水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明属于环保低碳建筑材料技术领域，尤其涉及一种水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆及其制备方法，以及在混凝土、砖块或金属等材质墙面上的应用。
背景技术：
2.目前，矿尾砂资源化的方式包括烧制成型为陶瓷、砖块等产品，需要燃料高温方式成型，不仅耗能高，而且会直接或者间接增加二氧化碳排放，且对尾砂成分、细度要求较多，受制于功能与运距，产品市场需求量不大，对全尾砂消耗量有限。矿尾砂还应用于常规建材，即筛分出细砂用于水泥、混凝土、加气块、湿拌砂浆的生产，但这些产品受制于运距、市场价格较低等因素影响造成全尾砂的使用量不大；还有一部分矿尾砂烘干后经多级筛分出不同细度（目数）的粉状颗粒用于真石漆、瓷砖胶与涂料的制作，然而，这些产品对尾砂成分和细度要求苛刻，繁琐的筛分与收集处理过程耗能费时、粉尘污染大，尤其是350目以上尾砂微粉无法应用，形成新的体量巨大的二次固废污染。
3.总的来说，我国的矿尾砂资源化利用主要的问题有：（1）矿尾砂需要经过繁琐多级筛分后，才能获得粗颗粒用于建筑用砂、20～200目用于真石漆、200～350目用于瓷砖胶与涂料、350目以上的微粉（占比全尾砂的30%以上）无法利用，导致分离成本高，多级筛分与包装过程粉尘控制难度大，粉尘污染大，分离出的细砂价值偏低，致使矿尾砂资源化利用率不足；（2）当20～350目之间粗粉用于真石漆、瓷砖胶、涂料等产品，需要使用挥发性有机溶剂（vocs）、合成树脂等石化原材料，生态不友好性vocs的使用制约了应用场景、消耗石化原材料、增加了碳排放，且生产与施工环节有害物对工人健康危害较大。
4.由于以上原因所致，我国每年在相关工业与民用领域的资源化应用总量还不足每年矿尾砂新增量的20%，离国家要求的选矿尾砂资源化利用率达到60%甚至更高还有很大差距，亟待开发直接使用不需筛分的全尾砂的新产品与技术，实现选矿全尾砂的规模化与高值化应用。
5.值得注意的是，我国近20年开展的大规模基础建设，基建体量需求大，特别是随着对建设质量与居用场所品质的提升，对环保要求、新型高品质建材与产品的需求与日俱增。以墙面为例，早前以贴瓷砖、刷涂料为主导的形式，其不耐久、易掉落脱落，不仅影响美观与防护功能，甚至不时出现瓷砖坠落伤及人生命的意外。近几年又兴起了填充极细硅砂颗粒、大量使用树脂粘结剂、使用部分有机溶剂的内外墙真石漆，尽管质感更接近自然外观，在一定时间内也相对牢固，但挥发性有机物会造成严重的空气污染，其生产、施工以及后续应用均对人体与环境有害；在碱性基底比如混凝土、水泥砂浆表面应用时，树脂不耐碱、耐候性差会加速真石漆老化变脆、脱落等失效现象，使用寿命不符合长期要求；真石漆填充料需要酸性、成分较纯粹、粒径大小合适与分布很窄的硅砂细颗粒，导致材料成本较高；此外真石漆通常需要打磨、底漆、喷施、面漆多道工序，施工耗时费工。
6.因此，对于建筑领域墙面，亟需开发耐久性优异、具备成本竞争力、施工方便、环保
友好、兼具美观与防护功能的新型高性能饰面材料。
技术实现要素：
7.本发明的目的是提供一种水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆，采用不经过筛分的全尾砂或350目以上的尾砂微粉进行配置，实现选矿尾砂的全利用，并具有优异的力学强度、附着力、耐候性和耐久性，可应用于金属、无机、有机、无机/有机复合等多种墙面；饰面砂浆原料中不使用有机树脂以及vocs，环保、生态友好。
8.为了实现本发明的目的，本发明提供了一种水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆，是由以下重量份数的原料的组成：水泥150～450份、矿尾砂600～900份、彩砂赋色料1～200份、调节剂2～20份和适量水；所述调节剂为聚醚类复合调节剂。
9.进一步的，所述矿尾砂为全尾砂或350目以上的超微尾砂粉中任意一种或组合物。
10.进一步的，所述彩砂赋色料为天然采砂。
11.进一步的，以100质量份数计，所述聚醚类复合调节剂包括：甲基烯丙醇聚氧乙烯醚10～30份、硫酸盐1～5份、甘油聚氧乙烯醚0.15～15份、油茶皂甙0.01～0.1份和余量为水。
