本发明涉及一种无水泥脱硫石膏抹灰砂浆及其制备方法，属于建筑材料
技术领域：
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背景技术：
：抹灰砂浆是建筑砂浆中用量最大的砂浆品种，目的是保护墙体基层和增加美观作用。目前抹灰砂浆主要有水泥抹灰砂浆和石膏抹灰砂浆两类。其中石膏抹灰砂浆(gypsumplastingmortar)是以半水石膏(其主要成分是CaSO4·1/2H2O)或II型无水石膏单独或两者混合后作为胶凝材料，并按照一定比例加入骨料、水和多种外加剂配制而成。近年来石膏抹灰砂浆使用量逐渐加大，而且与机械化喷涂施工相结合，成本优势凸显。由于半水石膏和II型无水石膏多为天然石膏，随着石膏抹灰砂浆的用量逐年增大，天然石膏的开采量也越来越大，因此，天然石膏存量不足的问题愈发凸显。为了解决天然石膏存量不足的问题，通常是将脱硫石膏等二水石膏(CaSO4·2H2O)经烘干、煅烧和粉磨加工得到半水石膏，或者将二水石膏经600～900℃煅烧得到II型无水石膏，然后再制备石膏抹灰砂浆。但是，采用这种方式，不仅需要配制单独的生产设备，而且需要消耗大量热能，提高了抹灰砂浆的生产成本，同时也会对环境造成一定的污染。并且，采用脱硫石膏煅烧得到的半水石膏品质不稳定，容易影响抹灰砂浆的使用性能。目前，也有研发人员尝试直接采用不经煅烧的脱硫石膏(免煅烧脱硫石膏)替代现有的半水石膏或II型无水石膏。但是研究发现，采用上述方法制得的抹灰砂浆，其水分挥发需要很长时间，硬化过程非常缓慢，给生产和施工都带来极大的不便；并且，采用免煅烧脱硫石膏，还容易造成水泥抹灰砂浆的强度和防水性能等下降，甚至不能达到相关行业标准和国家标准的要求，所以通常采用在免煅烧脱硫石膏抹灰砂浆中加入水泥和可改良整体性能的材料，比如中国专利申请CN201410365697.2中公开了一种建筑干混抹灰砂浆，其使用了较小量的脱硫石膏粉(2-5wt％)以及较大用量的硅酸盐水泥(20-30wt％)，还同时添加了聚丙烯纤维、多种外加剂、以及5-10wt％的性能改良剂等，以弥补因加入脱硫石膏所带来的性能下降问题。其中性能改良剂的用量较大，甚至超过了脱硫石膏的用量，因外加剂的价格较贵，从而提高了抹灰砂浆的原料成本，反而不利于实际的生产与推广使用。技术实现要素：针对现有技术中的上述问题，本发明提供一种无水泥脱硫石膏抹灰砂浆及其制备方法，直接采用脱硫石膏和硅钙渣等工业固废作为基础成分，并复配以骨料、水和外加剂，使制备得到的无水泥脱硫石膏抹灰砂浆能够满足相关标准要求，且无需对脱硫石膏进行烘干、煅烧和粉磨等加工，降低了脱硫石膏抹灰砂浆加工过程中的能耗和污染。本发明提供一种无水泥脱硫石膏抹灰砂浆，包括如下重量份的组分：脱硫石膏15～20份、硅钙渣复合掺合料15～20份、骨料60～70份、外加剂0.2～0.3份和水10～15份；其中，上述硅钙渣复合掺合料由以下重量份的组分组成：硅钙渣40～50份、脱硫石膏1～5份、粉煤灰30～35份、粒化高炉矿渣15～25份和助磨剂0.05～0.08份。本发明提供的无水泥脱硫石膏抹灰砂浆，是以脱硫石膏、硅钙渣、粉煤灰和粒化高炉矿渣等工业固废构成了无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的凝胶材料(即基础组分)，并复配以骨料、水和外加剂得到，通过合理设置各组分的用量，以充分发挥各组分之间的协同作用，使无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的性能满足《GB/T28627-2012抹灰石膏》的标准要求，并使新拌无水泥脱硫石膏抹灰砂浆具有良好的保水性、施工性、机械输运性，同时与基体(墙体)具有良好的粘结力，使施工后的墙体表面平整光滑，避免出现掉粉、空鼓、开裂等问题。并且，其采用的脱硫石膏无需经过烘干、煅烧和粉磨加工等额外处理即可直接使用，从而降低了无水泥脱硫石膏抹灰砂浆加工过程中的能耗和污染。此外，由于其基础组分主要是由工业固废构成，尤其是脱硫石膏的用量与硅钙渣复合掺合料的用量相当，因此显著降低了原料成本，并为大规模消纳工业固废提供了新的途径。脱硫石膏(desulfurationgypsum)又称排烟脱硫石膏、硫石膏或FGD石膏，其主要组分与天然石膏一样，均是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)。