CN103570298A - 一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆及其制备方法，其组分为：硅灰、水泥、砂子的质量份为：0.28~0.3：0.68~0.7：1.97~2；硅灰中的的SiO3含量大于95%；水胶比：0.31；聚丙烯纤维的体积含量为0.9kg/m3；减水剂：胶凝材料用量的0.9%~1%；消泡剂：胶凝材料用量的5‰~5.5‰；偶联剂及偶联剂稀释剂：胶凝材料用量的3‰；聚合物改性剂：胶凝材料用量的10%~11%；减缩剂：胶凝材料质量的3%~3.5%。本发明结合了硅灰优良的物理与化学特性，将其用于替代水泥，一方面节约了水泥熟料的使用，对工业废料实现了二次使用，大幅度提高了改性水泥砂浆的抗压与抗折性能。
Description
技术领域
本发明一种水泥砂浆及其制备方法，尤其是涉及一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆及其制备方法。
背景技术
聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆是在水泥基材料中掺入聚丙烯纤维聚合物，比起普通的砂浆具有减小收缩，抑制收缩塑性开裂的作用，同时显著提高复合材料的抗冲击和抗疲劳等性能，具有降低压折比、增强韧性的作用。
常见的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆是在普通水泥砂浆的基础上添加一定含量聚丙烯纤维聚合物以及混凝土添加剂而成，在砂浆中,纤维的主要作用在于延缓水泥基材中裂缝的扩展,当水泥基材一旦出现裂缝后,纤维通过与基材脱黏而由基材中拔出，或跨越裂缝承受拉力，或在应力达到最大值时拉断,从而提高材料的抗拉强度或使材料具有一定的延性，并相应的提高韧性或使材料兼具有高抗拉强度和高韧性。水泥基材的作用与分布其中的纤维形成一个整体,共同承受外力的作用,并在其自身裂缝出现后,通过与纤维的截面黏结,将力传递给纤维,弥补其抗拉强度低、变形能力差的弱点。
普通的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆，虽然聚丙烯纤维和聚合物增加了砂浆的韧性和延性，但是聚丙烯纤维不含极性基团，化学稳定性高，与水泥基体的粘结力小，容易消减砂浆的强度，例如：中国发明专利“一种强韧性聚丙烯纤维增强水泥基复合材料及其制备方法”，专利号为：ZL201010010157.4，其抗拉强度为6MPa，抗压强度为45MPa，抗弯拉强度为7.1MPa。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆及其制备方法，在保持聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆良好韧性的同时，得到更高的强度，材料的抗折（抗弯拉）可达到11.11Mpa，抗压强度可达到63.7Mpa。
本发明采用以下技术方案：
一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆，其中，其组分为：
硅灰、水泥、砂子的质量份为：0.28~0.3：0.68~0.7：1.97~2；
硅灰中的SiO3含量大于95%；
水胶比：0.31；
聚丙烯纤维的体积含量为0.9kg/m3，聚丙烯纤维长度为19mm；
减水剂：胶凝材料用量的0.9%~1%；所述胶凝材料包括水泥与硅灰；
消泡剂：胶凝材料用量的5‰~5.5‰；
偶联剂及偶联剂稀释剂：胶凝材料用量的3‰；偶联剂及偶联剂稀释剂的质量比为：1：5；
聚合物改性剂：胶凝材料用量的10%~11% ；
减缩剂：胶凝材料质量的3%~3.5%。
作为优选，所述聚合物改性剂采用水性环氧树脂改性乳液，水性环氧树脂与固化剂配比为1:1.5。
作为优选，所述聚丙烯纤维聚合物与水泥的比例（聚灰比）为0.1。
作为优选，所述偶联剂为r-氨丙基三乙氧基硅烷,分子式为: N2H-(CH2)3-Si(OC2H5)3，所述偶联剂稀释剂为无水酒精，分析纯。
作为优选，所述减水剂采用粉状高效减水剂（FDN）。
作为优选，所述消泡剂采用高效有机硅消泡剂。
作为优选，所述减缩剂采用混凝土减缩专用表面活性剂，属醇醚类；
水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，砂子的规格为最大控制粒径为2.5mm，细度模数为2.7的中级河砂。
一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆的制备方法，其步骤如下：
第一步，将称量好的硅粉、水泥、砂子倒入搅拌锅后，加入聚丙烯纤维聚合物进行拌和至均匀；
第二步，再将称取好的偶联剂加于盛有无水酒精的容器中摇匀，喷洒于水泥中，充分拌制均匀；
