CN116143442A - 脱硫灰基保水增稠材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脱硫灰基保水增稠材料及其制备方法和应用，脱硫灰基保水增稠材料包括：100份脱硫灰、10‑40份矿渣微粉、1.0‑3.0份纤维素醚、0.5‑1.5份增稠剂、2.0‑8.0份早强剂和1.5‑4.0份减水剂；本发明通过采用不同特性的材料，优化配合比，解决保水增稠材料现存技术难题，大掺量利用固废材料，制备出一种具有适用范围广、用量小、成本低、保水增稠效果好的材料，适用于配制各种强度等级的砌筑砂浆、抹灰砂浆、地面砂浆等普通干混砂浆，能确保配制出的普通干混砂浆具有优良的物理力学性能、优异的施工涂抹性能和工作性能，凝结后强度发展快且较高的后期强度，低收缩、高粘结，确保无空鼓开裂等现象。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种普通干混砂浆用脱硫灰基保水增稠材料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，随着我国建筑业快速发展，商品砂浆行业发展迅猛，2021年商品砂浆产量达2.4亿吨。其中，以砌筑砂浆、抹灰砂浆、地面砂浆等为代表的普通干混砂浆约1.7亿吨，占比达70％以上。目前，普通干混砂浆常通过掺入保水增稠材料来实现高效保水性，保水增稠材料需求量达400万吨以上，多是以膨润土等天然矿物材料为主，存在着大量消耗自然资源、用量大、保水效果差等不足，尤其是难以满足保水性和施工性要求较高的轻质砌体材料用干混砂浆。因此，开发出能赋予干混砂浆高保水性、优异工作性能等特点的新型保水增稠材料具有重要的应用价值。
近年来，相比于湿法烟气脱硫，干法和半干法烟气脱硫技术具有投入较低、效率高等优点，钢铁厂越来越多采用干法和半干法进行烟气脱硫，产生的工业固体废弃物就是脱硫灰。据不完全统计，我国目前每年产生的脱硫灰超过1200万吨。脱硫灰的成分主要是以亚硫酸钙为主，含有一定量的碳酸钙、氢氧化钙、游离氧化钙、硫酸钙和氯离子，pH值高达12以上。因此，脱硫灰目前主要是堆放为主，尚未得到较好的资源化利用；但在堆放过程中可能会产生氯离子溶出和使得土壤盐碱化，其资源化处理利用也势在必行。
发明内容
本发明针对脱硫灰的特点和普通干混砂浆对保水增稠材料的需求，经大量研究，开发出一种普通干混砂浆用脱硫灰基保水增稠材料，可提升普通干混砂浆的综合性能，并为脱硫灰的资源化利用提供一种技术途径。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
第一方面，本发明提供了一种脱硫灰基保水增稠材料，其包括如下重量份的组分：
优选地，脱硫灰基保水增稠材料还包括如下重量份的组分：
优选地，脱硫灰为钢铁厂以干法或者半干法脱附烟气中二氧化硫获得的以亚硫酸钙为主要成分的脱硫灰，脱硫灰的比表面积≥500m2/kg、Cl-含量≤4.0％、CaSO4含量≤5.0％、游离氧化钙含量≤2.0％。
其中，本发明以严格限定比表面积、Cl-含量、CaSO4含量和游离氧化钙含量的脱硫灰为保水增稠材料的主要组成材料。一是脱硫灰具有高比表面积、颗粒小、细度大，有利于填充干混砂浆中细骨料和胶凝材料中的空隙，提高干混砂浆密实度；二是脱硫灰pH值高且含有一定量的微细碳酸钙和氢氧化钙，可以促进水泥水化，有利于提高干混砂浆强度、密实度和抗碳化性能；三是脱硫灰中的亚硫酸钙能缓慢氧化变成硫酸根，不断补充硫酸根离子，从而确保水化产物钙矾石的稳定性，有利于提高干混砂浆的长期体积稳定性，避免空鼓开裂；研究表明在经过6个月以后5-10％的亚硫酸钙转变为硫酸钙，使得钙矾石含量仍保持在其最大值的80％以上，而未掺入本发明的水泥砂浆中钙矾石在6个月后的含量仅相当于其最大值的50％左右；四是基于保水增稠材料在干混砂浆中的掺量，通过限定Cl-含量和CaSO4含量，确保不会产生Cl-溶出导致的泛白现象，以及因CaSO4导致的缓凝现象。
优选地，矿渣微粉选自比表面积550-700m2/kg的S105级矿渣微粉或者S115级矿渣微粉中的一种。