本发明对脱硫石膏的来源不做特别限定，通常可选用石灰-石灰石回收燃煤或油的烟气中二氧化硫的过程中所产生的工业副产物。在本发明具体实施过程中选用的脱硫石膏，其含水率≤15％，二水硫酸钙在干基脱硫石膏中的含量≥93％，从而保证了脱硫石膏的纯度，避免其中的杂质影响无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的性能。本发明中所使用的硅钙渣复合掺合料，是以硅钙渣为主要原料，掺配以少量的脱硫石膏、粉煤灰、粒化高炉矿渣和助磨剂得到，对脱硫石膏具有改性和增强的作用。本发明硅钙渣复合掺合料中所使用的硅钙渣可来源于预脱硅-碱石灰烧结法工艺从粉煤灰中提取氧化铝后的副产物，详细的生产工艺可以参考相关的公开报道，例如“高铝粉煤灰预脱硅碱石灰烧结法提铝硅钙渣脱碱工艺研究”，王勇等，《轻金属》，2015年第8期，第10-14页，或者按照专利申请CN103332710A(一种高铝粉煤灰预脱硅同步降低碱含量的方法)中记载的方法，对高铝粉煤灰实施预脱硅并采用碱石灰烧结法提取氧化铝后得到的硅钙渣副产物。硅钙渣为土黄色细粉和团聚小颗粒的混合物，粒径小于5mm，密度为2.80～3.00g/cm3，堆积容重为0.95～1.1g/cm3。粉磨至比表面积360m2/kg时松散堆积容重为0.75～0.80g/cm3，紧密堆积容重为1.40～1.45g/cm3。硅钙渣的矿物成分主要是硅酸二钙，重量比约占70～75％。在本发明具体实施过程中，所选用的硅钙渣产自大唐国际再生资源开发有限公司采用预脱硅-碱石灰烧结法工艺从粉煤灰中提取氧化铝后的副产物，其主要化学成分，按重量百分比计，包括：SiO2，20～28％；CaO，45～55％；Al2O3，3～9％；Na2O，2～3.5％；Fe2O3，1.5～4％。在硅钙渣复合掺合料中，也需要入加入少量的脱硫石膏。发明人研究发现，上述少量的脱硫石膏可作为硅钙渣复合掺合料的调凝剂。在本发明具体实施过程中，硅钙渣复合掺合料中脱硫石膏的重量含量一般为1～5％。粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。本发明对硅钙渣复合掺合料中粉煤灰的来源不做特别限定，只要其符合现行国家标准《GB/T1596-2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的相关规定即可。在高炉冶炼生铁时，所得以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后，即为粒化高炉矿渣。本发明中对掺合料中的粒化高炉矿渣不做过多限定，只要其满足现行国家标准《GB/T203-2008用于水泥中的粒化高炉矿渣》中的相关规定即可。本发明对硅钙渣复合掺合料中的助磨剂不做特别限定，通常可选择本领域常用的水泥助磨剂，以改善掺合料的易磨性能。在本发明具体实施过程中，通常选择醇胺类和无机盐类物质混合物的复合助磨剂。可以理解，脱硫石膏抹灰砂浆中脱硫石膏、硅钙渣复合掺合料等固体组分的颗粒粒径应当满足常规抹灰砂浆的基本要求，本发明对此不做过多限定。在本发明具体实施过程中，硅钙渣复合掺合料的比表面积为400～500m2/kg，通常是将硅钙渣、粉煤灰、粒化高炉矿渣和助磨剂按重量比均匀混合在一起共同粉磨至比表面积为400～500m2/kg。本发明对于脱硫石膏抹灰砂浆中所使用的骨料不做特别限定，可选用抹灰砂浆中常用的骨料，只要其符合行业标准《JGJ52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的规定即可。在本发明的优选技术方案中，控制骨料的细度模数为1.6～2.6，比如可选择细砂或满足上述细度模数要求的中砂，也可以是二者的混合物，通常可根据实际情况选择较为常见的人工砂、河砂或混合砂。人工砂是岩石、尾矿或工业废渣经除土处理，由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的颗粒，但不包括软质、风化的颗粒，也称为机制砂。在在本发明一具体实施例中，所选用的骨料为人工砂，其最大粒径<2.5mm，含水率为2～3wt％，石粉含量<12wt％。在本发明另一具体实施例中，所选用的骨料为河砂，其最大粒径<4.75mm，含水率为3～4wt％，含泥量<5wt％。或者，也可以选择混合砂，其是由天然砂与人工砂按一定比例组合而成。