一种高强度、耐水的彩色磷石膏砖的制作方法

摘要

本发明公开了一种高强度、耐水的彩色磷石膏砖的制作方法，是按常规方法选料和取料混合得到磷石膏砖混合原料，加入颜料搅拌，再加水搅拌，利用液压振动成型机将混合料浆制作成砖坯体，利用饱和蒸汽养护制得成品。本发明彩色磷石膏砖色调均匀、成本低、强度高、耐水性和耐酸蚀性佳，耐久性佳，适于墙体砌筑和路面砌筑。本发明通过原料改进和方法改进，解决了现有技术中磷石膏砖利用率低，彩砖成本高、强度不够、不耐用，磷石膏砖原料与颜料不易调和而导致色调不均、强度不高的问题，同时还出乎意料的解决了磷石膏砖耐水性和耐久性不佳的问题，开辟了磷石膏利用的新途径，也解决了彩砖的成本高和质量缺陷问题。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种高强度、耐水的彩色磷 石膏砖的制作方法。

背景技术

磷石膏是磷化工企业在磷酸生产过程中产生的固体废弃物，含有 磷、氟等有害杂质，露天堆存既占用大量土地，又容易对土壤和地表 水造成严重污染。据不完全统计，我国的磷石膏废渣每年排放量已达 4000万t以上，而利用率仅为10%以下。目前，国内的磷化工企业在 湿法磷酸生产过程中产生了大量磷石膏，对环境造成了不良影响。如 何有效处理磷石膏废渣已成为磷化工企业面临的难题。磷石膏砖是以 磷石膏为原料生产的石膏砖，具有质轻、隔热、防火等良好性能，但 耐水性和耐酸蚀性较差。现有技术中常见的有以改进砖体空间形状或 构造的磷石膏砖，如CN202338056U公开的一种磷石膏砖；或者是改 进材料和制造方法得到的磷石膏砖，如CN101684675B公开的一种蒸 压磷石膏砖，以及CN1673154B公开的一种免烧磷石膏砖。这些磷石 膏砖产品共同的缺点是颜色单一，用于建筑墙体砌筑之后外层被抹灰 砂浆或瓷砖遮盖，因而其使用量和利用率也相应降低。

彩砖是由河沙、水泥、砂石料、颜料等构成的多色砖材，常见的 有广场砖、草坪砖、路沿石、楼顶砖、灰砂砖等。彩砖具有色彩，可 用于墙体砌筑，也铺在路面上有渗水干净环保等作用，且坚固抗压、 不易碎。现有技术中常见的彩砖有路面广场砖和建筑墙体外层的陶瓷 彩砖，前者多以水泥为主要原料，成本较高；后者则主要是在薄层陶 瓷上以彩釉涂层或喷漆而得，砖釉容易老化、开裂、剥落，翻新困难， 在与建筑墙体内层砖体需靠粘接剂粘结，提高了成本，且强度不高， 陶瓷砖体容易碎裂，不利于长期使用；超过使用寿命或人为损坏后的 瓷砖脱落的釉面料尘，被人体吸入后，更会危及健康，不利于环保。 综上所述，现有技术中缺乏一种兼具高强度、低成本、耐用、色彩丰 富的彩砖。目前磷石膏砖主要用于墙体砌筑，将颜料与磷石膏砖原料 混合时容易出现原料不易调和、砖体色调不均、强度不高的情况。

高强耐水磷石膏砖可适用于砌体结构的所有建筑的外墙和内填 充墙，不得用于长期受热（200℃以上），受急冷急热和有酸性介质侵 蚀的建筑部位；并且按照《石膏砌块》JC/T698的性能要求，磷石膏 砖的软化系数应≥0.6%。然而，在现有技术中，磷石膏砖的软化系数 普遍偏低，耐水性并不理想，并且耐久性不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度、耐水的彩色磷石膏砖的制作 方法，解决了现有技术中磷石膏砖利用率低，彩砖成本高、强度不够、 不利于环保、不耐用，磷石膏砖原料与颜料不易调和而导致色调不均、 强度不高，磷石膏砖耐水性不高、耐久性不佳的问题。

