一种无水石膏自流平材料及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种无水石膏自流平材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着现代社会的快速发展，建筑材料的需求量也在不断增加，其中自流平材料是其中常用的一类材料，对于提高施工速度、节约人力物力、减少污染具有重要作用。目前的自流平材料包括水泥基自流平材料、石膏基自流平材料等，前者是以水泥为基础材料，加入速凝剂、减水剂、保水剂等组成，其缺点包括凝结速度慢，早期强度低，容易出现开裂现象，限制了水泥基自流平材料的应用范围；后者则是以石膏为基础材料，通过添加各种外加剂、骨料等制成的自流平材料，石膏可以磷石膏为来源，有助于利用工业副产的大量磷石膏。
3.目前应用较多的石膏基自流平材料是以半水石膏为原材料，而半水石膏是由磷石膏低温煅烧制成，并不能消除磷石膏中杂质的影响，存在表面硬度低，耐水性和耐磨性差等缺陷，导致材料后期容易出现各种问题，因而需要改进石膏基自流平材料的组成。由于磷石膏高温煅烧可有效去除有机物、固定磷化合物和其他杂质，得到稳定产物ⅱ型无水石膏，但ⅱ型无水石膏的水化性能较低，需要配合激发剂才能有效利用，但自流平材料的组成中减水剂是必不可少的，激发剂和减水剂不仅会相互冲突，还会造成材料后期长毛反霜，影响材料的观感和使用价值。
4.cn 1693269a公开了一种石膏基自流平地面找平材料，所述找平材料的各组分及其重量百分比为：天然无水石膏80-90％，碱性激发剂10-20％，酸性激发剂《1.5％，保水剂《0.1％，减水剂《1.5％，消泡剂《0.5％，其中的碱性激发剂为水泥，酸性激发剂为钾盐、钠盐系列激发剂，即该找平材料同样是激发剂和减水剂共同使用，两者存在冲突，影响材料性能，且天然无水石膏的储量较少，成本较高。
5.cn 113773038a公开了一种磷ii型无水石膏基自流平砂浆，所述自流平砂浆包括水、水泥、矿渣、激活剂、磷ii型无水石膏和减水剂，所述减水剂为磺化三聚氢胺系减水剂，所述激活剂包括硫酸钾和硫酸铝，该自流平砂浆需要使用到减水剂和激活剂，同样存在两者相容性不佳，造成减水剂的减水率大幅降低，自流平砂浆的强度指标难以满足要求。
6.综上所述，对于无水石膏自流平材料组分的选择，还需要寻找合适的配合组分，避免激发剂和减水剂冲突带来的影响，保证自流平材料的各项性能，同时降低成本，便于大规模应用。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种无水石膏自流平材料及其制备方法，所述自流平材料以ⅱ型无水石膏为主料，再辅以水泥以及矿粉或粉煤灰，再通过减水剂、消泡剂及保水增稠剂等组分的添加，各组分相互作用，水泥能够提供碱性环境，矿粉或粉煤灰对无水石膏具有较好的激发作用，提高ⅱ型无水石膏的早期强度，由于矿粉、粉煤灰具有激发作用，使得自流平材料无需添加传统的金属盐类激发剂，因而不存在激发剂
和减水剂相互冲突的问题，具有较好的流动性和较高的强度；所述自流平材料原料来源广，成本低，有助于实现废弃物的资源化利用。
8.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
9.一方面，本发明提供了一种无水石膏自流平材料，所述自流平材料按重量份计包括以下组分：
[0010][0011]
其中，上述组分中ⅱ型无水石膏的重量份可选择6500份、7000份、7500份、8000份、8500份或9000份等，水泥的重量份可选择500份、800份、1000份、1200份或1500份等，矿粉的重量份可选择500份、750份、1000份、1250份、1500份、1750份或2000份等，粉煤灰的重量份可选择500份、750份、1000份、1250份、1500份、1750份或2000份等，减水剂的重量份可选择5份、8份、10份、15份或20份等，消泡剂的重量份可选择5份、8份、10份、15份或20份等，保水增稠剂的重量份可选择3份、5份、8份、10份、12份或15份等，但并不仅限于所列举的数值，在各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0012]
本发明中，根据所述无水石膏自流平材料的组成，ⅱ型无水石膏、水泥以及矿粉或粉煤灰为三种主要组分，其中以ⅱ型无水石膏为主料，由磷石膏经煅烧得到，单独的ⅱ型无水石膏水化性能较低，因而添加矿粉或粉煤灰与ⅱ型无水石膏配合使用，矿粉和粉煤灰对无水石膏具有较好的激发作用，能够提高其水化性能的早期强度，而水泥则能够提供激发作用所需的碱性环境，同时矿粉和粉煤灰代替了传统激发剂的作用，避免了金属盐类激发剂和减水剂相互冲突，造成无效添加的问题；
