本发明属于砂浆领域，具体公开一种含固硫灰的抗裂砂浆及其制备和使用方法。
背景技术
抗裂砂浆是由聚合物乳液和外加剂制成的抗裂剂、水泥、砂等按一定比例制成的，能满足一定变形而保持不开裂的砂浆。目前，在抗裂砂浆的制备技术中，一般将粉煤灰等工业固废作为水泥掺合料，与普通硅酸盐水泥按一定比例复配后作胶凝材料，这与全部采用普通硅酸盐水泥做胶凝材料相比而言，粉煤灰等的掺入可替代部分普通硅酸盐水泥，从而减少水泥用量，达到减少水泥工业生产耗能、污染性废气排放等的目的，其作用原理主要是利用了粉煤灰等工业固废的火山灰活性。然而，随着我国经济建设高速发展、建设规模不断扩张，粉煤灰等传统水泥掺合料也已经面临资源短缺、供应品质严重下降等问题。因此，若能开发其它类的工业固废作水泥掺合料，并能一定程度替代或完全替代粉煤灰等传统工业固废制备抗裂砂浆，则不仅能缓解粉煤灰等资源短缺问题，还可丰富其它类工业固废的资源化利用途径。
循环流化床锅炉燃煤固硫灰是指含硫煤与固硫剂以一定比例(ca/s＝2.0-2.5)混合后在循环流化床锅炉内经一定温度(850～950℃)煅烧固硫后所产生的废弃灰，以下简称“固硫灰”。固硫灰中一般含有大量的α-石英、活性硅铝矿物、赤铁矿、硬石膏及少量游离氧化钙和石灰石，其化学成分主要包括al2o3、sio2、fe2o3、so3、cao、mgo和f-cao。目前，我国每年排放的固硫灰约1亿吨，因存在资源化利用途径有限、利用率低等问题，多采用堆放或填埋的方式处理，不仅占用土地资源而且容易造成环境污染。研究表明，固硫灰也具有显著的火山灰活性，其性能特征与粉煤灰等有很大的相似性，因此固硫灰也具备了作水泥掺合料的必要条件。本发明拟利用固硫灰作水泥掺合料制备抗裂砂浆。
技术实现要素：
为克服粉煤灰等传统水泥掺合料资源短缺及固硫灰渣资源化途径有限、利用率低的问题，本发明提供了一种含固硫灰的抗裂砂浆的制备及其使用方法。
本发明的技术方案如下：
一种含固硫灰的抗裂砂浆，由以下材料组成：水泥200-220份、粉煤灰30-40份、固硫灰30-40份、砂800-900份、乳胶粉4-7份、保水剂0.5-1份、减水剂2.5-4份、纤维2-4份，以重量份数计。
作为优选：一种含固硫灰的抗裂砂浆，由以下材料组成：水泥205-215份、粉煤灰30-35份、固硫灰35-40份、砂840-880份、乳胶粉5-6份、保水剂0.6-0.8份、减水剂3-3.5份、纤维2.8-3.5份，以重量份数计。
进一步：一种含固硫灰的抗裂砂浆，由以下材料组成：水泥210份、粉煤灰33份、固硫灰38份、砂860份、乳胶粉5份、保水剂0.6份、减水剂3份、纤维3份，以重量份数计。
所述的水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2mpa。
所述的粉煤灰选自ⅱ级粉煤灰，由成都市达尔富商贸有限公司提供，氮吸附法测比表面积为361m2/kg，28天胶砂活性指数为78.5％，其化学成分中al2o3+sio2+fe2o3占质量比82.6％。
所述的固硫灰选自经过加工处理的固硫灰，其加工工艺为粉磨，具体方法如下：采用φ500×500mm水泥试验球磨机对原状固硫灰进行粉磨，粉磨时间为60min，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％。所述固硫灰由四川省内江市白马火电厂提供，其化学成分中al2o3+sio2+fe2o3占质量比70.3％。
所述的砂选自80-120目连续级配烘干砂，由青岛万鸿矿业有限公司提供。
所述的乳胶粉选自德国瓦克8031h型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。
所述的保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。
所述减水剂选自德国瓦克1641型聚羧酸减水剂(工业级，有效成分≥98％)。
所述纤维选自束状单丝聚丙烯纤维，纤维长度为8mm，由上海汇沪实业有限公司提供。
一种含固硫灰的抗裂砂浆的制备方法，包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、粉煤灰、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂、减水剂、纤维，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