一种高强度、耐水的彩色磷石膏砖的制作方法，包括以下步骤：

（1）按常规方法选料和取料混合得到磷石膏砖混合原料，备用；

（2）将达到陈化要求的磷石膏砖混合原料送入轮辗搅拌机中搅 拌2～3min后，加入颜料搅拌2～5min后；再加水搅拌4～6min，得到 色调均匀的混合浆料；

所述颜料为铬系颜料、赤铁矿型复合无机颜料、群青颜料中的任 一种或几种；

所述颜料的加入量为磷石膏混合原料重量的0.9%～2.0%；

（3）利用液压振动成型机将混合料浆制作成砖坯体；

（4）利用饱和蒸汽在80～120℃条件下养护制得成品。

所述达到陈化要求的磷石膏砖混合原料使用轮辗搅拌机搅拌 2min。

所述磷石膏砖混合原料中加入颜料搅拌3～4min。

所述磷石膏砖混合原料和颜料搅拌后，加水搅拌4min。

所述饱和蒸汽在100～110℃条件下养护制得成品。

磷石膏的主要成分为二水硫酸钙（CaSO₄·2H₂O），二水硫酸钙的 含量一般在70%以上，另含少量磷酸盐和氟化物杂质。根据已经广泛 采用的磷石膏预处理方法，用石灰和磷石膏，并陈化一定时间，以达 到陈化要求。石灰可以使磷石膏中的有害杂质转化为惰性物质，同时 有利于促进磷石膏和其他成分之间的化学反应。将磷石膏砖的混合原 料经过陈化后，使用轮碾搅拌机搅拌2～3min，再与颜料混合搅拌 2～5min，再加水搅拌4～6min，能够得到调和效果最佳的料浆，避免 了色调不均的情况。

铬系颜料属无机颜料，主要成分为铬酸盐，有铅铬黄、钼铬红、 防锈颜料锶铬黄、锌铬黄等二十多个品种，具有着色力高、稳定性好、 耐光性、耐化学品性好等特点。

复合无机颜料CICP/MMO(ComplexInorganicColorPigments/ Mix Metal Oxide Pigments)，具有极佳的耐候性、耐温性、化学稳定 性和环保颜料的特性，根据DCMA的分类方法，将复合无机颜料按 照颜料的化学成分和晶体结构分为14种，在实践中应用最多和最主 要的有3种类型：金红石型，尖晶石型和赤铁矿型。本发明就是采用 其中的赤铁矿型复合无机颜料来进行彩色磷石膏砖的制作。赤铁矿型 复合无机颜料主要有C.I.：PG-17铬铝绿、PG-17铁铬棕、PG-17铁 铬黑、PR-101铁红、PR-101铁棕等，适用于需要具有优异的耐候性、 耐高温性和环保特性的产品中。目前国内赤铁矿型复合无机颜料的应 用较为少见。

群青颜料（英文名称Ultramarine blue，分子式：Na₆Al₄Si₆S₄O₂₀） 是一种粉状蓝色无机颜料，环保、无毒害，由硫磺、粘土、石英、碳 等混合烧制成。群青颜料可用于提白，可消除白色涂料或其它白色颜 料中的黄色光；耐碱、耐热、耐高温，不溶于水和一般的有机或无机 溶剂，但有较好的亲水性，在大气中对日晒及风雨侵蚀极其稳定，但 不耐酸，遇酸分解变色。群青颜料在与磷石膏砖混合原料搅拌 2～5min，再加水搅拌4～6min后，可达到在混料料浆中分散均匀的效 果，有利于色调均匀。避免了因色调不均而造成颜色差异较大的情况。

