一种耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆及其制备方法与流程

本发明涉及一种耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆及其制备方法，属于工业固废资源化综合利用。

背景技术：

1、工业副产石膏作为目前国家主要的排放固废，每年排放至少2亿吨以上，尤其工业副产磷石膏年排放接近1亿吨，实际利用率不到30％，环境污染问题突出。磷石膏作为磷化工业生产的副产品，其大量堆积给环境造成了巨大破坏，除占用大面积土地外，还会带来粉尘污染、地下水和土壤污染、磷石膏堆积的山体滑坡等环境问题。目前，将其引入到大宗建筑材料的具体产品中来，将是实现磷石膏大量综合处置利用的一条有效途径。

2、原状工业副产石膏煅烧后得到以β-半水石膏和ii型无水石膏为主要成分的建筑石膏，掺入细骨料、各类外加剂制备得到建筑石膏抹灰砂浆，所述抹灰砂浆具有透气性强、防火、原材料易得、可塑性强、造价低廉等诸多优点，是消纳大宗石膏固体废弃物的主要途径之一。但因石膏本身较大的溶解度，表面大量的亲水基团，以及其硬化物的多孔结构，石膏材料同时也具备吸水性强、易受潮发霉、防水性差等缺陷，极大地限制了建筑石膏抹灰砂浆的应用范围。

3、目前主流的石膏防水方式包括外防水、无机内防水和有机内防水。外防水指的是将憎水性物质(沥青和纯丙烯酸聚合物等)粉刷在石膏制品表面，形成憎水膜隔绝水分侵蚀，但受外界环境影响较大，且无法长时间保持防水性能；无机内防水是添加无机活性粉料，包括硅酸盐、火山灰质材料，通过改变水化产物填充硬化物内部孔隙，提高力学性能及软化系数，但防水性提高程度有限，且部分有色无机粉料的掺入影响石膏制品外观；有机内防水是通过在石膏水化硬化过程中添加能覆盖在石膏晶体表面或者能在石膏内部形成防水薄膜的有机憎水物质，可以改变石膏表面亲水性，调控石膏晶体生长速率，起到防止水分侵蚀的作用，有效提高防水性，但会在一定程度上影响其力学性能。

4、综上所述，现有技术中石膏抹灰砂浆存在防水性差、易受潮发霉的缺陷，采用外防水技术得到的防水石膏砂浆防水耐久性差，采用内防水技术得到的防水砂浆力学性能受影响，且因为添加组分造成石膏抹灰砂浆的密度增大，不易于施工喷涂，影响施工效率。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的石膏抹灰砂浆防水耐久性差、易受潮发霉以及密度大不易于高效施工的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆，所述砂浆防水耐久性好，密度低便于施工喷涂，且具有耐水抗霉双功效；

2、本发明的目的之二在于提供一种耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆的制备方法。

3、本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

4、一种耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆，由以下重量份的组分组成：

5、

6、所述β型建筑石膏为脱硫石膏、磷石膏或钛石膏；优选的，所述β型建筑石膏为磷石膏；

7、所述复合防水抗菌组分由防水组分、抗霉组分和界面活性剂按照重量份配比(1～6)：(3～8)：(0.05～0.20)组成的；其中，所述防水组分包括甲基硅醇盐、石蜡乳液和硅丙乳液中的至少一种；所述抗霉组分包括有机抗菌组分和无机抗菌组分；所述有机抗菌组分为环糊精-精油包埋物，无机抗菌组分为纳米氮掺杂二氧化钛和纳米氧化锌中至少一种；所述界面活性剂为三乙基己基磷酸；

8、优选的，所述防水组分由甲基硅醇盐、石蜡乳液和硅丙乳液按照重量份配比(0.2～1):(0～4):(0.5～1)组成的；所述甲基硅醇盐为甲基硅醇钠或甲基硅醇钾；所述石蜡乳液为双离子型表面活化剂复配乳化制备得到的，亲水亲油平衡值(hlb)为8～18；所述抗霉组分为纳米二氧化钛和环糊精-精油包埋物复合物，所述界面活性剂为三乙基己基磷酸。