[0013]
除了上述主要组分，所述自流平材料还包括多种添加组分，其中的减水剂能够减少自流平材料的需水量，从而增加强度，并使自流平材料保持高流动性能，方便施工；消泡剂则能够快速消除自流平材料加水拌合后产生的气泡，保持自流平材料表面光滑，同时减少孔隙，增加强度；保水增稠剂能够提升自流平材料的保水性能，增加稠度，防止泌水；通过自流平材料中各组分的相互配合，发挥协同作用，使其具备凝结时间短、流动性高、强度高、水化性能高、无需激发剂即可使用的特点，作为建筑材料应用时性能优异；同时主料ⅱ型无水石膏以磷石膏为原料，来源广泛，成本低，有助于实现磷石膏的资源化利用，避免磷石膏对环境的污染。
[0014]
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
[0015]
作为本发明优选的技术方案，所述ⅱ型无水石膏由磷石膏经煅烧制备得到。
[0016]
本发明中，所述ⅱ型无水石膏的来源于二水石膏的煅烧，而磷石膏是以二水石膏为主要组成的废弃物，容易因其污染问题，而本发明中对磷石膏的煅烧处理能够将其中的有机污染物氧化分解、无机污染物固化，并得到ⅱ型无水石膏，实现磷石膏废弃物的资源化利用。
[0017]
优选地，所述ⅱ型无水石膏的细度为300～500目，例如300目、350目、400目、450目或500目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]
本发明中，所述ⅱ型无水石膏的细度会影响其自身的水化性能，细度的目数越大，水化性能相对越好；同时，细度也会影响ⅱ型无水石膏的强度，细度过小或细度过大都会导致ⅱ型无水石膏的标准用水量大，最终降低ⅱ型无水石膏的强度。
[0019]
优选地，所述水泥包括硅酸盐水泥，优选为42.5硅酸盐水泥。
[0020]
作为本发明优选的技术方案，所述矿粉的等级划分包括s95级或s105级。
[0021]
本发明中，上述矿粉的等级是按照矿粉的活性指数划分的，在一定程度上能够代表矿粉的粒径范围，上述等级越高，其粒径越小，s95级对应的比表面积范围为400～450m2/kg，例如450m2/kg、410m2/kg、420m2/kg、430m2/kg、440m2/kg或450m2/kg等，s105级对应的比表面积大于500m2/kg，例如500m2/kg、520m2/kg、540m2/kg、560m2/kg、580m2/kg或600m2/kg等。
[0022]
作为本发明优选的技术方案，所述粉煤灰包括高钙粉煤灰，其游离氧化钙的含量为10～20wt％，例如10wt％、12wt％、14wt％、16wt％、18wt％或20wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0023]
优选地，所述粉煤灰为c类i级粉煤灰，其中粉煤灰按照游离氧化钙含量来划分，包括低钙粉煤灰(f类)、高钙粉煤灰(c类)和复合粉煤灰，其中c类粉煤灰的等级分为i级和ⅱ级。
[0024]
本发明中所述粉煤灰即选择c类i级粉煤灰，其细度为过45μm方孔筛筛余不大于12％，例如12％、10％、8％、6％、4％或2％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]
作为本发明优选的技术方案，所述减水剂包括聚羧酸系减水剂、萘系减水剂或三聚氰胺系减水剂中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：聚羧酸系减水剂和萘系减水剂的组合，三聚氰胺系减水剂和聚羧酸系减水剂的组合，聚羧酸系减水剂、萘系减水剂和三聚氰胺系减水剂的组合等。
[0026]
本发明中，所述矿粉和粉煤灰能够起到激发作用，使得自流平材料中无需添加激发剂，因而减水剂的作用能够充分发挥，减水剂的作用机理主要是吸附、静电斥力和空间位阻效应；其中，静电斥力的机理是减水剂吸附在石膏颗粒上，改变颗粒表面的电荷分布，增加电荷密度，使动电位提高，颗粒分散性提高；空间位阻效应是减水剂吸附在石膏颗粒上后，两个有聚合物吸附层的颗粒彼此靠近，当颗粒表面间的距离小于吸附层厚度的两倍时，两个吸附层就产生相互作用，产生熵效应和渗透斥力效应，从而保持颗粒间的分散稳定性；上述原理都要求减水剂有强大的吸附能力，而减水剂本身是带负电荷的有机长链大分子，容易与金属阳离子发生强烈的吸附混凝作用，所以自流平浆体中若是含有阳离子激发剂会消耗减水剂，并且阳离子化合价越高，混凝作用越强。