在自然环境中，由于大气中的CO₂（酸性介质）不断向磷石膏砖 内部扩散，并与其中的碱性水化物发生化学反应，使磷石膏砖呈中性 化（即碳化），从而降低了磷石膏砖的碱性，当有水和氧存在时，会 加速磷石膏砖结构的力学性能恶化，使发生耐久性破坏。因此，磷石 膏砖的碳化系数是结构耐久性可靠度和概率寿命估计的重要指标。

本发明的有益效果：与现有技术相比，提供了一种以磷石膏为主 要原料的彩砖，其色调均匀、成本低、强度高、耐水性和耐酸蚀性佳， 耐久性佳，适于墙体砌筑和路面砌筑。本发明通过原料改进和方法改 进，解决了现有技术中磷石膏砖利用率低，彩砖成本高、强度不够、 不耐用，磷石膏砖原料与颜料不易调和而导致色调不均、强度不高的 问题，同时还出乎意料的解决了磷石膏砖耐水性和耐久性不佳的问 题，开辟了磷石膏利用的新途径，也解决了彩砖的成本高和质量缺陷 问题。采用本发明方法制得的彩色磷石膏砖的强度、硬度、耐水性、 抗压性、抗冻性、放射性等指标符合国家标准砖技术标准。按本领域 常识，长期处于水中或潮湿环境的重要建筑物或构筑物，必须选用软 化系数大于0.80的材料。而本发明的彩色磷石膏砖平均软化系数大 于0.80，符合耐水性建筑材料的品质要求，并且优于普通磷石膏砖。 碳化系数是通过磷石膏砖的碳化试验来检测其耐久性，本发明彩色磷 石膏砖的碳化系数平均大于0.80，其耐久性优于普通磷石膏砖。普通 磷石膏砖的抗压强度在10～20MPa之间，而本发明彩色磷石膏砖的抗 压强度平均达到20MPa以上，优于普通磷石膏砖。

具体实施方式

下面结合具体实施例来描述本发明的技术方案。以下所述为本发 明的较佳实施例，可用于解释和支持本发明，但不对本发明作任何形 式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，以及依据本发明的技 术实质对以下实施例所作的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本 发明技术方案的范围内。

实施例1

按常规方法选料和取料混合得到磷石膏砖混合原料，按1000块 批量试验量进行原料准备，磷石膏砖混合料2460kg、铬系无机颜料 24kg。磷石膏砖混合料包括常规的磷石膏、胶凝材料、石灰、骨料。

先将陈化达到要求的磷石膏砖混合原料送入轮辗搅拌机中搅拌 2min后，加入铬系无机颜料搅拌5min后；再加水搅拌4min，得到色 调均匀的混合浆料；再利用液压振动成型机制作砖坯体；利用饱和蒸 汽在90℃下养护制得成品彩色磷石膏砖，随机取样进行检测，结果 为：

抗压强度：21.3MPa；

色调均匀；

软化系数：0.89；

碳化系数：0.87；

吸水率：17%。

实施例2

按常规方法选料和取料混合得到磷石膏砖混合原料，按1000块 批量试验量进行原料准备，磷石膏砖混合料2460kg、群青蓝色颜料 49kg。

先将陈化达到要求的磷石膏砖混合原料送入轮辗搅拌机中搅拌 2min后，加入群青蓝色颜料搅拌3min后；再加水搅拌5min，得到色 调均匀的混合浆料；再利用液压振动成型机制作砖坯体；利用饱和蒸 汽在110℃下养护制得成品彩色磷石膏砖，随机取样进行检测，结果 为：