本发明对于外加剂的选择不做特别限定，可选择抹灰砂浆中常用的砂浆外加剂，通常包括保水剂、分散剂、增稠剂、减水剂和引气剂中的一种或多种。在本发明具体实施过程中，所选用的外加剂可以是羟丙基甲基纤维素醚、可再分散乳胶粉、聚乙烯醇、淀粉醚、松香酸钠引气剂、聚羧酸高性能减水剂、萘系高效减水剂(萘磺酸盐甲醛缩合物)、葡萄糖酸钠和三聚磷酸钠中的一种或几种，也可以根据实际情况选择其它外加剂。本发明对于无水泥脱硫石膏抹灰砂浆中所用的水不做特别限定，通常选择生活用水或工业用水，比如城市自来水。本发明还提供上述无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：1)将硅钙渣复合掺合料与骨料混合均匀，得到第一混合料；2)将第一混合料、脱硫石膏和水混合均匀，得到第二混合料；3)将第二混合料与外加剂混合均匀，得到无水泥脱硫石膏抹灰砂浆。在本发明具体实施过程中，可以首先将15～20份的硅钙渣复合掺合料与60～70份的骨料加入到搅拌机中，干搅拌20～30秒，然后加入10～15份的水和15～20份的脱硫石膏，湿搅拌30～40秒；最后均匀加入0.2～0.3份的外加剂，搅拌30～40秒，整个制备过程的搅拌速度维持在80±4r/min，即可得到无水泥脱硫石膏抹灰砂浆。其中，上述硅钙渣复合掺合料是将硅钙渣40～50份、脱硫石膏1～5份、粉煤灰30～35份、粒化高炉矿渣15～25份和助磨剂0.05～0.08份按比例称取混合后粉磨至比表面积为400～500m2/kg的细粉，也可以首先将各组分分别粉磨至比表面积为400～500m2/kg的细粉，然后按上述比例称取并混合均匀后得到。本发明提供了一种无水泥脱硫石膏抹灰砂浆，该抹灰砂浆以脱硫石膏和硅钙渣等工业固废作为基础成分，并复配以骨料、水和外加剂，使制备得到的无水泥脱硫石膏抹灰砂浆能够满足《GB/T28627-2012抹灰石膏》标准要求，特别是，该无水泥脱硫石膏抹灰砂浆在施工完成后具有良好的保水性和强度，与基体(墙体)表面具有良好的粘结强度，干燥收缩率小，从而使施工后的墙体表面平整光滑，避免出现掉粉、流挂、空鼓、开裂等问题。并且，该无水泥脱硫石膏抹灰砂浆具有良好的稠度和充足的可操作时间，尤其适合机械喷涂施工，因而施工效率高、质量好。同时，该无水泥脱硫石膏抹灰砂浆直接使用脱硫石膏作为原料，无需对脱硫石膏进行烘干、高温煅烧和粉磨等加工，降低了脱硫石膏抹灰砂浆加工过程中的能耗和污染。并且，该无水泥脱硫石膏抹灰砂浆采用脱硫石膏和硅钙渣等工业固废作为基础成分，尤其是脱硫石膏的用量与硅钙渣复合掺合料的用量相当，因而降低了抹灰砂浆的原料成本，并为大规模消纳脱硫石膏、硅钙渣等工业固废提供了新的途径。本发明还提供了上述无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的制备方法，该制备方法简单可行，适于工业化生产及大规模推广。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如无特殊说明，以下实施例中制备得到的无水泥脱硫石膏抹灰砂浆，其性能检测指标依据《GB/T28627-2012抹灰石膏》中底层抹灰石膏的标准进行，其中稠度检测依据《JGJ/T70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行。实施例1本实施例提供一种无水泥脱硫石膏抹灰砂浆，其各组分的用量及各组分参数参见表1。表1实施例1中无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的组分上述硅钙渣复合掺合料是由50重量份的硅钙渣，30重量份的粉煤灰，15重量份的粒化高炉矿渣，5重量份的脱硫石膏，0.06重量份的助磨剂按比例称取混合，然后使用粉磨设备加工成比表面积为421m2/kg的细粉。其中，硅钙渣产自大唐国际再生资源开发有限公司采用预脱硅-碱石灰烧结法从粉煤灰中提取氧化铝后的副产物；粉煤灰、脱硫石膏由大唐国际托克托发电公司提供，粒化高炉矿渣产自包头钢铁(集团)有限责任公司，助磨剂为“同辉”牌TH-2B型水泥助磨剂。本发明还提供上述无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的制备方法，包括以下依次进行的步骤：1)将上述河砂和硅钙渣复合掺合料加入到搅拌机中，干搅拌25秒；2)在搅拌机中加入自来水和脱硫石膏，湿搅拌30秒；3)在搅拌过程中均匀加入上述四种外加剂(羟丙基甲基纤维素醚、淀粉醚、松香酸钠引气剂和萘系高效减水剂)，然后再搅拌30秒，即制得无水泥脱硫石膏抹灰砂浆。