利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆及其制备方法

摘要

本发明涉及一种利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆及其制备方法，该外墙外保温用抹面砂浆中矿山尾矿细砂被分级为0.10≤粒径＜0.15mm、0.15mm≤粒径＜0.20mm、0.20mm≤粒径＜0.40mm三个级配区域，按照一定比例进行组合而成。本发明将矿山尾矿细砂分为三个级配，采用经过组合分级后的矿山尾矿能够全部替代河砂，所制备的外墙外保温用抹面砂浆性能优异，完全满足GB/T25181‑2010对于抹面砂浆的各项性能指标要求，并且由矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆成本明显降低，每吨外墙外保温用抹面砂浆的成本降低45元以上。

说明书

技术领域

本发明涉及利用工业副产物矿山铁尾矿细砂或铜尾矿细砂制备特种砂浆的范畴，具体涉及多级配铁尾矿细砂或铜尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆及其制备方法。

背景技术

我国固体矿产资源绝大部分具有原矿品位低、伴生有价元素多、嵌布粒度细等特征，需要经过破碎、磨矿、选别等选矿方法回收其中的有用矿物或元素，并产生大量的尾矿，尾矿的平均粒径在0.074mm以下，甚至更细。随着我国工业化、城镇化的快速发展，矿产资源的消耗也在不断增大，尾矿的产量也随之高速增长，其中铁尾矿砂和铜尾矿砂堆存量巨大，大量的铁尾矿砂或铜尾矿砂的堆积会造成大气、土壤和水污染，破坏生态环境，如果处理不当还会造成泥石流、溃坝等安全问题，因此经济、环保、安全和减少用地的固体矿山选矿厂尾矿堆存技术与尾矿综合利用的研究受到了国家和科研人员的高度重视。

近年来，外墙外保温市场有了快速发展，随着GB50016-2014《建筑设计防火规范》的实施，外墙外保温体系占有率的增加，外墙外保温用抹面砂浆的需求量也随之增加。目前外墙外保温用抹面砂浆的细骨料选用粒径小于0.4mm的河砂/天然砂，其占外墙外保温用抹面砂浆重量比例为60％以上，河砂/天然砂属于有限的自然资源，随着我国基础建设的发展，河砂、石英砂这类自然资源越来越紧缺，从而也造成其价格越来越高。矿山尾矿砂的颗粒级配范围适合外墙外保温用抹面砂浆所需骨料的级配范围，且不含泥土成分，可以替代河砂/天然砂，制备出满足要求的外墙外保温用抹面砂浆。

发明内容

本发明的目的是优化铁尾矿细砂或铜尾矿细砂级配，形成多级配铁尾矿细砂或铜尾矿细砂全部替代河砂/天然砂作为细骨料来制备性能良好的外墙外保温用抹面砂浆。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆，其特征在于，包括以下重量份的组分：0.10≤粒径＜0.15mm的矿山尾矿细砂15-30份、0.15mm≤粒径＜0.20mm的矿山尾矿细砂10-25份；0.20mm≤粒径＜0.40mm的矿山尾矿细砂10-25份；所述矿山尾矿细砂为铁尾矿细砂或铜尾矿细砂。

本发明所述利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆也称多级配矿山尾矿制备的外墙外保温用抹面砂浆。

所述外墙外保温用抹面砂浆中其余组分为常规用量。为更好地提升所述外墙外保温用抹面砂浆的性能效果，优选地，所述外墙外保温用抹面砂浆还包括水泥20-40份；粉煤灰10-15份；灰钙粉1.0-2.0份；可再分散性乳胶粉1.5-3.0份；纤维0.05-0.20份；萘系减水剂0.15-0.25份；保水剂0.05-0.15份；硬脂酸钙0.01-0.05份。