12.进一步的，所述甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的分子量为1～5万。
13.进一步的，所述硫酸盐为硫酸钾或硫酸钠中的任意一种。
14.本发明还提供了一种水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆的制备方法，具体包括以下步骤：（1）聚醚类复合调节剂的配置：称取所需质量的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、硫酸盐、甘油聚氧乙烯醚、油茶皂甙和水，混合均匀，备用。
15.（2）称取所需质量的水泥、矿尾砂和彩砂赋色料进行粉磨，粉磨时间设置为15～60min，在粉磨混合过程中，在粉磨混合时间剩余20～30%时，加入聚醚类复合调节剂，继续粉磨，得到半成品，该半成品的细度模数为0.3～1.8，优选为0.5～1.2；水泥、矿尾砂、彩砂赋色料、复合剂等物料在粉磨过程、提升料斗加料过程以及物料输送管道中均处于负压状态，以使粉尘不外溢。
16.（3）将上述半成品与水搅拌均匀，即得所述水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆。
17.进一步的，所述半成品与水的质量比为10：（1～5）。
18.进一步的，所述粉磨方法为剪切、球磨、辊压磨中任意一种。
19.本发明提供的水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆的应用方法为：采用液压或气压的驱动方式，通过喷枪或者喷壶将新型环保饰面砂浆喷涂至混凝土、砖块或金属的墙面，待1～3天后硬化，形成坚固、耐候耐久的墙体环保饰面层。
20.本发明取得了以下有益效果：1、本发明使用的矿尾砂，可以不经筛分，使用全尾砂和/或者现有产品加工残留的350目以上超微尾砂粉为主体原材料，彻底满足矿尾砂全面消纳需求。
21.2、本发明以水为溶剂、辅助少量的环保超塑化剂与生物质来源稠度调节剂，应用天然赋色料，不使用挥发性有害有机溶剂、不使用合成树脂、不使用有机颜料，具备突出的不污染环境、降低碳排放等生态友好与环保优势。
22.3、本发明使用无机胶凝材料代替树脂粘结剂，具备更强的附着力和耐久性，可在金属、无机、有机、无机/有机复合等多种底材上喷施并牢固附着。
23.4、本发明加工生产环节使用负压一次性全混料工艺，生产无粉尘污染、能耗低。
24.5、本发明采用聚醚类复合调节剂对尾砂中含有的微米与纳米尺寸氧化硅、碳酸钙等颗粒进行充分分散，为后续水化过程提供均匀分布的晶种，促进提升微纳饰面的机械力学性能与耐久性。甲基烯丙醇聚氧乙烯醚主要是利用羧酸与磺酸阴离子吸附并分散水泥、尾砂颗粒，并利用其富含的醇羟基与前述阴离子官能团等亲水结构实现在少量水中的充分扩散与流动；甘油聚氧乙烯聚醚则主要起到增稠保水作用，防止水分快速挥发与被基材吸附所造成的饰面缺水；硫酸盐提供适量的硫酸根，促进水泥与尾砂中钙离子的富集与硫酸钙、硅酸钙等水硬胶结物质的成核与晶体生长；油茶皂甙也可促进搅拌过程形成稳定的微泡，提高饰面材料的可施工性与抗冻融性能。
25.相对于目前所商业化的材料与产品，本发明配制的调节剂具备优异的调配尾砂中350目以下细粉的功能(常规砂浆无法应用200目以下微粉颗粒超过10%的砂料)，特别是使饰面砂浆兼具强度高(常规砂浆抗压强度通常不超过10mpa、抗折强度不超过3mpa)与可施工性强的优点，综合的突出效果即解决大量尾砂微粉用作饰面砂浆，并使砂浆获得高强度(抗折抗压)、易施工(可喷可刷)特性。
26.6、本发明采用全尾砂和/或350目以上的超微尾砂粉为主要原材料配制多种颜色水性零vocs微纳环保墙面饰材，并在水泥墙、砖墙、钢构壁等众多室内外墙面喷施与刷涂应用。根据本发明的配方，每吨微纳环保墙面饰材包括尾砂料不低于500公斤，环保调节剂合计不高于20公斤。本发明的成品经喷施后七天，表面莫氏硬度高于5；依据astmd3170-03测试耐剥落等级≥6；胶砂的28天抗折与抗压强度分别不低于5mpa、22mpa；150℃烘烤3天，不像真石漆、瓷砖胶与常规涂料变软或者变脆，硬度提升10%以上，附着力提升15%以上；320nm紫外线照射无老化现象；喷施24小时后70℃热水浸泡90天无溶胀剥落现象。