[0027]
优选地，所述消泡剂包括有机硅消泡剂或固体粉末型消泡剂，所述有机硅消泡剂
的主要组分为硅油有机硅成分。
[0028]
优选地，所述保水增稠剂包括羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚或羧甲基纤维素醚中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：羟丙基甲基纤维素醚和羟乙基甲基纤维素醚的组合，羟乙基甲基纤维素醚和羧甲基纤维素醚的组合，羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚和羧甲基纤维素醚的组合等。
[0029]
另一方面，本发明提供了一种上述自流平材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0030]
将自流平材料的组分按照各自重量份进行混合，得到所述无水石膏自流平材料。
[0031]
作为本发明优选的技术方案，所述自流平材料的组分中的ⅱ型无水石膏由磷石膏经煅烧处理得到。
[0032]
优选地，所述磷石膏在煅烧处理前，先进行破碎、烘干处理，得到磷石膏粒料。
[0033]
本发明中，由于磷石膏含水率高，易出现团聚结块现象，导致煅烧不均匀，需要先破碎烘干。
[0034]
作为本发明优选的技术方案，所述煅烧处理的温度为800～1300℃，例如800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃或1300℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0035]
优选地，所述煅烧处理所用的设备包括回转窑。
[0036]
优选地，所述煅烧处理的停留时间为30～120min，例如30min、45min、60min、75min、90min、105min或120min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0037]
本发明中，磷石膏煅烧时，二水硫酸钙发生化学反应脱水生成无水硫酸钙，煅烧处理能够将其中的有机污染物氧化分解、无机污染物固化，并得到ⅱ型无水石膏；由于磷石膏中含有杂质，如氧化硅、氧化铁、粘土、碳等，反应温度可适当降低。
[0038]
作为本发明优选的技术方案，所述ⅱ型无水石膏在混合前先进行粉碎处理，得到ⅱ型无水石膏粉料。
[0039]
优选地，所述粉碎处理后ⅱ型无水石膏粉料的细度为300～500目，例如300目、350目、400目、450目或500目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0040]
本发明中，煅烧得到的ⅱ型无水石膏易出现团聚结块现象，需要采用球磨机进行粉碎，以增大ⅱ型无水石膏的比表面积，提高材料活性。
[0041]
作为本发明优选的技术方案，所述混合在混料搅拌设备内进行。
[0042]
优选地，所述混料搅拌设备包括v型混料机。
[0043]
优选地，所述混合的时间为5～10min，例如5min、6min、7min、8min、9min或10min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0044]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0045]
(1)本发明所述自流平材料以ⅱ型无水石膏为主料，辅以水泥以及矿粉或粉煤灰，再通过减水剂、消泡剂及保水增稠剂等组分的添加，各组分相互作用，水泥能够提供碱性环境，矿粉或粉煤灰对无水石膏具有较好的激发作用，在养护条件下能显著提高ⅱ型无水石膏的早期强度，由于矿粉、粉煤灰具有激发作用，使得自流平材料无需添加传统的金属盐类
激发剂，因而不存在激发剂和减水剂相互冲突的问题，使其具备凝结时间短、流动性高、强度高、水化性能高的特点，性能优异；
[0046]
(2)本发明所述自流平材料中的ⅱ型无水石膏以磷石膏为原料，来源广泛，成本低，有助于实现磷石膏废弃物的资源化利用，避免磷石膏对环境的污染。
具体实施方式
[0047]
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