在整个制备过程中，搅拌机的搅拌速度维持在80±4r/min。对本实施例制备得到的无水泥脱硫石膏抹灰砂浆进行性能检测，检测结果见表2。表2实施例1中无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的性能检测结果检测项目单位性能指标检测标准稠度mm97JGJ/T70-2009凝结时间min395GB/T28627-2012保水率％92GB/T28627-20127d抗折强度MPa2.3GB/T28627-20127d抗压强度MPa5.4GB/T28627-20127d拉伸粘接强度MPa0.53GB/T28627-2012由表2的性能检测结果可知，本实施例所提供的无水泥脱硫石膏抹灰砂浆，具有良好的稠度和充足的可操作时间，尤其适合机械施工喷涂施工，因而施工效率较高；并且，该无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的性能满足《GB/T28627-2012抹灰石膏》标准要求；特别是，该无水泥脱硫石膏抹灰砂浆在施工完成后墙体表面平整光滑，未出现掉粉、流挂、空鼓、开裂等问题，硬化体质量好。实施例2本实施例提供一种无水泥脱硫石膏抹灰砂浆，其各组分的用量及各组分参数参见表3。表3实施例2中无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的组分上述硅钙渣复合掺合料是由45重量份的硅钙渣，35重量份的粉煤灰，15重量份的粒化高炉矿渣，5重量份的脱硫石膏，0.08重量份的助磨剂按比例称取混合，然后使用粉磨设备加工成比表面积为433m2/kg的细粉。其中，硅钙渣产自大唐国际再生资源开发有限公司采用预脱硅-碱石灰烧结法从粉煤灰中提取氧化铝后的副产物；粉煤灰、脱硫石膏由大唐国际托克托发电公司提供，粒化高炉矿渣产自包头钢铁(集团)有限责任公司，助磨剂为“同辉”牌TH-2B型水泥助磨剂。本发明还提供上述无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的制备方法，包括以下依次进行的步骤：1)将上述河砂和硅钙渣复合掺合料加入到搅拌机中，干搅拌25秒；2)在搅拌机中加入自来水和脱硫石膏，湿搅拌30秒；3)在搅拌过程中均匀加入上述四种外加剂(羟丙基甲基纤维素醚、淀粉醚、松香酸钠引气剂和萘系高效减水剂)，然后再搅拌35秒，即制得无水泥脱硫石膏抹灰砂浆。在整个制备过程中，搅拌机的搅拌速度维持在80±4r/min。对本实施例制备得到的无水泥脱硫石膏抹灰砂浆进行性能检测，检测结果见表4。表4实施例2中无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的性能检测结果检测项目单位性能指标检测标准稠度mm96JGJ/T70-2009凝结时间min383GB/T28627-2012保水率％95GB/T28627-20127d抗折强度MPa2.4GB/T28627-20127d抗压强度MPa5.6GB/T28627-20127d拉伸粘接强度MPa0.54GB/T28627-2012由表4的性能检测结果可知，本实施例所提供的无水泥脱硫石膏抹灰砂浆，具有良好的稠度和充足的可操作时间，尤其适合机械施工喷涂施工，因而施工效率较高；并且，该无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的性能满足《GB/T28627-2012抹灰石膏》标准要求；特别是，该无水泥脱硫石膏抹灰砂浆在施工完成后墙体表面平整光滑，未出现掉粉、流挂、空鼓、开裂等问题，硬化体质量好。实施例3本实施例提供一种无水泥脱硫石膏抹灰砂浆，其各组分的用量及各组分参数参见表5。表5实施例3中无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的组分上述硅钙渣复合掺合料是由45重量份的硅钙渣，30重量份的粉煤灰，22重量份的粒化高炉矿渣，3重量份的脱硫石膏，0.06重量份的助磨剂按比例称取混合，然后使用粉磨设备加工成比表面积为409m2/kg的细粉。