一种无水石膏自流平材料及其制备方法和用途
阅读说明：本技术 一种无水石膏自流平材料及其制备方法和用途 (Anhydrous gypsum self-leveling material and preparation method and application thereof ) 是由 吴阳 王姗 丁鑫 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种无水石膏自流平材料及其制备方法和用途,所述自流平材料按重量份计包括以下组分：Ⅱ型无水石膏4000～6000份；掺合料2000～3000份；集料2000～3000份；减水剂3～50份；消泡剂5～20份；保水增稠剂3～15份。本发明所述自流平材料以Ⅱ型无水石膏为主料,辅以掺合料和集料,调节无水石膏的水化、凝结速率,提高强度,再通过减水剂、消泡剂及保水增稠剂等组分的添加,各组分相互配合,发挥协同作用,使其具备凝结时间短、流动性高、强度高、体积稳定性好、耐水性好的特点,性能优异；所述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。(The invention provides an anhydrous gypsum self-leveling material, a preparation method and application thereof, wherein the self-leveling material comprises the following components in parts by weight: 4000-6000 parts of type II anhydrous gypsum; 2000-3000 parts of admixture; 2000-3000 parts of aggregate; 3-50 parts of a water reducing agent; 5-20 parts of a defoaming agent; 3-15 parts of a water-retaining thickener. The self-leveling material provided by the invention takes II type anhydrous gypsum as a main material, and is supplemented with an admixture and an aggregate, the hydration and coagulation rates of the anhydrous gypsum are adjusted, the strength is improved, and then the components are matched with each other through the addition of the water reducing agent, the defoaming agent, the water retention thickening agent and the like, so that the self-leveling material has the characteristics of short coagulation time, high fluidity, high strength, good volume stability, good water resistance and excellent performance; the type II anhydrous gypsum takes the phosphogypsum as a raw material, has wide source and low cost, is beneficial to realizing the resource utilization of the phosphogypsum and avoids the pollution of the phosphogypsum to the environment.)
技术领域
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和用途。
背景技术
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。传统的自流平材料主要是水泥基自流平材料，其是以水泥为基础材料，以沙子为辅助材料，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，对施工环境要求严格等，限制了水泥基自流平材料的应用范围。
为克服水泥基自流平材料存在的缺陷，新型的自流平材料的研究也在不断进行，石膏基自流平材料即为其中一种，具有早期强度高、施工速度快、不开裂不空鼓、环保节能等优点，但仍然存在表面硬度低，耐水性和耐磨性差等缺陷，这主要是由于目前的石膏基自流平材料是以半水石膏为基材，而半水石膏的耐水性较差，成本较高，因而对石膏基自流平材料组分的改进是该材料的研究方向之一。
CN 107324746A公开了一种新型自流平砂浆及其生产工艺，所述自流平砂浆的各组分重量百分比如下：改性水泥3-60％，改性半水石膏10-66％，粉煤灰0.1-8％，水泥改性剂0.07-1.5％，石膏改性剂0.05-1.5％，调凝剂0.04-0.8％，抗胀剂0.01-0.1％，稳定剂0.01-0.2％，消泡剂0.01-0.2％，调色剂0.2-0.4％，增滑剂0.05-0.13％，集料30-86％；该自流平砂浆将改性水泥、改性半水石膏以及粉煤灰共同使用，组分较为复杂，造成自流平砂浆性能难以准确调控，各原料组分的需经过的前处理步骤较多，自流平砂浆生产工艺复杂。
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，即该找平材料同样是天然无水石膏与水泥共同使用，且天然无水石膏的储量较少，成本较高，造成自流平地面找平材料的造价提高。
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，提高自流平材料的各项性能，同时扩展组分原料的来源，降低成本，便于大规模应用。
发明内容
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和用途，所述自流平材料以Ⅱ型无水石膏为主料，辅以掺合料和集料，调节无水石膏的水化速率和凝结速率，提高强度，再通过减水剂、消泡剂及保水增稠剂等组分的添加，各组分相互配合，协同作用，进一步提高无水石膏的流动性、强度和耐水性等性能；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。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，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：
其中，上述组分中Ⅱ型无水石膏的重量份可选择4000份、4500份、5000份、5500份或6000份等，掺合料的重量份可选择2000份、2200份、2500份、2700份或3000份等，集料的重量份可选择2000份、2200份、2500份、2700份或3000份等，减水剂的重量份可选择3份、10份、20份、30份、40份或50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。
