改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆及其制备方法

改性
β
磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆及其制备方法
技术领域
1.本发明属于建筑材料领域，具体地涉及一种β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆及其制备方法。


背景技术：

2.随着我国工业和建筑产业的快速发展，相伴产生的固体废弃物堆积量也日益增多，绝大部分工业固废和建筑固废被运往郊外露天放置或者填埋处理，不仅在征用土地上耗用了大量的费用，且在堆存过程中产生的粉尘等也会严重污染环境。因此，固体废弃物的再利用对于保护环境、节约资源、推进建筑行业健康可持续发展具有重要意义。
3.磷石膏是湿法生产磷酸所产生的一种工业固体废弃物。据不完全统计，中国磷石膏年产量约7500万吨，累计堆存量已超过6亿吨。大部分磷石膏被露天放置，不仅占用大量土地，其含有的有害杂质如可溶性磷、可溶性氟、共晶磷等酸性物质以及少量的重金属元素和放射性核素等，还会引起大气、水系和土壤污染等环境问题。
4.cfb粉煤灰指是煤矸石经循环流化床锅炉燃烧后，经烟道排出的飞灰，目前中国每年cfb灰渣排放量约为5000万吨，由于cfb锅炉燃烧的温度相比普通煤灰锅炉要低很多，其产生的cfb粉煤灰在物理性能、化学成分及矿物组成上与普通粉煤灰有较大的差别，如cfb粉煤灰含有大量的游离cao、硬石膏(
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caso4)以及活性较高的无定形偏高岭石等粘土矿物脱水产物，不含惰性的莫来石，ph值高，且cfb粉煤灰中的[sio4]和[a1o6]聚合度均低于普通粉煤灰，因此无法对cfb粉煤灰采用常规方法处治，主要以堆积为主。电石渣是电石水解获取乙炔气后产生的以氢氧化钙为主要成分的废渣，目前中国每年产生的电石渣约为3240万吨。含有一定水量的电石废渣具有强碱性，严重污染环境，而对其处理方式却主要以堆积、填埋为主。
[0005]
天然砂资源的日趋匮乏，加上生态保护及限采禁采政策的制约，导致当前我国各地混凝土用砂供需矛盾日益突出，而机制砂也出现供不应求的情况。同时机制砂是由岩石经开采、机械破碎制成，在开采过程中会影响山体地质结构，在机械破碎过程中也会产生噪音和粉尘污染。
[0006]
自流平砂浆是指可通过浆体高流动度自动流平形成平整表面的地面材料，但现有大部分为水泥基自流平砂浆，碳排放量高。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆及其制备方法，解决现有技术中固体废弃物资源化利用难度大、水泥基自流平砂浆碳排放量高的技术问题。
[0008]
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆，包括质量比为100：(1.6～2.2)的主组分以及外加剂组分；主组分采用原料及其所占质量百分比为：磷建筑石膏30％～50％、循环流化床(cfb)粉煤灰4％～9％、电
石渣1.2％～3％、废弃混凝土再生微粉4％～6％、以及废弃混凝土再生砂35％～55％。
[0009]
进一步地，按主组分总质量为100％计，外加剂组分包括减水剂0.2％～0.4％、缓凝剂0.4％～0.6％和胶结剂1％～1.2％。
[0010]
更进一步地，减水剂为粉状聚羧酸系高效减水剂。
[0011]
更进一步地，缓凝剂为骨胶蛋白质类缓凝剂。
[0012]
更进一步地，胶结剂为醋酸乙烯酯-乙烯共聚可再分散乳胶粉。
[0013]
进一步地，磷建筑石膏粉的强度等级满足gb/t 9776-2008《建筑石膏》中规定的3.0等级要求，磷建筑石膏粉的比表面积为300～500m2/kg；磷建筑石膏粉的组成中：二水石膏含量(质量分数)应小于3％，半水石膏含量(质量分数)应为70～80％，无水石膏含量(质量分数)应为5～10％。
[0014]
进一步地，cfb粉煤灰由球磨机粉磨至细度(45μm方孔筛筛余)小于12％或比表面积为500～600m2/kg，cfb粉煤灰中氧化钙含量大于10％，游离氧化钙(f-cao)含量(质量分数)小于或等于4％，cfb粉煤灰中未燃炭含量小于或等于3％。
[0015]
进一步地，电石渣中cao有效含量大于或等于60％，电石渣细度(45μm方孔筛筛余)小于10％。
[0016]
进一步地，废弃混凝土再生砂为废弃混凝土经过破碎、磁选、筛分、除杂等工艺后，所制得的粒径小于2.36mm、颗粒级配符合3区、细度模数为1.6～2.2的烘干再生砂，废弃混凝土再生砂的亚甲蓝(mb)值小于1.40g/kg，废弃混凝土再生砂中微粉含量小于7.0％，废弃混凝土再生砂的压碎指标小于30％，废弃混凝土再生砂的需水量比小于170％。
[0017]
