CN105948594B - 一种利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法。首先将椰壳纤维清洗干净，加入KOH溶液和H2O2二者的混合溶液中浸泡热处理，热处理后依次进行洗涤、干燥和剪切，得到改性椰壳纤维；然后配制水泥砂浆，并称取所加入的改性椰壳纤维；将改性椰壳纤维充分吸水，得到饱水改性椰壳纤维；将称取的部分水泥和砂混合均匀，然后加入饱水改性椰壳纤维，在加入纤维的过程中分批加入剩余的水泥和砂，最后加入水，充分搅拌；改性椰壳纤维在水泥砂浆中分散均匀，得到抗裂低收缩水泥砂浆。利用本发明方法制备的增强防裂水泥砂浆强度高、韧性好、防裂性能显著，并且具有一定的环境效益。

Description

一种利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法
一、技术领域：
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法。
二、背景技术：
水泥砂浆是一种脆性材料，主要用于建筑工程等场所(如建房)。工程用水泥砂浆是由水泥和砂子按一定比例混合搅拌而成，水泥砂浆是一种脆性材料，韧性较差，抗压强度高、抗折强度低、收缩变形大。随着强度等级的提高，韧性变得更差，即脆性变得更大，因此水泥砂浆极易开裂，特别是用于面层时是非常不利的。目前，已有多种方法提高水泥砂浆的强度和防裂性能，减少其自然收缩，例如：掺加聚丙烯纤维、碳纤维等较为有效。然而，这些合成纤维对环境有一定的负担，无法自然降解，不利于环保，并且生产成本很高。以麦秸、玉米杆、稻草、棉秆等作为基材添加到混凝土中已成为国内多所科研院校致力研究的项目课题。科研学者们一直都在努力寻找一种新的方法，使得制备的水泥砂浆具有强度高、韧性好、防裂性能显著的同时，又有一定的环境效益。
三、发明内容：
本发明要解决的技术问题是：根据目前现有水泥砂浆普遍存在的极易开裂、韧性较差等缺陷，本发明提供一种利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法。利用本发明方法制备的增强防裂水泥砂浆强度高、韧性好、防裂性能显著，并且具有一定的环境效益。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
本发明提供一种利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，所述制备方法包括以下步骤：
a、改性椰壳纤维的加工：
首先将椰壳纤维清洗干净，然后加入到质量百分浓度为6％的KOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡，浸泡时间为4h；浸泡后升温至120℃，在此温度下热处理15min；热处理后依次进行洗涤、干燥和剪切，得到改性椰壳纤维；
或者，首先将椰壳纤维清洗干净，然后加入到质量百分浓度为6％的KOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡，浸泡时间为6h；浸泡后升温至80℃，在此温度下热处理30min；热处理后依次进行洗涤、干燥和剪切，得到改性椰壳纤维；
b、水泥砂浆的配制：
1m3水泥砂浆由原料水泥720kg、砂1080kg和水360kg配制而成；或者1m3水泥砂浆由原料水泥380kg、砂1528kg和水327kg配制而成；
1m3水泥砂浆中改性椰壳纤维的加入量为0.6kg；
c、增强防裂水泥砂浆的制备：
①首先按照步骤b水泥砂浆的配比比例称取水泥、砂和水，另外按照改性椰壳纤维在水泥砂浆中的加入量比例称取改性椰壳纤维；
②将称取的改性椰壳纤维浸泡于水中，使其吸附最大量的水分，得到饱水改性椰壳纤维；
③将称取的原料50％的水泥、50％的砂进行混合，搅拌均匀；然后加入所得饱水改性椰壳纤维，在加入饱水改性椰壳纤维的过程中加入剩余的50％水泥和50％砂，搅拌使改性椰壳纤维分散均匀；最后加入称取的水，继续充分搅拌，改性椰壳纤维在水泥砂浆中经充分搅拌分散均匀，得到增强防裂水泥砂浆。
根据上述的利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，步骤a中质量百分浓度为6％的KOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者混合时，二者的混合体积比为1:1。
根据上述的利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，步骤a中所述依次进行洗涤、干燥和剪切，具体操作过程为：热处理后采用蒸馏水反复洗涤椰壳纤维，直到检测清洗液的pH值为7时停止洗涤，然后将清洗后的椰壳纤维进行干燥，干燥后剪成8～12mm的椰壳纤维，得到改性椰壳纤维。
根据上述的利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，所述干燥时的条件为：在烘箱里进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为2～3小时。
本发明的积极有益效果：
1、利用本发明方法制备的增强防裂水泥砂浆强度高、韧性好、防裂性能显著，并且具有一定的环境效益，有利于环保，符合可持续经济发展的要求。
2、椰壳纤维是一种可再生资源型纤维，具有产量大、成本低、可再生、自然可降解等特点，对环境友好，属于生态建材，是我国一直提倡的环保新材料。本发明在水泥砂浆中加入改性后的椰壳纤维，既能增强水泥砂浆的强度、韧性和提高防裂性能，同时具有一定的环境效益。
