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CN116462475A - 一种速凝防水磷石膏材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种速凝防水磷石膏材料及其制备方法和应用 Download PDF

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CN116462475A
CN116462475A CN202310344963.2A CN202310344963A CN116462475A CN 116462475 A CN116462475 A CN 116462475A CN 202310344963 A CN202310344963 A CN 202310344963A CN 116462475 A CN116462475 A CN 116462475A
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谢建和
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李江林
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Guangzhou Institute of Technology
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Abstract

本发明公开了一种速凝防水磷石膏材料及其制备方法和应用，由按重量份计的如下组分制备而成：磷石膏900‑1100份，水350‑450份，木屑50‑150份，减水剂1‑3份，防水剂8‑12份。所述磷石膏是经过烘干处理得到的烘干磷石膏，烘干温度为100℃‑115℃。本发明充分利用烘干磷石膏组分之间的耦合作用，促进与水反应的速率，研发出一款无需添加促凝剂的速凝的磷石膏材料。本发明通过防水剂与减水剂的耦合作用，大幅减少与磷石膏反应的水量，得到早期强度高的防水速凝磷石膏材料。木屑的加入在大幅降低材料的密度的同时，增强其抗折性能。本发明很好地解决当前磷酸生产时的工业副产品‑磷石膏造成的环境污染问题，大大促进磷石膏在建筑材料领域的资源化再利用。

Description

一种速凝防水磷石膏材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种速凝防水磷石膏材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着全球工业化的发展，作为湿法制备磷酸的副产品-磷石膏并没有得到很好的再利用。据报道每生产1t的磷酸，会伴随着5t的磷石膏固废的产生。堆放的磷石膏在占用土地资源的同时还造成环境污染问题。因此，磷石膏的资源利用合理化问题逐渐引起各国的注意。将传统固废应用到建材中是一种消纳固废的常用办法。天然的磷石膏主要成分为CaSO4·2H2O，以及一些难溶的杂质。利用这一点，磷石膏常被用为水泥的缓凝剂，但是这个方法并不能大量消纳磷石膏。
使用磷石膏制备石膏基的材料是一个很好地消纳磷石膏的思路。与传统制备建筑石膏的方法相类似，中国专利CN201611008874.7（授权公开日2019.03.22）公开了一种方法，该方法采用磷石膏制备改性磷石膏胶凝材料，对磷石膏采用了170-200℃的预处理，以及与磷尾矿和工业炉渣进行混合，得到改性石膏。但是这个方法对磷石膏的预处理温度过高，并且仅部分利用磷石膏制备石膏基材料，处理成本较高以及再利用率较低。此外，与在水泥基体中起到缓凝作用相似，难溶性杂质会使磷石膏为原材料制备的石膏基材料凝结时间较普通建筑石膏慢，凝结时间慢不利于石膏制品如石膏板、石膏砌块等的机械化生产,大多数的研究中都加入了早强剂或促凝剂。时代的发展对建筑材料提出了很多性能方面的要求，多种外加剂的加入会对建筑材料的推广造成不便。此外，虽然石膏作为一种“会呼吸的材料”受到市场的青睐，但是其易吸水的性能容易使得建筑材料在潮湿的环境下受潮发霉，让石膏制品的应用推广受到制约。而磷石膏由于其杂质较多，吸水性更强，则更易发霉。再者，石膏材料普遍具有脆性，加入纤维可以大幅提升石膏材料的抗折性能，但要注意的是加入纤维也会大幅增加石膏制品的成本。
发明内容
针对现有技术的磷石膏材料前处理成本高、凝结时间长防水性差、抗折性能差的缺陷和不足，本发明的目的之一是为了提供一种速凝防水磷石膏材料，降低磷石膏前处理成本，提升磷石膏的再利用率；所制得的速凝防水磷石膏材料，其凝结时间短、抗压抗折强度高，防水性能较好。
本发明的目的之二是提供一种速凝防水磷石膏材料的制备方法。
本发明的目的之三是提供一种速凝防水磷石膏材料的应用。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种速凝防水磷石膏材料，由按重量份计的如下组分制备而成：