抗压强度：23.7MPa；

色调均匀；

软化系数：0.86；

碳化系数：0.89；

吸水率：13%。

实施例3

按常规方法选料和取料混合得到磷石膏砖混合原料，按1000块 批量试验量进行原料准备，磷石膏砖混合料2460kg、铁红复合无机 颜料37kg。

先将陈化达到要求的磷石膏砖混合原料送入轮辗搅拌机中搅拌 2min后，加入铁红复合无机颜料搅拌2min后；再加水搅拌5min，得 到色调均匀的混合浆料；再利用液压振动成型机制作砖坯体；利用饱 和蒸汽在120℃下养护制得成品彩色磷石膏砖，随机取样进行检测， 结果为：

抗压强度：25.3MPa；

色调均匀；

软化系数：0.90；

碳化系数：0.88；

吸水率：3%。

实施例4

按常规方法选料和取料混合得到磷石膏砖混合原料，按1000块 批量试验量进行原料准备，磷石膏砖混合料2460kg、铬系无机颜料 22.14kg。

先将陈化达到要求的磷石膏砖混合原料送入轮辗搅拌机中搅拌 2.5min后，加入铬系无机颜料搅拌3min后；再加水搅拌4min，得到 色调均匀的混合浆料；再利用液压振动成型机制作砖坯体；利用饱和 蒸汽在80～120℃下养护制得成品彩色磷石膏砖，随机取样进行检测， 结果为：

抗压强度：21.3MPa；

色调均匀；

软化系数：0.87；

碳化系数：0.86；

吸水率：16%。

所述颜料的加入量为磷石膏混合原料重量的0.9%～2.0%；

所述磷石膏砖混合原料中加入颜料搅拌3～4min。

所述磷石膏砖混合原料和颜料搅拌后，加水搅拌4min。

所述饱和蒸汽在100～110℃条件下养护制得成品。

实施例5

按常规方法选料和取料混合得到磷石膏砖混合原料，按1000块 批量试验量进行原料准备，磷石膏砖混合料2460kg、群青蓝色颜料 49.2kg。

先将陈化达到要求的磷石膏砖混合原料送入轮辗搅拌机中搅拌 3min后，加入群青蓝色颜料搅拌4min后；再加水搅拌6min，得到色 调均匀的混合浆料；再利用液压振动成型机制作砖坯体；利用饱和蒸 汽在110℃下养护制得成品彩色磷石膏砖，随机取样进行检测，结果 为：

抗压强度：23.7MPa；

色调均匀；

软化系数：0.85；

碳化系数：0.87；

吸水率：12%。

实施例6

按常规方法选料和取料混合得到磷石膏砖混合原料，按1000块 批量试验量进行原料准备，磷石膏砖混合料2460kg、铁铬棕复合无 机颜料35.67kg。

先将陈化达到要求的磷石膏砖混合原料送入轮辗搅拌机中搅拌 2min后，加入铁红复合无机颜料搅拌5min后；再加水搅拌5min，得 到色调均匀的混合浆料；再利用液压振动成型机制作砖坯体；利用饱 和蒸汽在120℃下养护制得成品彩色磷石膏砖，随机取样进行检测， 结果为：

抗压强度：25.3MPa；

色调均匀；

软化系数：0.88；

碳化系数：0.86；

吸水率：4%。

下面以实施例1～3所得彩色磷石膏砖作为试验材料进行耐久性 试验、吸水率试验、抗压强度与软化系数试验。

试验例1耐久性试验

1.1试验设备及试剂

1.1.1碳化箱，CO₂供气瓶，小口玻璃瓶（5000ml），材料试验机， 气体分析仪（测定CO₂浓度用），1%的酚酞酒精溶液（用浓度70%的 酒精配制）。

1.1.2试验步骤

选取本发明实施例1的砖样15块，在室内放置7d，再开始试验。 其中5块砖样到7d时作抗压强度试验，以此作为对比强度。

另外10块砖样放入CO2浓度为80%以上的碳化箱内。箱内的 CO2可以用压缩CO2供给，也可以引进由石灰石加盐酸产生的CO2 气体。箱内的CO2浓度用气体分析仪测定。

