一种大流态自密实柠檬酸石膏砂浆及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种大流态自密实柠檬酸石膏砂浆及其制备方法。


背景技术：

2.随着我国城市化建设的快速推进，天然河砂每年消耗约百亿吨，但仍无法满足市场的需求，很多地区已经出现河砂短缺乃至河砂资源枯竭的现象。由于天然砂的过度开采，甚至“毁灭性”的采砂，导致整个河道生态严重破坏、河床水位下降、水土严重流失，留下洪水爆发的隐患。为了解决缓解天然砂匮乏带来的需求困境，使得机制砂得到广泛的应用；机制砂主要由不同岩性的废石废料通过机械破碎筛分制得，可以就地取材，减少运输成本。但是，与因流水长期冲击摩擦而形成表面光滑圆润的河砂相比，机制砂颗粒表面粗糙、棱角多，容易降低砂浆的流动性。
3.据统计，在石灰、水泥、石膏三种传统胶凝材料中，石膏建材的能耗和二氧化碳的排放是最低的。在碳达峰碳中和的低碳经济背景下，石膏作为绿色环保、低碳经济的建材，符合国际节能减排和保护环境的大趋势，成为水泥的优秀替代品。其中石膏自流平砂浆由于施工快捷简单、绿色环保、保温防火等优良性能，是其他地面找平层材料无法比拟的，作为替代水泥砂浆和细石混凝土的重要产品，是石膏行业关注的热点和未来发展的重点产品之一。
4.柠檬酸石膏作为工业副产石膏之一，是柠檬酸生产工艺中利用硫酸酸解柠檬酸钙产生的一种工业废渣，每生产1吨柠檬酸约可产生2.4吨废渣石膏，其残余的柠檬酸阻碍了β-建筑石膏晶型的形成，严重影响了柠檬酸建筑石膏的强度等级。尽管其主要成分caso4·
2h2o含量在85％以上，化学成分、品味、白度等接近天然石膏，但柠檬酸石膏的整体利用水平却较为低下，大部分仍采取直接堆放，这不仅占用土地资源，污染环境，也因巨大的堆放费用和与日俱增的环保压力，严重制约了企业的可持续发展。因此，柠檬酸石膏的资源化利用已成为柠檬酸行业实现可持续发展的关键。
5.为了合理利用柠檬酸石膏，中国专利cn112897976a公开了一种轻质抹灰柠檬酸石膏砂浆，所述砂浆以柠檬酸石膏粉、重钙粉、河砂、玻化微珠混合为骨料；以可再分散乳胶粉、纤维素醚、触变剂、引气剂混合为母料，最后将骨料与母料搅拌混合得到轻质抹灰柠檬酸石膏砂浆。有效解决了柠檬酸石膏作为固体废弃物难处理、污染大的问题，不仅变废为宝，而且檬酸石膏的生产工艺简单、成本投入低、零排放。但是该砂浆为轻质抹灰砂浆，是一种用于建筑物室内墙面或顶棚的找平材料，因绝干抗压强度、绝干抗折强度和拉伸粘结强度低，无法用于底面找平。
6.因此，提供一种大流态自密实柠檬酸石膏砂浆，既能合理利用柠檬酸石膏和机制砂，又能提供流动度损失小，强度高的底面找平砂浆具有重要意义。


技术实现要素：

7.针对以上现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种大流态自密实柠檬酸石膏砂浆，既能够资源化利用柠檬酸石膏，又能够得到流动性好、流动度损失小、强度等级高的石膏基自流平砂浆，解决柠檬酸建筑石膏降低砂浆强度等级，机制砂降低砂浆流动性的问题。
8.为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
9.一种大流态自密实柠檬酸石膏砂浆，包括以下质量百分数的各原料：柠檬酸建筑石膏49～60％、超细灰钙粉1.9～4％、水泥1.9～5％、机制砂34～45％、减水剂0.2～0.6％、增稠剂0.04～0.06％、消泡剂0.03～0.06％、缓凝剂0.05～0.1％。
