一种环保高抗裂性抹灰砂浆及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高抗裂性抹灰砂浆及其制备方法。


背景技术：

2.目前建筑材料领域中普遍存在抹灰砂浆抗开裂性能不佳及工程项目上对抗开裂抹灰砂浆的需求量日益增加的矛盾现象。目前解决抹灰砂浆抗裂现象的主要方法是通过在砂浆中添加可再分散乳胶粉、保水剂、纤维、膨胀剂等外加组份来实现的。但往往这些外加组份材料价格成本过高，使得无法大范围的应用到实际抹灰砂浆制作当中。
3.随着新能源汽车等行业的蓬勃发展，锂电池等材料的生产需求日益提高。锂渣是是生产碳酸锂过程中产生的一种废渣，生产一吨碳酸锂约产生8-10吨锂渣，据统计我国目前锂渣的年排放量约为8
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105万吨，由于锂渣中硫酸根含量高、吸水率高、活性低，锂渣的利用难度大且受到限制。锂渣的持续排放和露天堆放，造成土地资源浪费和环境污染。因此锂渣已经成为我国排放的主要工业废渣之一，但是如何对大规模排放的锂渣进行既科学又环保的处理，仍旧是困扰许多学者的一大难题。
4.与此同时，在电解锰行业高速发展的同时也带来了严重的环境污染问题，通常每生产1吨锰就会产生7～9吨的电解锰渣，大量电解锰渣的堆放，不仅消耗土地资源，而且，随着时间的积累，电解锰渣中的mn
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，cr
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，pb
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等重金属离子随雨水渗透到地下，对环境和生态造成严重危害。电解锰渣大量堆存，既占用土地、浪费资源，又易造成环境污染和安全隐患。


技术实现要素：

5.联系到锂渣与锰渣之间的氧化物构成具有一定的互补作用，其中锰渣中的cao含量相对较高，al2o3含量相对较低；磨细锂渣中sio2含量相对较高，而cao及al2o3含量相对较低。因此，通过调节锰渣与磨细锂渣之间的比例，能够有效的改善混合物的氧化物含量，提高锂渣在碱性激发剂激发下的强度和抗开裂性能。
6.结合上述锂渣和锰渣存在利用困难，浪费严重的问题，本发明提供一种以锂渣和锰渣为主要成分的高抗裂性抹灰砂浆及其制备方法，对锂渣、锰渣及基层混凝土搅拌站废浆沉淀池中的沉降废渣进行资源化利用，能够通过降低混凝土的收缩，有效提高抹灰砂浆的抗开裂性能。
7.为达到上述目的，采用技术方案如下：
8.一种环保高抗裂性抹灰砂浆，其组成按重量份数计如下：
9.磨细锂渣125-375份，磨细锰渣125-375份，氢氧化钙10-60份，磨细活化废渣10-60，水玻璃250-295份，抗裂剂3-9份，普通砂1850-1950份，水5-50份。
10.按上述方案，所述磨细锂渣为工业提锂尾矿，磨细锂渣中的sio2、al2o3及cao的重量百分数含量分别为30％-40％、10％-20％及1％-5％，平均颗粒直径为25-30μm。
11.按上述方案，所述磨细锰渣为电解锰渣，磨细锰渣中sio2、al2o3及cao的重量百分
数含量分别为25％-35％、10％-20％及40％-50％，平均颗粒直径为20-50μm。
12.按上述方案，所述磨细活化废渣是以搅拌站废水过滤后滤渣为原料，通过煅烧活化和磨细处理；煅烧温度为1000-1500℃，时间15-25分钟；磨细活化废渣中的氧化钙含量达到60％-70％。
13.按上述方案，所述水玻璃的浓度为40wt％。
14.按上述方案，所述氢氧化钙中的氧化钙含量大于85wt％
15.按上述方案，所述抗裂剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
16.按上述方案，所述普通砂砂为中粗砂，其细度模数为2.1-3.0之间。
17.上述环保高抗裂性抹灰砂浆的制备方法，包括以下步骤：
18.磨细锂渣、磨细锰渣、氢氧化钙及磨细活化废渣置于搅拌机中充分搅拌混合20s，再加入水及水玻璃搅拌30s，最后加入普通砂搅拌混合均匀，即可得到环保高抗裂性抹灰砂浆。
