CN116715496A - 一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料及墙体制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料及墙体制备方法，涉及固废大规模综合利用和建筑材料技术领域，快硬填充墙体按重量份包括如下组分：磷建筑石膏1000～1200份、铁矿石尾砂600～1000份、水400～700份、纤维10～30份、分散剂10～30份、增效剂5～40份、缓凝剂0.5～10份以及消泡剂0.2～5份；本发明通过使用磷建筑石膏、铁矿石尾砂和增效剂等材料，通过设计和优化组分配比，制得的产品强度高、质量轻、体积稳定性好，具备契合滑模工艺的快速硬化能力，有良好的热工(保温、隔热)性能、隔声性能、防火性能等特征，在降低填充墙体材料成本的同时，实现了大宗固废的综合利用。
Description
技术领域
本发明涉及固废大规模综合利用和建筑材料技术领域，更具体的是涉及一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料及墙体制备方法技术领域。
背景技术
当前国内填充墙采用的材料主要是两类：砖砌块(页岩砖、加气砼砌块等)、轻质隔墙板。砖砌体的施工工艺主要是采用砂浆粘合砖砌块的施工工艺，并通过构造柱、连墙筋、圈梁等增强整体性。轻质隔墙则采用U型卡等紧固件固定墙板的施工工艺。虽然这两种施工工艺已非常成熟并广泛应用，但仍然存在很多的问题，一、传统砖砌体施工工艺主要还是靠人工砌筑，而轻质隔墙比较笨重，两者施工均费时费力，效率低下；二、成本高不环保，这几年砖工、砖砌体材料的成本都成倍增长，随着国家对环保节能的要求越来越高，价格还在不断上升，建筑成本难以控制。另外，施工过程中砂浆的浪费、切割时砖砌体的浪费也很大，不绿色不环保。三、管线预留预埋不方便，长期以来管线开槽对填充墙质量及环境的影响都非常大。
近年来，为了降低施工时的整体工艺难度和成本，国内外专家开展了大量的研究工作，研究发现滑模成套施工工艺在建筑市场有很好的应用前景，该工艺由电机驱动，具备加工制作简单，安拆快捷、机械化程度高、适用性强等特点，可大量节约模板，施工效率高，并且其可通过调节自身装置适用于不同高度、宽度的墙体。但滑模工艺在针对填充墙施工时对浇筑材料的性能要求很高，否则无法满足其高效、低成本的要求。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有填充墙效率低、成本高、污染大及滑模工艺本身对材料性能要求较高的问题，本发明提供一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料及墙体制备方法，本发明通过使用铁矿石尾砂、磷建筑石膏和增效剂等材料，通过使用大量的大宗固废可有效降低整体的材料成本和碳排放量，且产品具备10-20分钟快硬的能力，快速硬化的同时能保证优异的物理性能和体积稳定性，满足隔墙材料所具备的热工(保温、隔热)性能、隔声性能、防火性能等要求，是一种新型的绿色低碳型建筑材料。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
本发明的一个方面提供一种快硬填充墙体材料，按重量份包括如下组分：磷建筑石膏1000～1200份、铁矿石尾砂600～1000份、水400～700份、纤维10～30份、分散剂10～30份、增效剂5～40份、缓凝剂0.5～10份以及消泡剂0.2～5份。
具体来说，本本案公开了一种快硬填充墙体材料的配比，在本配方中使用磷建筑石膏作为主要胶凝材料来满足滑模工艺快速硬化脱模和体积稳定性的要求；同时其制品容重低，可有效降低建筑荷载，解决了现有墙体材料中存在的面密度高、施工难度大的问题。其中磷建筑石膏容重低的原因是由其本身材质决定的：磷建筑石膏属于半水石膏，其水化硬化后的产物为二水石膏，理论需水量仅为18.6％，但在实际使用中为了保证工作性用水量都达到了50％以上，多余的水分首先会在初期搅拌过程中在体系内部形成尺寸较大的气泡有类似外加剂引气的效果，建筑石膏快速硬化后，内部的气泡类孔隙大部分都有保留，此时多余的水分开始蒸发使其内部形成了大量的毛细孔隙，最终导致产品密度小，容重低。