一种含固硫灰的抗裂砂浆的使用方法，具体步骤如下：按水料质量比0.47-0.55分别称取水和抗裂砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
本发明中42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰、粉磨固硫灰构成了干混地面砂浆的胶凝材料，水泥水化生成的碱即ca(oh)2是粉煤灰和固硫灰火山灰活性的激发剂。
与单独利用普通硅酸盐水泥作砂浆胶凝材料相比，水泥中复掺一定量的粉煤灰和固硫灰会改变砂浆胶凝材料的性能，但因粉煤灰和固硫灰的物化性能存在差异，所以两者对砂浆胶凝材料性能的影响机理也不尽相同。
粉煤灰中含有大量的活性硅铝矿物，但研究表明其硅铝矿物的硅氧四面体的聚合度较高，所以其火山灰活性被激发的条件相对苛刻，因此，当粉煤灰与水泥按一定比例复掺时，水泥水化生成的碱即ca(oh)2很难在初期就充分激发其火山灰活性，其火山灰活性一般在水泥水化的后期才能被充分激发，从而表现为主要增强胶凝材料的后期强度，而对提高其早期强度意义不大，甚至降低其早期强度。
固硫灰中也含有大量的活性硅铝矿物，表现出显著的火山灰活性，但与粉煤灰的不同，固硫灰的形成温度约850～950℃，远低于粉煤灰的形成温度1300～1600℃，固硫灰中硅铝矿物的火山灰活性一般低于粉煤灰的，但研究表明固硫灰中硅铝矿物的硅氧四面体的聚合度也低于粉煤灰的，因此固硫灰的火山灰活性更容易被激发，当粉煤灰与水泥按一定比例复掺时，能同时提高胶凝材料的早、中、后期强度。
粉煤灰通常只有火山灰活性，而固硫灰不仅具有火山灰活性，还具有水硬性和水化膨胀性，这源于其内部活性矿物组成的特殊性，除活性硅铝矿物外，固硫灰中还含有氧化钙、硬石膏；另外，不同于粉煤灰颗粒具有光滑表面的特点，固硫灰颗粒呈现内外部均疏松多孔的形貌特征。通过粉磨处理，可改变固硫灰颗粒疏松多孔的形貌特征，使其颗粒粒径明显减小、颗粒孔隙率明显降低，这有利于降低其需水量、减小其颗粒表面微孔对有机大分子的吸附、提高其整体活性、促进其中难溶性硬石膏加速水化等好处。相比于利用粉煤灰作水泥掺合料，固硫灰作水泥掺合料时的作用机理也更加复杂；粉煤灰主要通过其中的活性三氧化二铝、活性二氧化硅与水泥水化产物氢氧化钙反应形成c-s-h(水化硅酸钙)和c-a-h(水化铝酸钙)从而影响砂浆胶凝材料性能；固硫灰除此之外，还可通过所含氧化钙水化形成氢氧化钙、硬石膏水化形成二水石膏来促进c-s-h(水化硅酸钙)、c-a-h(水化铝酸钙)、aft/afm(钙矾石或延迟钙矾石)的形成使水化产物更加密实坚固，从而影响砂浆胶凝材料性能，并且固硫灰中所含的低/非活性颗粒可充当细微填料，有效发挥微颗粒填充效应来减少砂浆微观结构的缺陷。
本发明中连续级配烘干砂作为砂浆骨料，对砂浆体系发挥支撑和骨架的作用。
本发明中可再分散乳胶粉主要用于增加砂浆的粘结强度、改善砂浆的柔韧性。
本发明中羟丙基甲基纤维素作为砂浆的增稠剂和保水剂，可改善砂浆的粘聚性和保水性，同时可提高砂浆的性能稳定性，防止砂浆的离析与分层。
本发明中聚羧酸系减水剂主要用于降低砂浆用水量，提高砂浆的力学性能，同时改善砂浆的流动度和和易性。
本发明中束状单丝聚丙烯纤维主要用于提高砂浆的抗裂能力。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种含固硫灰的抗裂砂浆，由以下材料组成：水泥200-220份、粉煤灰30-40份、固硫灰30-40份、砂800-900份、乳胶粉4-7份、保水剂0.5-1份、减水剂2.5-4份、纤维2-4份，以重量份数计。使用时，按水料质量比0.4-0.6分别称取水和抗裂砂浆，混合搅拌均匀即可使用。本发明利用粉磨后的固硫灰替代部分粉煤灰作水泥掺合料，制备出了一种含固硫灰的抗裂砂浆，该抗裂砂浆各项性能优异，与仅利用粉煤灰作水泥掺和料制备的抗裂砂浆相比，本发明制备的抗裂砂浆拥有更高的抗压强度、抗折强度、拉伸粘结强度、断裂能以及更低的干缩率，同时克服了粉煤灰等传统水泥掺合料资源短缺及固硫灰渣资源化途径有限、利用率低的问题。
具体实施方式：
实施例1：