磷石膏900-1100份，
水350-450份，
木屑50-150份，
减水剂1-3份，
防水剂8-12份；
所述磷石膏包括CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O。
在本发明中，作为一种优选的实施例，所述磷石膏是经过烘干处理得到的烘干磷石膏，烘干温度为100℃-115℃。
在本发明中，作为一种优选的实施例，烘干温度为105℃-115℃。
在本发明中，作为一种优选的实施例，烘干温度为115℃，所述磷石膏中CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O的相对含量分别为14.2%和85.8%。
在本发明中，作为一种优选的实施例，所述烘干磷石膏的粒度小于150目。更优选地，所述烘干磷石膏的粒度小于200目。
在本发明中，作为一种优选的实施例，所述速凝防水磷石膏材料由按重量份计的如下组分制备而成：
磷石膏950-1050份，
水400-450份，
木屑80-120份，
减水剂2-3份，
防水剂9-11份。
在本发明中，作为一种优选的实施例，所述速凝防水磷石膏材料按照GB/T 9776-2008 《建筑石膏》检测性能如下：初凝时间≤4min，终凝时间≤6min，2h抗压强度≥6MPa，抗折强度≥3MPa。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种速凝防水磷石膏材料的制备方法，包括：
S10、将配方量的磷石膏、防水剂和木屑均匀搅拌30-60s，制得干料混合物；
S20、将配方量的减水剂加入到配方量的水中，充分搅拌30-60s，制得减水剂溶液；
S30、将减水剂溶液倒入到干料混合物中，充分搅拌2-3min；得到速凝防水磷石膏材料。
在本发明中，作为一种优选的实施例，步骤S10、S20的搅拌时间均为60s，步骤S30的搅拌时间为3min。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
本发明目的之一的速凝防水磷石膏材料在建筑工程中作为建筑材料的应用。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明降低了磷石膏前处理的烘干温度，降低了以往磷石膏前处理成本。充分利用该温度下烘干磷石膏组分（CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O）的耦合作用，使得降低处理温度也不会影响磷石膏制品的力学性能，同时在无外加早强剂或促凝剂的情况下兼备早强的性质。再者，利用防水剂与减水剂的耦合作用，弥补磷石膏制品易吸水易受潮的性质。另外，本发明加入木屑之后有效降低材料的脆性，得到一款早期抗压抗折强度高的防水性速凝磷石膏材料。本发明的磷石膏的预处理工艺简单、制备过程简单。本发明很好地解决当前磷酸生产时的工业副产品-磷石膏造成的环境污染问题，大大促进磷石膏在建筑材料领域的资源化再利用。
附图说明
图1是本发明经过115℃处理烘干的磷石膏X射线衍射谱图。
实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂，为常规购买的原料试剂。
一种速凝防水磷石膏材料，由按重量份计的如下组分制备而成：
磷石膏900-1100份，
水350-450份，
木屑50-150份，
减水剂1-3份，
防水剂8-12份；
所述磷石膏包括CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O。
作为进一步地实施方式，所述磷石膏是经过烘干处理得到的烘干磷石膏，烘干温度为100℃-115℃。
作为进一步地实施方式，烘干温度为105℃-115℃。
作为进一步地实施方式，烘干温度为115℃，所述磷石膏中CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O的相对含量分别为14.2%和85.8%。
本发明降低了磷石膏前处理的烘干温度，充分利用该温度下烘干磷石膏组分（CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O）的耦合作用，促进与水反应的速率，研发出一款无需添加促凝剂的速凝磷石膏材料。烘干磷石膏既充当传统意义上的胶凝材料，又充当填充材料，也充当传统石膏材料的促凝剂。大幅降低了磷石膏的前处理成本，提升了磷石膏的再利用率，便捷地得到一款速凝的石膏材料。再者，本发明通过防水剂与减水剂的耦合作用，大幅减少与磷石膏反应的水量的同时，得到一款早期强度高的防水性速凝磷石膏材料。此外，木屑的加入能有效地降低材料的脆性，大幅提升抗折性能。
作为进一步地实施方式，所述烘干磷石膏的粒度小于150目。
作为进一步地实施方式，所述烘干磷石膏的粒度小于200目。