上述利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆，优选包括以下重量份的组分：0.10≤粒径＜0.15mm的矿山尾矿细砂15-25份、0.15mm≤粒径＜0.20mm的矿山尾矿细砂10-20份；0.20mm≤粒径＜0.40mm的矿山尾矿细砂10-20份；优选地，还包括水泥20-35份；粉煤灰10-12份；灰钙粉1.0-1.5份；可再分散性乳胶粉1.5-2.5份；纤维0.05-0.15份；萘系减水剂0.17-0.23份；保水剂0.05-0.12份；硬脂酸钙0.01-0.04份；

上述利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆，更进一步优选包括以下重量份的组分：0.10mm≤粒径＜0.15mm的矿山尾矿细砂23份、0.15mm≤粒径＜0.20mm的矿山尾矿细砂20份；0.20mm≤粒径＜0.40mm的矿山尾矿细砂19份；优选地，还包括水泥22.88份；粉煤灰11份；灰钙粉1.5份；可再分散性乳胶粉2.2份；纤维0.1份；萘系减水剂0.2份；保水剂0.1份；硬脂酸钙0.02份。

上述利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆，更进一步优选其总重量为100份。

优选地，上述利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆中不含河砂或者天然砂，即用铁尾矿细砂或铜尾矿细砂100％替代河砂或者天然砂。

优选地，上述利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆的重量含量为50％-65％，进一步优选为60％。

优选地，所述铁尾矿细砂或铜尾矿细砂中天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度应同时满足I_Ra≤1.0和I_r≤1.0，且符合GB6566《建筑材料放射性核素限量》标准的A类装修材料要求。

优选地，所述铁尾矿细砂或铜尾矿细砂粒径范围为0.1mm-0.4mm。

优选地，所述铁尾矿细砂或铜尾矿细砂中SiO₂质量百分含量为60％-85％。

优选地，所述水泥为42.5-62.5级的硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥；优选为42.5级普通硅酸盐水泥。(符合P·O 42.5普通硅酸盐水泥要求)

所述粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰；优选为Ⅰ级粉煤灰。

所述灰钙粉为Ca(OH)₂、CaO和少量CaCO₃的混合物，细度300目以上，白度90％以上，氧化钙含量90％以上。

所述纤维为长度5mm-12mm的聚丙烯纤维。

所述萘系减水剂主要成分为β基萘磺酸盐甲醛缩合物，为淡黄色粉末。

所述硬脂酸钙为白色粉末。

优选地，所述可再分散性乳胶粉包括醋酸乙烯酯与乙烯的共聚胶粉、乙烯与氯乙烯及月桂酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉等中的一种或几种；和/或，

优选地，所述保水剂包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等中的一种或几种；和/或，

优选地，所述的可再分散性乳胶粉、保水剂均为粉体。

本发明所述铁尾矿细砂或铜尾矿细砂、水泥、粉煤灰、灰钙粉、纤维、硬脂酸钙、萘系减水剂、可再分散性乳胶粉、保水剂均可通过市售获得。

本发明还提供上述利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆的制备方法，包括按比例将各组分混合均匀即可。

本发明所述利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆，使用时加入一定比例水，搅拌均匀即可使用；优选加水量为其重量的22％-24％。

实验证明，上述外墙外保温用抹面砂浆使用过程中加水量控制在所述外墙外保温用抹面砂浆重量的22％-24％，可以保证外墙外保温用抹面砂浆的各项性能。外墙外保温用抹面砂浆中加入其重量22％-24％水后其各项性能如下表所示，其各项性能指标均满足国家标准GB/T25181-2010《预拌砂浆》的要求。

表1外墙外保温用抹面砂浆物理力学性能

本发明是基于以下原理：

所用铁尾矿细砂或铜尾矿细砂粒径范围为0.1mm-0.4mm，同时其化学组成、矿物组成以及细度稳定，这些指标完全符合外墙外保温用抹面砂浆对细骨料粒径的要求，铁尾矿细砂或铜尾矿细砂分级为粒径0.10mm≤粒径＜0.15mm、0.15mm≤粒径＜0.20mm、0.20mm≤粒径＜0.40mm三个级配区域，按照一定比例进行组合，使得细骨料及粉料一起满足最紧密堆积理论，这样不但能够降低用水量，而且能够改善硬化体微观结构，提高外墙外保温用抹面砂浆硬化浆体的力学性能和耐久性。