一种含固硫灰的抗裂砂浆，由以下材料组成：水泥210份、粉煤灰33份、固硫灰38份、砂860份、乳胶粉5份、保水剂0.6份、减水剂3份、纤维3份，以重量份数计。
其中，水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2mpa。
其中，所述粉煤灰选自ⅱ级粉煤灰，由成都市达尔富商贸有限公司提供，氮吸附法测比表面积为361m2/kg，28天胶砂活性指数为78.5％，其化学成分中al2o3+sio2+fe2o3占质量比82.6％。
所述的固硫灰选自经过加工处理的固硫灰，其加工工艺为粉磨，具体方法如下：采用φ500×500mm水泥试验球磨机对原状固硫灰进行粉磨，粉磨时间为60min，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％。所述固硫灰由四川省内江市白马火电厂提供，其化学成分中al2o3+sio2+fe2o3占质量比70.3％。
其中，砂选自80-120目连续级配烘干砂，由青岛万鸿矿业有限公司提供。
其中，乳胶粉选自德国瓦克8031h型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。
其中，保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。
其中，减水剂选自德国瓦克1641型聚羧酸减水剂(工业级，有效成分≥98％)。
其中，纤维选自束状单丝聚丙烯纤维，纤维长度为8mm，由上海汇沪实业有限公司提供。
一种含固硫灰的抗裂砂浆的制备方法，包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、粉煤灰、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂、减水剂、纤维，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
一种含固硫灰的抗裂砂浆的使用方法，具体步骤如下：按水料质量比0.5分别称取水和抗裂砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
实施例2：
一种含固硫灰的抗裂砂浆，由以下材料组成：水泥205份、粉煤灰30份、固硫灰35份、砂860份、乳胶粉5份、保水剂0.6份、减水剂3份、纤维3份，以重量份数计。
其中，水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2mpa。
其中，所述粉煤灰选自ⅱ级粉煤灰，由成都市达尔富商贸有限公司提供，氮吸附法测比表面积为361m2/kg，28天胶砂活性指数为78.5％，其化学成分中al2o3+sio2+fe2o3占质量比82.6％。
其中，所述的固硫灰选自经过加工处理的固硫灰，其加工工艺为粉磨，具体方法如下：采用φ500×500mm水泥试验球磨机对原状固硫灰进行粉磨，粉磨时间为60min，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％。所述固硫灰由四川省内江市白马火电厂提供，其化学成分中al2o3+sio2+fe2o3占质量比70.3％。
其中，砂选自80-120目连续级配烘干砂，由青岛万鸿矿业有限公司提供。
其中，乳胶粉选自德国瓦克8031h型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。
其中，保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。
其中，减水剂选自德国瓦克1641型聚羧酸减水剂(工业级，有效成分≥98％)。
其中，纤维选自束状单丝聚丙烯纤维，纤维长度为8mm，由上海汇沪实业有限公司提供。
一种含固硫灰的抗裂砂浆的制备方法，包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、粉煤灰、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂、减水剂、纤维，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