其中，本发明的保水增稠材料采用掺入一定量的较大比表面积的S105级和/或S115级矿渣微粉，一是矿渣微粉具有较高早期活性，能够在早期就与脱硫灰中可能存在的氢氧化钙、游离氧化钙、硫酸钙等反应生成CSH凝胶和钙矾石，有利于改善干混砂浆的凝结特性，提高干混砂浆早期强度，同时在中后期能与亚硫酸根反应生成钙矾石，有利于提高干混砂浆的体积稳定性；二是矿渣微粉具有优异的氯离子吸附能力，能与氯离子结合生成弗里德尔盐，固化氯离子，进一步降低氯离子的溶出可能性，避免泛白现象；三是S105级或S115级矿渣微粉能显著提高干混砂浆的粘稠性和保水性，有利于改善黏度和抗垂挂性能以及拉伸粘结强度。
优选地，纤维素醚为黏度18-100Pa.s的羟乙基甲基纤维素。
其中，本发明的保水增稠材料采用黏度18-100Pa.s的羟乙基甲基纤维素，一是该黏度范围羟乙基甲基纤维素在较低掺量时即能赋予高保水性，例如本发明中羟乙基甲基纤维素含量1.0％时，且本发明在水泥砂浆中用量为10kg/t，即能使得水泥砂浆的保水率达88.5％；二是基于实验室在0-40℃下的研究发现，提出针对干混砂浆施工所处不同温度环境下的脱硫灰基保水增稠材料中纤维素醚黏度和掺量的选用制度，在夏季高温时，该脱硫灰基保水增稠材料则通过选用黏度相对较低的羟乙基甲基纤维素，在实现高保水性的同时，避免砂浆易产生结皮的不良现象，研究发现高温环境下羟乙基甲基纤维素黏度宜为18-60Pa.s；在冬季低温时，则通过选用较高黏度的羟乙基纤维素，避免凝结时间过长的不良现象，研究发现低温环境下羟乙基甲基纤维素黏度宜为30-100Pa.s。在常温条件下，羟乙基甲基纤维素黏度在18-100Pa.s范围内均可赋予较高保水效果。
优选地，增稠剂为羟丙基二淀粉磷酸酯。
其中，本发明的保水增稠材料采用羟丙基二淀粉磷酸酯作为增稠剂，主要赋予该保水增稠材料具有优异的增稠效果，与矿渣微粉和纤维素醚的增粘效果具有协同作用，能够进一步提高该保水增稠材料对干混砂浆带来的增稠增粘效果，赋予良好的施工涂抹性。
优选地，早强剂为质量比为1：(1-2)：(1-3)的三异丙醇胺、无水硫铝酸钙和硫酸铝的混合物。
其中，本发明的保水增稠材料采用质量比为1：(1-2)：(1-3)的三异丙醇胺、无水硫铝酸钙和硫酸铝的复合早强剂，能够实现干混砂浆具有快硬早强的特点，极大减轻因脱硫灰中少量硫酸钙和纤维素醚带来的严重缓凝问题，实现该脱硫灰基保水增稠材料制备干混砂浆的凝结时间可控可调。例如，未掺该复合早强剂时，保水增稠材料使得水泥砂浆凝结时间达12.5-15h，明显超过国家标准规定；掺入该复合早强剂后，保水增稠材料使得水泥砂浆凝结时间在3-12h之间，主要为4-6.5h，完全满足国家标准要求，且能根据工程需求调节凝结时间范围。
优选地，减水剂为粉末状的聚羧酸减水剂。
其中，本发明的保水增稠材料采用粉末状的聚羧酸减水剂，能够减少干混砂浆的用水量，从而避免因高比表面积粉体材料和纤维素醚导致的干混砂浆用水量增大所致收缩率大的问题，从而有利于确保干混砂浆的强度和体积稳定性。例如，未掺减水剂的情况下，该保水增稠材料使得干混砂浆用水量在23-28％之间；掺入聚羧酸减水剂后，该保水增稠材料使得干混砂浆用水量降低至15-20％之间。
本发明中脱硫灰基保水增稠材料中纤维素醚和增稠剂有利于提高干混砂浆在基材界面的附着稳定性，脱硫灰、矿渣微粉和复合早强剂赋予干混砂浆在基材界面处的强度快速发展，水化产物在界面处较早形成锁扣效应，聚羧酸减水剂降低界面区域宽度，这些组分协同作用，优化干混砂浆与基层材料之间的界面区域，能显著提高干混砂浆的拉伸粘结强度，赋予干混砂浆具有优良的物理力学性能和耐久性能，避免空鼓开裂等不良现象。
第二方面，本发明提供了一种上述的脱硫灰基保水增稠材料的制备方法，其包括如下步骤：
将脱硫灰和矿渣微粉加入混合机混合60-120s，再加入纤维素醚、增稠剂、早强剂和减水剂继续混合90-150s，得到脱硫灰基保水增稠材料。
第三方面，本发明提供了一种上述的脱硫灰基保水增稠材料在干混砂浆中的应用。