进一步地，废弃混凝土再生微粉为再生骨料加工过程中产生的，经由收尘器收集或选粉机分选的粒径小于75μm的细粉，废弃混凝土再生微粉的mb值小于1.4g/kg，废弃混凝土再生微粉由球磨机粉磨至比表面积为600～800m2/kg。
[0018]
本发明β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆的制备方法，包括如下制备步骤：
[0019]
(1)按配比称取各组分并混合，得到粉粒状干混物；
[0020]
(2)在搅拌锅中加入预估量的水，将(1)中干混料匀速倒入搅拌锅内，低速搅拌1～2min。
[0021]
(3)在(2)停止搅拌后，用刮刀将搅拌叶和锅壁上的不均匀拌合物刮下，高速搅拌1～2min，静停1～2min，然后再高速搅拌1～2min。
[0022]
进一步地，步骤(2)中低速搅拌转速为140～150r/min，步骤(3)中高速搅拌转速为275～295r/min。
[0023]
进一步地，步骤(2)中加入用水量为干混料重量的45％～55％。
[0024]
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
[0025]
本发明以磷建筑石膏和cfb粉煤灰为胶凝材料，废弃混凝土再生砂和微粉为再生骨料，电石渣为激发剂，通过调整主组分配方和外加剂掺量，使得自流平砂浆的力学性能、流动性能以及耐水性能等技术指标均满足相关国家标准要求，不仅缓解了天然河砂资源日益短缺的问题，又能有效利用磷石膏、废弃混凝土、cfb粉煤灰、电石渣等大宗工业固体废弃物，节约资源、减少碳排放，降低自流平砂浆的生产成本，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
[0026]
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]
本发明旨在提出一种改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆及其制备方法，以解决现有磷石膏、cfb粉煤灰、电石渣和废弃混凝土等固体废弃物资源化利用难度大、水泥基自流平砂浆碳排放量高的问题。与水泥基自流平砂浆相比，石膏基自流平砂浆具有凝结速度快、体积稳定，不开裂和不空鼓等优点。除此之外，水泥也是碳排放大户，仅2020年，我国水泥产业碳排放量约14.66亿吨，约占全国碳排放总量的14.3％，因此利用磷石膏、脱硫石膏等工业副产石膏制备的建筑材料环保优势显而易见，能够有效降低碳排放量；具体地，本发明主要机理及优势如下：
[0028]
1.本发明采用cfb粉煤灰作为磷建筑石膏的改性剂，以电石渣作为碱性激发剂，废弃混凝土再生微粉为碱性掺合料，废弃混凝土再生砂为细集料。首先，磷建筑石膏的早期水化为砂浆提供早期强度，且再生微粉的晶核作用有利于提高体系胶凝材料的水化程度，增加砂浆的密实度。其次，电石渣和再生微粉中的ca(oh)2、cfb粉煤灰中的f-cao可有效中和磷建筑石膏中呈酸性的水溶性磷、氟等杂质。并且，cfb粉煤灰的
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caso4溶解度高，使其自身具有自硬性，加之其[sio4]和[a1o6]聚合度均低于普通粉煤灰，使得其火山灰反应活性明显高于普通粉煤灰，在cfb粉煤灰的自硬性、电石渣和磷石膏对cfb粉煤灰的碱性和硫酸盐激发的共同作用下，能够形成数量较多的c-s-h凝胶和钙矾石等难溶性水化产物，使得砂浆的后期强度和耐水性能得到显著提升。此外，磷建筑石膏对再生微粉也具有硫酸盐激发作用，可以激发再生微粉的潜在活性，改善自流平砂浆的内部孔隙结构。
[0029]
2.本发明采用废弃混凝土再生砂作为自流平砂浆的细骨料，缓解了不可再生资源河砂的开采和利用，避免了机制砂的开采对山体地质结构的影响。同时，再生砂和再生微粉多孔结构使其具有高吸水性，提高了磷建筑石膏浆体增稠保水效果，降低了自流平砂浆的泌水，从而可以省去增粘剂或增稠剂的使用。另外，再生砂吸水后会导致自流平砂浆实际水胶比的降低，砂浆的孔结构和界面结构更加密实，且再生微粉中还存在一定量未完全水化的活性硅铝质材料，具有二次水化的潜质。
[0030]
3.本发明采用的减水剂为聚羧酸系高效减水剂，聚羧酸系减水剂能通过“吸附-空间位阻/静电斥力-分散”的方式在石膏体系中发挥分散效果。当减水剂吸附于石膏颗粒的表面时，使得颗粒表面双电层的电荷分布发生了改变，其ξ电位的绝对值增大，且由正值转变为负值，导致颗粒间斥力增大，从而体系的分散性提高，浆体标准稠度用水量降低，从而使得石膏内部结构更加致密。同时，聚羧酸减水剂的羧酸基(—coom)能与石膏中的ca
2
生成分子间络合物，从而阻止半水石膏的水化，对石膏浆体具有一定的缓凝作用。
[0031]