9、所述复合骨料由轻骨料和砂连续级配组合得到；其中，所述轻骨料由粒径2.5mm～75μm的轻细骨料和粒径＜75μm的微纳米级轻骨料组成；所述轻细骨料为玻化微珠、珍珠岩、聚苯颗粒和岩棉颗粒中的至少一种；所述微纳米级轻骨料为纳米二氧化硅气凝胶粉和超细微珠中的至少一种，体积密度为40～60kg/m3；所述砂为石灰岩机制砂、花岗岩机制砂、石英砂、铁尾矿砂、磷尾矿砂和石粉尾矿砂中的至少一种，所述砂的亚甲蓝值(mb)值≤1.4，细度模数(mx)为0.8～1.5，球度系数≥0.9；

10、优选的，所述复合骨料由玻化微珠、纳米二氧化硅气凝胶粉和磷尾矿砂按重量份配比(50～110):(3～8):(100～40)级配组合得到。

11、所述无机复合激发剂由粒化高炉矿渣粉、硅酸盐水泥、氧化钙、硅酸钠和硫酸钠中两种以上复配而成；

12、优选的，所述无机复合激发剂由粒化高炉矿渣粉、硅酸盐水泥和氧化钙按照重量份配比(2.5～5):(5～10):(0～3)复配而成，并且所述无机复合激发剂中，sio2、al2o3和cao的质量分数之和≥80％，无机复合激发剂的比表面积为450～500m2/kg。

13、所述缓凝剂为有机缓凝剂和无机惰性粉料的复合粉体；所述有机缓凝剂包括蛋白类缓凝剂、柠檬酸或三聚磷酸钠；无机惰性粉料为沸石粉；

14、优选的，所述缓凝剂为有机缓凝剂和无机惰性粉料按重量份配比(1～5)：(95～99)组成得到的复合粉体；

15、更优选的，所述缓凝剂为蛋白类缓凝剂和沸石粉按照重量份配比(1～3)：(97～99)组成得到的复合粉体；沸石粉表面粗糙、多孔结构，具有较强的携载能力，可使有机缓凝剂在石膏中分散均匀，也可在一定程度上改善石膏的流动性；此外，沸石粉吸附能力强，对石膏中磷、氟、有机物等有害杂质可起到一定吸附作用，提升石膏制品性能；沸石粉含有一定量的活性二氧化硅和三氧化二铝，与石膏相容性好，且能与无机复合激发剂发生一定化学反应，生成凝胶物质，对石膏性能有利。

16、所述增韧剂为碳化硅晶须、碳酸钙晶须或硫酸钙晶须；

17、优选的，所述增韧剂为长度为0.05～0.20mm、直径为0.5～0.8μm的硫酸钙晶须；所述硫酸钙晶须具有优良的增韧性、耐化学腐蚀、强度高等特点。硫酸钙晶须与石膏相容性好，可以稳定存在于石膏中，其形貌和晶型不会发生改变，并与石膏基体紧密结合而形成空间网络结构，从而显著提高石膏的强度和韧性。

18、所述保水剂为胶粉与纤维素醚中的至少一种；所述胶粉为苯乙烯-丁二烯共聚物、叔碳酸乙烯共聚物或乙烯-醋酸乙烯共聚物；所述纤维素醚为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羟乙基甲基纤维素中的一种或两种，纤维素醚的粘度为5w～20w；保水剂的加入可显著提升石膏砂浆保水性及黏性，利于砂浆中无机组分的水化硬化反应，加强各组分之间的粘结，提升石膏砂浆力学性能。

19、优选的，所述保水剂由苯乙烯-丁二烯共聚物和粘度为5w～10w的羟丙基甲基纤维素按照重量份配比(0～0.1)：(0～0.2)组成，并且所述苯乙烯-丁二烯共聚物和所述羟丙基甲基纤维素的重量份不同时为0。