具体地，根据干混砂浆强度等级不同，脱硫灰基保水增稠材料在干混砂浆中的掺量为10-20kg/t，将胶凝材料、细骨料、脱硫灰基保水增稠材料加入混合机，搅拌3-5min，搅拌均匀即可制得所需干混砂浆产品。根据干混砂浆稠度控制指标，加入15-20％水，在搅拌机中搅拌3-5min，搅拌均匀后即可施工应用。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明通过采用不同特性的材料，优化配合比，解决保水增稠材料现存技术难题，大掺量利用固废材料，制备出一种具有适用范围广、用量小、成本低、保水增稠效果好的脱硫灰基保水增稠材料，适用于配制各种强度等级的砌筑砂浆、抹灰砂浆、地面砂浆等普通干混砂浆，能确保配制出的普通干混砂浆具有优良的物理力学性能、优异的施工涂抹性能和工作性能，凝结后强度发展快且较高的后期强度，低收缩、高粘结，确保无空鼓开裂等现象。
第二、本发明大量采用(半)干法脱硫灰这一难处理工业固体废弃物，为(半)干法脱硫灰资源化利用提供了技术途径，经济成本低，带来良好的经济和社会效益的同时，还具有较高的环保效益。
第三、本发明产品的性能优异、品质均匀稳定，生产工艺简单，使用便捷，并确保干混砂浆产品质量。
具体实施方式
本发明提供了一种脱硫灰基保水增稠材料及其制备方法和应用。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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。本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合，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。
本发明中，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。本发明中所用的化工原料均可在国内化工产品市场方便买到。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。其中：
脱硫灰基保水增稠材料的原材料如下：
脱硫灰：比表面积为520m2/kg、Cl-含量为2.6％、CaSO4含量为2.0％、游离氧化钙含量为0.5％，来自于上海宝田新型建材有限公司；
矿渣微粉，S105级，比表面积为580m2/kg，来自于上海宝田新型建材有限公司；
纤维素醚：黏度为40Pa.s的羟乙基甲基纤维素，来自上海尚南新材料有限公司；
增稠剂：羟丙基二淀粉磷酸酯，来自于上海尚南新材料有限公司；
早强剂：白色晶体粉末三异丙醇胺，来自于上海麦克林生化科技有限公司；粉末状的无水硫铝酸钙，来自于唐山北极熊建材有限公司；粉末状的硫酸铝，来自于上海麦克林生化科技有限公司；
减水剂：粉末状的聚羧酸减水剂，来自于上海三瑞高分子材料股份有限公司。
水泥砂浆的原材料如下：
普通硅酸盐水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥；来自于安徽海螺水泥股份有限公司；
细骨料：黄砂，II区中砂；来自于上海宝田新型建材有限公司。
实施例1
本实施例提供了一种脱硫灰基保水增稠材料，以重量份计，包括以下组分：脱硫灰100份、矿渣微粉10份、纤维素醚1.0份、增稠剂0.5份、早强剂2.0份和减水剂1.5份。
将脱硫灰和矿渣微粉加入混合机混合60s，再加入纤维素醚、增稠剂、早强剂和减水剂继续混合90s，得到脱硫灰基保水增稠材料。
将上述脱硫灰基保水增稠材料按10kg/t干混砂浆掺量，掺入水泥砂浆，即为脱硫灰基保水增稠材料10kg、水泥280kg、黄砂710kg的干混砂浆，按干混砂浆总重量的16％加入水，按前述使用方法搅拌均匀，即得所需产品。性能测试结果见表1所示。
实施例2
本实施例提供了一种脱硫灰基保水增稠材料，以重量份计，包括以下组分：脱硫灰100份、矿渣微粉40份、纤维素醚3.0份、增稠剂1.5份、早强剂8.0份和减水剂4.0份。