10.本发明利用柠檬酸建筑石膏生产大流态自密实的石膏基自流平砂浆，柠檬酸建筑石膏的粒径分布范围广，与机制砂形成良好的级配，加水后流动性好；与脱硫建筑石膏和磷建筑石膏相比，柠檬酸建筑石膏可以赋予砂浆优异的流动性，得到大流态砂浆；同时粒径分布范围广的柠檬酸建筑石膏的与水泥、机制砂形成紧密的堆积，增加砂浆的密实性。但是，经过煅烧后得到的柠檬酸建筑石膏中还含有残余的柠檬酸，柠檬酸具有缓凝作用，会阻碍柠檬酸建筑石膏晶型的形成，进而降低砂浆的强度；本发明通过在砂浆中掺入超细灰钙粉，一方面中和了柠檬酸建筑石膏中残余的柠檬酸，消除了残酸对二水硫酸钙晶型生长的抑制作用；另一方面，灰钙粉中的氢氧化钙能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，使用后能改善室内的空气质量，而且生成的碳酸钙具有粘结性，与二水硫酸钙晶体形成复杂的网络结构，提高了砂浆的粘结性能和强度；最后，超细灰钙粉可以改善砂浆的颗粒级配，提高砂浆的密实度；超细灰钙粉从以上三个方面提高砂浆的强度，解决使用柠檬酸建筑石膏导致砂浆强度等级低的问题。
11.本发明以机制砂作为填料，一方面可以就地取材，减少运输成本，有效缓解天然砂匮乏带来的需求困境；另一方面，机制砂表面粗糙，粒形多棱角且不规则，颗粒比表面积更大，颗粒之间易产生机械咬合作用，有利于提高砂浆的力学性能，体积稳定性也要优于河砂。此外，机制砂粗糙的表面和石膏基体结合更加紧密，基体与骨料之间的界面过渡区性能也将得到改善，提高了砂浆的耐久性。针对机制砂容易降低砂浆流动性的问题，本发明将机制砂与柠檬酸建筑石膏配合使用，粒径分布广的柠檬酸建筑石膏与机制砂形成良好的颗粒级配，加水后流动性好，可以弥补机制砂降低流动性的缺陷，进而得到流动性和力学性能优异的砂浆。
12.优选的，所述柠檬酸建筑石膏为柠檬酸石膏经煅烧后得到的β-半水石膏。
13.优选的，所述超细灰钙粉的细度为20～25μm，钙镁含量≥90％，水分≤1％，白度90以上。
14.优选的，所述机制砂的粒径为80～120目。
15.优选的，所述柠檬酸建筑石膏包含三种粒径，各粒径分布及其占所述柠檬酸建筑石膏的质量百分比如下：
16.0～5μm，占比20～25％；
17.5～45μm，占比55～60％；
18.45～120μm，占比20～25％。
19.与脱硫建筑石膏相比，柠檬酸建筑石膏中粒径小于5μm的含量高，粒径分布广，与
80～120目的机制砂可以形成良好的颗粒级配。
20.优选的，所述水泥的强度等级为42.5。
21.优选的，所述减水剂包括聚羧酸减水剂、萘系减水剂或聚酰胺减水剂中的至少一种。
22.优选的，所述增稠剂包括纤维素或其醚化物。更优选的，所述纤维素包括甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或羧甲基纤维素中的至少一种。
23.优选的，所述消泡剂包括有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂或聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂中的至少一种。
24.优选的，所述缓凝剂为有机酸及其可溶盐类、碱性磷酸盐或蛋白质类缓凝剂中的至少一种。
25.本发明的另一目的是提供所述大流态自密实柠檬酸石膏砂浆的制备方法，步骤如下：按比例称取各原料混合均匀，得到混合粉料，再加入水，即得，所述混合粉料与水的质量比为1:(0.24～0.27)。
26.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
27.(1)本发明利用柠檬酸建筑石膏生产大流态自密实的石膏基自流平砂浆，柠檬酸建筑石膏的粒径分布范围广，与机制砂形成良好的级配，加水后流动性好，可以赋予砂浆优异的流动性，得到大流态砂浆。此外，本发明通过在砂浆中掺入超细灰钙粉，一方面中和了柠檬酸建筑石膏中残余的柠檬酸，消除了残酸对二水硫酸钙晶型生长的抑制作用；另一方面，灰钙粉中的氢氧化钙能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，使用后能改善室内的空气质量，而且生成的碳酸钙具有粘结性，与二水硫酸钙晶体形成复杂的网络结构，提高了砂浆的粘结性能和强度；最后，超细灰钙粉可以改善砂浆的颗粒级配，提高砂浆的密实度；超细灰钙粉从以上三个方面提高砂浆的强度，解决使用柠檬酸建筑石膏导致砂浆强度等级低的问题。
