梁洪超，相利學(xué)，吳亞男

(1 金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，復(fù)合肥料國家地方聯(lián)合工程研究中心，山東 臨沂 276700；2 金正大諾泰爾化學(xué)有限公司，貴州 甕安 550400)

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磷石膏基?；⒅楸厣皾{的制備研究

梁洪超1,2，相利學(xué)1,2，吳亞男1,2

(1 金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，復(fù)合肥料國家地方聯(lián)合工程研究中心，山東 臨沂 276700；2 金正大諾泰爾化學(xué)有限公司，貴州 甕安 550400)

以工業(yè)副產(chǎn)石膏磷石膏為主要膠凝材料，配合氧化鈣改性、羧甲基纖維素HPMC、十二烷基硫酸鈉(SDS)等外加劑與?；⒅檩p質(zhì)骨料復(fù)配，制備磷石膏基保溫砂漿。優(yōu)化配合比，采用20～40目為主要保溫骨料，骨膠比0.6:1，控制稠度80 mm左右，添加SDS 0.5%情況下，干表面密度≤0.35 g/cm3，石膏基保溫砂漿抗折強(qiáng)度能達(dá)到0.3 MPa，抗壓強(qiáng)度0.7 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.08 W/(m·K)，滿足GB/T 20473-2006《建筑保溫砂漿》標(biāo)準(zhǔn)要求，為磷石膏的有效利用提供一種有效途徑。

磷石膏；保溫砂漿；制備；性能

近幾年我國現(xiàn)已經(jīng)把節(jié)約資源作為基本國策，節(jié)能環(huán)保成為建筑行業(yè)發(fā)展趨勢的主線，干粉砂漿由于其高質(zhì)量、高效率、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，得到迅猛發(fā)展[1]。傳統(tǒng)的保溫砂漿以水泥基為膠結(jié)材料、膨脹聚苯乙烯顆粒為骨料，具有防火性能較差，收縮率大等特點(diǎn)，使其應(yīng)用得到限制[2]。而無機(jī)干粉保溫砂漿以無機(jī)類輕質(zhì)保溫材料為輕骨料，再混合由膠凝材料和其他填充料、添加劑等組成的干粉保溫砂漿，研究表明這種以干粉砂漿為基礎(chǔ)的無機(jī)干粉保溫砂漿是一種新型保溫節(jié)能砂漿材料，具有節(jié)能、環(huán)保、保溫隔熱、耐老化的優(yōu)異性能，并且價(jià)格低廉，有著廣泛的市場需求[3]。磷石膏在建筑制品(石膏板、石膏砌塊)、土壤改良、水泥工業(yè)等領(lǐng)域均有應(yīng)用[4-5]。然而，由于磷石膏基保溫材料組成復(fù)雜，尚未進(jìn)行系統(tǒng)化研究，沈[6]等研究表明，在磷石膏中入少量 CaO，中和其中的少量 P2O5，消去 P2O5的負(fù)面影響，使磷石膏的緩凝時(shí)間和力學(xué)性能響應(yīng)增加，促進(jìn)其在砂漿中的應(yīng)用研究。

本文研究的磷石膏基玻化微珠保溫砂漿以工業(yè)副產(chǎn)磷石膏為主要膠凝材料，玻化微珠為輕骨料，采用外加劑對其進(jìn)行改性，是近年來發(fā)展起來的一種新型干粉保溫砂漿[7]。其選用級配良好、導(dǎo)熱系數(shù)小、耐火度高的?；⒅?，內(nèi)部為多孔的空腔結(jié)構(gòu)，耐高溫、吸水率低等優(yōu)異性能，并摻加多種外加劑和抗裂纖維配制而成, 因而具有優(yōu)異的保溫隔熱性能和防火耐老化性能，更能給人以舒適的感覺，是內(nèi)保溫技術(shù)實(shí)施的一種有效選擇[8]，同時(shí)由于大量采用廢棄物磷石膏，環(huán)保意義顯著，符合國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)政策，生產(chǎn)成本較低，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，符合《大宗工業(yè)固體廢物綜合利用“十二五” 規(guī)劃》的要求[9]。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料與性能

磷石膏，公司磷肥副產(chǎn)物，煅燒預(yù)處理(β-石膏)，CaO改性，其石膏組成和性能見表1；氧化鈣，工業(yè)級；膨脹玻化微珠，堆積密度 80～120 kg/m3，表面?；什恍∮?95%，主要成分是SiO2，Al2O3等；可再分散乳膠粉，市購；纖維素羥丙基甲基醚(HPMC)，粘度10萬；聚丙烯耐拉纖維，長度15 mm，直徑為0.8～1.1 mm，抗拉強(qiáng)度≥350 MPa，斷裂伸長率≤30%；高效石膏緩凝劑，市購；表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)，市購。

