以海砂为骨料的复合建筑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及以海砂为骨料的复合建筑材料。
背景技术
海砂是指受海水侵蚀而没有经过淡化处理的砂，多来自海水和河流交界的地方。
全球海砂总生产量中，90％以上用来作为制沙机建筑及土木材料，其中又以当作混凝土细骨材使用者占45％为最多。此外，用于铺筑路基的海砂约占20％，充当填海造陆的填料约占20％，其余15％则用于沥青混凝土。
CN108409283A是申请人早期研究，其以海砂为骨料，氯氧镁水泥为主要胶凝材料，得到复合建筑材料。氯氧镁水泥是由轻烧氧化镁、氯化镁溶液拌合而成的具有气硬性质的胶凝材料，虽然其具有早期强度高、轻质、耐火性好等特点，但存在耐水性差、凝结速度快等不足。虽然CN108409283A加入了改性剂，一定程度上改善了耐水性差的不足，但仍然存在凝结速度快、强度不足等不足。
硫氧镁水泥是一种由硫酸镁溶液拌合轻烧氧化镁(MgO)粉制备成的无机胶凝材料。相较于氯氧镁水泥，其不仅同样具有轻质、防火、耐冲击等优点，其还克服了耐水性差、吸潮返卤等不足。但其强度较低，同时凝结较快。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种以海砂为骨料的复合建筑材料，以重量份计，原料包括：70-90份海砂，20-30份粉煤灰，70-100份轻烧氧化镁，60-100份硫酸镁溶液，1-2份消泡剂，3-5份减水剂，3-8份复合改性剂，水20-35份。
其中复合改性剂由50-70wt%磷石膏、20-30wt%水玻璃、3-5wt%葡萄糖酸钠和5-15wt%硅烷偶联剂组成。
优选的，轻烧氧化镁中活性氧化镁的含量为50-70wt%；硫酸镁溶液是密度为1.2-1.24g/cm3的硫酸镁水溶液。
优选的，消泡剂为乳化甘油；减水剂为聚羧酸高效减水剂。
优选的，硅烷偶联剂为KH550或KH570。
同时，本发明公开了上述复合建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量配比称取各原料，备用；
（2）配制复合改性剂，然后加入到硫酸镁溶液中，加入消泡剂，搅拌均匀，得到混合溶液a；
（3）向混合溶液a中加入轻烧氧化镁，搅拌均匀，得到混合溶液b；
（4）将海砂、粉煤灰、混合溶液b、减水剂、水混合并充分搅拌，得到复合建筑材料浆料；
（5）将复合建筑材料浆料倒入模具中，成型，养护24小时后脱模，然后自然养护，获得复合建筑材料。
磷石膏是生产磷肥、磷酸时排放出的固体废弃物，主要成分以二水石膏居多。磷石膏除主成分硫酸钙外还含少量磷酸、硅、镁、铁、铝、有机杂质等。硫酸钙可作为镁质水泥的抗水改性剂，同时磷酸或其盐除了是传统的镁质水泥抗水改性剂外，还是常用的水泥缓凝剂。水玻璃是常用的无机胶凝材料，具有较高的粘结强度、抗压强度等优点，其硬化后还有堵塞毛细孔隙的作用，从而提高抗水性。葡萄糖酸钠是常用的缓凝剂，其能够延缓混凝土凝固时间，提高混凝土制品的强度。硅烷偶联剂的加入能够提高耐水性和粘合强度。经检测，本发明的复合建筑材料，其7d抗压强度为15-20MPa，28d抗压强度为60-70MPa。初凝时间为230-270min，终凝时间为330-380min。本发明以海砂为骨料，硫氧镁水泥为主要胶凝材料。同时合理选择复合改性剂的种类并合理调整其用量，最终得到强度高、凝结时间可调、耐水性好的复合建筑材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。
实施例1
一种以海砂为骨料的复合建筑材料，以重量份计，原料包括：75份海砂，20份粉煤灰，70份轻烧氧化镁，65份硫酸镁溶液，1份消泡剂，3份减水剂，3份复合改性剂，水20份。其中复合改性剂由55wt%磷石膏、30wt%水玻璃、3wt%葡萄糖酸钠和12wt%硅烷偶联剂组成。其中，轻烧氧化镁中活性氧化镁的含量为50wt%；硫酸镁溶液是密度为1.2g/cm3的硫酸镁水溶液。消泡剂为乳化甘油；减水剂为聚羧酸高效减水剂。硅烷偶联剂为KH550。
该复合建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量配比称取各原料，备用；
（2）配制复合改性剂，然后加入到硫酸镁溶液中，加入消泡剂，搅拌均匀，得到混合溶液a；
（3）向混合溶液a中加入轻烧氧化镁，搅拌均匀，得到混合溶液b；
（4）将海砂、粉煤灰、混合溶液b、减水剂、水混合并充分搅拌，得到复合建筑材料浆料；
（5）将复合建筑材料浆料倒入模具中，成型，养护24小时后脱模，然后自然养护，获得复合建筑材料。