[0048]
本发明具体实施方式部分提供了一种无水石膏自流平材料及其制备方法，所述自流平材料按重量份计包括以下组分：
[0049][0050][0051]
所述制备方法包括以下步骤：
[0052]
将自流平材料的组分按照各自重量份进行混合，得到所述无水石膏自流平材料。
[0053]
以下为本发明典型但非限制性实施例：
[0054]
实施例1：
[0055]
本实施例提供了一种无水石膏自流平材料及其制备方法，所述自流平材料按重量份计包括以下组分：
[0056][0057]
所述ⅱ型无水石膏的细度为400目，所述矿粉的等级为s105级，其来源为粒化高炉矿渣。
[0058]
所述减水剂为聚羧酸系减水剂，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述保水增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚。
[0059]
所述制备方法包括以下步骤：
[0060]
(1)将磷石膏先进行破碎、烘干处理，然后在1000℃条件下煅烧60min，粉磨处理后得到细度为400目的ⅱ型无水石膏粉料；
[0061]
(2)将上述自流平材料的组分按照各自重量份在v型混料机中混合5min，得到所述无水石膏自流平材料。
[0062]
实施例2：
[0063]
本实施例提供了一种无水石膏自流平材料及其制备方法，所述自流平材料按重量份计包括以下组分：
[0064][0065]
所述ⅱ型无水石膏的细度为300目，所述矿粉的等级为s95级，其来源为粒化高炉矿渣。
[0066]
所述减水剂为三聚氰胺系减水剂，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述保水增稠剂为羟乙基甲基纤维素醚。
[0067]
所述制备方法包括以下步骤：
[0068]
(1)将磷石膏先进行破碎、烘干处理，然后在800℃条件下煅烧120min，粉磨处理后得到细度为300目的ⅱ型无水石膏粉料；
[0069]
(2)将上述自流平材料的组分按照各自重量份在v型混料机中混合10min，得到所述无水石膏自流平材料。
[0070]
实施例3：
[0071]
本实施例提供了一种无水石膏自流平材料及其制备方法，所述自流平材料按重量份计包括以下组分：
[0072][0073]
所述ⅱ型无水石膏的细度为500目，所述矿粉的等级为s95级，其来源为粒化高炉矿渣。
[0074]
所述减水剂为聚羧酸系减水剂和萘系减水剂的混合物，所述消泡剂为固体粉末型消泡剂，所述保水增稠剂为羧甲基纤维素醚。
[0075]
所述制备方法包括以下步骤：
[0076]
(1)将磷石膏先进行破碎、烘干处理，然后在1200℃条件下煅烧30min，粉磨处理后得到细度为500目的ⅱ型无水石膏粉料；
[0077]
(2)将上述自流平材料的组分按照各自重量份在v型混料机中混合8min，得到所述无水石膏自流平材料。
[0078]
实施例4：
[0079]
本实施例提供了一种无水石膏自流平材料及其制备方法，所述自流平材料按重量份计包括以下组分：
[0080][0081][0082]
所述ⅱ型无水石膏的细度为450目，所述粉煤灰为高钙粉煤灰，其游离氧化钙的含量为15wt％，粉煤灰为c类i级粉煤灰，过45μm方孔筛筛余量为12％。
[0083]
所述减水剂为三聚氰胺系减水剂和萘系减水剂的混合物，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述保水增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚。
[0084]
所述制备方法包括以下步骤：
[0085]
(1)将磷石膏先进行破碎、烘干处理，然后在900℃条件下煅烧10min，粉磨处理后得到细度为450目的ⅱ型无水石膏粉料；
[0086]
(2)将上述自流平材料的组分按照各自重量份在锥型混料机中混合7min，得到所述无水石膏自流平材料。
[0087]
实施例5：
[0088]
本实施例提供了一种无水石膏自流平材料及其制备方法，所述自流平材料按重量份计包括以下组分：
[0089][0090]
所述ⅱ型无水石膏的细度为350目，所述粉煤灰为高钙粉煤灰，其游离氧化钙的含量为12wt％，粉煤灰为c类i级粉煤灰，过45μm方孔筛筛余量为10％。
[0091]
所述减水剂为聚羧酸系减水剂，所述消泡剂为固体粉末型消泡剂，所述保水增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚。