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、掺合料和集料为三种主要组分，其中以Ⅱ型无水石膏为主料，由二水石膏经煅烧得到，具有一定的水化性能，但水化速率较慢，因而添加掺合料、集料与Ⅱ型无水石膏配合使用，所述掺合料能够调节水化速率，促进凝结，提高无水石膏自流平材料的早期强度，掺合料的微膨胀性能可以调节无水石膏的微缩性能，增加体积稳定性；所述集料作为无水石膏自流平材料的骨架，能够降低自流平材料的堆积密度，增加自流平砂浆的流动性以及体积稳定性；
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、体积稳定性好、耐水性好的特点，作为建筑材料应用时性能优异，施工方便，成本较低。
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。
作为本发明优选的技术方案，所述自流平材料的组分还包括激发剂和缓凝剂，按重量份计分别为：
激发剂 0～100份；
缓凝剂 0～15份。
其中，所述激发剂的重量份可选择0、10份、30份、50份、60份、80份或100份等，所述缓凝剂的重量份可选择0、2份、15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。
本发明中，所述激发剂能够提高自流平材料的水化速率，从而提高强度，但若激发剂的加入量过大，受潮时会出现盐碱析出现象，同时自流平材料的流动度损失加大，不方便施工；所述缓凝剂能够减小自流平材料的流动度损失，延长施工时间，但若缓凝剂的加入量过大，则会大大延长自流平材料的凝结时间，造成强度降低，并导致泌水和表面起皮掉粉，不利于自流平材料综合性能的提高。
本发明中，根据上述激发剂和缓凝剂的作用表述，两者在某些方面作用相反，因而通过添加激发剂加快水化速率，促进凝结时，容易造成凝结时间难以控制在标准范围内，以及材料流动度变差、后期可能泛霜长毛等问题，因而再通过缓凝剂的加入，合理配比激发剂和缓凝剂，以此调控凝结时间，减少激发剂的不良影响。
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。
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，并得到无水石膏，实现磷石膏废弃物的资源化利用。
优选地，所述Ⅱ型无水石膏的细度为500～1000目，例如500目、600目、700目、800目、900目或1000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。
优选地，所述Ⅱ型无水石膏与掺合料的重量份比例为(1.5～2.5):1，例如1.5:1、1.6:1、1.8:1、2:1、2.2:1、2.4:1或2.5:1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。
本发明中，所述Ⅱ型无水石膏与掺合料的重量份比例是影响自流平材料性能的重要因素。所述掺合料的加入有助于Ⅱ型无水石膏的激发、水化和凝结，提高其早期强度，从而弥补Ⅱ型无水石膏激发不足的缺陷，但若是掺合料加入量过大，会影响自流平材料的体积稳定性，浆料在凝结过程中因收缩不均匀而产生开裂现象，因而本发明将两者的比例控制在一定范围内，既能调节Ⅱ型无水石膏的水化速率，促进凝结，提高早期强度，又能避免开裂现象。
优选地，所述掺合料包括α型半水石膏和/或β型半水石膏。
作为本发明优选的技术方案，所述集料包括河砂、机制砂或重钙粉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：河砂和机制砂的组合，机制砂和重钙粉的组合，河砂、机制砂和重钙粉的组合等。
优选地，所述集料的细度为40～250目，例如40目、75目、100目、150目、200目或250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。
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、三聚氰胺系减水剂、磷酸系减水剂或氨基磺酸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磷酸系减水剂的组合，聚羧酸系减水剂、磷酸系减水剂和氨基磺酸系减水剂的组合，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。
优选地，所述消泡剂包括有机硅消泡剂，所述有机硅消泡剂的主要组分为硅油有机硅成分。
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。
作为本发明优选的技术方案，所述激发剂包括硫酸钾、硫酸铝、硫酸铝钾或硫酸锂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：硫酸钾和硫酸铝的组合，硫酸铝和硫酸铝钾的组合，硫酸钾和硫酸锂的组合，硫酸铝、硫酸铝钾和硫酸锂的组合等。
优选地，所述缓凝剂包括蛋白质类、有机酸盐或碱性磷酸盐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：蛋白质类和有机酸盐的组合，有机酸盐和碱性磷酸盐的组合，蛋白质类、有机酸盐和碱性磷酸盐的组合等。
第二方面，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：
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。
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型无水石膏先进行粉碎处理，得到Ⅱ型无水石膏粉料。
优选地，所述粉碎处理采用球磨机进行，优选为滚筒式球磨机。
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。
优选地，所述粉碎处理后Ⅱ型无水石膏粉料的细度为500～1000目，例如500目、600目、700目、800目、900目或1000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。
优选地，所述Ⅱ型无水石膏由磷石膏经煅烧处理得到。
优选地，所述煅烧处理的温度为600～900℃，例如600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃或900℃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；时间为2～4h，例如2h、2.5h、3h、3.5h或4h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。
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。
优选地，所述混料搅拌设备包括V型混料机。
优选地，所述混合的时间为10～20min，例如10min、12min、14min、15min、16min、18min或20min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。
第三方面，本发明提供了一种上述自流平材料的用途，所述自流平材料用作建筑材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述自流平材料以Ⅱ型无水石膏为主料，辅以掺合料和集料，调节无水石膏的水化速率和凝结速率，提高强度，再通过减水剂、消泡剂及保水增稠剂等组分的添加，各组分相互配合，发挥协同作用，使其具备凝结时间短、流动性高、强度高、体积稳定性好、耐水性好的特点，性能优异；