将脱硫灰和矿渣微粉加入混合机混合120s，再加入纤维素醚、增稠剂、早强剂和减水剂继续混合150s，得到脱硫灰基保水增稠材料。
将上述脱硫灰基保水增稠材料按15kg/t干混砂浆掺量，掺入水泥砂浆，即为脱硫灰基保水增稠材料15kg、水泥280kg、黄砂705kg的干混砂浆，按干混砂浆总重量的16％加入水，按前述使用方法搅拌均匀，即得所需产品。性能测试结果见表1所示。
实施例3
本实施例提供了一种脱硫灰基保水增稠材料，以重量份计，包括以下组分：脱硫灰100份、矿渣微粉30份、纤维素醚2.2份、增稠剂1.2份、早强剂6.5份和减水剂3.5份。
将脱硫灰和矿渣微粉加入混合机混合80s，再加入纤维素醚、增稠剂、早强剂和减水剂继续混合120s，得到脱硫灰基保水增稠材料。
将上述脱硫灰基保水增稠材料按20kg/t干混砂浆掺量，掺入水泥砂浆，即为脱硫灰基保水增稠材料20kg、水泥275kg、黄砂705kg的干混砂浆，按干混砂浆总重量的18％加入水，按前述使用方法搅拌均匀，即得所需产品。性能测试结果见表1所示。
对比例1
本对比例为未掺加保水增稠材料的普通水泥砂浆，即为水泥280kg、黄砂720kg，按砂浆总重量的16％加入水，按前述使用方法搅拌均匀，即得所需产品。性能测试结果见表1所示。
对比例2
本对比例为掺加某市售保水增稠材料的水泥砂浆，该市售保水增稠材料掺量为20kg/t，即为市售保水增稠材料20kg、水泥275kg、黄砂705kg，按砂浆总重量的18％加入水，按前述使用方法搅拌均匀，即得所需产品。性能测试结果见表1所示。
表1掺入保水增稠材料的水泥砂浆性能测试结果
*国家标准《预拌砂浆》GB/T 25181-2019中的M10普通抹灰砂浆性能指标。
由表1的以上实施例可见，本发明提出的脱硫灰基保水增稠材料，用于制备干混砂浆，能确保干混砂浆各项性能指标优异，施工性能优异，强度高、粘结性能好、干燥收缩率很小、体积稳定性优异、抗冻性好，各项指标均远远超过标准要求，且远远超过不掺加保水增稠材料或者目前市售保水增稠材料的水泥砂浆。该脱硫灰基保水增稠材料表现出良好的综合特性。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种脱硫灰基保水增稠材料，其特征在于，其包括如下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述的脱硫灰基保水增稠材料，其特征在于，其包括如下重量份的组分：
3.根据权利要求1或2所述的脱硫灰基保水增稠材料，其特征在于，所述述脱硫灰为以干法或者半干法脱附烟气中二氧化硫获得的以亚硫酸钙为主要成分的脱硫灰，脱硫灰的比表面积≥500m2/kg、氯离子含量≤4.0％、硫酸钙含量≤5.0％、游离氧化钙含量≤2.0％。
4.根据权利要求1或2所述的脱硫灰基保水增稠材料，其特征在于，所述矿渣微粉选自比表面积550-700m2/kg的S105级矿渣微粉或者S115级矿渣微粉中的一种。
5.根据权利要求1或2所述的脱硫灰基保水增稠材料，其特征在于，所述纤维素醚为黏度18-100Pa.s的羟乙基甲基纤维素。
6.根据权利要求1或2所述的脱硫灰基保水增稠材料，其特征在于，所述增稠剂为羟丙基二淀粉磷酸酯。
7.根据权利要求1或2所述的脱硫灰基保水增稠材料，其特征在于，所述早强剂为质量比为1：(1-2)：(1-3)的三异丙醇胺、无水硫铝酸钙和硫酸铝的混合物。
8.根据权利要求1或2所述的脱硫灰基保水增稠材料，其特征在于，所述减水剂为粉末状的聚羧酸减水剂。
9.一种如权利要求1所述的脱硫灰基保水增稠材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
将脱硫灰和矿渣微粉混合60-120s，再加入纤维素醚、增稠剂、早强剂和减水剂继续混合90-150s，得到脱硫灰基保水增稠材料。
10.一种如权利要求1所述的脱硫灰基保水增稠材料的应用，其特征在于：所述脱硫灰基保水增稠材料在干混砂浆中的应用。
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