3、本发明技术方案中采用的椰壳纤维在水泥砂浆中的杂向不规则分布起到了很好的桥接作用，可以有效地抑制水泥砂浆的泌水离析，从而有效地阻止裂缝的发展。
4、本发明经过改性后的椰壳纤维表面呈现径向浅凹槽，并伴有均匀的微小坑穴使得表面变得粗糙，使得水泥砂浆内部结合更加紧密；小坑穴在水泥砂浆中起到很好的贮水作用，从而可减少水泥砂浆的干缩变形。
5、本发明利用改性椰壳纤维提高水泥砂浆的强度，其抗折强度提高了41％以上，抗压强度提高了25％以上。显著提高了防裂性，其裂缝降低系数在32.25～79.69％。干缩值明显降低，降低值最高可达78％。
综上所述，本发明将椰壳纤维经过改性处理后，均匀添加到水泥砂浆中，可以显著提高水泥砂浆的力学性能，提高水泥砂浆的防裂性，并大大减小水泥砂浆的自然收缩。经过处理后的椰壳纤维表面出现较均匀的浅沟壑，并有很多的均匀微小凹坑，这样的表面比未处理的椰壳纤维表面粗糙，小坑穴具有一定的保水作用，凹槽使得水泥砂浆结合更加紧密。本发明充分利用了椰壳纤维的产量多、成本低、可再生、自然可降解等环保友好特点，适用于砌体结构、室内外抹面等用途。
五、具体实施方式：
以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明的内容。
为了比较水泥砂浆中掺加改性椰壳纤维的效果，制作两组对比组。不掺加椰壳纤维的编号为J0或J1、掺加未改性椰壳纤维编号为W1。
J0-基准水泥砂浆(不掺加椰壳纤维)：1m3J0-基准水泥砂浆的配料为水泥720kg、砂1080kg和水360kg；先将水泥和砂混匀，再加入水搅拌均匀即可。
J1-基准水泥砂浆(不掺加椰壳纤维)：1m3J1-基准水泥砂浆的配料为水泥380kg、砂1528kg和水327kg；先将水泥和砂混匀，再加入水搅拌均匀即可。
W1-掺加未改性椰壳纤维水泥砂浆的制备方法：①首先将椰壳纤维清洗干净，剪切成8-12mm，将剪切后的椰壳纤维浸泡于水中，使其吸附最大量的水分成为饱水椰壳纤维；②先向称取的一半水泥中加入一半砂搅拌均匀，并加入一半饱水椰壳纤维，搅拌3分钟；③在加入剩余一半饱水椰壳纤维的过程中分批加入剩余的水泥和砂，搅拌使椰壳纤维分散均匀；最后加入水，继续搅拌2-3分钟，使椰壳纤维进一步分散均匀；得到椰壳纤维增强防裂水泥砂浆。
实施例1：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、改性椰壳纤维的加工：
首先将椰壳纤维清洗干净，然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液中进行浸泡，浸泡时间为2h；浸泡后升温至80℃，在此温度下热处理15min；热处理后采用蒸馏水反复洗涤椰壳纤维，直到检测清洗液的pH值为7时停止洗涤，然后将清洗后的椰壳纤维进行干燥(在烘箱里进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为3小时)，干燥后剪成8～12mm的椰壳纤维，得到改性椰壳纤维；
b、水泥砂浆的配制：
1m3水泥砂浆由原料水泥720kg、砂1080kg和水360kg配制而成；1m3水泥砂浆中改性椰壳纤维的加入量为0.6kg；
c、增强防裂水泥砂浆的制备：
①首先按照步骤b水泥砂浆的配比比例称取水泥、砂和水，另外按照改性椰壳纤维在水泥砂浆中的加入量比例称取改性椰壳纤维；
②将称取的改性椰壳纤维浸泡于水中，使其吸附最大量的水分，得到饱水改性椰壳纤维；
③将称取的原料50％的水泥、50％的砂进行混合，搅拌均匀；然后加入所得饱水改性椰壳纤维，在加入饱水改性椰壳纤维的过程中加入剩余的50％水泥和50％砂，搅拌使改性椰壳纤维分散均匀；最后加入称取的水，继续充分搅拌，改性椰壳纤维在水泥砂浆中经充分搅拌分散均匀，得到增强防裂水泥砂浆。
实施例2：与实施例1基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例1不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液中进行浸泡，浸泡时间为4h；浸泡后升温至100℃，在此温度下热处理30min。
实施例3：与实施例1基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例1不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液中进行浸泡，浸泡时间为6h；浸泡后升温至120℃，在此温度下热处理45min。
实施例4：与实施例1基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例1不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡(两种溶液进行混合时，混合体积比为1:1)中进行浸泡，浸泡时间为2h；浸泡后升温至100℃，在此温度下热处理45min。
实施例5：与实施例1基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例1不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡(两种溶液进行混合时，混合体积比为1:1)中进行浸泡，浸泡时间为4h；浸泡后升温至120℃，在此温度下热处理15min。
实施例6：与实施例1基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例1不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡(两种溶液进行混合时，混合体积比为1:1)中进行浸泡，浸泡时间为6h；浸泡后升温至80℃，在此温度下热处理30min。