本发明的有益效果：

1)细骨料完全采用铁尾矿细砂或铜尾矿细砂，铁尾矿细砂或铜尾矿细砂100％替代河砂或者天然砂。

2)铁尾矿细砂或铜尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆性能优异，完全满足GB/T25181-2010《预拌砂浆》的各项性能指标要求。

3)铁尾矿细砂或铜尾矿细砂掺量占外墙外保温用抹面砂浆重量的60％，铁尾矿细砂成本低，从而制备的外墙外保温用抹面砂浆成本明显降低，每顿外墙外保温用抹面砂浆的成本降低45元以上。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。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。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

铁尾矿细砂、铜尾矿细砂由承德金隅水泥有限公司提供，该铁尾矿细砂、铜尾矿细砂中天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度同时满足I_Ra≤1.0和I_r≤1.0；该铁尾矿细砂、铜尾矿细砂中SiO₂质量百分含量为60％-85％。

将铁尾矿细砂、铜尾矿细砂分级为0.10mm≤粒径＜0.15mm、0.15mm≤粒径＜0.20mm、0.20mm≤粒径＜0.40mm三个级配区域，备用。

42.5级普通硅酸盐水泥购自北京金隅水泥经贸有限公司；萘系减水剂购自江苏博特新材料有限公司；粉煤灰购自唐山市命中缘实业有限公司；灰钙粉购自保定日月星灰钙有限公司；纤维购自淄博锦彤化纤有限公司；硬脂酸钙购自于淄博市淄川五龙化工材料厂；可再分散性乳胶粉购自济南悦凯化工有限公司；保水剂购自山东苏诺克化工有限公司。