表1 磷石膏制備放入β-石膏性能

1.2 石膏基保溫砂漿配制方案

表2 石膏基保溫砂漿的配制

制備砂漿如表2所示，保溫輕骨料分別采用20目和40目兩種實(shí)驗(yàn)，骨膠比0.6:1，根據(jù)顆粒目數(shù)大小調(diào)節(jié)稠度80 mm左右，合理添加HPMC和SDS，在砂漿攪拌機(jī)中加入相應(yīng)比例的水，再加入分散混勻的石膏膠凝材料和外加劑，先慢速攪拌30 s，再快速攪拌2 min，再按要求的骨料比慢速攪拌下加入輕保溫骨料后快速攪拌1～2 min，控制料漿稠度在75～85 mm之間為宜，將砂漿一次裝入試模，到規(guī)定時(shí)間后脫模，養(yǎng)護(hù)，干燥。測試前的樣品試塊，保溫板根據(jù)需要放入烘箱45 ℃中烘干。砂漿干密度、漿體密度測試參照 JG 158-2004，抗壓強(qiáng)度采用160 mm×160 mm×40 mm 試模、抗折強(qiáng)度試件參照 GB/T 17671-1999， 砂漿稠度參照J(rèn)GJ 70-1990 《 建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》，保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)測試參照 GB/T 10294-1988。

2 結(jié)果與討論

2.1 石膏基保溫砂漿中保溫骨料目數(shù)的影響

目數(shù)越小，顆粒越大，由圖1可知，20目對應(yīng)的抗折和抗壓強(qiáng)度較40目的大，導(dǎo)熱系數(shù)也相對減小，保溫性能增加，20目較大尺寸情況下，抗折強(qiáng)度大于0.3 MPa，抗壓強(qiáng)度大于0.4 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.008 W/(m·k), 這是由于顆粒粒徑大，比表面積減小，凝膠材料粘結(jié)力增加。顆粒大的情況下，內(nèi)部空腔比較多，保溫性能也相對較好，導(dǎo)熱系數(shù)也相對較低。顆粒尺寸再大，成本也相對較大，施工性能也相對較差，綜合考慮成本和施工性能，熱學(xué)性能基礎(chǔ)上，石膏基保溫砂漿?；⒅檫x擇顆粒粒徑20目左右為主要基料進(jìn)行級配。

圖1 不同保溫骨料目數(shù)對保溫砂漿強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響

2.2 HMPC含量對石膏基保溫砂漿性能的影響

圖2 不同HMPC情況下對強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響

由圖2得到，相同粒徑情況下，HMPC含量的增加，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度降低，導(dǎo)熱系數(shù)減小，保溫性能增加，這是由于HPMC在保溫砂漿中起到保水增稠和改善施工性的作用，隨著纖維素醚摻量的增加，拌合物黏性增大，漿體內(nèi)引入的大量氣體難以排出，使硬化后的保溫砂漿結(jié)構(gòu)疏松，使硬化后的保溫砂漿結(jié)構(gòu)疏松，從而降低了保溫砂漿的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。但由于引入了氣泡在砂漿里面，因此，密閉的氣泡起到保溫效果，使砂漿的綜合保溫性能提高，在實(shí)際應(yīng)用中，要考慮到強(qiáng)度性能和保溫性能方面的平衡方面，需要保溫性能的時(shí)候適當(dāng)提高HMPC含量，需要強(qiáng)度性能的時(shí)候適當(dāng)減少HPMC的含量。

2.3 發(fā)泡劑的影響

圖3 發(fā)泡劑SDS對石膏基保溫砂漿的影響

由圖3可得，砂漿中無SDS添加情況下，攪拌液漿液有很少的部分氣泡，氣泡不穩(wěn)定，靜置一段時(shí)間自動消失。成型后的表面形貌比較均勻，氣泡數(shù)量比較少，比較致密。從橫截面上也可以看出其密實(shí)度相對較高，有少部分細(xì)小氣孔這是由于為加入HPMC情況下，除能相應(yīng)增加稠度和保水外，還能夠在攪拌過程引入氣體，造成形成部分閉腔結(jié)構(gòu)，引入的空氣。而加入SDS情況下，攪拌漿液有明顯的大小均一的氣泡，穩(wěn)定性也比較好。成型后的表面形貌比較均勻，氣孔細(xì)小，均勻，沒有出現(xiàn)大的氣泡團(tuán)聚現(xiàn)象。橫截面氣泡數(shù)量比較多，沒有出現(xiàn)上層氣泡過度集中現(xiàn)象，分布范圍均勻，氣泡大小相對比較集中。這是由于泡沫是不穩(wěn)定體系，純液體很難形成穩(wěn)定持久的泡沫，必須有發(fā)泡劑或表面活性劑，并在強(qiáng)力攪拌作用下才能得到穩(wěn)定性較好的泡沫。SDS在以纖維素醚HPMC為穩(wěn)泡劑的情況下作為起泡劑，氣泡穩(wěn)定，導(dǎo)熱系數(shù)更小，保溫效果更好。