19.将锂渣用于建筑材料领域抹灰砂浆中，不仅有助于保护环境，也能进一步利用了锂渣粉的矿物结晶完整使锂渣粉初期的水化反应较慢而降低抹灰砂浆早期开裂风险的特性。同时，考虑到锰渣中具有较高含量的cao，通过调整复合碱激发原材料中的磨细锂渣与磨细锰渣之间的比例，改变整体复合碱激发原材料中cao含量，进而可以达到提高复合碱激发原材料中磨细锂渣在碱性环境下的激发效果。最后，结合目前混凝土搅拌站中的混凝土生产废水循环利用装置无法解决废水滤后的废渣的缺陷。通过对废渣进行煅烧、研磨活化，得到相应活化磨细废渣粉，其内部cao含量能够达到较高水平，因此可以用其替代部分激发剂，将能够有效降低原本激发剂使用量，大大降低生产成本；最后，碱激发需水量小、水化热低、热稳定性好、高抗裂减水性等优势突出，将进一步优化抹灰砂浆的抗裂性能。
20.本发明复合碱激发胶凝材料同时采用锂渣、锰渣工业固体废弃物制备复合胶凝材料，实现了变废为宝，所制得的胶凝材料具有较高的强度、凝结时间可调节且制备过程简单、成本低廉、原料来源广泛。本发明的复合碱激发胶凝材料，相比其它现有技术中的常规碱激发胶凝材料，可获得具有更高的抗裂性能，从而能够有效改善抹灰砂浆材料的抗开裂性能。优选的，本发明的胶凝材料除了通过调节磨细锂渣与磨细锰渣之间的比例来优化复合碱激发原材料中元素(活性氧化物)比例外，还有效的利用了锂渣粉的矿物结晶完整使锂渣粉初期的水化反应较慢的原理，发挥了胶凝材料凝结时间延缓的作用，能够有效的降低胶凝材料前期水化放热量及升温速率，进而降低胶凝材料开裂的可能性，提高了相关抹灰砂浆的抗开裂性能。更优选的，锰渣在碱激发下生成钙钒石，其能被凝胶组织包裹，形成缠绕的立体支撑结构，胶凝材料的组织协同作用加强，从而进一步增强了其胶凝材料的强度。
21.本发明复合碱激发胶凝材料中，磨细锂渣中的sio2、al2o3及cao含量分别为30％-40％、10％-20％及1％-5％，磨细锰渣中sio2、al2o3及cao含量分别为25％-35％、10％-20％及40％-50％。已有全锂渣强度激发试验证明，在碱性条件下锂渣具有一定的胶凝性能，但强度很低；同时，在调节激发剂碱性大小条件下，其依然无法得到有效激发，强度得不到提高。究其原因是锂渣中氧化钙含量不足导致的。而锰渣中具有较高含量的cao，通过调整复合碱激发原材料中的磨细锂渣与磨细锰渣之间的比例，改变整体复合碱激发原材料中cao含量，进而可以达到提高复合碱激发原材料中磨细锂渣在碱性环境下的激发效果。
22.本发明的复合碱激发剂包含磨细锂渣与磨细锰渣。磨细锂渣作为碱激发原材料的
一种，由于锂渣成分中具有较高含量的sio2，其可不断的与ca(oh)2进行反应生产c-s-h。同时，锰渣不仅能够作为碱激发原材料，同时也能够作为硫酸盐激发剂，提供硫酸钙，在碱性环境中与铝离子生成aft(钙矾石)。aft是由水泥水化产物c—a—h(水化铝酸钙)和硫酸根离子结合产生的结晶物水化硫铝酸钙。此外，磨细锂渣中也含有硫酸根离子，能够为上述反应提供原材料。钙矾石能够促进水泥早期强度发展和补偿收缩等方面都存在比较积极的作用，能够有为碱激发砂浆材料的抗裂性能提供有效支撑。同时，本发明的aft结构，呈块状、棒状结构，其也能够作为碱激发砂浆材料中的支撑结构。
23.本发明的复合碱激发剂包含氢氧化钙、磨细煅烧活化后的搅拌站废浆沉淀池中的沉降废渣粉末、水玻璃。ca(oh)2作为碱激发剂，在水化反应过程中提供碱性环境，促进反应正方向进行。搅拌站废浆沉淀池中的沉降废渣是由搅拌站生产混凝土过程中损耗的水泥、粉煤灰等矿物掺和料、混凝土残渣等经水冲刷混合沉淀形成，进行煅烧能够将其含有的ca(co3)、ca(oh)2等物质分解成cao等产物，最后将其磨细能够有效提高其溶解速率。煅烧活化后沉降废渣粉末作为复合碱激发剂中组份，溶解后能够提供大量oh-、ca
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等离子，能够替代碱激发剂原本配比中需要的ca(oh)2等材料用量，有效降低了生产原材料的成本，也实现沉降废渣固体废弃物的变废为宝。
24.本发明的复合碱激发胶凝材料中，反应的过程(公式)：si-al玻璃体+oh-+so
42-+ca
2+
→
af
t
+c-s-a-h，水化反应生成以及钙钒体以及包裹缠绕的凝胶体(凝胶组织)后，其强度得到提高。
25.本发明采用一种抗裂剂，其主要成分为烷基酚聚氧乙烯醚。由于一般烷基酚经过环氧加成的的化合物具备亲水基和疏水基，放入液体中有减慢液体蒸发的功效，将其掺入到砂浆材料中将有效降低其孔隙溶液的水分蒸发作，提高其抗裂效果。同时，此种抗裂剂的造价便宜，能够有效降低成本。
26.相对于现有技术，本发明有益效果如下：