28.(2)本发明以机制砂作为填料，机制砂表面粗糙，粒形多棱角且不规则，颗粒比表面积更大，颗粒之间易产生机械咬合作用，有利于提高砂浆的力学性能。此外，本发明将机制砂与柠檬酸建筑石膏配合使用，粒径分布广的柠檬酸建筑石膏与机制砂形成良好的颗粒级配，加水后流动性好，可以弥补机制砂降低流动性的缺陷，进而得到流动性和力学性能优异的砂浆。
具体实施方式
29.下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
30.以下实施例及对比例中的柠檬酸建筑石膏为柠檬酸石膏废渣经130～150℃煅烧2h后得到的β-半水石膏，柠檬酸石膏来源于山东枣庄；柠檬酸建筑石膏中各粒径分布及其占柠檬酸建筑石膏的质量百分比如下：0～5μm，占比23％；5～45μm，占比55％，45～120μm，占比22％；超细灰钙粉的细度为20～25μm，钙镁含量≥90％，水分≤1％，白度90以上；机制砂的粒径为80～120目；
31.在本发明实施例中，所述减水剂包括聚羧酸减水剂、萘系减水剂或聚酰胺减水剂
中的至少一种。
32.在本发明实施例中，所述增稠剂包括纤维素或其醚化物。更优选的，所述纤维素包括甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或羧甲基纤维素中的至少一种。
33.在本发明实施例中，所述消泡剂包括有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂或聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂中的至少一种。
34.在本发明实施例中，所述缓凝剂为有机酸及其可溶盐类、碱性磷酸盐或蛋白质类缓凝剂中的至少一种。
35.在本发明实施例中，所述减水剂、增稠剂、消泡剂和缓凝剂均为市售材料。
36.实施例1
37.本实施例提供一种大流态自密实柠檬酸石膏砂浆，包括主料和外加剂，外加剂通过外掺的形式加入；
38.其中，主料包括以下质量百分数的各组分：柠檬酸建筑石膏55％、超细灰钙粉4％、p
·
o 42.5水泥3％、机制砂38％；
39.外加剂包括粉体聚羧酸减水剂(减水率26％，质量为主料总质量的0.4％)、甲基纤维素(质量为主料总质量的0.05％)、有机硅类消泡剂(产品型号为df-08t，质量为主料总质量的0.05％)、蛋白质类缓凝剂(产品型号为gr-02，质量为主料总质量的0.07％)。
40.本实施例还提供大流态自密实柠檬酸石膏砂浆的制备方法，包括以下步骤：
41.s1.按照质量百分比称取柠檬酸建筑石膏、超细灰钙粉、p
·
o 42.5水泥和机制砂倒入搅拌机中干拌1min，得到主料；
42.s2.按占主料的质量百分比加入聚羧酸减水剂、甲基纤维素、有机硅类消泡剂和蛋白质类缓凝剂，搅拌均匀，得到混合粉料；
43.s3.按混合粉料与水的质量比为1:0.25加入水，搅拌均匀，即得到大流态自密实柠檬酸石膏砂浆。
44.实施例2
45.本实施例提供一种大流态自密实柠檬酸石膏砂浆，包括主料和外加剂，外加剂通过外掺的形式加入；
46.其中，主料包括以下质量百分数的各组分：柠檬酸建筑石膏50％、超细灰钙粉2％、p
·
o 42.5水泥5％、机制砂43％；
47.外加剂包括粉体聚羧酸减水剂(减水率26％，质量为主料总质量的0.4％)、羟丙基甲基纤维素(400粘度，质量为主料总质量的0.05％)、有机硅类消泡剂(产品型号为df-08t，质量为主料总质量的0.05％)、蛋白质类缓凝剂(产品型号为gr-02，质量为主料总质量的0.05％)。
