一种高强高韧耐水石膏板材及其制备方法

本发明涉及建筑材料，具体涉及一种高强高韧耐水石膏板材及其制备方法。

背景技术：

1、石膏板材因具有轻质、防火、隔音、调湿等优良特性，已成为现代建筑装饰装修中不可或缺的绿色建材。然而，传统石膏板材存在两大固有缺陷，严重制约了其应用领域的拓展：其一，石膏晶体呈针状或薄片状交错排列，内部孔隙率高，导致材料呈典型脆性断裂特征，抗冲击性能和抗弯承载能力不足，在运输、安装及使用过程中易产生破损；其二，石膏制品的水化产物二水硫酸钙具有一定的水溶性，且微观结构中存在大量毛细孔隙，水分极易渗入晶界，导致强度大幅下降，耐水性能差，难以应用于厨房、卫生间等高湿度环境。

2、为解决上述问题，国内外研究者开展了大量改性尝试。中国专利cn107226668a公开了一种高强耐水型玻璃纤维增强增韧石膏板及其制备方法，该技术以α型半水石膏为主要原料，掺加玻璃纤维并进行表面改性处理，使石膏板内部孔隙率降低，抗压强度增大，防水性能优异。中国专利cn120040160a公开了一种纤维增强型石膏板及制备方法，采用较长的玄武岩纤维提供宏观抗折强度、较短的再生纤维素纤维抑制微裂纹扩展。中国专利cn119263762a公开了一种高强度抗裂的石膏板及其制备方法，通过添加纤维增强材料和聚合物改性剂使石膏板具有更高的强度，同时采用天然树脂、防火剂和防潮剂等多种功能性原料以提高抗裂性能。然而，纤维在石膏基体中的分散均匀性难以保证，纤维与基体之间的界面粘接强度不足，且纤维掺量增加往往导致浆体工作性下降，增强效果存在明显瓶颈。

3、因此，亟需开发一种能够协同提升石膏板材强度、韧性与耐水性的新型复合改性方法。

技术实现思路

1、鉴于背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种高强高韧耐水石膏板材及其制备方法，旨在解决现有石膏板材存在强度低、韧性差及耐水性不足的技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种高强高韧耐水石膏板材，制备原料包括建筑石膏、微纳米复合碳酸钙浆体、高分子聚合物添加剂；

3、微纳米复合碳酸钙浆体中的固体与建筑石膏的质量比为（5~15）：（85~95）；高分子聚合物添加剂的质量为建筑石膏与微纳米复合碳酸钙浆体的总固体质量的1%~5%；

4、高分子聚合物添加剂包括水性环氧树脂乳液、聚丙烯酸酯乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液中的至少一种；

5、微纳米复合碳酸钙浆体中文石型纤维状碳酸钙与方解石型颗粒状碳酸钙的质量比为（20~60）：（40~80）。

6、优选的，建筑石膏包括脱硫建筑石膏、磷建筑石膏中的至少一种。

7、优选的，微纳米复合碳酸钙浆体的制备方法，包括以下步骤：将高钙固废与晶型调控剂、水混合后进行湿磨，在湿磨过程中同时通入co2气体进行碳化反应，碳化反应的温度为20~60℃，碳化反应的时间为1~5h，得到混杂文石型纤维状碳酸钙与方解石型颗粒状碳酸钙的微纳米复合碳酸钙的浆体；晶型调控剂为镁盐。

8、优选的，晶型调控剂包括硫酸镁、氯化镁中的至少一种；晶型调控剂的添加量为高钙固废质量的0.5%~6%。

9、优选的，湿磨的条件为：研磨介质为氧化锆球，球料质量比为（1~3）：1，固液质量比为（0.5~2）：1。

10、优选的，co2气体的流速为1~10 l/min。

11、优选的，高钙固废包括钢渣、电石渣、高钙粉煤灰中的至少一种，高钙固废中cao质量含量≥40%。

12、优选的，文石型纤维状碳酸钙的长径比≥10，方解石型颗粒状碳酸钙的粒径为0.1~5μm。

13、第二方面，本发明提供上述高强高韧耐水石膏板材的制备方法，包括以下步骤：

14、将微纳米复合碳酸钙浆体、建筑石膏、高分子聚合物添加剂混合搅拌均匀，得到石膏基混合浆料；

15、将石膏基混合浆料浇筑成型、养护得到高强高韧耐水石膏板材。

16、优选的，养护的条件为：温度40~60℃，湿度50%~70%rh，养护时间12~24h。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

18、（1）本发明提供的高强高韧耐水石膏板材通过文石型纤维状碳酸钙、方解石型颗粒状碳酸钙与高分子聚合物添加剂的多尺度协同作用，在石膏基体内部构建了刚-柔互穿网络复合结构，实现了石膏板材增韧与增强的同步提升；另外，方解石型颗粒状碳酸钙填充了石膏基体内部的毛细孔隙，同时有机高分子聚合物利用成膜特性在颗粒及基体表面形成连续疏水包覆层，两者协同形成了致密防水复合结构，从而同步提升材料的强度、韧性与耐水性。

19、（2）本发明以高钙固废为原料，通过机械力-化学湿法碳化技术制备功能性碳酸钙，实现了固废的高值化利用，环保效益显著，且该工艺条件温和、可控性强，晶相比例可调。本发明制备工艺简单，仅需向建筑石膏中一次性掺入复合碳酸钙和聚合物乳液，即可同时实现增韧、增强、耐水的一体化改性。

1.一种高强高韧耐水石膏板材，其特征在于，制备原料包括建筑石膏、微纳米复合碳酸钙浆体、高分子聚合物添加剂；

2.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐水石膏板材，其特征在于，所述建筑石膏包括脱硫建筑石膏、磷建筑石膏中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐水石膏板材，其特征在于，所述微纳米复合碳酸钙浆体的制备方法，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种高强高韧耐水石膏板材，其特征在于，所述晶型调控剂包括硫酸镁、氯化镁中的至少一种；

5.根据权利要求3所述的一种高强高韧耐水石膏板材，其特征在于，所述湿磨的条件为：研磨介质为氧化锆球，球料质量比为（1~3）：1，固液质量比为（0.5~2）：1。

6.根据权利要求3所述的一种高强高韧耐水石膏板材，其特征在于，所述co2气体的流速为1~10 l/min。

7.根据权利要求3所述的一种高强高韧耐水石膏板材，其特征在于，所述高钙固废包括钢渣、电石渣、高钙粉煤灰中的至少一种，所述高钙固废中cao质量含量≥40%。

8.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐水石膏板材，其特征在于，所述文石型纤维状碳酸钙的长径比≥10，所述方解石型颗粒状碳酸钙的粒径为0.1~5μm。

9.如权利要求1~8任一所述的高强高韧耐水石膏板材的制备方法，其特征在于，将微纳米复合碳酸钙浆体、建筑石膏、高分子聚合物添加剂混合搅拌均匀，得到石膏基混合浆料；

10.根据权利要求9所述的一种高强高韧耐水石膏板材的制备方法，其特征在于，所述养护的条件为：温度40~60℃，湿度50%~70%rh，养护时间12~24h。