以上萘系减水剂、硬脂酸钙、灰钙粉、可再分散性乳胶粉、保水剂均为粉体。

以下实施例及对比例外墙外保温用抹面砂浆的性能检测方法按GB/T25181-2010《预拌砂浆》测试方法进行。

实施例1

一种利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆，包括以下重量份的组分：

0.20mm≤粒径＜0.40mm的铁尾矿细砂：19份；

0.15mm≤粒径＜0.20mm的铁尾矿细砂：20份；

0.10mm≤粒径＜0.15mm的铁尾矿细砂：23份；

42.5级普通硅酸盐水泥：22.88份；

Ⅰ级粉煤灰：11份；

灰钙粉：1.5份；

硬脂酸钙：0.02份；

可再分散性乳胶粉：2.2份；

5mm聚丙烯纤维：0.1份；

萘系减水剂：0.2份；

保水剂：0.1份；

将以上各原料按比例混合均匀即可制得。

外墙外保温用抹面砂浆中加入其重量23％水后其各项性能如表2所示。

表2外墙外保温用抹面物理力学性能

实施例2

一种利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆，包括以下重量份的组分：

0.20mm≤粒径＜0.40mm的铜尾矿细砂：19份；

0.15mm≤粒径＜0.20mm的铜尾矿细砂：20份；

0.10mm≤粒径＜0.15mm的铜尾矿细砂：23份；

42.5级普通硅酸盐水泥：22.88份；

Ⅰ级粉煤灰：11份；

灰钙粉：1.5份；

硬脂酸钙：0.02份；

可再分散性乳胶粉：2.2份；

5mm聚丙烯纤维：0.1份；

萘系减水剂：0.2份；

保水剂：0.1份；

将以上各原料按比例混合均匀即可制得。

外墙外保温用抹面砂浆中加入其重量23％水后其各项性能如表3所示。

表3外墙外保温用抹面物理力学性能

实施例3

一种利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆，包括以下重量份的组分：

0.20mm≤粒径＜0.40mm的铜尾矿细砂：25份；

0.15mm≤粒径＜0.20mm的铜尾矿细砂：20份；

0.10mm≤粒径＜0.15mm的铜尾矿细砂：17份；

42.5级普通硅酸盐水泥：22.88份；

Ⅰ级粉煤灰：11份；

灰钙粉：1.5份；

硬脂酸钙：0.02份；

可再分散性乳胶粉：2.2份；

5mm聚丙烯纤维：0.1份；

萘系减水剂：0.2份；

保水剂：0.1份；

将以上各原料按比例混合均匀即可制得。

外墙外保温用抹面砂浆中加入其重量23％水后其各项性能如表4所示。

表4外墙外保温用抹面物理力学性能

对比例1

一种利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆，与实施例1的区别在于铁尾矿细砂存在粒径≥0.4mm的颗粒但未分级为0.10mm≤粒径＜0.15mm、0.15mm≤粒径＜0.20mm、0.20mm≤粒径＜0.40mm三个级配区域，而是直接采用未分级尾矿细砂，包括以下重量份的组分：

粒径＜1mm的未分级铁尾矿细砂：62份

42.5级普通硅酸盐水泥：22.88份；

Ⅰ级粉煤灰：11份；

灰钙粉：1.5份；

硬脂酸钙：0.02份；

可再分散性乳胶粉：2.2份；

5mm聚丙烯纤维：0.1份；

萘系减水剂：0.2份；

保水剂：0.1份；

将以上各原料按比例混合均匀即可制得。

外墙外保温用抹面砂浆中加入其重量23％水后其各项性能如表5所示。

表5外墙外保温用抹面物理力学性能

对比例2

一种利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆，与实施例1的区别仅在于分级为粒径0.10mm≤粒径＜0.15mm、0.15mm≤粒径＜0.20mm、0.20mm≤粒径＜0.40mm三个级配区域的尾矿细砂比例在本发明铁尾矿细砂粒径范围之外，包括以下重量份的组分：

0.20mm≤粒径＜0.40mm的铁尾矿细砂：30份；

0.15mm≤粒径＜0.20mm的铁尾矿细砂：20份；

0.10mm≤粒径＜0.15mm的铁尾矿细砂：12份；

42.5级普通硅酸盐水泥：22.88份；

Ⅰ级粉煤灰：11份；

灰钙粉：1.5份；

硬脂酸钙：0.02份；

可再分散性乳胶粉：2.2份；

5mm聚丙烯纤维：0.1份；

萘系减水剂：0.2份；

保水剂：0.1份；

将以上各原料按比例混合均匀即可制得。

外墙外保温用抹面砂浆中加入其重量23％水后其各项性能如表6所示。

表6外墙外保温用抹面物理力学性能

对比例3

一种利用矿山尾矿细砂制备的外墙外保温用抹面砂浆，与实施例1的区别仅在于分级为粒径0.10mm≤粒径＜0.15mm、0.15mm≤粒径＜0.20mm、0.20mm≤粒径＜0.40mm三个级配区域的尾矿细砂比例在本发明铜尾矿细砂粒径范围之外，包括以下重量份的组分：

0.20mm≤粒径＜0.40mm的铜尾矿细砂：8份；

0.15mm≤粒径＜0.20mm的铜尾矿细砂：19份；

0.10mm≤粒径＜0.15mm的铜尾矿细砂：35份；

42.5级普通硅酸盐水泥：22.88份；

Ⅰ级粉煤灰：11份；

灰钙粉：1.5份；

硬脂酸钙：0.02份；

可再分散性乳胶粉：2.2份；

5mm聚丙烯纤维：0.1份；

萘系减水剂：0.2份；

保水剂：0.1份；

将以上各原料按比例混合均匀即可制得。

外墙外保温用抹面砂浆中加入其重量23％水后其各项性能如表7所示。

表7外墙外保温用抹面物理力学性能

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。