27.1.由于锂渣中氧化钙含量不足，虽全锂渣在碱性条件激发下具有一定的胶凝性能，但强度很低，这使得锂渣在碱激发建筑材料领域中的应用得到很大限制。本发明通过调整复合碱激发原材料中的磨细锂渣与磨细锰渣之间的比例，改变整体复合碱激发原材料中cao含量，进而可以达到提高复合碱激发原材料中磨细锂渣在碱性环境下的激发效果，能够有效提高锂渣在建筑领域中的应用；
28.2.本发明有效的利用了锂渣粉的矿物结晶完整性使锂渣粉初期的水化反应较慢的原理，发挥了胶凝材料凝结时间延缓的作用，能够有效的降低胶凝材料前期水化放热量及升温速率，进而降低胶凝材料开裂的可能性，提高了抹灰砂浆材料的抗开裂性能；同时，锰渣不仅能够作为碱激发原材料，同时也能够作为硫酸盐激发剂，提供硫酸钙，在碱性环境中与铝离子生成aft(钙矾石)。钙矾石能够促进水泥早期强度发展和补偿收缩等方面都存在比较积极的作用；其次，添加抗裂剂(烷基酚聚氧乙烯醚)，其溶于水溶液中有减慢液体蒸发的功效，将其掺入到砂浆材料中将有效降低其孔隙溶液的水分蒸发作，提高其抗裂效果；最后，碱激发需水量小、水化热低、热稳定性好、高抗裂减水性等优势突出，将进一步优化抹灰砂浆的抗裂性能。结合上述各了种材料发挥出的抗裂原理及效果，使得抹灰砂浆材料具有极高的抗裂性能，解决建筑材料领域中普遍存在抹灰砂浆抗开裂性能不佳及工程项目上对抗开裂抹灰砂浆的需求量日益增加的矛盾；
29.3.本发明利用了搅拌站无法解决的废浆沉淀池中的沉降废渣，沉降废渣是由搅拌站生产混凝土过程中损耗的水泥、粉煤灰等矿物掺和料、混凝土残渣等经水冲刷混合沉淀形成，进行煅烧能够将其含有的ca(co3)、ca(oh)2等物质分解成cao等产物，最后将其磨细能够有效提高其溶解速率。煅烧活化后沉降废渣粉末作为复合碱激发剂中组份，溶解后能够提供大量oh-、ca
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等离子，能够替代碱激发剂原本配比中需要的ca(oh)2等材料用量，有效降低了生产原材料的成本，也实现沉降废渣固体废弃物的变废为宝。
30.4.本发明引入了一种抗裂剂(烷基酚聚氧乙烯醚)，这种外加剂普遍用来配制洗涤剂、精练剂、纺丝油剂、柔软剂、毛油和金属清洗剂等，其造价便宜，且几乎没有应用于建筑材料领域。引入此种外加剂将能够有效拓宽提高建筑材料领域中抗裂性能的方法剂途径。
具体实施方式
31.以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
32.具体实施方式提供了一种环保高抗裂性抹灰砂浆，其组成按重量份数计如下；
33.磨细锂渣125-375份，磨细锰渣125-375份，氢氧化钙10-60份，磨细活化废渣10-60，水玻璃250-295份，抗裂剂3-9份，普通砂1850-1950份，水5-50份。
34.具体地，所述磨细锂渣为工业提锂尾矿，sio2、al2o3及cao含量分别为30％-40％、10％-20％及1％-5％，平均颗粒直径为25-30μm。
35.具体地，所述磨细锰渣为电解锰渣，磨细锰渣中sio2、al2o3及cao含量分别为25％-35％、10％-20％及40％-50％，平均颗粒直径为20-50μm。
36.具体地，所述磨细活化废渣是以搅拌站废水过滤后滤渣为原料，通过煅烧活化和磨细处理；煅烧温度为1000-1500℃，时间15-25分钟；磨细活化废渣中的氧化钙含量达到60％-70％。
37.具体地，所述水玻璃的浓度为40wt％。
38.具体地，所述氢氧化钙中的氧化钙含量大于85wt％
39.具体地，所述抗裂剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
40.具体地，所述普通砂砂为中粗砂，其细度模数为2.1-3.0之间。
41.具体实施方式还提供了上述环保高抗裂性抹灰砂浆的制备方法，包括以下步骤：
42.磨细锂渣、磨细锰渣、氢氧化钙及磨细活化废渣置于搅拌机中充分搅拌混合20s，再加入水及水玻璃搅拌30s，最后加入普通砂搅拌混合均匀，即可得到环保高抗裂性抹灰砂浆。
43.实施例1
44.对照组粉煤灰普通抹灰砂浆：
45.各组分按重量份数计，先将混入10份减水剂的242份的水其置于搅拌机，再加入po.425普通硅酸盐水泥387份、ⅰ级粉煤灰97份进行混合搅拌30s，再加入1950份的普通砂，混合搅拌均匀即可得到粉煤灰普通抹灰砂浆。
46.实施例2
47.对照组普通抹灰砂浆：
48.各组分按重量份数计，称取上述磨细锂渣500份、氢氧化钙40份、磨细活化废渣20份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将50份水混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其