作为进一步地实施方式，所述速凝防水磷石膏材料由按重量份计的如下组分制备而成：
磷石膏950-1050份，
水400-450份，
木屑80-120份，
减水剂2-3份，
防水剂9-11份。
作为进一步地实施方式，所述速凝防水磷石膏材料按照GB/T 9776-2008 《建筑石膏》检测性能如下：初凝时间≤4min，终凝时间≤6min，2h抗压强度≥6MPa，抗折强度≥3MPa。
一种速凝防水磷石膏材料的制备方法，包括：
S10、将配方量的磷石膏、防水剂和木屑均匀搅拌30-60s，制得干料混合物；
S20、将配方量的减水剂加入到配方量的水中，充分搅拌30-60s，制得减水剂溶液；
S30、将减水剂溶液倒入到干料混合物中，充分搅拌2-3min；得到速凝防水磷石膏材料。
作为进一步地实施方式，步骤S10、S20的搅拌时间均为60s，步骤S30的搅拌时间为3min。
速凝防水磷石膏材料在建筑工程中作为建筑材料的应用。
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面实施例。
实施例
一种速凝防水磷石膏材料，由按重量份计的如下组分制备而成：
磷石膏1000份，
水450份，
木屑100份，
减水剂2份，
防水剂10份。
所述磷石膏是经过烘干处理得到的烘干磷石膏，烘干温度为115℃，所述烘干磷石膏粒度低于150目。
速凝防水磷石膏材料的制备方法，包括：
S10、将配方量的磷石膏、防水剂和木屑均匀搅拌30s，制得干料混合物；
S20、将配方量的减水剂加入到配方量的水中，充分搅拌30s，制得减水剂溶液；
S30、将减水剂溶液倒入到干料混合物中，充分搅拌2min；得到速凝防水磷石膏材料。
实施例
一种速凝防水磷石膏材料，由按重量份计的如下组分制备而成：
磷石膏1000份，
水400份，
木屑100份，
减水剂2份，
防水剂10份。
所述磷石膏是经过烘干处理得到的烘干磷石膏，烘干温度为110℃，所述烘干磷石膏粒度低于200目。
速凝防水磷石膏材料的制备方法同实施例1。
实施例
一种速凝防水磷石膏材料，由按重量份计的如下组分制备而成：
磷石膏900份，
水350份，
木屑100份，
减水剂3份，
防水剂12份。
所述磷石膏是经过烘干处理得到的烘干磷石膏，烘干温度为105℃，所述烘干磷石膏粒度低于200目。
速凝防水磷石膏材料的制备方法同实施例1。
实施例
一种速凝防水磷石膏材料，由按重量份计的如下组分制备而成：
磷石膏1000份，
水450份，
木屑150份，
减水剂2份，
防水剂10份。
所述磷石膏是经过烘干处理得到的烘干磷石膏，烘干温度为105℃，所述烘干磷石膏粒度低于200目。
制备方法同实施例1。
实施例
一种速凝防水磷石膏材料，由按重量份计的如下组分制备而成：
磷石膏1000份，
水450份，
木屑50份，
减水剂2份，
防水剂10份。
所述磷石膏是经过烘干处理得到的烘干磷石膏，烘干温度为105℃，所述烘干磷石膏粒度低于200目。
制备方法同实施例1。
实施例
一种速凝防水磷石膏材料的组分及其质量份与实施例1相同，区别在于制备方法与实施例1不同，步骤S10、S20的搅拌时间均为60s，步骤S30的搅拌时间为3min。
对比例1
一种速凝防水磷石膏材料的组分及其质量份与实施例1相同，区别在于制备方法与实施例1不同，所述磷石膏的烘干温度为50℃。制备方法同实施例1。
对比例2
本对比例的磷石膏材料的组分及其质量份区别在于不加入防水剂，制备方法同实施例1。
对比例3
本对比例的磷石膏材料的组分及其质量份区别在于不加入减水剂，制备方法同实施例1。
对比例4
本对比例的磷石膏材料，包括如下按照质量份计算的组分制成
磷石膏1000份，
水450份，
木屑100份，
减水剂8份，
防水剂0份。
制备方法同实施例1。
对比例5
本对比例的磷石膏材料的组分及其质量份区别在于不加入木屑，制备方法同实施例1。
性能测试
1、磷石膏矿物组成分析：
将实施例1中经过115℃烘干的磷石膏进行X射线衍射，其得到的X射线衍射普通如附图1所示。从谱图可以看出，经过115℃烘干后的磷石膏，主要成分为CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O。通过RIR法进行半定量分析CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O的相对含量分别为14.2%和85.8%。在该前处理温度下，天然状态下的磷石膏主要成分为并没有完全转化成有胶凝性能的CaSO4·0.5H2O，仍有一部分为CaSO4·2H2O。本发明利用该温度下烘干磷石膏组分（CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O）的耦合作用，既充当传统意义上的胶凝材料，又充当填充材料，也充当传统石膏材料的促凝剂。大幅降低了磷石膏的前处理成本，提升了磷石膏的再利用率，便捷地得到一款速凝的石膏材料.