另外的，本配方中使用固废铁矿石尾砂替代部分磷建筑石膏，通过设计和优化组分配比，在保证墙体基本性能的同时，使得墙体材料的组分级配更加合理。一方面可进一步降低磷建筑石膏的使用来节约材料成本，与常规的水泥、方砖等建筑材料相比使用磷石膏改性产品和铁矿石尾砂可显著降低施工过程中碳排放量；另一方面，铁矿石尾砂的细度模数小，含粉量较多，显著增加体系的粘接性和材料整体的粒径以及体系的流动性，在保证相同流动性的情况下可降低体系的水胶比，解决滑模工艺施工过程中的漏浆问题。另外铁矿石尾砂的综合利用可有效降低铁矿石开采过程中的固废排放比重，能够防止因尾砂的堆积导致的工业占地情况的出现，减少尾矿堆放点的维护及建设费用，最终完成无尾化铁矿石生产的目的。
在一个实施方式中，磷建筑石膏为磷石膏经高温煅烧后的β型半水石膏。
具体来说，公开了磷建筑石膏的一种具体材料，磷石膏经高温煅烧后的β型半水石膏属于一种气硬型快硬建筑材料。
在一个实施方式中，磷建筑石膏的含水量为61％，磷建筑石膏2h抗折强度2.5MPa，2h抗压强度5.8MPa，绝干抗折强度3.0MPa，绝干抗压强度13.5Mpa。
具体来说，磷建筑石膏在制备过程中，初凝时间6mi n，终凝时间8mi n。
在一个实施方式中，铁矿石尾砂为铁矿石开采中产生的尾料废渣，其细度模数为1.4，表观密度3080kg/m3，含泥量9.3％。
在一个实施方式中，纤维的长度为10～30mm，纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维及木质纤维中的一种或多种。
在一个实施方式中，分散剂为聚羧酸减水剂、三聚氰胺类减水剂、木质素磺酸钙及萘系减水剂中的一种或多种。
在一个实施方式中，增效剂为硫酸钠、氢氧化铝、硫酸铝、尿素以及硫代硫酸钠中的一种或多种组成。
具体来说，本方案公开了增效剂的具体选择种类，可以是上述物质中的一种或多种，除了上述公开的物质，增效剂也可以是能够实现设计效果的其他增效剂，增效剂的具体掺量为磷建筑石膏质量的1.0～2.5％。本方案中使用的增效剂可有效改善磷建筑石膏本身容重低带来的物理性能较差的问题。磷建筑石膏的水化产物为二水石膏(Ca(SO4)2·2H2O)。
如添加氢氧化铝增效剂后，其提供的Al3+较易发生水解然后形成氢氧化铝凝胶，在建筑石膏水化初期少量的凝胶会充斥于二水石膏形成的结晶结构网中，增加体系的连接力，该使结构网更加紧密，同时，Al3+与体系中存在的SO42-、Ca2+水结合生成钙矾石，少量的钙矾石会填补石膏水化过程内部结构网中形成的间隙，增强最终的硬化体物理性能；
如添加增效剂为尿素时，由于二水硫酸钙晶体生长的a、b、c三个轴向中，c轴具有特殊活性，在结晶过程中c轴向会迅速长大成细长棒状或针状，加入尿素会减小结晶在各个方向上成长速率的不均衡性，最终使得二水硫酸钙晶体的长径比减小，单个晶体的强度增加，结晶接触点变多，最终提高体系的整体强度。
在一个实施方式中，缓凝剂为六偏磷酸钠、多聚磷酸钠、硼砂、柠檬酸钾、碳酸钠、动物蛋白类缓凝剂以及植物蛋白类缓凝剂中的一种或多种。
在一个实施方式中，消泡剂为有机硅消泡剂。
本发明另一个方面提供一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料制备方法，采用上述一的基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，包括以下步骤：
S1：按配方比例准备材料：称取磷建筑石膏1000～1200份、铁矿石尾砂600～1000份、水400～700份、纤维10～30份、分散剂10～30份、增效剂5～40份、缓凝剂0.5～10份以及消泡剂0.2～5份；
S2、初步混合：现在搅拌机中依次加入步骤S1中准备的水、分散剂、缓凝剂、增效剂以及消泡剂，将上述物料在搅拌机中搅拌溶解混合，得到初步混合物质；
S3、再次混合及浇筑成型：在搅拌机开启状态下，然后向步骤S2中的初步混合物质中加入步骤S1中准备的磷建筑石膏搅拌半0.5～2分钟，之后依次加入步骤S1中准备的纤维和铁矿石尾砂，继续搅拌1～3分钟使得物料混合均匀，得到混合物料，将混合物料浇筑成型，即得到墙体。
本发明的有益效果如下：
1、本发明通过使用磷建筑石膏、铁矿石尾砂和增效剂等材料，通过设计和优化组分配比，制得的产品强度高、质量轻、体积稳定性好，具备契合滑模工艺的快速硬化能力，有良好的热工(保温、隔热)性能、隔声性能、防火性能等特征，在降低填充墙体材料成本的同时，实现了大宗固废的综合利用，减少了磷石膏和铁矿石尾砂堆存对环境带来的污染问题，解决了现有技术的不足。