4.本发明采用的缓凝剂为骨胶蛋白质类缓凝剂，骨胶是由高分子多肽蛋白组成的有机蛋白类缓凝剂，是由多种氨基酸组成的混合体。骨胶中含有的极性官能团，如肽键、氨基等能够与石膏中的ca
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反应，形成化学吸附层，吸附在半水石膏的粒子表面，降低其表面能，使得石膏晶核的形成与生长收到抑制。此外，骨胶溶于水后，能在石膏体系中形成保护性胶体，覆盖在磷石膏的表面，从而阻碍石膏颗粒的溶解和水化。两者共同作用，宏观上表现出骨胶对石膏的缓凝作用。
[0032]
5.本发明采用的胶结剂为醋酸乙烯酯-乙烯共聚可再分散乳胶粉。醋酸乙烯酯-乙烯共聚可再分散性乳胶粉遇水后会形成乳液，均匀分散在体系中，随着石膏水化的进行，体系内自由水减少，胶粉颗粒之间的距离也变小，最终胶粉失水，相互连接形成一张致密的网络薄膜，当硬化体受到外力时，这张聚合物薄膜能够起到拉伸作用，吸收能量，分散应力，从而增大石膏的粘结强度。
[0033]
6.本发明将大宗工业固体废弃物磷石膏、废弃混凝土、cfb粉煤灰和电石渣等应用到自流平砂浆中，取代传统的水泥基自流平材料，具有节能减排的优点，降低了砂浆的生产成本，能够有效解决磷石膏、废弃混凝土、cfb粉煤灰等工业固废堆积问题，具有显著的科学意义和实用价值。
[0034]
下面通过具体的实施例对本发明做进一步详细说明。
[0035]
实施例1
[0036]
一种改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆，按质量百分数计，由磷建筑石膏50％、循环流化床(cfb)粉煤灰8％、电石渣2％、废弃混凝土再生微粉5％以及废弃混凝土再生砂35％组成主组分；外加剂包括分别占主组分质量0.3％的减水剂、0.5％的缓凝剂和1％的胶结剂。
[0037]
按上述配比称取各组分并混合，得到粉粒状干混物，然后在搅拌锅中先加入占粉粒状干混物总质量48％的水，再将粉粒状干混物匀速倒入搅拌锅内，先在140r/min转速下搅拌2min，再在280r/min转速下搅拌1min，静停1min后再高速搅拌1min，搅拌均匀后即得改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆。
[0038]
实施例2
[0039]
一种改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆，按质量百分数计，由磷建筑石膏40％、循环流化床(cfb)粉煤灰8％、电石渣2％、废弃混凝土再生微粉5％以及废弃混凝土再生砂45％组成主组分；外加剂包括分别占主组分质量0.3％的减水剂、0.5％的缓凝剂和1％的胶结剂。
[0040]
按上述配比称取各组分并混合，得到粉粒状干混物，然后在搅拌锅中加入50％的水，将粉粒状干混物匀速倒入搅拌锅内，搅拌均匀后即得改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆。
[0041]
实施例3
[0042]
一种改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆，按质量百分数计，由磷建筑石膏50％、循环流化床(cfb)粉煤灰5％、电石渣1.5％、废弃混凝土再生砂38.5％以及废弃混凝土再生微粉5％组成主组分；外加剂包括分别占主组分质量0.2％的减水剂、0.5％的缓凝剂和1％的胶结剂。
[0043]
按上述配比称取各组分并混合，得到粉粒状干混物，然后在搅拌锅中加入46％的水，将粉粒状干混物匀速倒入搅拌锅内，搅拌均匀后即得改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆。
[0044]
对比例1
[0045]
一种改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆，按质量百分数计，由磷建筑石膏60％、废弃混凝土再生砂35％、废弃混凝土再生微粉5％组成主组分；外加剂包括分别占主组分质量0.3％的减水剂、0.5％的缓凝剂和1％的胶结剂。
[0046]
按上述配比称取各组分并混合，得到粉粒状干混物，然后在搅拌锅中加入48％的水，将粉粒状干混物匀速倒入搅拌锅内，搅拌均匀后即得改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆。
[0047]
对比例2
[0048]
一种改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆，按质量百分数计，由磷建筑石膏50％、普通二级粉煤灰8％、电石渣2％、废弃混凝土再生砂35％、废弃混凝土再生微粉5％组成主组分；外加剂包括分别占主组分质量0.3％的减水剂、0.5％的缓凝剂和1％的胶结剂。
[0049]