圖4 SDS添加量對其石膏基保溫砂漿強(qiáng)度和保溫性能影響

SDS的加入但要控制合適的量，控制砂漿中引入氣泡的數(shù)量和大小等因素，由圖4可以看出，隨著SDS的增加，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度逐漸減小，導(dǎo)熱系數(shù)逐漸減小，保溫性能增加，這是由于隨著SDS含量的增加，漿料在攪拌過程中能產(chǎn)生大量微小氣泡，有利于降低制品的表觀密度，制品的干表觀密度減小,但同時(shí)也使材料在受力時(shí)承載截面減小，強(qiáng)度降低。在綜合考力學(xué)性能和保溫性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求和使用性能的基礎(chǔ)上，使用過程中要選擇適宜的添加比，選擇SDS占凝膠材料百分比為0.4%～0.5%，保溫骨料添加量骨膠比0.6:1，此時(shí)，石膏基保溫砂漿抗折強(qiáng)度能達(dá)到0.3 MPa，抗壓強(qiáng)度0.7 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.08 W/(m·k)，添加發(fā)泡劑少，所用骨料也比較少，力學(xué)性能和熱學(xué)性能也滿足先關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，成本更低，經(jīng)濟(jì)效益更好。保溫骨料添加量骨膠比0.6:1。

3 結(jié) 論

(1)石膏基保溫砂漿所用保溫骨料較大尺寸情況下，比表面積減小，凝膠材料粘結(jié)力增加，力學(xué)性能增加。同時(shí)較大的顆粒內(nèi)部空腔比較多，保溫性能也相對較好，導(dǎo)熱系數(shù)也相對較低，綜合考慮施工和成本性能采用20目左右為主級配更理想。

(2)HPMC在保溫砂漿中起到保水增稠和改善施工性的作用，同時(shí)由于隨著纖維素醚摻量的增加，拌合物黏性增大，漿體內(nèi)引入的大量氣體難以排出，具有引氣作用，引入氣泡能降低強(qiáng)度，提高保溫性能，降低導(dǎo)熱系數(shù)，綜合考慮成本，力學(xué)性能和熱學(xué)性能下宜選擇0.5%～1%。

(3)纖維素醚HMPC做增稠劑的情況下，添加SDS能夠引入穩(wěn)定的氣泡的同時(shí)保證砂漿的穩(wěn)定性和力學(xué)強(qiáng)度性能，有利于降低制品的表觀密度，導(dǎo)熱系數(shù)更小，保溫效果更好，同時(shí)減少骨料添加量，其成本也比較低，在保溫骨料添加量骨膠比0.6:1，添加發(fā)泡劑0.5%情況下，石膏基保溫砂漿抗折強(qiáng)度能達(dá)到0.3 MPa，抗壓強(qiáng)度0.7 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.08 W/(m·k)，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

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Study on Insulation Mortar Made of Phosphorus Gypsum Based Vitrified Beads

LIANGHong-chao1,2,XIANGLi-xue1,2,WUYa-nan1,2

(1 Shandong Kingenta Ecological Engineering Co.， Ltd.，National Engineering Research Center for Compound Fertilizer, Shandong Linyi 276700; 2 Kingenta Norsterra Chemical Co.， Ltd.，Guizhou Weng’an 550400, China)

Phospho gypsum vitrified microsphere thermal insulation mortar was prepared with phosphorus gypsum as the main cementing material，expanded and vitrified beads as light aggregate, and modified by calcium oxide, sodium dodecyl sulfate and hydroxypropyl methyl cellulose and many more. Using 20 to 40 mesh as the main insulation aggregate, aggregate and gel material weight ratio of 0.6:1, control consistency of 80 mm, the SDS of 0.5%, the dry surface density ≤0.35 g/cm3, the flexural intensity can reach 0.3 MPa, compressive strength reached 0.7 MPa, the thermal conductivity was less than 0.08 W/(m·K), in line with the national standard GB/T20473-2006 standards, providing an effective method of comprehensive utilization of phosphorus gypsum.

phosphogypsum; insulation mortar; preparation; performance

梁洪超(1986-)，男，工程師，主要從事磷石膏資源化工利用研究。

TQ09

A

1001-9677(2016)021-0086-03