梁洪超，相利学，吴亚男

(1 金正大生态工程集团股份有限公司，复合肥料国家地方联合工程研究中心，山东 临沂 276700；2 金正大诺泰尔化学有限公司，贵州 瓮安 550400)



磷石膏基玻化微珠保温砂浆的制备研究

梁洪超1,2，相利学1,2，吴亚男1,2

(1 金正大生态工程集团股份有限公司，复合肥料国家地方联合工程研究中心，山东 临沂 276700；2 金正大诺泰尔化学有限公司，贵州 瓮安 550400)

以工业副产石膏磷石膏为主要胶凝材料，配合氧化钙改性、羧甲基纤维素HPMC、十二烷基硫酸钠(SDS)等外加剂与玻化微珠轻质骨料复配，制备磷石膏基保温砂浆。优化配合比，采用20～40目为主要保温骨料，骨胶比0.6:1，控制稠度80 mm左右，添加SDS 0.5%情况下，干表面密度≤0.35 g/cm3，石膏基保温砂浆抗折强度能达到0.3 MPa，抗压强度0.7 MPa，导热系数小于0.08 W/(m·K)，满足GB/T 20473-2006《建筑保温砂浆》标准要求，为磷石膏的有效利用提供一种有效途径。

磷石膏；保温砂浆；制备；性能

近几年我国现已经把节约资源作为基本国策，节能环保成为建筑行业发展趋势的主线，干粉砂浆由于其高质量、高效率、经济效益好、环保的优点，得到迅猛发展[1]。传统的保温砂浆以水泥基为胶结材料、膨胀聚苯乙烯颗粒为骨料，具有防火性能较差，收缩率大等特点，使其应用得到限制[2]。而无机干粉保温砂浆以无机类轻质保温材料为轻骨料，再混合由胶凝材料和其他填充料、添加剂等组成的干粉保温砂浆，研究表明这种以干粉砂浆为基础的无机干粉保温砂浆是一种新型保温节能砂浆材料，具有节能、环保、保温隔热、耐老化的优异性能，并且价格低廉，有着广泛的市场需求[3]。磷石膏在建筑制品(石膏板、石膏砌块)、土壤改良、水泥工业等领域均有应用[4-5]。然而，由于磷石膏基保温材料组成复杂，尚未进行系统化研究，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的负面影响，使磷石膏的缓凝时间和力学性能响应增加，促进其在砂浆中的应用研究。

本文研究的磷石膏基玻化微珠保温砂浆以工业副产磷石膏为主要胶凝材料，玻化微珠为轻骨料，采用外加剂对其进行改性，是近年来发展起来的一种新型干粉保温砂浆[7]。其选用级配良好、导热系数小、耐火度高的玻化微珠，内部为多孔的空腔结构，耐高温、吸水率低等优异性能，并掺加多种外加剂和抗裂纤维配制而成, 因而具有优异的保温隔热性能和防火耐老化性能，更能给人以舒适的感觉，是内保温技术实施的一种有效选择[8]，同时由于大量采用废弃物磷石膏，环保意义显著，符合国家循环经济的产业政策，生产成本较低，可实现环境与经济的可持续发展，符合《大宗工业固体废物综合利用“十二五” 规划》的要求[9]。

1 实 验

1.1 原材料与性能

磷石膏，公司磷肥副产物，煅烧预处理(β-石膏)，CaO改性，其石膏组成和性能见表1；氧化钙，工业级；膨胀玻化微珠，堆积密度 80～120 kg/m3，表面玻化率不小于 95%，主要成分是SiO2，Al2O3等；可再分散乳胶粉，市购；纤维素羟丙基甲基醚(HPMC)，粘度10万；聚丙烯耐拉纤维，长度15 mm，直径为0.8～1.1 mm，抗拉强度≥350 MPa，断裂伸长率≤30%；高效石膏缓凝剂，市购；表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)，市购。

表1 磷石膏制备放入β-石膏性能

1.2 石膏基保温砂浆配制方案

表2 石膏基保温砂浆的配制

制备砂浆如表2所示，保温轻骨料分别采用20目和40目两种实验，骨胶比0.6:1，根据颗粒目数大小调节稠度80 mm左右，合理添加HPMC和SDS，在砂浆搅拌机中加入相应比例的水，再加入分散混匀的石膏胶凝材料和外加剂，先慢速搅拌30 s，再快速搅拌2 min，再按要求的骨料比慢速搅拌下加入轻保温骨料后快速搅拌1～2 min，控制料浆稠度在75～85 mm之间为宜，将砂浆一次装入试模，到规定时间后脱模，养护，干燥。测试前的样品试块，保温板根据需要放入烘箱45 ℃中烘干。砂浆干密度、浆体密度测试参照 JG 158-2004，抗压强度采用160 mm×160 mm×40 mm 试模、抗折强度试件参照 GB/T 17671-1999， 砂浆稠度参照JGJ 70-1990 《 建筑砂浆基本性能试验方法》，保温砂浆导热系数测试参照 GB/T 10294-1988。

2 结果与讨论

2.1 石膏基保温砂浆中保温骨料目数的影响

目数越小，颗粒越大，由图1可知，20目对应的抗折和抗压强度较40目的大，导热系数也相对减小，保温性能增加，20目较大尺寸情况下，抗折强度大于0.3 MPa，抗压强度大于0.4 MPa，导热系数小于0.008 W/(m·k), 这是由于颗粒粒径大，比表面积减小，凝胶材料粘结力增加。颗粒大的情况下，内部空腔比较多，保温性能也相对较好，导热系数也相对较低。颗粒尺寸再大，成本也相对较大，施工性能也相对较差，综合考虑成本和施工性能，热学性能基础上，石膏基保温砂浆玻化微珠选择颗粒粒径20目左右为主要基料进行级配。