按上述配比称取各组分并混合，得到粉粒状干混物，然后在搅拌锅中加入48％的水，将粉粒状干混物匀速倒入搅拌锅内，搅拌均匀后即得改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆。
[0050]
对比例3
[0051]
一种改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆，按质量百分数计，由磷建筑石膏50％、循环流化床(cfb)粉煤灰8％、电石渣2％、河砂40％(细度模数为2.1，含泥量为0.4％的3区细河砂)组成主组分；外加剂包括分别占主组分质量0.3％的减水剂、0.5％的缓凝剂和1％的胶结剂。
[0052]
按上述配比称取各组分并混合，得到粉粒状干混物，然后在搅拌锅中加入48％的水，将粉粒状干混物匀速倒入搅拌锅内，搅拌均匀后即得改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆。
[0053]
对比例4
[0054]
一种改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆，按质量百分数计，由磷建筑石膏50％、水泥15％、废弃混凝土再生砂35％组成主组分；外加剂包括分别占主组分质量0.3％的减水剂、0.5％的缓凝剂和1％的胶结剂。
[0055]
按上述配比称取各组分并混合，得到粉粒状干混物，然后在搅拌锅中加入48％的水，将粉粒状干混物匀速倒入搅拌锅内，搅拌均匀后即得改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆。
[0056]
分别按上述实施例1-3以及对比例1-4的组分配方配制成自流平砂浆，并对七组砂浆的流动度、凝结时间、抗折及抗压强度、粘结强度、尺寸变化率及软化系数进行测试，以比对相互之间的使用性能，测试结果如下表1所示。
[0057]
表1本发明实施例1-3以及对比例1-4所得砂浆性能测试
[0058][0059]
综上，本发明实施例1～3改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆的各项指标均满足jc/t 1023 2021《石膏基自流平砂浆》中的相关要求，具有优异的性能。
[0060]
综合实施例1和对比例1可得，相比于未经改性的磷建筑石膏，经cfb粉煤灰和电石渣改性的磷建筑石膏制备的再生砂自流平砂浆的力学和耐水性能明显增强，28d抗折强度从5.1mpa提高到7.1mpa，抗压强度从13.8mpa提高到25.1mpa，软化系数从0.41提高到0.73，表明cfb粉煤灰和电石渣对磷建筑石膏有较好的改性效果。
[0061]
综合实施例1和对比例2可得，用普通粉煤灰代替cfb粉煤灰时，自流平砂浆的力学性能和耐水性能整体上均有所降低，28d抗折强度从7.1mpa降低到5.3pa，抗压强度从25.1mpa降低到15.7mpa，软化系数从0.73降低到0.45，表明cfb粉煤灰相比于普通粉煤灰对磷建筑石膏具有很好的改性效果。
[0062]
综合实施例1和对比例3可得，用河砂代替废弃混凝土再生砂时，同样水胶比下，自流平砂浆力学性能有所降低，28d抗折强度从7.1mpa降低到6.6mpa，抗压强度从25.1mpa降低到20.8mpa，表明废弃混凝土再生砂相比于河砂对自流平砂浆的强度提升具有更好的作用。
[0063]
综合实施例1和对比例4可得，用水泥代替cfb粉煤灰、电石渣和废弃混凝土再生微粉时，同样水胶比下，自流平砂浆的早期强度略有提升，但后期强度和耐水性能均有所降低，28d抗折强度从7.1mpa降低到6.3mpa，抗压强度从25.1mpa降低到19.2mpa，软化系数从0.73降低到0.66，且砂浆稳定性能较差，28d尺寸变化率从膨胀0.02％变化到收缩0.06％，远超过jc/t 1023 2021中的标准(≤0.02％)，表明采用水泥改性对自流平砂浆的稳定性具
有不利的影响。
[0064]
本发明公开了一种改性β磷石膏基废弃混凝土再生砂自流平砂浆及其制备方法，包括的原料及其所占质量百分比为：磷建筑石膏粉：30％～50％；循环流化床(cfb)粉煤灰：4％～9％；电石渣：1.2％～3％；废弃混凝土再生微粉：4％～6％；废弃混凝土再生砂：35％～55％；减水剂：0.2％～0.4％；缓凝剂：0.4％～0.6％；胶结剂：1％～1.2％。本发明以磷建筑石膏和cfb粉煤灰为胶凝材料，废弃混凝土再生砂和微粉为再生骨料，电石渣为激发剂，通过调整配方和外加剂掺量，使得自流平砂浆的力学性能、流动性能以及耐水性能等技术指标均满足相关国家标准要求，不仅缓解了天然河砂资源日益短缺的问题，又能有效利用磷石膏、废弃混凝土、cfb粉煤灰、电石渣等大宗工业固体废弃物，节约资源、减少碳排放，降低自流平砂浆的生产成本，具有广阔的应用前景。
[0065]
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。