本发明涉及一种干粉砂浆，特别涉及一种含烧结干法脱硫灰和回用水厂污泥的干粉砂浆及其制备方法，属于建材领域的干粉砂浆和固废资源综合利用领域。
背景技术：
建材领域，干粉砂浆与砌筑砂浆相比，抹面砂浆具有以下特点：①抹面层不承受荷载；②抹面层与基底层要有足够的粘结强度，使其在施工中或长期自重和环境作用下不脱落、不开裂；③抹面层多为薄层，并分层涂抹，面层要求平整、光洁、细致、美观；④多用于干燥环境，大面积暴露在空气中。
为保证干粉砂浆的和易性、抗流挂性、提高早期强度、施工方便性等，便于砌体密实度和工效的提高，干粉砂浆通常都会加入一定量的钙质材料，如白灰(主要成分消石灰)、灰钙粉(主要成分ca(oh)2、cao和caco3)、重钙粉(主要成分碳酸钙)或粉煤灰等。
在钢铁生产过程中，二氧化硫是主要污染物之一，主要来自于烧结工艺产生的烟气。据统计，烧结工艺排放的二氧化硫约占钢铁生产总排放量的60％以上。目前，钢铁企业常用的烟气脱硫工艺有湿法、干法、半干法、氨法等。其中，干法脱硫工艺具有耗水低、投资少、脱硫率高、无废水、与机组配合特性好等有优点，很好地克服了湿法脱硫工艺的一些问题和不足，得到了大范围应用；然而，干法脱硫工艺的脱硫副产物因含有不稳定的水合亚硫酸钙、碳酸钙等物质的存在，影响了其利用，企业对烧结干法脱硫灰基本上采取填埋或堆置方式处理。
申请公布号为cn104059419a的中国专利申请公开了一种半干法脱硫灰外墙腻子，公开了一种利用半干法脱硫灰制备外墙腻子粉的方法，是先将半干法脱硫灰在100℃温度下烘干，将钢渣烘干，并使用球磨机磨成砂粒状；将工业矿渣烘干，并磨成矿渣微粉，按半干法脱硫灰25％-35％，钢渣30％-50％，矿渣微粉20％-30％，双飞粉10％-25％，保水剂0％-5％，乳胶粉0％-5％的比例混合而制得；其采用半干法脱硫灰进行了100℃温度下烘干脱除游离水的方式，使半干法脱硫灰的活性显著降低，失去原先的胶凝作用；半干法脱硫灰所具有胶凝作用未从分利用，未有效地发挥脱硫灰的利用价值，同时该技术方案采用了烘烤装置消耗了热能，增加了生产成本；另外还使用了大量的钢渣、矿渣微粉等物质，而钢渣、矿渣微粉还可加工成其他高附加值产品。
现有含烧结干法脱硫灰干粉砂浆，主要的骨料采用的砂子，而目前国内对自然资源中的石子、砂子开采逐渐受限制，这样含砂子的干粉砂浆成本高。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种含烧结干法脱硫灰和回用水厂污泥的干粉砂浆及其制备方法，解决现有干粉砂浆制造成本高的技术问题。
本发明采用的技术方案是，一种含烧结干法脱硫灰和回用水厂污泥的干粉砂浆，其原料组分的质量百分比为：烧结干法脱硫灰20％～28％、回用水厂污泥30％～40％、砂子20％～28％、水泥10％～12％、粉煤灰6％～7％、纳米铝粉1％～3％、硫酸钠0.1％～0.6％，各原料组分质量百分比之和为100％。
本发明采用的烧结干法脱硫灰是以石灰为脱硫剂的循环流化床干法烧结脱硫工艺所产生的烧结脱硫灰，通常是一种极微浅红色粉末，脱硫灰的颗粒直径约在几微米至十几微米，脱硫灰中含有少量的结合水，加水搅拌易成浆液状，粘性很好。本发明采用烧结干法脱硫灰中含有亚硫酸钙、石灰石、及少量的氢氧化钙、硫酸钙、氯化钙、氟化钙、sio2、mgo、al2o3、fe2o3，烧结干法脱硫灰主要成分的质量百分比为：caso3·1/2h2o50～60％、caco320～30％、caso4·2h2o0～2％、ca(oh)25～6％，容积密度为0.85～1.0t/m3，真密度为2.25～2.69t/m3。