第三步，将消泡剂加入到聚合物改性剂中，充分搅拌使均匀，之后分2～3次加入到硅粉、水泥、砂子以及聚丙烯纤维聚合物的混合粉体中进行手工拌和；
第四步，低速机械拌制，边拌边将称量好的含有已经完全溶解的减缩剂以及减水剂的水逐渐加入到砂浆中，即得本发明的高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆。
本发明的有益效果为：
1.本发明在普通的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆中加入一定量的硅灰，硅灰又叫硅微粉，微硅粉或二氧化硅超细粉，外观为灰色或者灰白色粉末。是在冶炼硅铁合金和工业硅是产生的二氧化硅和硅气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种非结晶相无定形圆球状的超细硅质粉体材料，属于一种工业废渣。将硅粉部分替代水泥，节约了水泥熟料，减少环境污染，同时对工业废料实现了二次使用，具有重要的环境效益。
2. 通过在普通的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆中加入一定量的硅灰，发挥硅粉微小颗粒填充和活性作用，减弱了水泥砂浆中掺加聚丙烯纤维后聚丙烯纤维与基体粘结力小的的负面影响，大幅度提高了改性水泥砂浆的力学性能。
3.通过系统试验，得到适当的配合比可以充分发挥硅粉、聚丙烯纤维、聚合物改性剂以及其他外加剂的有益作用，从而大幅度提高了改性水泥砂浆的抗压与抗折强度。本发明通过特定的配合比与添加剂以及一定的施工工艺，抗压强度比普通的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆高出23.69%，抗折强度比普通的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆高出21.95%。可以广泛的应用于各种工民建结构，同时鉴于聚合物改性水泥砂浆良好的抗渗抗冻性能、耐化学腐蚀性能、成本适中且环保，可在水工、海工、路桥等的修补加固及有特殊防腐防渗要求中得到广泛的应用。
附图说明
图1为硅灰不同替代率下的抗折强度示意图；
图2为硅灰不同替代率下的抗压强度示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
本发明的组分如下：
硅灰、水泥、砂子的质量份为：0.3:0.7:2；硅灰中的SiO3含量大于95%；
水胶比：0.31；
聚丙烯纤维的体积含量为0.9kg/m3，聚丙烯纤维长度为19mm；
减水剂：胶凝材料用量的0.9%；胶凝材料包括水泥与硅灰；
消泡剂：胶凝材料用量的5‰；
聚合物改性剂：胶凝材料用量的10%；
偶联剂及偶联剂稀释剂：胶凝材料质量的3‰；偶联剂及偶联剂稀释剂的质量比为：1：5；偶联剂为r-氨丙基三乙氧基硅烷,分子式为: N2H-(CH2)3-Si(OC2H5)3，所述偶联剂稀释剂为无水酒精；
减缩剂：胶凝材料质量的3%。
聚合物改性剂采用水性环氧树脂改性乳液，水性环氧树脂与固化剂配比为1:1.5。聚合物改性剂与水泥（聚灰比）的比例为0.1。
偶联剂为r-氨丙基三乙氧基硅烷,分子式为: N2H-(CH2)3-Si(OC2H5)3，所述偶联剂稀释剂为无水酒精，分析纯。减水剂采用郑州建科混凝土外加剂有限公司生产JKH-1型粉状高效减水剂。消泡剂采用上海立奇化工助剂有限公司生产的LG-601高效有机硅消泡剂。减缩剂采用混凝土减缩专用表面活性剂，属醇醚类。水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，砂子的规格为最大控制粒径为2.5mm，细度模数为2.7的中级河砂。
本实施例的高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆采用如下步骤制备：第一步，将按上述比例称量好的硅粉、水泥、砂子倒入搅拌锅后，加入聚丙烯纤维进行拌和至均匀；
第二步，再将称取好的偶联剂加于盛有相对应无水酒精的容器中轻摇均匀，喷洒于水泥中，用小圆铲充分拌制均匀；
第三步，将消泡剂加入到聚合物改性剂中，用玻璃棒充分搅拌使均匀，之后分2～3次加入到混合粉体中进行手工拌和；
第四步，低速机械拌制，边拌边将称量好的含有已经完全溶解的减缩剂以及减水剂的水逐渐加入到砂浆中，即得本发明的高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆。
第五步，按照标准试验条件进行养护；养护完成后，参照DL/T 51262-2001 《聚合物改性水泥砂浆试验规程》进行抗压与抗折试验。