2、本发明通过低细度模数铁矿石尾砂的使用，通过合理的配比设计，一方面可进一步较少磷建筑石膏的使用，降低使用成本，同时可显著增加体系的粘接性和材料整体的粒径，解决滑模工艺施工过程中的漏浆问题。
3、本发明制备的快硬性填充墙体材料，与滑模工艺搭配使用后，较常规填充墙施工技术相比每平方米“碳排放”量约可减少三分之一及以上。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施例提供一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其配比包括以下重量份数的组分：磷建筑石膏1200份、铁矿石尾砂600份、水624份、纤维10份、分散剂12份、增效剂18份、缓凝剂1.2份、消泡剂3.6份。
其中，所述纤维为聚丙烯纤维，长度为15mm；所述分散剂为聚羧酸减水剂；所述增效剂为硫酸钠和氢氧化铝两种组成，质量比为1:1；所述缓凝剂为动物蛋白类缓凝剂；消泡剂为机硅消泡剂。
基于滑模工艺的新型快硬填充墙体材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按上述配方比例准备材料：称取磷建筑石膏1200份、铁矿石尾砂600份、水624份、纤维10份、分散剂12份、增效剂18份、缓凝剂1.2份、消泡剂3.6份；
S2、初步混合：现在搅拌机中依次加入步骤S1中准备的水、分散剂、缓凝剂、增效剂以及消泡剂，将上述物料在搅拌机中搅拌溶解混合，得到初步混合物质；
S3、再次混合及浇筑成型：在搅拌机开启状态下，然后向步骤S2中的初步混合物质中加入步骤S1中准备的磷建筑石膏搅拌半0.5分钟，之后依次加入步骤S1中准备的纤维和铁矿石尾砂，继续搅拌1分钟使得物料混合均匀，得到混合物料，将混合物料浇筑成型，即得到墙体材料。
实施例2
一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其配比包括以下重量份数的组分：磷建筑石膏1100份、铁矿石尾砂800份、水572份、纤维13份、分散剂20份、增效剂25份、缓凝剂2.2份、消泡剂2.2份。
其中，所述纤维为聚乙烯纤维，长度为20mm；所述分散剂为萘系减水剂；所述增效剂为硫酸铝；所述缓凝剂多聚磷酸钠；消泡剂为机硅消泡剂。
基于滑模工艺的快硬填充墙体材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按上述配方比例准备材料：称取磷建筑石膏1100份、铁矿石尾砂800份、水572份、纤维13份、分散剂20份、增效剂25份、缓凝剂2.2份、消泡剂2.2份；
S2、初步混合：现在搅拌机中依次加入步骤S1中准备的水、分散剂、缓凝剂、增效剂以及消泡剂，将上述物料在搅拌机中搅拌溶解混合，得到初步混合物质；
S3、再次混合及浇筑成型：在搅拌机开启状态下，然后向步骤S2中的初步混合物质中加入步骤S1中准备的磷建筑石膏搅拌半0.5分钟，之后依次加入步骤S1中准备的纤维和铁矿石尾砂，继续搅拌1分钟使得物料混合均匀，得到混合物料，将混合物料浇筑成型，即得到墙体材料。
实施例3
一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其配比包括以下重量份数的组分：磷建筑石膏1000份、铁矿石尾砂1000份、水520份、纤维10份、分散剂10份、增效剂24份、缓凝剂4份、消泡剂3份。
上述组分中，所述纤维为聚乙烯纤维，长度为20mm；所述分散剂为萘系减水剂；所述增效剂为硫酸铝；所述缓凝剂多聚磷酸钠；消泡剂为机硅消泡剂。
上述组分中，所述纤维为聚丙烯纤维，长度为25mm；所述分散剂为三聚氰胺类减水剂；所述增效剂为尿素；所述缓凝剂植物蛋白类缓凝剂。
基于滑模工艺的快硬填充墙体材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按上述配方比例准备材料：称取磷建筑石膏1000份、铁矿石尾砂1000份、水520份、纤维10份、分散剂10份、增效剂24份、缓凝剂4份、消泡剂3份；
S2、初步混合：现在搅拌机中依次加入步骤S1中准备的水、分散剂、缓凝剂、增效剂以及消泡剂，将上述物料在搅拌机中搅拌溶解混合，得到初步混合物质；
S3、再次混合及浇筑成型：在搅拌机开启状态下，然后向步骤S2中的初步混合物质中加入步骤S1中准备的磷建筑石膏搅拌半0.5分钟，之后依次加入步骤S1中准备的纤维和铁矿石尾砂，继续搅拌1分钟使得物料混合均匀，得到混合物料，将混合物料浇筑成型，即得到墙体材料。