实施例7：与实施例1基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例1不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液和甲醛水溶液二者的混合溶液中进行浸泡(两种溶液进行混合时，混合体积比为1:1)中进行浸泡，浸泡时间为2h；浸泡后升温至120℃，在此温度下热处理30min。
实施例8：与实施例1基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例1不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液和甲醛水溶液二者的混合溶液中进行浸泡(两种溶液进行混合时，混合体积比为1:1)中进行浸泡，浸泡时间为4h；浸泡后升温至80℃，在此温度下热处理45min。
实施例9：与实施例1基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例1不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液和甲醛水溶液二者的混合溶液中进行浸泡(两种溶液进行混合时，混合体积比为1:1)中进行浸泡，浸泡时间为6h；浸泡后升温至100℃，在此温度下热处理15min。
对本发明实施例1-9制备得到的改性椰壳纤维水泥砂浆防裂性进行检测，椰壳纤维水泥砂浆的防裂试验参照《水泥水泥砂浆防裂性能试验方法JC/T951-2005》、《纤维混凝土试验方法标准CECS13：2009》进行。得到防裂性对比试验结果见表1。
表1 改性椰壳纤维水泥砂浆抗开裂对比试验结果
由表1的结果可以看出，加入椰壳纤维后，水泥砂浆的防裂性有所提高，其裂缝降低系数为14.92％；加入改性椰壳纤维后，水泥砂浆的防裂性有了大幅度的提高，其裂缝降低系数在32.25％-79.69％。其中实施例5、实施例6的裂缝降低系数达到70％以上，阻裂效能等级达到了1级。
实施例10：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、改性椰壳纤维的加工：
首先将椰壳纤维清洗干净，然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液中进行浸泡，浸泡时间为2h；浸泡后升温至80℃，在此温度下热处理15min；热处理后采用蒸馏水反复洗涤椰壳纤维，直到检测清洗液的pH值为7时停止洗涤，然后将清洗后的椰壳纤维进行干燥(在烘箱里进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为3小时)，干燥后剪成8～12mm的椰壳纤维，得到改性椰壳纤维；
b、水泥砂浆的配制：
1m3水泥砂浆由原料水泥380kg、砂1528kg和水327kg配制而成；1m3水泥砂浆中改性椰壳纤维的加入量为0.6kg；
c、增强防裂水泥砂浆的制备：
①首先按照步骤b水泥砂浆的配比比例称取水泥、砂和水，另外按照改性椰壳纤维在水泥砂浆中的加入量比例称取改性椰壳纤维；
②将称取的改性椰壳纤维浸泡于水中，使其吸附最大量的水分，得到饱水改性椰壳纤维；
③将称取的原料50％的水泥、50％的砂进行混合，搅拌均匀；然后加入所得饱水改性椰壳纤维，在加入改性椰壳纤维的过程中加入剩余的50％水泥和50％砂，搅拌使改性椰壳纤维分散均匀；最后加入称取的水，继续充分搅拌，改性椰壳纤维在水泥砂浆中经充分搅拌分散均匀，得到增强防裂水泥砂浆。
实施例11：与实施例10基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例10不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液中进行浸泡，浸泡时间为4h；浸泡后升温至100℃，在此温度下热处理30min。
实施例12：与实施例10基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例10不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液中进行浸泡，浸泡时间为6h；浸泡后升温至120℃，在此温度下热处理45min。
实施例13：与实施例10基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例10不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡(两种溶液进行混合时，混合体积比为1:1)中进行浸泡，浸泡时间为2h；浸泡后升温至100℃，在此温度下热处理45min。
实施例14：与实施例10基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例10不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡(两种溶液进行混合时，混合体积比为1:1)中进行浸泡，浸泡时间为4h；浸泡后升温至120℃，在此温度下热处理15min。
实施例15：与实施例10基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例10不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡(两种溶液进行混合时，混合体积比为1:1)中进行浸泡，浸泡时间为6h；浸泡后升温至80℃，在此温度下热处理30min。