图1 不同保温骨料目数对保温砂浆强度和导热系数的影响

2.2 HMPC含量对石膏基保温砂浆性能的影响

图2 不同HMPC情况下对强度和导热系数的影响

由图2得到，相同粒径情况下，HMPC含量的增加，抗折强度和抗压强度降低，导热系数减小，保温性能增加，这是由于HPMC在保温砂浆中起到保水增稠和改善施工性的作用，随着纤维素醚掺量的增加，拌合物黏性增大，浆体内引入的大量气体难以排出，使硬化后的保温砂浆结构疏松，使硬化后的保温砂浆结构疏松，从而降低了保温砂浆的抗折强度和抗压强度。但由于引入了气泡在砂浆里面，因此，密闭的气泡起到保温效果，使砂浆的综合保温性能提高，在实际应用中，要考虑到强度性能和保温性能方面的平衡方面，需要保温性能的时候适当提高HMPC含量，需要强度性能的时候适当减少HPMC的含量。

2.3 发泡剂的影响

图3 发泡剂SDS对石膏基保温砂浆的影响

由图3可得，砂浆中无SDS添加情况下，搅拌液浆液有很少的部分气泡，气泡不稳定，静置一段时间自动消失。成型后的表面形貌比较均匀，气泡数量比较少，比较致密。从横截面上也可以看出其密实度相对较高，有少部分细小气孔这是由于为加入HPMC情况下，除能相应增加稠度和保水外，还能够在搅拌过程引入气体，造成形成部分闭腔结构，引入的空气。而加入SDS情况下，搅拌浆液有明显的大小均一的气泡，稳定性也比较好。成型后的表面形貌比较均匀，气孔细小，均匀，没有出现大的气泡团聚现象。横截面气泡数量比较多，没有出现上层气泡过度集中现象，分布范围均匀，气泡大小相对比较集中。这是由于泡沫是不稳定体系，纯液体很难形成稳定持久的泡沫，必须有发泡剂或表面活性剂，并在强力搅拌作用下才能得到稳定性较好的泡沫。SDS在以纤维素醚HPMC为稳泡剂的情况下作为起泡剂，气泡稳定，导热系数更小，保温效果更好。

图4 SDS添加量对其石膏基保温砂浆强度和保温性能影响

SDS的加入但要控制合适的量，控制砂浆中引入气泡的数量和大小等因素，由图4可以看出，随着SDS的增加，抗折强度和抗压强度逐渐减小，导热系数逐渐减小，保温性能增加，这是由于随着SDS含量的增加，浆料在搅拌过程中能产生大量微小气泡，有利于降低制品的表观密度，制品的干表观密度减小,但同时也使材料在受力时承载截面减小，强度降低。在综合考力学性能和保温性能达到标准要求和使用性能的基础上，使用过程中要选择适宜的添加比，选择SDS占凝胶材料百分比为0.4%～0.5%，保温骨料添加量骨胶比0.6:1，此时，石膏基保温砂浆抗折强度能达到0.3 MPa，抗压强度0.7 MPa，导热系数小于0.08 W/(m·k)，添加发泡剂少，所用骨料也比较少，力学性能和热学性能也满足先关标准要求，成本更低，经济效益更好。保温骨料添加量骨胶比0.6:1。

3 结 论

(1)石膏基保温砂浆所用保温骨料较大尺寸情况下，比表面积减小，凝胶材料粘结力增加，力学性能增加。同时较大的颗粒内部空腔比较多，保温性能也相对较好，导热系数也相对较低，综合考虑施工和成本性能采用20目左右为主级配更理想。

(2)HPMC在保温砂浆中起到保水增稠和改善施工性的作用，同时由于随着纤维素醚掺量的增加，拌合物黏性增大，浆体内引入的大量气体难以排出，具有引气作用，引入气泡能降低强度，提高保温性能，降低导热系数，综合考虑成本，力学性能和热学性能下宜选择0.5%～1%。

(3)纤维素醚HMPC做增稠剂的情况下，添加SDS能够引入稳定的气泡的同时保证砂浆的稳定性和力学强度性能，有利于降低制品的表观密度，导热系数更小，保温效果更好，同时减少骨料添加量，其成本也比较低，在保温骨料添加量骨胶比0.6:1，添加发泡剂0.5%情况下，石膏基保温砂浆抗折强度能达到0.3 MPa，抗压强度0.7 MPa，导热系数小于0.08 W/(m·k)，满足标准要求。

[1] 吴晓彤, 张雪芹. 建筑干粉砂浆的生产及应用[J]. 新型建筑材料, 2002(6):13-15.

[2] 吴彻平,彭家惠,瞿金东,等. 新型脱硫石膏基保温砂浆的配制及性能研究[J]. 材料导报, 2011, 25(20):121-124.

[3] 桑国臣. 节能环保型保温材料的研制[D]. 西安:西安建筑科技大学, 2004.

[4] Shen W G, Zhou M K. Environmental impact assessment of semi-rigid road base material[J]. Journal of Safety & Environment, 2005.

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[7] 王坚, 杨婷. 磷石膏玻化微珠保温砂浆的配制与施工工艺[J]. 新型建筑材料, 2008, 35(6):23-25.

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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，工程师，主要从事磷石膏资源化工利用研究。

TQ09

A

1001-9677(2016)021-0086-03