[0092]
所述制备方法包括以下步骤：
[0093]
(1)将磷石膏先进行破碎、烘干处理，然后在1100℃条件下煅烧45min，粉磨处理后得到细度为350目的ⅱ型无水石膏粉料；
[0094]
(2)将上述自流平材料的组分按照各自重量份在v型混料机中混合6min，得到所述无水石膏自流平材料。
[0095]
实施例6：
[0096]
本实施例提供了一种无水石膏自流平材料及其制备方法，所述自流平材料按重量份计包括以下组分：
[0097][0098]
所述ⅱ型无水石膏的细度为500目，所述粉煤灰为高钙粉煤灰，其游离氧化钙的含量为11wt％，粉煤灰为c类i级粉煤灰，过45μm方孔筛筛余量为8％。
[0099]
所述减水剂为三聚氰胺系减水剂，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述保水增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚。
[0100]
所述制备方法包括以下步骤：
[0101]
(1)将磷石膏先进行破碎、烘干处理，然后在1300℃条件下煅烧30min，粉磨处理后得到细度为500目的ⅱ型无水石膏粉料；
[0102]
(2)将上述自流平材料的组分按照各自重量份在v型混料机中混合7.5min，得到所述无水石膏自流平材料。
[0103]
对比例1：
[0104]
本对比例提供了一种无水石膏自流平材料及其制备方法，所述自流平材料的组分参照实施例1中的自流平材料，区别仅在于：矿粉的重量份为400份，即矿粉的加入量过少。
[0105]
对比例2：
[0106]
本对比例提供了一种无水石膏自流平材料及其制备方法，所述自流平材料的组分参照实施例1中的自流平材料，区别仅在于：矿粉的重量份为2500份，即矿粉的加入量过多。
[0107]
对比例3：
[0108]
本对比例提供了一种无水石膏自流平材料及其制备方法，所述自流平材料的组分参照实施例1中的自流平材料，区别仅在于：将矿粉替换为砂，重量份不变。
[0109]
分别将实施例1-6和对比例1-3制备的无水石膏自流平材料和水按标准稠度进行混合，随后进行测试，采用t/cbmf 82-2020中的测试方法对其进行性能测试，结果如表1所示。
[0110]
表1实施例1-6和对比例1-3所述无水石膏自流平材料的性能测试结果
[0111]
[0112]
由表1可知，所述无水石膏自流平材料与水混合时按标准稠度计量，即为自流平材料的需水量；实施例1-3中所述无水石膏自流平材料的组分中选择矿粉作为激发组分，实施例4-6中选择粉煤灰作为激发组分，且各组分重量份配合良好，所得自流平材料具备凝结时间可调、流动性高、强度高、水化性能高的优点；
[0113]
对比例1中，由于矿粉的加入量过少，无法对ⅱ型无水石膏起到充分激发作用，水化性能较弱，造成早期强度较低；对比例2中，由于矿粉的加入量过多，导致凝结时间过长，且容易因膨胀应力过大而导致自流平材料开裂；对比例3中，以砂替代矿粉，无法起到激发剂的作用，造成早期强度低。
[0114]
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述自流平材料以ⅱ型无水石膏为主料，再辅以水泥以及矿粉或粉煤灰，再通过减水剂、消泡剂及保水增稠剂等组分的添加，各组分相互作用，水泥能够提供碱性环境，矿粉或粉煤灰对无水石膏具有较好的激发作用，提高ⅱ型无水石膏的早期强度，由于矿粉、粉煤灰具有激发作用，使得自流平材料无需添加传统的金属盐类激发剂，因而不存在激发剂和减水剂相互冲突的问题，使其具备凝结时间短、流动性高、强度高、水化性能高的特点，性能优异；所述自流平材料中的ⅱ型无水石膏以磷石膏为原料，来源广泛，成本低，有助于实现磷石膏废弃物的资源化利用，避免磷石膏对环境的污染。
[0115]
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细产品与方法，但本发明并不局限于上述详细产品与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细产品与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品的等效替换及辅助组分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。