27.7、本发明创制的水性零vocs微纳环保墙面饰材，不挥发有毒害有机物分子、附着力优于传统真石漆与涂料、耐候，尤其是时间越长其抗剥离强度、耐候性能越好，可预期的使用寿命长达50年以上。
具体实施方式
28.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明实施例中水泥为p.o 42.5。
30.本发明实施例中的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚的分子量为35000～50000，为自制。甲基烯丙醇聚氧乙烯醚也可以为市售产品，其分子量范围在1～5万均可。
31.下面结合具体实施例对本发明的水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆予以说明。
32.实施例1调节剂的配制：按质量称取甲基烯丙醇聚氧乙烯醚10份、硫酸钠5份、甘油聚氧乙烯醚15份、油茶皂甙0.1份和水69.9份，混合均匀即可。
33.淡蓝色水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆成品的配制：
称取150份水泥、900份金矿全尾砂、1份蓝色天然彩砂，球磨混合42分钟后，加入20份调节剂，球磨混合18分钟后，即得零vocs微纳新型环保饰面半成品；取10份半成品与1份水搅拌均匀，即获得成品。
34.应用：将上述成品装入4升喷壶，连接1p空压机，将成品喷涂至混凝土墙面。
35.性能检测：将上述喷涂至混凝土墙面的饰面砂浆放置7天后，形成表面莫氏硬度5.5、抗剥离强度7级的混凝土墙体环保淡蓝色饰面层。
36.采用胶砂模成型、标准养护28天测得其抗折与抗压强度分别为5.7mpa、22.5mpa；取标养28天、喷有淡蓝色饰面层的混凝土块于马弗炉中150℃烘72小时后，硬度与附着力分别提高27.3%、28.3%；取样暴露于320nm紫外线照射6个月无老化现象；喷施24小时后取样70℃热水浸泡90天无溶胀剥落现象。
37.实施例2调节剂的配制：按质量称取甲基烯丙醇聚氧乙烯醚30份、硫酸钠1份、甘油聚氧乙烯醚0.15份、油茶皂甙0.01份、水68.84份，混合均匀即可。
38.米黄色水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆成品的配制：称取450份水泥、600份350目以上铁矿尾砂超微粉、200份米黄色天然彩砂，采用球磨混合12分钟后，加入15份调节剂，球磨混合5分钟后即得到零vocs微纳新型环保饰面半成品。取10份半成品与3.5份水搅拌均匀，即获得米黄色水性零vocs微纳新型环保饰面成品。
39.应用：将上述成品装入4升喷壶，连接1.5p空压机，将成品喷涂至加气砖墙面。
40.性能检测：将上述喷涂至气砖墙面的饰面砂浆放置7天后，形成表面莫氏硬度6、抗剥离强度8级的加气砖墙体环保米黄色饰面层。
41.采用胶砂模成型、标准养护28天测得其抗折与抗压强度分别为6.5mpa、27.1mpa；取标养28天、喷有米黄色饰面层的加气砖块于马弗炉中150℃烘72小时后，硬度与附着力分别提高16.6%、21.2%；取样暴露于320nm紫外线照射6个月无老化现象；喷施24小时后取样70℃热水浸泡90天无溶胀剥落现象。
42.实施例3调节剂的配制：按质量称取甲基烯丙醇聚氧乙烯醚18份、硫酸钾3份、甘油聚氧乙烯醚10份、油茶皂甙0.05份、水68.95份，混合均匀即可。
43.绿色水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆成品的配制：称取300份水泥、600份铜矿全尾砂、200份350目以上铜矿尾砂超微粉、100份草绿色天然彩砂，采用球磨混合27分钟后，加入9份调节剂，球磨混合10分钟后即得到零vocs微纳新型环保饰面半成品。取10份半成品与2份水搅拌均匀，即获得绿色水性零vocs微纳新型环保饰面成品。
44.应用：将上述成品装入4升喷壶，连接1.5p空压机，将成品喷涂至钢结构墙面。
45.性能检测：将上述喷涂至钢结构墙面的饰面砂浆放置7天后，形成表面莫氏硬度6.5、抗剥离强度7级的钢结构墙体环保绿色饰面层。