在制备的过程中加入了硅粉，要求硅粉中SiO3质量含量大于95%，硅粉的掺入可较大幅度地提高纤维聚合物改性水泥砂浆的抗折强度，因为掺入硅粉后提高了纤维与基体的粘结强度并改善了其分散性，同时，由于硅灰的表面活性高，火山灰反应使得水泥浆体中C-S-H凝胶中CaO/SiO2的值变小，水泥石更加致密，以致最后的强度变高，包括抗折强度与抗压强度，通过试验结果证明，改良后的水泥砂浆抗折强度可以达到11.11Mpa，比普通的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆高出21.95%，抗压强度可以达到63.7Mpa，比普通的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆高出23.69%。
实施例2：
本发明的组分如下：
硅灰、水泥、砂子的质量份为：0.28:0.68:2；硅灰中的的SiO3含量大于95%；
水胶比：0.31；
聚丙烯纤维的体积含量为0.9kg/m3，聚丙烯纤维长度为19mm；
减水剂：胶凝材料用量的0.95%；胶凝材料包括水泥与硅灰；
消泡剂：胶凝材料用量的5.5‰；
聚合物改性剂：胶凝材料用量的11%；
偶联剂及偶联剂稀释剂：胶凝材料质量的3‰；偶联剂及偶联剂稀释剂的质量比为：1：5；偶联剂为r-氨丙基三乙氧基硅烷,分子式为: N2H-(CH2)3-Si(OC2H5)3，所述偶联剂稀释剂为无水酒精；
减缩剂：胶凝材料质量的3.5%。
聚合物改性剂采用水性环氧树脂改性乳液，水性环氧树脂与固化剂配比为1:1.5。聚合物改性剂与水泥（聚灰比）的比例为0.1。
偶联剂为r-氨丙基三乙氧基硅烷,分子式为: N2H-(CH2)3-Si(OC2H5)3，所述偶联剂稀释剂为无水酒精，分析纯。减水剂采用郑州建科混凝土外加剂有限公司生产JKH-1型粉状高效减水剂。消泡剂采用上海立奇化工助剂有限公司生产的LG-601高效有机硅消泡剂。减缩剂采用混凝土减缩专用表面活性剂，属醇醚类。水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，砂子的规格为最大控制粒径为2.5mm，细度模数为2.7的中级河砂。
本实施例的高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆采用如下步骤制备：第一步，将按上述比例称量好的硅粉、水泥、砂子倒入搅拌锅后，加入聚丙烯纤维进行拌和至均匀；
第二步，再将称取好的偶联剂加于盛有相对应无水酒精的容器中轻摇均匀，喷洒于水泥中，用小圆铲充分拌制均匀；
第三步，将消泡剂加入到聚合物改性剂中，用玻璃棒充分搅拌使均匀，之后分2～3次加入到混合粉体中进行手工拌和；
第四步，低速机械拌制，边拌边将称量好的含有已经完全溶解的减缩剂以及减水剂的水逐渐加入到砂浆中，即得本发明的高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆。
得到的水泥砂浆抗折强度可以达到10.92Mpa，比普通的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆高出19.87%，抗压强度可以达到59.6Mpa，比普通的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆高出15.73%。
实施例3：
本发明的其组分如下：
硅灰、水泥、砂子的质量份为：0.29:0.69:1.97；硅灰中的的SiO3含量大于95%；
水胶比：0.31；
聚丙烯纤维的体积含量为0.9kg/m3，聚丙烯纤维长度为19mm；
减水剂：胶凝材料用量的1%；胶凝材料包括水泥与硅灰；
消泡剂：胶凝材料用量的5.5‰；
偶联剂及偶联剂稀释剂：胶凝材料质量的3‰；偶联剂及偶联剂稀释剂的质量比为：1：5；偶联剂为r-氨丙基三乙氧基硅烷,分子式为: N2H-(CH2)3-Si(OC2H5)3，所述偶联剂稀释剂为无水酒精；
聚合物改性剂：胶凝材料用量的10%；
减缩剂：胶凝材料质量的3%；
聚合物改性剂采用水性环氧树脂改性乳液，水性环氧树脂与固化剂配比为1:1.5。聚合物改性剂与水泥（聚灰比）的比例为0.1。
偶联剂为r-氨丙基三乙氧基硅烷,分子式为: N2H-(CH2)3-Si(OC2H5)3，所述偶联剂稀释剂为无水酒精，分析纯。减水剂采用郑州建科混凝土外加剂有限公司生产JKH-1型粉状高效减水剂。消泡剂采用上海立奇化工助剂有限公司生产的LG-601高效有机硅消泡剂。减缩剂采用混凝土减缩专用表面活性剂，属醇醚类。水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，砂子的规格为最大控制粒径为2.5mm，细度模数为2.7的中级河砂。
本实施例的高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆采用如下步骤制备：第一步，将按上述比例称量好的硅粉、水泥、砂子倒入搅拌锅后，加入聚丙烯纤维进行拌和至均匀；