加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
49.实施例3：
50.本发明环保高抗裂性抹灰砂浆：
51.各组分按重量份数计，称取磨细锂渣400份、磨细锰渣100、氢氧化钙40份、磨细活化废渣20份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将50份水混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
52.实施例4
53.本发明环保高抗裂性抹灰砂浆：
54.各组分按重量份数计，称取上述磨细锂渣375份、磨细锰渣125、氢氧化钙40份、磨细活化废渣20份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将50份水混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
55.实施例5
56.本发明环保高抗裂性抹灰砂浆：
57.各组分按重量份数计，称取上述磨细锂渣333份、磨细锰渣167、氢氧化钙40份、磨细活化废渣20份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将50份水混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
58.实施例6
59.本发明环保高抗裂性抹灰砂浆：
60.各组分按重量份数计，称取上述磨细锂渣250份、磨细锰渣250份、氢氧化钙40份、磨细活化废渣20份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将50份水混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
61.实施例7
62.本发明环保高抗裂性抹灰砂浆：
63.各组分按重量份数计，称取上述磨细锂渣167份、磨细锰渣333份、氢氧化钙40份、磨细活化废渣20份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将50份水混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
64.实施例8
65.本发明环保高抗裂性抹灰砂浆：
66.各组分按重量份数计，称取上述磨细锂渣125份、磨细锰渣375份、氢氧化钙40份、磨细活化废渣20份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将50份水混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
67.实施例9
68.本发明环保高抗裂性抹灰砂浆：
69.各组分按重量份数计，称取上述磨细锂渣250份、磨细锰渣250份、氢氧化钙40份、磨细活化废渣20份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将3份抗裂剂加入到50份水中，将53份上述溶液混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
70.实施例10
71.本发明环保高抗裂性抹灰砂浆：
72.各组分按重量份数计，称取上述磨细锂渣250份、磨细锰渣250份、氢氧化钙40份、磨细活化废渣20份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将6份抗裂剂加入到50份水中，将56份上述溶液混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
73.实施例11
74.本发明环保高抗裂性抹灰砂浆：
75.各组分按重量份数计，称取上述磨细锂渣250份、磨细锰渣250份、氢氧化钙40份、磨细活化废渣20份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将9份抗裂剂加入到50份水中，将59份上述溶液混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
76.实施例12
77.本发明环保高抗裂性抹灰砂浆：