每周取砖一块劈开，用1%酚酞酒精溶液检查碳化深度。当酚酞 实际滴在砖剖面上，试件中心不限红色时，则认为试件已全部碳化。 此时取其中5块，放置室内7d，然后做抗压强度试验，作为碳化后 强度。

以相同的方法对实施例2和3中的砖样进行取样和试验。

1.1.3结果计算

碳化系数按下式计算：

$\mathrm{Kc}=\frac{\mathrm{Pc}}{P}$

式中，Kc——碳化系数；

Pc——试件碳化后抗压强度（MPa）；

P——对比试件抗压强度（MPa）。

1.2.试验结果

实施例1～3的碳化系数如表1所示。

表1本发明彩色磷石膏砖的碳化系数

试样 碳化系数 实施例1 0.87 实施例2 0.89 实施例3 0.88

试验例2吸水率试验

2.1主要仪器设备

天平、游标卡尺及烘箱等。

2.2试验步骤

（1）取实施例1所得彩色磷石膏砖3块作为试件，将试件置于 烘箱中，以不超过110℃的温度，烘干至重量不变为止，然后以感量 为0.1g的天平称其质量M₀（g）；

（2）将试件放在金属盆中或玻璃盆中，在盆底可放些垫条如玻 璃管（杆）使试件底面与盆地不至紧贴，使水能够自由进入试件内；

（3）加水至试件高度的1/3处，过24h后再加水至高度的2/3处， 再过24h加满水，并再放置24h；这样逐次加水使试件空隙中的空气 逐渐逸出；

（4）取出一块试件，抹去表面水分，称其质量M₁（g），用排水 法测出试件的体积V₀（cm³）；为检查试件吸水是否饱和，可将试件 再进入水中全高度的3/4处，24h后重新称重，两次重量之差不超过 1%；

（5）用以上同样方法分别测出另两块试件的质量和体积；

（6）按下列公式计算吸水率W：

吸水率：Wv=[（M₁-M0）/V₀]×（1/ρ_w）×100%

（7）取3个试样的吸水率计算其平均值（精确至0.01%）；

（8）以同样的方法测定实施例2、实施例3所得彩色磷石膏砖 的吸水率。

2.3试验结果

实施例1、2、3的吸水率检测结果如表2所示：

表2本发明彩色磷石膏砖的吸水率

试样 吸水率(%) 实施例1 17 实施例2 13 实施例3 3

试验例3抗压强度与软化系数试验

3.1试验仪器和设备

压力试验机，最大负荷不小于试件破坏载荷的1.25倍，误差不 大于±2%；

钢直尺或游标卡尺。

3.2试验步骤

（1）选取实施例1所得彩色磷石膏砖作为试件，干燥状态与吸 水饱和状态各一组，每组3件，各面需加工平整且两面需平行；

（2）根据精度要求选择量具，测量试件尺寸，计算其受压面积 A（mm²）；

（3）根据最大荷载选择压力试验机的量程，调节零点，将试件 放于带有球座的压力试验机承压板中央，以规定的速度进行加荷，直 至试件破坏，记录最大负荷P（N）；

（4）按下式计算抗压强度Fc：

$\mathrm{Fc}=\frac{P}{A}\left(\mathrm{MPa}\right)$

（5）取3块试件的平均值作为材料的平均抗压强度（精确到 0.1MPa）；按下式计算材料的软化系数K（精确至0.01）：

式中，F_干、F_饱和——材料干燥状态的平均抗压强度与吸水饱和状 态的平均抗压强度。

（6）以同样的方法测定实施例2、实施例3所得彩色磷石膏砖 的抗压强度和软化系数。

3.3试验结果

实施例1、2、3的抗压强度和软化系数如表3所示：

表3本发明彩色磷石膏砖的抗压强度和软化系数

试样 抗压强度（MPa） 软化系数 实施例1 21.3 0.89 实施例2 23.7 0.86 实施例3 25.3 0.90