其中，硅钙渣产自大唐国际再生资源开发有限公司采用预脱硅-碱石灰烧结法从粉煤灰中提取氧化铝后的副产物；粉煤灰、脱硫石膏由大唐国际托克托发电公司提供，粒化高炉矿渣产自包头钢铁(集团)有限责任公司，助磨剂为“同辉”牌TH-2B型水泥助磨剂。本发明还提供上述无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的制备方法，包括以下步骤：1)将上述人工砂和掺合料加入到搅拌机中，干搅拌25秒；2)然后在搅拌机中加入自来水和脱硫石膏，湿搅拌30秒；3)最后在搅拌过程中均匀加入上述四种外加剂(羟丙基甲基纤维素醚、淀粉醚、松香酸钠引气剂和萘系高效减水剂)，然后再搅拌30秒，即制得无水泥脱硫石膏抹灰砂浆。在整个制备过程中，搅拌机的搅拌速度维持在80±4r/min。对本实施例制备得到的无水泥脱硫石膏抹灰砂浆进行性能检测，检测结果见表6。表6实施例3中无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的性能检测结果检测项目单位性能指标检测标准稠度mm94JGJ/T70-2009凝结时间min377GB/T28627-2012保水率％97GB/T28627-20127d抗折强度MPa2.6GB/T28627-20127d抗压强度MPa5.1GB/T28627-20127d拉伸粘接强度MPa0.56GB/T28627-2012由表6的性能检测结果可知，本实施例所提供的无水泥脱硫石膏抹灰砂浆，具有良好的稠度和充足的可操作时间，尤其适合机械施工喷涂施工，因而施工效率较高；并且，该无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的性能满足《GB/T28627-2012抹灰石膏》标准要求；特别是，该无水泥脱硫石膏抹灰砂浆在施工完成后墙体表面平整光滑，未出现掉粉、流挂、空鼓、开裂等问题，硬化体质量好。实施例4本实施例提供一种无水泥脱硫石膏抹灰砂浆，其各组分的用量及各组分参数参见表7。表7实施例4中无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的组分上述硅钙渣复合掺合料是由40重量份的硅钙渣，32重量份的粉煤灰，25重量份的粒化高炉矿渣，3重量份的脱硫石膏，0.08重量份的助磨剂按比例称取混合，然后使用粉磨设备加工成比表面积为416m2/kg的细粉。其中，硅钙渣产自大唐国际再生资源开发有限公司采用预脱硅-碱石灰烧结法从粉煤灰中提取氧化铝后的副产物；粉煤灰、脱硫石膏由大唐国际托克托发电公司提供，粒化高炉矿渣产自包头钢铁(集团)有限责任公司，助磨剂为“同辉”牌TH-2B型水泥助磨剂。本发明还提供上述无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的制备方法，包括以下步骤：1)将上述人工砂和硅钙渣复合掺合料加入到搅拌机中，干搅拌25秒；2)然后在搅拌机中加入自来水和脱硫石膏，湿搅拌30秒；3)最后在搅拌过程中均匀加入上述四种外加剂(羟丙基甲基纤维素醚、淀粉醚、松香酸钠引气剂和萘系高效减水剂)，然后再搅拌35秒，即制得无水泥脱硫石膏抹灰砂浆。在整个制备过程中，搅拌机的搅拌速度维持在80±4r/min。对本实施例制备得到的无水泥脱硫石膏抹灰砂浆进行性能检测，检测结果见表8。表8实施例4中无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的性能检测结果检测项目单位性能指标检测标准稠度mm93JGJ/T70-2009凝结时间min366GB/T28627-2012保水率％96GB/T28627-20127d抗折强度MPa2.7GB/T28627-20127d抗压强度MPa5.2GB/T28627-20127d拉伸粘接强度MPa0.58GB/T28627-2012由表8的性能检测结果可知，本实施例所提供的无水泥脱硫石膏抹灰砂浆，具有良好的稠度和充足的可操作时间，尤其适合机械施工喷涂施工，因而施工效率较高；并且，该无水泥脱硫石膏抹灰砂浆的性能满足《GB/T28627-2012抹灰石膏》标准要求；特别是，该无水泥脱硫石膏抹灰砂浆在施工完成后墙体表面平整光滑，未出现掉粉、流挂、空鼓、开裂等问题，硬化体质量好。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页1 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