20、所述复合防水抗菌组分作用原理为：防水组分中的石蜡乳液与硅丙乳液加入β型建筑石膏中，在石膏硬化过程中，硅丙乳液的亲水基团与石膏表面亲水基结合，包裹在石膏晶体表面，疏水基团依次排列在外，起到一定的憎水作用；伴随石膏粉料充分搅拌后，防水组分中的甲基硅醇盐均匀分布在石膏内部，其分子内部的硅醇基与石膏表面的亲水基团发生脱水交联反应，生成一种憎水性强的高分子化合物，随着水化反应进行，水分消耗，甲基硅醇盐在石膏晶体表面逐渐形成密闭性憎水树脂膜，即疏水膜，进一步阻碍水分的侵入，同时与硅酸盐材料中的羟基反应，形成末端带有si—r基的硅烷链(r一般为ch3)，堵塞石膏内部的孔隙，从而显著提升石膏砂浆的耐水性；此外，乳液的加入可起到一定的润滑作用，有利于甲基硅醇盐疏水膜的形成；

21、所述抗霉组分中的有机抗菌组分通过与霉菌活性部位结合达到杀灭霉菌效果，无机抗菌组分通过物理吸附方式阻止霉菌细胞膜的形成，从而降低霉菌生存能力，减少繁殖过程，达到抗菌的目的；

22、所述界面活性剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂，使防水组分、抗霉组分形成适应性良好的混合液，在石膏中均匀分散，进一步提升石膏的抗霉防水效果。

23、优选的，一种耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆，由以下重量份的组分组成：

24、β型建筑石膏70～85份，复合防水抗菌组分3～4份，复合骨料15～30.1份，无机复合激发剂6.1～9.9份，缓凝剂0.5份，增韧剂0.3份，保水剂0.1～0.20份，水50份。

25、一种本发明所述耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆的制备方法，包括以下步骤：

26、步骤一、将复合防水抗菌组分和缓凝剂溶于水中，搅拌30～40min，均化60～80min，得到溶液a；

27、步骤二、将β型建筑石膏、复合骨料、无机复合激发剂、增韧剂和保水剂干拌1.5～3.0min，得到粉料b；

28、步骤三、将溶液a缓慢加入粉料b中，搅拌2～4min，得到均匀的耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆。

29、优选的，步骤一中所述复合防水抗菌组分的制备方法为：

30、(1)将甲基硅醇盐与乙酸同时加入去离子水中，于20～25℃下搅拌15～30分钟，使两者充分反应，得到有机硅溶液；其中乙酸为催化剂，甲基硅醇盐和乙酸的质量比为甲基硅醇盐：乙酸＝2:(0.5～0.8)；

31、(2)将石蜡乳液与硅丙乳液加入步骤(1)得到的有机硅溶液中，搅拌均匀，得到防水组分溶液；

32、(3)将有机抗菌组分和无机抗菌组分加入步骤(2)得到的防水组分溶液中，得到混合溶液；

33、(4)在步骤(3)得到的混合溶液中边搅拌边加入界面活性剂，搅拌30～45min，使各组分之间分散均匀，得到适应性良好的混合液，即复合防水抗菌组分。

34、优选的，当步骤二中选用的β型建筑石膏为磷石膏时，还包括对磷石膏的改性步骤：将磷石膏在100～120℃烘干2～3h、采用质量浓度为4～9％的碱中和、陈化48～72h、粉磨至40～80μm细度，制成β型半水磷石膏；该β型半水磷石膏中半水石膏含量≥85％，二水石膏含量≤4％，改性过程的烘干、中和、陈化等工艺可降低磷石膏中可溶磷、可溶氟、有机物等有害杂质的含量，保证所制备石膏制品的品质。

35、一种本发明所述耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆的应用，所述砂浆用于建筑和装饰工程的内、外墙及厨卫区域罩面抹灰；

36、具体地，采用人工涂抹或机械喷涂方式进行施工，施工有效时间为1～2小时。

37、有益效果

38、(1)本发明提供了一种耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆，所述砂浆以工业副产石膏固废渣β型建筑石膏为主要原料，拓宽了建筑石膏抹灰砂浆应用范围，加快了石膏固体废弃物消纳速度；加入复合骨料、复合防水抗菌组分、无机复合激发剂、缓凝剂、增韧剂和保水剂；通过防水组分与抗霉组分复配形成密闭性网状憎水薄膜，覆盖在石膏晶体表面，改变石膏晶体表面亲水性和易霉性；与此同时，复合防水抗菌组分与无机复合激发剂和缓凝剂协同作用，改变石膏水化产物组成及水化进程，实现力学性能与耐水抗霉性能的平衡，所制备的石膏砂浆吸水率小于6％，软化系数在0.60～0.90；通过复合骨料中轻骨料与砂的级配组合技术，制备得到和易性良好的轻质防水抗菌抹灰砂浆，易于喷涂施工。