一种含固硫灰的抗裂砂浆的使用方法，具体步骤如下：按水料质量比0.5分别称取水和抗裂砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
实施例3：
一种含固硫灰的抗裂砂浆，由以下材料组成：水泥215份、粉煤灰35份、固硫灰40份、砂860份、乳胶粉5份、保水剂0.6份、减水剂3份、纤维3份，以重量份数计。
其中，水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2mpa。
其中，所述粉煤灰选自ⅱ级粉煤灰，由成都市达尔富商贸有限公司提供，氮吸附法测比表面积为361m2/kg，28天胶砂活性指数为78.5％，其化学成分中al2o3+sio2+fe2o3占质量比82.6％。
所述的固硫灰选自经过加工处理的固硫灰，其加工工艺为粉磨，具体方法如下：采用φ500×500mm水泥试验球磨机对原状固硫灰进行粉磨，粉磨时间为60min，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％。所述固硫灰由四川省内江市白马火电厂提供，其化学成分中al2o3+sio2+fe2o3占质量比70.3％。
其中，砂选自80-120目连续级配烘干砂，由青岛万鸿矿业有限公司提供。
其中，乳胶粉选自德国瓦克8031h型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。
其中，保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。
其中，减水剂选自德国瓦克1641型聚羧酸减水剂(工业级，有效成分≥98％)。
其中，纤维选自束状单丝聚丙烯纤维，纤维长度为8mm，由上海汇沪实业有限公司提供。
一种含固硫灰的抗裂砂浆的制备方法，包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、粉煤灰、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂、减水剂、纤维，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
一种含固硫灰的抗裂砂浆的使用方法，具体步骤如下：按水料质量比0.5分别称取水和抗裂砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
实施例4：
一种含固硫灰的抗裂砂浆，由以下材料组成：水泥210份、粉煤灰33份、固硫灰38份、砂860份、乳胶粉5份、保水剂0.6份、减水剂3份、纤维2.8份，以重量份数计。
其中，水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2mpa。
其中，所述粉煤灰选自ⅱ级粉煤灰，由成都市达尔富商贸有限公司提供，氮吸附法测比表面积为361m2/kg，28天胶砂活性指数为78.5％，其化学成分中al2o3+sio2+fe2o3占质量比82.6％。
所述的固硫灰选自经过加工处理的固硫灰，其加工工艺为粉磨，具体方法如下：采用φ500×500mm水泥试验球磨机对原状固硫灰进行粉磨，粉磨时间为60min，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％。所述固硫灰由四川省内江市白马火电厂提供，其化学成分中al2o3+sio2+fe2o3占质量比70.3％。
其中，砂选自80-120目连续级配烘干砂，由青岛万鸿矿业有限公司提供。
其中，乳胶粉选自德国瓦克8031h型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。
其中，保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。
其中，减水剂选自德国瓦克1641型聚羧酸减水剂(工业级，有效成分≥98％)。
其中，纤维选自束状单丝聚丙烯纤维，纤维长度为8mm，由上海汇沪实业有限公司提供。
一种含固硫灰的抗裂砂浆的制备方法，包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、粉煤灰、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂、减水剂、纤维，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