48.本实施例还提供大流态自密实柠檬酸石膏砂浆的制备方法，包括以下步骤：
49.s1.按照质量百分比称取柠檬酸建筑石膏、超细灰钙粉、p
·
o 42.5水泥和机制砂倒入搅拌机中干拌1min，得到主料；
50.s2.按占主料的质量百分比加入聚羧酸减水剂、羟丙基甲基纤维素、有机硅类消泡剂和蛋白质类缓凝剂，搅拌均匀，得到混合粉料；
51.s3.按混合粉料与水的质量比为1:0.25加入水，搅拌均匀，即得到大流态自密实柠
檬酸石膏砂浆。
52.实施例3
53.本实施例提供一种大流态自密实柠檬酸石膏砂浆，包括主料和外加剂，外加剂通过外掺的形式加入；
54.其中，主料包括以下质量百分数的各组分：柠檬酸建筑石膏60％、超细灰钙粉3％、p
·
o 42.5水泥2％、机制砂35％；
55.外加剂包括粉体聚羧酸减水剂(减水率26％，质量为主料总质量的0.3％)、羟乙基纤维素(质量为主料总质量的0.06％)、有机硅类消泡剂(产品型号为df-08t，质量为主料总质量的0.04％)、蛋白质类缓凝剂(产品型号为gr-02，质量为主料总质量的0.1％)。
56.本实施例还提供大流态自密实柠檬酸石膏砂浆的制备方法，包括以下步骤：
57.s1.按照质量百分比称取柠檬酸建筑石膏、超细灰钙粉、p
·
o 42.5水泥和机制砂倒入搅拌机中干拌1min，得到主料；
58.s2.按占主料的质量百分比加入聚羧酸减水剂、羟乙基纤维素、有机硅类消泡剂和蛋白质类缓凝剂，搅拌均匀，得到混合粉料；
59.s3.按混合粉料与水的质量比为1:0.26加入水，搅拌均匀，即得到大流态自密实柠檬酸石膏砂浆。
60.对比例1
61.本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于：用脱硫建筑石膏替换柠檬酸建筑石膏。
62.对比例2
63.本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于：用磷建筑石膏替换柠檬酸建筑石膏。
64.对比例3
65.本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于：用重钙粉替换超细灰钙粉。
66.试验例
67.按照《石膏基自流平砂浆》jc/t 1023-2021对实施例1～3和对比例1～3的砂浆进行流动度和强度测试，测试结果如表1所示。
68.表1 砂浆的流动度和强度测试结果
69.[0070][0071]
由表1测试结果可知，本发明实施例1～3制备的砂浆具有优异的流动性，初始流动度达到160mm，且30min流动度不损失；砂浆的强度和尺寸变化率也均满足石膏基自流平砂浆的要求，且24h抗压强度远高于标准要求。本发明利用柠檬酸石膏、机制砂和超细灰钙粉制备出了流动性能优异、力学性能良好、尺寸变化率小的自流平砂浆，合理利用工业副产石膏，降低生产成本，提高环保效益。
[0072]
与实施例1相比，对比例1用脱硫建筑石膏替换柠檬酸建筑石膏，30min流动度损失变大，粘结强度降低；对比例2用磷建筑石膏替换柠檬酸建筑石膏，30min流动度损失变大，强度降低，浆体表面出现黑色油斑，影响观感；说明与脱硫建筑石膏和磷建筑石膏相比，柠檬酸建筑石膏可以赋予砂浆优异的流动性，得到大流态砂浆。对比例3用重钙粉替换超细灰钙粉，导致凝结时间延长，强度降低。
[0073]
本发明通过利用柠檬酸石膏、机制砂和超细灰钙粉制备出了流动性能优异、流动损失度小、力学性能良好、尺寸变化率小的自流平砂浆，合理利用工业副产石膏，降低生产成本，提高环保效益。
[0074]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。