78.各组分按重量份数计，称取上述磨细锂渣250份、磨细锰渣250份、氢氧化钙30份、磨细活化废渣30份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将6份抗裂剂加入到50份水中，将56份上述溶液混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
79.实施例13
80.本发明环保高抗裂性抹灰砂浆：
81.各组分按重量份数计，称取上述磨细锂渣250份、磨细锰渣250份、氢氧化钙20份、磨细活化废渣40份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将6份抗裂剂加入到50份水中，将56份上述溶液混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
82.实施例14
83.本发明环保高抗裂性抹灰砂浆：
84.各组分按重量份数计，称取上述磨细锂渣250份、磨细锰渣250份、磨细活化废渣60份，将其置于搅拌机中混合搅拌20s，将6份抗裂剂加入到50份水中，将56份上述溶液混入到250份水玻璃中形成混合溶液，再将其加入到搅拌混合的激发剂原材料中，搅拌30s，最后加入普通砂1920份，混合搅拌均匀即可得到绿色高抗裂性抹灰砂浆。
85.各实施例原料用量见表1所示。各实施例性能表征见表2所示。
86.表1
87.实施例磨细锂渣磨细锰渣氢氧化钙磨细活化废渣水水玻璃抗裂剂普通砂2500040205025001920
3400100402050250019204375125402050250019205333167402050250019206250250402050250019207167333402050250019208125375402050250019209250250402050250319201025025040205025061920112502504020502509192012250250303050250619201325025020405025061920142502500605025061920
88.表2
[0089][0090]
对比实施例1与实施例2发现，相对于普通抹灰砂浆，全锂渣碱激发抹灰砂浆的抗开裂性能比较高。说明锂渣粉的矿物结晶完整性使锂渣粉初期的水化反应较慢的原理，发挥了胶凝材料凝结时间延缓的作用，能够有效的降低胶凝材料前期水化放热量及升温速率，进而降低胶凝材料开裂。
[0091]
仔细分析各实施例抹灰砂浆性能结果，通过比较实施例2和实施例3，实施例4、实施例5、实施例6、实施例7及实施例8，随着磨细锂渣质量份数的降低，磨细锰渣质量份数的增加，其他组成成分质量份数不变，抹灰砂浆的初凝时间的与终凝时间逐渐降低，稠度总体减小，和易性符合要求，其3d、7d、28d的强度增大；同时对比实施例1发现，虽当磨细锂渣与磨细锰渣的质量份数比达到3：1时，碱激发抹灰砂浆材料的抗压强度与普通抹灰砂浆对比，满足m10强度等级要求，但初终凝时间不满足规范要求；当磨细锂渣与磨细锰渣的质量份数比达到2：1时，其初终凝时间满足规范要求，抗压强度也满足m10强度等级要求。因此，利用磨细锰渣来对磨细锂渣锂渣进行“补钙”(cao)后，将对碱激发抹灰砂浆的和易性、凝结时间及抗压强度有明显改善效果。同时，随着锂渣与锰渣的比例逐渐减小，其抗开裂性能比逐渐
增大。说明，锰渣不仅能够作为碱激发原材料，同时也能够作为硫酸盐激发剂，提供硫酸钙，在碱性环境中与铝离子生成aft(钙矾石)，提高了碱激发抹灰砂浆的抗开裂性能。
[0092]
通过比较实施6、实施例9、实施例10及实施例11，发现随着抗裂剂份数的增加，其他组成成分质量份数不变，混凝土的初凝时间和终凝时间几乎不发生影响，稠度和抗压强度也没有发生明显变化；但相比较于不加入抗裂剂的碱激发抹灰砂浆材料，加入抗裂剂的碱激发抹灰砂浆随着掺量的增加，其抗开裂性能比逐渐增加。说明，抗裂剂有效提高了碱激发抹灰砂浆的抗开裂性能。
[0093]
通过比较实施10、实施例12、实施例13及实施例14，随着活化磨细废渣在整体氢氧化钙与活化磨细废渣中的质量分数的增加，其他组成成分质量份数不变，混凝土的初凝时间和终凝时间几乎不发生影响，稠度没有发生明显变化，其3d、7d和28的强度逐渐减小，但依然满足m10抹灰砂浆的强度要求；同时，其抗开裂性能虽发生大幅下降，但相对于普通抹灰砂浆来说，依然得到了大幅度提升。因此，活化磨细废渣部分取代氢氧化钙作为激发剂是可行的，能够有效降低碱激发抹灰砂浆的生产成本。