由此可见，烧结干法脱硫灰主要成分为钙基和粉煤灰。其中钙基包括：亚硫酸钙(caso3·1/2h2o)、碳酸钙(caco3)、消石灰(ca(oh)2)、硫酸钙(caso4·2h2o)等，粉煤灰本身虽不具有胶凝性，但与干法脱硫灰中的ca(oh)2作用，会发生类水泥的胶凝性反应，反应式如下：ca(oh)2+sio2+(n-1)h2o＝(cao*sio2*nh2o(硅酸钙)
干法脱硫灰与其它材料唯一不同的是干法脱硫灰中含有一定量的亚硫酸钙(caso3·1/2h2o)，具有一定的活性。理论分析和实验证明，亚硫酸钙的分解温度为580℃，在碱性环境下，特别是与水泥混合(ph>12)亚硫酸钙会十分稳定，将亚硫酸钙作为一种掺和料，添加至预拌砂浆中，能够节约白灰、灰钙粉和重钙粉、粉煤灰等的用量，申请人经过多年的理论研究和试验表明，按本发明方法，将含有亚硫酸钙的干法脱硫灰用作干粉砂浆原料组分是有效、安全、稳定的。干法脱硫灰作为干粉砂浆的原料组分之一，克服了现有技术的偏见。
在制备干粉砂浆中，消石灰(ca(oh)2)、亚硫酸钙，分别所起到的作用为胶凝作用和缓凝作用；在这两者作用中，胶凝作用为功能性作用，对其强度和工序影响较大，缓凝作用为辅助性作用，对其影响不大；故烧结干法脱硫灰加入干粉砂浆中起到的作用应以消石灰(ca(oh)2)作为主导进行限定。基于上述原则，利用烧结干法脱硫灰亚硫酸钙具有胶凝的作用，可替代水泥在干粉砂浆的作用经过大量的实验表明，替代砂子的量不能无限大，因为替代量越大，分层度增加，保水性变差，抹墙效果不好，因此本专利也保持了水泥的一定加入量；利用烧结干法脱硫灰中含有亚硫酸钙作为缓凝材料，可增加其施工时间；经过大量的实验研究，申请人发现，本发明干粉砂浆中烧结干法脱硫灰的质量百分比为20％～28％，效果为佳；干粉砂浆中烧结干法脱硫灰含量高于28％，亚硫酸钙的缓凝作用将使干粉砂浆凝结不了、形成不了强度；干粉砂浆中烧结干法脱硫灰含量低于20％，起不到充分利用固废的效果。
本发明所述的回用水厂污泥为工业回用水池中的污泥，回用水厂污泥中含有氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、mgo、fe2o3等，回用水厂污泥主要成分的质量百分比为：cao20～25％、sio215～30％、al2o38～15％、mgo20～35％、fe2o325～35％；其形成过程是将原来的回用水厂污泥干燥后，利用粉末机磨成粉末，回用水厂污泥的粒径为1～3mm，是一种呈胶状结构的亲水性物质；本发明主要利用脱硫灰的碱性、吸水性、填充性的特点，与回用水厂污泥一起应用发挥粘结固化作用；经过大量的实验研究，申请人发现，污泥的加入量低于30％，起不到大量消纳污泥的作用，高于40％使用后粘结性能满足不了要求。本发明干粉砂浆中回用水厂污泥为30％～40％时，效果佳。
本发明所述的砂子为普通的黄沙，具体为江沙或者河沙，黄沙粒径为0.12～0.25mm，用作干粉砂浆的骨料，经过大量的实验研究，申请人发现，黄沙的加入量低于20％，起不到骨料的作用，高于28％使用后导致该产品的成本偏高，同时江沙或者河沙开采受到限制，加入量过高，会引起成本进一步增加。本发明干粉砂浆中砂子的质量含量为20％～28％时，效果佳。
本发明所述水泥为普通硅酸盐水泥，经过大量的实验研究，水泥的加入量低于10％，起不到粘接性能的作用，高于12％使用后导致该产品的成本增加，不能显著起到利用固废来改善成本的作用。申请人发现，本发明干粉砂浆中水泥质量含量为10％～12％时，效果佳。
本发明所述粉煤灰为燃煤电厂排出的固体废物，粉煤灰主要组分质量百分比为：sio225～65％、al2o320～40％、fe2o31～6％、cao10～16％，其中，sio2、al2o3、cao的质量百分含量之和不低于80％，粉煤灰在常温特别是在水热处理(蒸汽养护)条件下，与氢氧化钙或其他碱金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。经过大量的实验研究，申请人发现，本发明干粉砂浆中粉煤灰的质量含量为6％～7％时，效果佳。