第二步，再将称取好的偶联剂加于盛有相对应无水酒精的容器中轻摇均匀，喷洒于水泥中，用小圆铲充分拌制均匀；
第三步，将消泡剂加入到聚合物改性剂中，用玻璃棒充分搅拌使均匀，之后分2～3次加入到混合粉体中进行手工拌和；
第四步，低速机械拌制，边拌边将称量好的含有已经完全溶解的减缩剂以及减水剂的水逐渐加入到砂浆中，即得本发明的高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆。
得到的水泥砂浆抗折强度可以达到10.88Mpa，比普通的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆高出19.43%，抗压强度可以达到60.24Mpa，比普通的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆高出16.97%。
本发明的3组实施例与不添加硅粉的聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆抗折抗压比较如表1：
| 参照组（不含硅粉） | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 抗折强度（KPa） | 9.11 | 11.11 | 10.92 | 10.88 |
| 抗压强度（KPa） | 51.5 | 63.7 | 59.60 | 60.24 |
表1
本发明同时对含有不同替代率硅粉的砂浆试块进行了对比，除硅粉含量改变外，其他组分不变，试验表明，在本次试验条件下，硅粉含量在0.3时砂浆的性能最优，数据如表2，图1、图2所示为硅灰不同替代率下的抗折、抗压强度示意图 
。
表2。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆，其特征在于：其组分为：
硅灰、水泥、砂子的质量份为：0.28~0.3：0.68~0.7：1.97~2；
硅灰中的的SiO3含量大于95%；
水胶比：0.31；
聚丙烯纤维的体积含量为0.9kg/m3，聚丙烯纤维长度为19mm；
减水剂：胶凝材料用量的0.9%~1%；所述胶凝材料包括水泥与硅灰；
消泡剂：胶凝材料用量的5‰~5.5‰；
偶联剂及偶联剂稀释剂：胶凝材料用量的3‰；偶联剂及偶联剂稀释剂的质量比为：1：5；
聚合物改性剂：胶凝材料用量的10%~11% ；
减缩剂：胶凝材料质量的3%~3.5%。
2.根据权利要求1所述的一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆，其特征在于：所述聚合物改性剂采用水性环氧树脂改性乳液，水性环氧树脂与固化剂配比为1:1.5。
3.根据权利要求1所述的一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆，其特征在于：所述聚丙烯纤维聚合物与水泥的比例为0.1。
4.根据权利要求1所述的一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆，其特征在于：所述偶联剂为r-氨丙基三乙氧基硅烷,分子式为: N2H-(CH2)3-Si(OC2H5)3，所述偶联剂稀释剂为无水酒精。
5.根据权利要求1所述的一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆，其特征在于：所述减水剂采用粉状高效减水剂。
6.根据权利要求1所述的一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆，其特征在于：所述消泡剂采用高效有机硅消泡剂。
7.根据权利要求1所述的一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆，其特征在于：所述减缩剂采用混凝土减缩专用表面活性剂。
8.根据权利要求1所述的一种高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
第一步，将称量好的硅粉、水泥、砂子倒入搅拌锅后，加入聚丙烯纤维进行拌和至均匀；
第二步，再将称取好的偶联剂加于盛有无水酒精的容器中摇匀，喷洒于水泥中，充分拌制均匀；
第三步，将消泡剂加入到聚合物改性剂中，充分搅拌使均匀，之后分2～3次加入到硅粉、水泥、砂子以及聚丙烯纤维聚合物的混合粉体中进行手工拌和；
第四步，低速机械拌制，边拌边将称量好的含有已经完全溶解的减缩剂以及减水剂的水逐渐加入到砂浆中，即得本发明的高强聚丙烯纤维聚合物水泥砂浆。
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