2：速凝防水磷石膏材料性能测试：
对以上实施例和对比例制备的速凝防水石膏材料按标准GB/T 9776-2008 《建筑石膏》进行测试，具体性能见下表1。
表1
由实施例1-6的测试强度可知，本发明制备的速凝防水磷石膏材料凝结时间短，初凝时间在3-4min，而终凝时间在6-8min之间。本发明所制备的速凝防水磷石膏材料2h抗压强度在6MPa以上，2h抗折强度在3MPa以上，满足标准GB/T 9776-2008 《建筑石膏》中等级3.0的要求，性能优异。
通过对比例1与实施例1可知，在原材料用量相同的情况下，磷石膏的烘干温度以100℃-115℃为宜。过低的温度不能在充分发挥烘干磷石膏各组分之间的耦合作用。100℃-115℃的前处理温度可以在降低成本的同时，充分发挥耦合作用，大幅提升磷石膏制品的力学性能。通过对比例2和对比例3可知，防水剂与减水剂的耦合作用对速凝防水磷石膏材料的性能（速凝性能、强度和吸水率）起决定性作用。通过对比例4可知，虽然通过调节减水剂的用量可以的得出凝结时间与力学性能对实施例1相仿的磷石膏材料，但是防水性能仍然有很大的差距。通过实施例1-6证明，本发明通过利用100℃-115℃下烘干磷石膏组分（CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O）的耦合作用，以及防水剂与减水剂的耦合作用，得到一款早期强度高的防水性速凝磷石膏材料。通过对比例5与实施例1对比可以发现，木屑的加入对调节材料的抗折性能起着至关重要的作用。本发明能很好地解决当前磷石膏的环境污染问题，大大促进磷石膏在建筑行业资源化再利用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种速凝防水磷石膏材料，其特征在于，由按重量份计的如下组分制备而成：
磷石膏900-1100份，
水350-450份，
木屑50-150份，
减水剂1-3份，
防水剂8-12份；
所述磷石膏包括CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O。
2.根据权利要求1所述的速凝防水磷石膏材料，其特征在于，所述磷石膏是经过烘干处理得到的烘干磷石膏，烘干温度为100℃-115℃。
3.根据权利要求2所述的速凝防水磷石膏材料，其特征在于，烘干温度为105℃-115℃。
4.根据权利要求3所述的速凝防水磷石膏材料，其特征在于，烘干温度为115℃，所述磷石膏中CaSO4·2H2O和CaSO4·0.5H2O的相对含量分别为14.2%和85.8%。
5.根据权利要求1所述的速凝防水磷石膏材料，其特征在于，所述烘干磷石膏的粒度小于150目。
6.根据权利要求1所述的速凝防水磷石膏材料，其特征在于，所述速凝防水磷石膏材料由按重量份计的如下组分制备而成：
磷石膏950-1050份，
水400-450份，
木屑80-120份，
减水剂2-3份，
防水剂9-11份。
7.根据权利要求1所述的速凝防水磷石膏材料，其特征在于，所述速凝防水磷石膏材料按照GB/T 9776-2008 《建筑石膏》检测性能如下：初凝时间≤4min，终凝时间≤6min，2h抗压强度≥6MPa，抗折强度≥3MPa。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述速凝防水磷石膏材料的制备方法，包括：
S10、将配方量的磷石膏、防水剂和木屑均匀搅拌30-60s，制得干料混合物；
S20、将配方量的减水剂加入到配方量的水中，充分搅拌30-60s，制得减水剂溶液；
S30、将减水剂溶液倒入到干料混合物中，充分搅拌2-3min；得到速凝防水磷石膏材料。
9.根据权利要求8所述的速凝防水磷石膏材料的制备方法，其特征在于，步骤S10、S20的搅拌时间均为60s，步骤S30的搅拌时间为3min。
10.如权利要求1-7任意一项所述速凝防水磷石膏材料在建筑工程中作为建筑材料的应用。
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