一种含固硫灰的抗裂砂浆的使用方法，具体步骤如下：按水料质量比0.48分别称取水和抗裂砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
实施例5：
一种含固硫灰的抗裂砂浆，由以下材料组成：水泥210份、粉煤灰33份、固硫灰38份、砂860份、乳胶粉5份、保水剂0.6份、减水剂3份、纤维3.4份，以重量份数计。
其中，水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供，氮吸附法测比表面积为343m2/kg，28天抗压强度为47.2mpa。
其中，所述粉煤灰选自ⅱ级粉煤灰，由成都市达尔富商贸有限公司提供，氮吸附法测比表面积为361m2/kg，28天胶砂活性指数为78.5％，其化学成分中al2o3+sio2+fe2o3占质量比82.6％。
所述的固硫灰选自经过加工处理的固硫灰，其加工工艺为粉磨，具体方法如下：采用φ500×500mm水泥试验球磨机对原状固硫灰进行粉磨，粉磨时间为60min，粉磨后固硫灰颗粒氮吸附法测比表面积为735m2/kg，28天胶砂活性指数为99.6％。所述固硫灰由四川省内江市白马火电厂提供，其化学成分中al2o3+sio2+fe2o3占质量比70.3％。
其中，砂选自80-120目连续级配烘干砂，由青岛万鸿矿业有限公司提供。
其中，乳胶粉选自德国瓦克8031h型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。
其中，保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。
其中，减水剂选自德国瓦克1641型聚羧酸减水剂(工业级，有效成分≥98％)。
其中，纤维选自束状单丝聚丙烯纤维，纤维长度为8mm，由上海汇沪实业有限公司提供。
一种含固硫灰的抗裂砂浆的制备方法，包括以下步骤：按上述重量比例准确称取水泥、粉煤灰、固硫灰、砂、乳胶粉、保水剂、减水剂、纤维，投入干混设备，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。
一种含固硫灰的抗裂砂浆的使用方法，具体步骤如下：按水料质量比0.55分别称取水和抗裂砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
将实施例1～5制备的含固硫灰的抗裂砂浆与不含固硫灰的抗裂砂浆进行性能比较，结果如下：
备注：其中，不含固硫灰的抗裂砂浆由以下材料组成：水泥210份、粉煤灰71份、砂860份、乳胶粉5份、保水剂0.6份、减水剂3份、纤维3份，以重量份数计。其中，水泥选自42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥集团股份有限公司提供。其中，所述粉煤灰选自ⅱ级粉煤灰，由成都市达尔富商贸有限公司提供。其中，砂选自80-120目连续级配烘干砂，由青岛万鸿矿业有限公司提供。其中，乳胶粉选自德国瓦克8031h型可再分散乳胶粉(工业级，有效成分≥98％)。其中，保水剂选自粘度为100000的羟丙基甲基纤维素(工业级，有效成分≥99％)。其中，减水剂选自德国瓦克1641型聚羧酸减水剂(工业级，有效成分≥98％)。其中，纤维选自束状单丝聚丙烯纤维，纤维长度为8mm，由上海汇沪实业有限公司提供。其使用方法以下：按水料比0.5分别称取水和抗裂砂浆，混合搅拌均匀即可使用。
由上表中数据可知，相同用水量条件下实施例1～5制备的含固硫灰的抗裂砂浆的稠度略低于不含固硫灰的抗裂砂浆；对比不含固硫灰的抗裂砂浆，实施例1～5制备的含固硫灰的抗裂砂浆拥有更高的抗压强度、抗折强度、拉伸粘结强度、断裂能以及更低的干缩率。这表明利用固硫灰部分替代粉煤灰作水泥掺合料制备抗裂砂浆，可有效提高抗裂砂浆的综合性能。两者的稠度相近，但实施例1～5制备的含固硫灰的抗裂砂浆在耐热拉伸粘结强度和耐冻融拉伸粘结强度方面的表现十分优异。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的修改，均应含在本发明的保护范围之内。