46.采用胶砂模成型、标准养护28天测得其抗折与抗压强度分别为7.2mpa、26.3mpa；
取标养28天、喷有绿色饰面层的钢结构板于马弗炉中150℃烘72小时后，硬度与附着力分别提高21.7%、23.9%；取样暴露于320nm紫外线照射6个月无老化现象；喷施24小时后取样70℃热水浸泡90天无溶胀剥落现象。
47.实施例4调节剂的配制：按质量称取甲基烯丙醇聚氧乙烯醚12份、硫酸钾2份、甘油聚氧乙烯醚5份、油茶皂甙0.07份、水80.93份，混合均匀即可。
48.红色水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆成品的配制：称取280份水泥、500份钨矿全尾砂、220份350目以上钨矿尾砂超微粉、120份中华红天然彩砂，采用球磨混合20分钟后，加入18份调节剂，球磨混合10分钟后即得到零vocs微纳新型环保饰面半成品。取10份半成品与3份水搅拌均匀，即获得红色水性零vocs微纳新型环保饰面成品。
49.应用：将上述成品装入4升喷壶，连接1.5p空压机，将成品喷涂至免烧砖结构墙面。
50.性能检测：将上述喷涂至免烧砖结构墙面的饰面砂浆放置7天后，形成表面莫氏硬度5.1、抗剥离强度6级的免烧砖结构墙体环保红色饰面层。
51.采用胶砂模成型、标准养护28天测得其抗折与抗压强度分别为5.2mpa、22.3mpa；取标养28天、喷有红色饰面层的免烧砖块于马弗炉中150℃烘72小时后，硬度与附着力分别提高17.5%、20.3%；取样暴露于320nm紫外线照射6个月无老化现象；喷施24小时后取样70℃热水浸泡90天无溶胀剥落现象。
52.实施例5调节剂的配制：按质量称取甲基烯丙醇聚氧乙烯醚23份、硫酸钠3份、甘油聚氧乙烯醚8份、油茶皂甙0.03份、水65.97份，配制成100份调节剂。
53.橙色水性零vocs微纳新型环保饰面砂浆成品的配制：称取245份水泥、550份铅锌矿全尾砂、300份350目以上铅锌矿尾砂超微粉、180份橙色天然彩砂，采用球磨混合30分钟后，加入12份调节剂，球磨混合12分钟后即得到零vocs微纳新型环保饰面半成品。取10份半成品与1.5份水搅拌均匀，即获得橙色水性零vocs微纳新型环保饰面成品。
54.应用：将上述成品装入4升喷壶，连接1.5p空压机，将成品喷涂至板房裸面铁结构墙面。
55.性能检测：将上述喷涂至板房裸面结构墙面的饰面砂浆放置7天后，形成表面莫氏硬度7.2、抗剥离强度7级的板房裸面铁结构墙体环保橙色饰面层。
56.采用胶砂模成型、标准养护28天测得其抗折与抗压强度分别为6.3mpa、23.9mpa；取标养28天、喷有橙色饰面层的板房铁面板于马弗炉中150℃烘72小时后，硬度与附着力分别提高18.9%、27.7%；取样暴露于320nm紫外线照射6个月无老化现象；喷施24小时后取样70℃热水浸泡90天无溶胀剥落现象。
57.对比例1与实施例5对比，仅使用传统的聚乙烯醇（pva）作为调节剂，橙色抹面砂浆成品的配制：
称取245份水泥、550份铅锌矿全尾砂、300份350目以上铅锌矿尾砂超微粉、180份橙色天然彩砂，采用球磨混合30分钟后，加入12份pva调节剂，球磨混合12分钟后抹面半成品。取10份半成品与适量水搅拌均匀至实施例5中相近状态，即获得橙色抹面砂浆成品。
58.应用：将上述成品装入4升喷壶，连接1.5p空压机，将成品喷涂至板房裸面铁结构墙面。
59.性能检测：将上述喷涂至板房裸面结构墙面的饰面砂浆放置7天后，其表面莫氏硬度仅为4.1、抗剥离强度为5.5级。
60.采用胶砂模成型、标准养护28天测得其抗折与抗压强度分别为3.3mpa、15.2mpa；取标养28天、喷有橙色饰面层的板房铁面板于马弗炉中150℃烘72小时后，硬度与附着力分别下降27.3%、35.6%；取样暴露于320nm紫外线照射3个月出现老化变脆现象，照射6个月开始脱落；喷施24小时后取样70℃热水浸泡20天即出现溶胀剥落现象。
61.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
62.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。