(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
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。
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：
所述制备方法包括以下步骤：
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。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
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：
所述Ⅱ型无水石膏的细度为700目，所述河砂的细度为100目。
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。
所述激发剂为硫酸铝钾，所述缓凝剂为氨基酸类。
所述制备方法包括以下步骤：
(1)将磷石膏在800℃条件下煅烧3h，然后采用滚筒式球磨机进行粉磨处理，得到细度为700目的Ⅱ型无水石膏粉料；
(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15min，得到所述无水石膏自流平材料。
实施例2：
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：
所述Ⅱ型无水石膏的细度为500目，所述机制砂的细度为200目。
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。
所述激发剂为硫酸钾，所述缓凝剂为蛋白质类。
所述制备方法包括以下步骤：
(1)将磷石膏在900℃条件下煅烧2h，然后采用滚筒式球磨机进行粉磨处理，得到细度为500目的Ⅱ型无水石膏粉料；
(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。
实施例3：
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：
所述Ⅱ型无水石膏的细度为1000目，所述重钙粉的细度为250目。
所述减水剂为聚羧酸系减水剂和萘系减水剂的混合物，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述保水增稠剂为羧甲基纤维素醚。
所述激发剂为硫酸锂，所述缓凝剂为碱性磷酸盐。
所述制备方法包括以下步骤：
(1)将磷石膏在600℃条件下煅烧4h，然后采用管式球磨机进行粉磨处理，得到细度为1000目的Ⅱ型无水石膏粉料；
(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20min，得到所述无水石膏自流平材料。
实施例4：
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：
所述Ⅱ型无水石膏的细度为600目，所述机制砂的细度为75目。
所述减水剂为三聚氰胺系减水剂和磷酸系减水剂的混合物，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。
所述制备方法包括以下步骤：
(1)将磷石膏在700℃条件下煅烧3.5h，然后采用管式球磨机进行粉磨处理，得到细度为600目的Ⅱ型无水石膏粉料；
(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12min，得到所述无水石膏自流平材料。
实施例5：
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：
所述Ⅱ型无水石膏的细度为800目，所述重钙粉的细度为150目。
所述减水剂为聚羧酸系减水剂和氨基磺酸系减水剂的混合物，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述保水增稠剂为羟乙基甲基纤维素醚。
所述缓凝剂为碱性磷酸盐。
所述制备方法包括以下步骤：
(1)将磷石膏在750℃条件下煅烧2.5h，然后采用滚筒式球磨机进行粉磨处理，得到细度为800目的Ⅱ型无水石膏粉料；
(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18min，得到所述无水石膏自流平材料。
实施例6：
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：
所述Ⅱ型无水石膏的细度为900目，所述河砂的细度为50目。
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。
所述激发剂为硫酸铝。
所述制备方法包括以下步骤：
(1)将磷石膏在850℃条件下煅烧2.5h，然后采用滚筒式球磨机进行粉磨处理，得到细度为900目的Ⅱ型无水石膏粉料；
(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15min，得到所述无水石膏自流平材料。
对比例1：
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：掺合料β型半水石膏的重量份为1000份，即掺合料的加入量过少。
对比例2：
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：掺合料β型半水石膏的重量份为5000份，即掺合料的加入量过多。
分别将实施例1-6和对比例1-2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。
表1实施例1-6和对比例1-2所述无水石膏自流平材料的性能测试结果
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包括所有种类，且各组分重量份配合基本良好，所得无水石膏自流平材料具备凝结时间可调、流动性高、强度高、体积稳定性好、耐水性好的优点；实施例4中未加入激发剂和缓凝剂，但其他组分重量份配合较好，对自流平材料的整体性能影响不大；实施例5中由于缺少激发剂，激发剂提高水化速率及强度的性能无法发挥，凝结时间相对延长，而强度减弱；实施例6中由于只加入激发剂而缺少缓凝剂，使得无水石膏自流平材料的流动度损失较大，凝结时间短。
对比例1中，由于掺合料的加入量过少，无法对Ⅱ型无水石膏起到充分提高水化速率的作用，造成早期强度过低，凝结时间过长；对比例2中，由于掺合料的加入量过多，导致流动度损失较大，凝结时间过短，容易影响自流平材料的体积稳定性，凝结过程中收缩不均匀，造成自流平材料开裂。
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，辅以掺合料和集料，调节无水石膏的水化速率和凝结速率，提高强度，再通过减水剂、消泡剂及保水增稠剂等组分的添加，各组分相互配合，发挥协同作用，使其具备凝结时间短、流动性高、强度高、体积稳定性好、耐水性好的特点，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。
申请人声明，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。