实施例4
一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其配比包括以下重量份数的组分：磷建筑石膏1000份、铁矿石尾砂600份、水400份、纤维10份、分散剂10份、增效剂5份、缓凝剂0.5份、消泡剂0.2份。
材料的选择及制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其配比包括以下重量份数的组分：磷建筑石膏1200份、铁矿石尾砂1000份、水700份、纤维30份、分散剂30份、增效剂40份、缓凝剂10份、消泡剂5份。
材料的选择及制备方法与实施例2相同。
实施例6
一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其配比包括以下重量份数的组分：磷建筑石膏1100份、铁矿石尾砂800份、水600份、纤维20份、分散剂20份、增效剂20份、缓凝剂6份、消泡剂2.5份。
材料的选择及制备方法与实施例3相同。
对比例1
一种常规的石膏填充墙制备方法，其配比包括以下重量份数的组分：磷建筑石膏1500份、水780份、纤维15份、分散剂15份、缓凝剂1.5份、消泡剂4.5份。所述纤维为聚丙烯纤维，长度为15mm；所述分散剂为聚羧酸减水剂；消泡剂为有机消泡剂。
所述填充墙体材料制备方法，包括以下步骤：
S1：按配方组成称取各组分，先在搅拌机中依次加入水、分散剂、缓凝剂、消泡剂搅拌溶解混合；
S2：在搅拌机开启状态下，向上述混合溶液中加入磷建筑石膏搅拌0.5分钟，之后加入纤维继续搅拌1分钟待材料均匀后浇筑成型，即得。
对比例2
一种填充墙体，其配比包括以下重量份数的组分：磷建筑石膏1200份、铁矿石尾砂600份、水624份、纤维10份、分散剂12份、缓凝剂1.2份、消泡剂3.6份。
上述组分中，所述纤维为聚丙烯纤维，长度为15mm；所述分散剂为聚羧酸减水剂；所述增效剂为硫酸钠和氢氧化铝两种组成，质量比为1:1；所述缓凝剂为动物蛋白类缓凝剂；消泡剂为有机消泡剂。
所述填充墙体材料制备方法，包括以下步骤：
S1：按配方组成称取各组分，先在搅拌机中依次加入水、分散剂、缓凝剂、消泡剂搅拌溶解混合；
S2：在搅拌机开启状态下，向上述混合溶液中加入磷建筑石膏搅拌0.5分钟，之后依次加入纤维和铁矿石尾砂，继续搅拌1分钟待材料均匀后浇筑成型，即得。
对比例3
一种填充墙体，其配比包括以下重量份数的组分：磷建筑石膏1500份、水780份、纤维15份、分散剂15份、增效剂18份、缓凝剂1.2份、消泡剂3.6份。所述纤维为聚丙烯纤维，长度为15mm；所述分散剂为聚羧酸减水剂；消泡剂为有机消泡剂。
所述填充墙体材料制备方法，包括以下步骤：
S1：按配方组成称取各组分，先在搅拌机中依次加入水、分散剂、缓凝剂、增效剂、消泡剂搅拌溶解混合；
S2：在搅拌机开启状态下，向上述混合溶液中加入磷建筑石膏搅拌半分钟，之后加入纤维继续搅拌一分钟待材料均匀后浇筑成型，即得。
上述实施例1～6与对比例1～3所述墙体材料的配方数据如下，具体配方数据结果见表1。
上述实施例1～6与对比例1～3所述墙体材料参照标准T/CECS 971-2021进行试样制备及性能测试，其中空气声隔声量按照4000*2500*100mm尺寸进行数块制作，具体试验数据结果见表1。
由上述配比及表1可得到如下结论：
一、由实施例1与对比例2对比可知：
(1)、配比组分上对比例2与实施例1相比仅未加入增效剂，其余组分配比和制备方法均一致；
(2)、从表1数据可知：增效剂的添加，对磷建筑石膏本身性能缺陷造成的强度低、泡水性能差等缺陷有很好的改善效果。
二、由实施例1与对比例3对比可知：
(1)、配比组分上对比例3与实施例1相比仅未加入铁矿石尾砂，其余组分配比和制备方法均一致。
(2)、从表1数据可知：铁矿石尾砂的添加，可增加体系的流动性和粘聚性，改善施工性能，降低漏浆风险。同时铁矿石尾砂由于细度模数小，添加后使得体系材料的致密性更好，软化系数更高，传热系数有小幅度降低，但均在标准规定范围之内。
三、由实施例1～6与对比例1对比可得到：
(1)、从组分配比来看对比例1为常规石膏墙板制备方法，与实施例1的配比区别在于未掺加铁矿石尾砂和增效剂，单方磷建筑石膏掺量增加，水胶比、外加剂掺量、制备方法均一致，表明对比例1的成本更高。