经检测，其7d抗压强度为15.4MPa，28d抗压强度为63.7MPa。初凝时间为235min，终凝时间为340min。
实施例2
一种以海砂为骨料的复合建筑材料，以重量份计，原料包括：80份海砂，25份粉煤灰，90份轻烧氧化镁，85份硫酸镁溶液，1.5份消泡剂，3.5份减水剂，6份复合改性剂，水25份。其中复合改性剂由60wt%磷石膏、25wt%水玻璃、4wt%葡萄糖酸钠和11wt%硅烷偶联剂组成。其中，轻烧氧化镁中活性氧化镁的含量为55wt%；硫酸镁溶液是密度为1.22g/cm3的硫酸镁水溶液。消泡剂为乳化甘油；减水剂为聚羧酸高效减水剂。硅烷偶联剂为KH550。
该复合建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量配比称取各原料，备用；
（2）配制复合改性剂，然后加入到硫酸镁溶液中，加入消泡剂，搅拌均匀，得到混合溶液a；
（3）向混合溶液a中加入轻烧氧化镁，搅拌均匀，得到混合溶液b；
（4）将海砂、粉煤灰、混合溶液b、减水剂、水混合并充分搅拌，得到复合建筑材料浆料；
（5）将复合建筑材料浆料倒入模具中，成型，养护24小时后脱模，然后自然养护，获得复合建筑材料。
经检测，其7d抗压强度为17.7MPa，28d抗压强度为68.5MPa。初凝时间为262min，终凝时间为368min。
实施例3
一种以海砂为骨料的复合建筑材料，以重量份计，原料包括：90份海砂，30份粉煤灰，100份轻烧氧化镁，95份硫酸镁溶液，2份消泡剂，5份减水剂，8份复合改性剂，水30份。其中复合改性剂由70wt%磷石膏、20wt%水玻璃、5wt%葡萄糖酸钠和5wt%硅烷偶联剂组成。其中，轻烧氧化镁中活性氧化镁的含量为65wt%；硫酸镁溶液是密度为1.24g/cm3的硫酸镁水溶液。消泡剂为乳化甘油；减水剂为聚羧酸高效减水剂。硅烷偶联剂为KH570。
该复合建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述重量配比称取各原料，备用；
（2）配制复合改性剂，然后加入到硫酸镁溶液中，加入消泡剂，搅拌均匀，得到混合溶液a；
（3）向混合溶液a中加入轻烧氧化镁，搅拌均匀，得到混合溶液b；
（4）将海砂、粉煤灰、混合溶液b、减水剂、水混合并充分搅拌，得到复合建筑材料浆料；
（5）将复合建筑材料浆料倒入模具中，成型，养护24小时后脱模，然后自然养护，获得复合建筑材料。
经检测，其7d抗压强度为16.1MPa，28d抗压强度为64.9MPa。初凝时间为248min，终凝时间为359min。
对比例1
CN108409283A实施例5所制备的复合建筑材料。经检测，其7d抗压强度为11.5MPa，28d抗压强度为53.6MPa。初凝时间为54min，终凝时间为122min。
对比例2
不添加复合改性剂，其余与实施例1相同。经检测，其7d抗压强度为5.1MPa，28d抗压强度为30.4MPa。初凝时间为12min，终凝时间为53min。
对比例3
复合改性剂由100wt%磷石膏组成，其余与实施例1相同。经检测，其7d抗压强度为8.2MPa，28d抗压强度为39.1MPa。初凝时间为37min，终凝时间为78min。
对比例4
复合改性剂由70wt%磷石膏和30wt%水玻璃组成，其余与实施例1相同。经检测，其7d抗压强度为10.9MPa，28d抗压强度为51.5MPa。初凝时间为29min，终凝时间为67min。
对比例5
复合改性剂由70wt%磷石膏、25wt%水玻璃和5wt%葡萄糖酸钠组成，其余与实施例1相同。经检测，其7d抗压强度为12.4MPa，28d抗压强度为59.5MPa。初凝时间为215min，终凝时间为310min。
通过上述实施例和对比例可以看出，本发明制得的以海砂为骨料的复合建筑材料，其7d抗压强度为15-20MPa，28d抗压强度为60-70MPa。初凝时间为230-270min，终凝时间为330-380min。而复合改性剂的种类及用量，对复合建筑材料的强度、凝结时间等性能具有重要影响。通过合理选择其种类及用量，从而获得强度高、凝结时间可调、耐水性好的复合建筑材料。
显然，本发明的上述实施方式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。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
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