释放的硅酸钠过多，导致石膏砂浆过早发生凝结，而石膏砂浆凝结后硅酸钠难以继续溶出，导致硅酸钠释放的总量较少，硬化石膏浆体的耐水性相对较差。实施例8-10释放硅酸钠释放量适中，在石膏砂浆尚未凝结的时间段内释放的硅酸钠较多，硅酸钙对二水石膏晶体的包覆充分，硬化石膏浆体的耐水性好。实施例11的壁材用量过多，使得硅酸钠缓释胶囊在施工时间段内释放的硅酸钠不足，影响了硅酸钙对二水石膏晶体的包覆，并导致硬化石膏砂浆的耐水性相对较差。
结合实施例3和实施例12-15并结合表7可以看出,实施例3的硅酸钠缓释胶囊内外的硅酸钠浓度梯度过大，因此释放的硅酸钠过多，导致石膏砂浆的凝结时间过短，硅酸钠释放的总量较少，硬化石膏浆体的耐水性相对较差；实施例12-14释放的硅酸钠总量适中，硬化石膏砂浆的耐水性相对较好；实施例15的硅酸钠缓释胶囊释放的硅酸钠过少，硅酸钙对二水石膏晶体的包覆不彻底，导致硬化石膏砂浆的耐水性能相对较差。
结合实施例3、实施例16-19并结合表7可以看出，随着表面活性剂用量的增加，表面活性剂使得水分的蒸发速率逐渐下降，延长了硅酸钠缓释胶囊释放硅酸钠的总时间，改善了硅酸钙对二水石膏晶体的包覆效果，增强了硬化石膏砂浆的耐水性能。
结合实施例3、实施例20-24并结合表7可以看出，亚氨基二琥珀酸通过与钙离子螯合，阻碍了钙离子与膨润土的结合，降低了钙离子对膨润土膨胀性能的负面影响，使得膨润土能够充分更加充分地膨胀，改善了硬化石膏砂浆的耐水性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种轻质抹灰石膏砂浆，其特征在于，所述轻质抹灰石膏砂浆由石膏干料与水按照1:(0.6-0.7)的重量比拌和而成，所述石膏干料包括如下重量份的组分：脱硫石膏粉750-770份，碳酸钙48-52份，硅酸钠缓释胶囊36-40份，玻化微珠80-100份，淀粉醚0.4-0.6份，触变剂0.4-0.6份，引气剂0.08-0.12份，纤维素2.8-3.2份，缓凝剂0.6-1.0份，所述硅酸钠缓释胶囊的壁材组分包括乙基纤维素，所述硅酸钠缓释胶囊的芯材组分包括膨润土和硅酸钠。
2.根据权利要求1所述的轻质抹灰石膏砂浆，其特征在于，所述石膏干料包括如下重量份的组分：脱硫石膏粉755-765份，碳酸钙49-51份，硅酸钠缓释胶囊37-39份，玻化微珠85-95份，淀粉醚0.45-0.55份，触变剂0.45-0.55份，引气剂0.09-0.11份，纤维素2.9-3.1份，缓凝剂0.7-0.9份。
3.根据权利要求1所述的轻质抹灰石膏砂浆，其特征在于，所述硅酸钠缓释胶囊按照如下方法制备：
(1)将硅酸钠、膨润土、甲基纤维素、微晶纤维素、表面活性剂和水混合，得到芯材前体；将乙基纤维素、无水乙醇和二甲苯混合，得到壁材前体液；
(2)将芯材前体加入造粒设备中进行挤压造粒，再经过冷冻干燥后得到芯材颗粒；
(3)将壁材前体液喷洒到芯材颗粒中，喷洒结束后进行烘干，对烘干所得物进行筛分，得到硅酸钠缓释胶囊。
4.根据权利要求3所述的轻质抹灰石膏砂浆，其特征在于，所述硅酸钠缓释胶囊的粒径为0.1-0.8mm。
5.根据权利要求4所述的轻质抹灰石膏砂浆，其特征在于，在制备所述硅酸钠缓释胶囊的步骤(3)中，壁材前体液与芯材颗粒的重量之比为(1.2-1.4):5。
6.根据权利要求3所述的轻质抹灰石膏砂浆，其特征在于，在所述芯材前体中，硅酸钠与膨润土的重量比为1:(4.2-4.6)。
7.根据权利要求3所述的轻质抹灰石膏砂浆，其特征在于，在所述芯材前体中，表面活性剂选用十二烷基硫酸钠，表面活性剂与膨润土的重量比为(1.3-1.5):7。
8.根据权利要求3所述的轻质抹灰石膏砂浆，其特征在于，在制备所述硅酸钠缓释胶囊的步骤(1)中，将亚氨基二琥珀酸与硅酸钠、膨润土、甲基纤维素、微晶纤维素、表面活性剂和水共同混合。
9.根据权利要求8所述的轻质抹灰石膏砂浆，其特征在于，所述亚氨基二琥珀酸的用量为参与制备芯材前体的膨润土重量的3.6-4.4％。
10.根据权利要求1-9任一所述的轻质抹灰石膏砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将脱硫石膏粉、碳酸钙、硅酸钠缓释胶囊、淀粉醚、触变剂、引气剂、纤维素、缓凝剂混合，得到初混料；
(2)将玻化微珠与初混料混合，得到石膏干料；
(3)将石膏干料与水按照1:0.6-0.7的重量比混合，经过搅拌后得到石膏砂浆。
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