本发明所述纳米铝粉进一步加强其早期胶凝的作用，防止干粉砂浆在使用中因没有早期胶凝的作用而脱落，进而无法施工，但其成本较高，加入量不能大。经过大量的实验研究，申请人发现，本发明干粉砂浆中纳米铝粉的质量含量为1％～3％时，效果佳。
本发明所述的硫酸钠作为引气剂，其目的是通过物理作用在砂浆中引入微气泡，降低砂浆密度，使施工性能更好；经过大量的实验研究，申请人发现，本发明干粉砂浆中硫酸钠的质量含量为0.1％～0.6％时，效果佳。
上述含烧结干法脱硫灰和回用水厂污泥的干粉砂浆的制备方法，包括以下步骤：
1)按配比分别称量原料烧结干法脱硫灰、回用水厂污泥、砂子、水泥、粉煤灰、纳米铝粉、硫酸钠后同时投入搅拌机内；
2)用搅拌机拌合混匀35min-40min，获得所述的干粉砂浆。
上述含烧结干法脱硫灰和回用水厂污泥的干粉砂浆的使用方法，在干粉砂浆中加入水搅拌均匀，水和干粉砂浆的质量比为2/10～3/10。
本发明干粉砂浆使用中加水量的控制直接影响使用效果，水量过高或者过低都将影响砂浆的性能，主要是影响稠度即砂浆的稀稠程度，砂浆中加水太多就变稀，稠度过低，砂浆太稀抹涂时砂浆易流淌，容易出现分层；砂浆中加水过少就变稠，稠度高，砂浆太稠抹涂时砂浆不易抹平。本发明干粉砂浆使用时，水和干粉砂浆的质量比为2/10～3/10效果为佳。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明干粉砂浆的原料组分中水泥、砂子用量较普通干粉砂浆降低明显，制备工艺简单，生产成本低，实现了烧结干法脱硫灰、回用水厂污泥、粉煤灰增值利用。2、本发明干粉砂浆使用效果好，性能稳定，达到了国家标准gb/t25181-2010性能的要求。3、本专利利用到钢铁企业的烧结干法脱硫灰、回用水厂污泥，消纳了企业内部固废，并利用干法脱硫灰、回用水厂污泥互补性能的优势达到以废治废的目的。4、本发明无需对烧结干法脱硫灰进行煅烧处理，节约了能源。
具体实施方式
下面结合实例例1-5，对本发明作进一步说明。
一种含烧结干法脱硫灰和回用水厂污泥的干粉砂浆，其原料组分的质量百分比为：烧结干法脱硫灰20％～28％、回用水厂污泥30％～40％、砂子20％～28％、水泥10％～12％、粉煤灰6％～7％、纳米铝粉1％～3％、硫酸钠0.1％～0.6％，各原料组分质量百分比之和为100％。本发明实施例原料配比见表1。
实施例采用的砂子为普通的河沙，粒径为0.12～0.25mm。
上述一种含烧结干法脱硫灰和回用水厂污泥的干粉砂浆的制备方法，包括以下步骤：
1)按配比分别称量原料烧结干法脱硫灰、回用水厂污泥、砂子、水泥、粉煤灰、纳米铝粉、硫酸钠同时投入搅拌机内；
2)用搅拌机拌合混匀35min-40min，获得所述的干粉砂浆。
表1本发明实施例干粉砂浆的原料组分，单位：质量百分比。
本发明干粉砂浆使用时，在干粉砂浆中加入水搅拌均匀，水和干粉砂浆的质量比为2/10，使用后按照《预拌砂浆》gb/t25181-2010进行相关性能的检测，结果见表2。
表2本发明干粉砂浆使用后的性能参数
从表2中可看出，按照实施例1-5中的配方，得到的试样的保水率、凝结时间、14d拉伸粘结强度和28d收缩率四个性能指标达到国家标准gb/t25181-2010的要求；干粉砂浆原料组分中用烧结干法脱硫灰、回用水厂污泥可以替代部分砂子、水泥，扩大了烧结干法脱硫灰使用范围，既消纳了企业内部固废，同时利用干法脱硫灰、回用水厂污泥互补性能的优势达到以废治废的目的，又节约砂子、水泥，降低了企业的生产成本。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。