39、(2)本发明提供了一种耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆，所述石膏抹灰砂浆中，复合骨料采用轻骨料和砂级配复合制备，所述轻骨料由粒径在2.5mm～75μm的轻细骨料和粒径小于75μm的微纳米级轻骨料组成，微纳米级轻骨料的使用可进一步降低石膏抹灰砂浆的导热系数及密度，增加其保温性能，并且与普通轻骨料、砂形成紧密堆积，增加砂浆和易性及硬化体力学性能。根据紧密堆积原理，选用不同种类、粒径、级配骨料的组合优化，通过调整复合骨料中轻骨料和砂的组合比例，可得到复合骨料掺量范围及复合骨料中普通轻骨料、微纳米级轻骨料和砂的最佳组合比例范围，制备出和易性良好的普通抹灰砂浆及轻质抹灰砂浆，且其密度等级可在500～1400kg/m3内任意调整。

40、(3)本发明提供了一种耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆，所述石膏抹灰砂浆中各组分协同作用，得到防水抗菌性能好、防水耐久性强、力学性能好的石膏抹灰砂浆：防水组分中甲基硅醇盐与无机复合激发剂中硅酸盐材料的羟基反应，形成末端带有si-r基的硅烷链，堵塞石膏内部的孔隙，从而显著提升石膏砂浆的耐水性；而无机复合激发剂所营造的碱性环境，也有利于复合防水抗菌组分中防水组分的水解、聚合反应，对憎水膜的形成有促进作用，利于石膏耐水性的提升；防水组分的加入可使石膏试件内部保持低湿度，对其抗霉性能产生正向增益；再者，防水组分中的石蜡乳液和硅丙乳液填充于石膏基体孔隙之中，能够增加硬化体密实度，提高石膏抹灰砂浆的力学性能；缓凝剂中的有机缓凝剂能够改善石膏抹灰砂浆的流动性，无机缓凝剂能够吸附β型建筑石膏中磷、氟、有机物等有害杂质，也能够与无机复合激发剂发生一定化学反应，生成凝胶物质，提高抹灰砂浆的防水耐久性。此外，界面活性剂也可防止石膏、缓凝剂、无机复合激发剂等组分的絮凝，提升各组分的作用效果。

41、(4)本发明提供了一种耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆，所述石膏抹灰砂浆中的无机复合激发剂可与水及石膏内的矿物发生碱激发效应及硫酸盐激发效应，粒化高炉矿渣在硅酸盐水泥及氧化钙溶解形成的碱性环境中释放活性二氧化硅及三氧化二铝，与石膏提供的硫酸盐生成大量钙矾石及水化硅酸钙(铝酸钙)凝胶；水泥与水反应也会生成钙矾石及水化硅酸钙等物质；无机复合激发剂所生成的水化产物覆盖在石膏晶体表面或填充于石膏晶体的空隙之中形成无机防水层，并增加硬化体密实性，在提升耐水性的同时保证石膏砂浆力学性能。

42、(5)本发明提供了一种耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆的制备方法，工业副产磷石膏因为杂质含量高造成粘结强度和力学性能差，相较于其他β型建筑石膏固体废弃更难消纳处理；所述方法对工业副产磷石膏进行了改性处理，改性过程的烘干、中和、陈化等工艺可降低磷石膏中可溶磷、可溶氟、有机物等有害杂质的含量，同时通过石膏抹灰砂浆中各组分的协同作用，克服了β型建筑石膏作为抹灰砂浆粘结强度低、力学性能差的缺陷，实现了对工业副产磷石膏的固体废弃物的利用，保证了耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆的品质。

43、(6)本发明提供了一种耐水抗霉β型建筑石膏抹灰砂浆的应用，所述砂浆耐水抗霉、防水耐久性强、密度低质量轻，可采用人工涂抹或机械喷涂工艺施工，不仅能用在室内抹灰，也可用在厨、卫、建筑外墙等易潮湿区域，本发明扩宽了建筑石膏抹灰砂浆应用范围，加快了工业副产石膏固废资源的消纳。