(2)、从表1实施例1～6实验数据可知添加铁矿石尾砂及增效剂以后，新型快硬填充墙的2h强度明显高于常规的石膏墙板，初始流动度更大，表明新型快硬填充墙体同等条件下工作性更好，快硬及脱模性能更优异，更适用于滑模工艺；干燥硬化后，也具有更好的强度性能，隔音隔热性能也均符合标准。
(3)、本发明的产品，是一种经济性高，物理性能优异的快硬性墙体材料，可有效解决目前滑模工艺中存在的爬模时间久、表面粗糙、易漏浆等问题，大幅提高滑模工艺的施工效率，与现有填充墙制备及施工技术相比，每平方米“碳排放”量约可减少三分之一及以上。在降低填充墙体材料成本的同时，实现了大宗固废的综合利用，减少了磷石膏和铁矿石尾砂堆存对环境带来的污染问题，是一种适宜推广的新型的绿色低碳型环保建筑材料。
Claims (10)
1.一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其特征在于，按重量份包括如下组分：磷建筑石膏1000～1200份、铁矿石尾砂600～1000份、水400～700份、纤维10～30份、分散剂10～30份、增效剂5～40份、缓凝剂0.5～10份以及消泡剂0.2～5份。
2.根据权利要求1所述的一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其特征在于，所述磷建筑石膏为磷石膏经高温煅烧后的β型半水石膏。
3.根据权利要求1所述的一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其特征在于，所述磷建筑石膏的含水量为61％，所述磷建筑石膏2h抗折强度2.5MPa，2h抗压强度5.8MPa，绝干抗折强度3.0MPa，绝干抗压强度13.5Mpa。
4.根据权利要求1所述的一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其特征在于，所述铁矿石尾砂为铁矿石开采中产生的尾料废渣，其细度模数为1.4，表观密度3080kg/m3，含泥量9.3％。
5.根据权利要求1所述的一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其特征在于，所述纤维的长度为10～30mm，所述纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维及木质纤维中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其特征在于，所述分散剂为聚羧酸减水剂、三聚氰胺类减水剂、木质素磺酸钙及萘系减水剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其特征在于，所述增效剂为硫酸钠、氢氧化铝、硫酸铝、尿素以及硫代硫酸钠中的一种或多种组成。
8.根据权利要求1所述的一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其特征在于，所述缓凝剂为六偏磷酸钠、多聚磷酸钠、硼砂、柠檬酸钾、碳酸钠、动物蛋白类缓凝剂以及植物蛋白类缓凝剂中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
10.一种基于滑模工艺的快硬填充墙体材料的制备方法，采用如权利要求1至9中任一所述的基于滑模工艺的新型快硬填充墙体材料，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按配方比例准备材料：称取磷建筑石膏1000～1200份、铁矿石尾砂600～1000份、水400～700份、纤维10～30份、分散剂10～30份、增效剂5～40份、缓凝剂0.5～10份以及消泡剂0.2～5份；
S2、初步混合：现在搅拌机中依次加入步骤S1中准备的水、分散剂、缓凝剂、增效剂以及消泡剂，将上述物料在搅拌机中搅拌溶解混合，得到初步混合物质；
S3、再次混合及浇筑成型：在搅拌机开启状态下，然后向步骤S2中的初步混合物质中加入步骤S1中准备的磷建筑石膏搅拌半0.5～2分钟，之后依次加入步骤S1中准备的纤维和铁矿石尾砂，继续搅拌1～3分钟使得物料混合均匀，得到混合物料，将混合物料浇筑成型，即得到墙体材料。
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