实施例16：与实施例10基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例10不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液和甲醛水溶液二者的混合溶液中进行浸泡(两种溶液进行混合时，混合体积比为1:1)中进行浸泡，浸泡时间为2h；浸泡后升温至120℃，在此温度下热处理30min。
实施例17：与实施例10基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例10不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液和甲醛水溶液二者的混合溶液中进行浸泡(两种溶液进行混合时，混合体积比为1:1)中进行浸泡，浸泡时间为4h；浸泡后升温至80℃，在此温度下热处理45min。
实施例18：与实施例10基本相同，不同之处在于：
本发明利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，与实施例10不同之处在于：
步骤a中：然后加入到质量百分浓度为6％的KOH溶液和甲醛水溶液二者的混合溶液中进行浸泡(两种溶液进行混合时，混合体积比为1:1)中进行浸泡，浸泡时间为6h；浸泡后升温至100℃，在此温度下热处理15min。
对本发明实施例10-18制备得到的水泥砂浆的强度进行检测，椰壳纤维水泥砂浆强度测试按照《建筑水泥砂浆基本性能试验方法标准JGJ/T70-2009》、《聚合物改性水泥砂浆试验规程DLT5126-2001》进行。成型11组试块，分别养护7天、28天，测定其抗折强度和抗压强度：结果见表2。
表2 水泥砂浆强度测试结果
由表2数据可以看出，7天和28天的抗压强度，抗折强度均有很大程度的提高，7天抗压强度均比抗折强度提高显著。7天的抗折强度比基准砂浆提高了46％-61％，7天抗压强度提高均在61％以上，最高的实施例14提高了1倍。而28天抗折强度提高比基准砂浆提高在34％-58％之间，28天抗压强度提高在25％以上。
对实施例10-18制备得到的水泥砂浆自然收缩进行检测，椰壳纤维水泥砂浆自然收缩测试按照《建筑水泥砂浆基本性能试验方法标准JGJ/T70-2009》进行。将得到的水泥砂浆在不同的龄期进行自然收缩测试，得到测试结果见表3。
表3 水泥砂浆自然收缩测试结果/10-6
由表3可以看出，通过对改性椰壳纤维水泥砂浆干缩值试验研究发现，水泥砂浆早期自然收缩值降低较明显的是第3组，相对于基准砂浆，降低达到了78％；后期降低较明显的是实施例14和实施例15，相对于基准砂浆，降低达到了62％，很显然，经改性处理的椰壳纤维水泥砂浆收缩值降低更加明显。
综上所述，结合强度、开裂性能和自然收缩值的测试结果，发现综合效果较好的椰壳纤维改性条件为：6％KOH+10％H2O2混合溶液，浸泡时间为4h，120℃热处理15分钟；6％KOH+10％H2O2混合溶液，浸泡时间6h，80℃热处理30分钟。

Claims (3)

1.一种利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
a、改性椰壳纤维的加工：
首先将椰壳纤维清洗干净，然后加入到质量百分浓度为6％的KOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡，浸泡时间为4h；浸泡后升温至120℃，在此温度下热处理15min；热处理后依次进行洗涤、干燥和剪切，得到改性椰壳纤维；
所述质量百分浓度为6％的KOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者混合时，二者的混合体积比为1:1；
或者，首先将椰壳纤维清洗干净，然后加入到质量百分浓度为6％的KOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡，浸泡时间为6h；浸泡后升温至80℃，在此温度下热处理30min；热处理后依次进行洗涤、干燥和剪切，得到改性椰壳纤维；
所述质量百分浓度为6％的KOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者混合时，二者的混合体积比为1:1；
b、水泥砂浆的配制：
1m3水泥砂浆由原料水泥720kg、砂1080kg和水360kg配制而成；或者1m3水泥砂浆由原料水泥380kg、砂1528kg和水327kg配制而成；
1m3水泥砂浆中改性椰壳纤维的加入量为0.6kg；
c、增强防裂水泥砂浆的制备：
①首先按照步骤b水泥砂浆的配比比例称取水泥、砂和水，另外按照改性椰壳纤维在水泥砂浆中的加入量比例称取改性椰壳纤维；
②将称取的改性椰壳纤维浸泡于水中，使其吸附最大量的水分，得到饱水改性椰壳纤维；
③将称取的原料50％的水泥、50％的砂进行混合，搅拌均匀；然后加入所得饱水改性椰壳纤维，在加入饱水改性椰壳纤维的过程中加入剩余的50％水泥和50％砂，搅拌使改性椰壳纤维分散均匀；最后加入称取的水，继续充分搅拌，改性椰壳纤维在水泥砂浆中经充分搅拌分散均匀，得到增强防裂水泥砂浆。
2.根据权利要求1所述的利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，其特征在于，步骤a中所述依次进行洗涤、干燥和剪切，具体操作过程为：热处理后采用蒸馏水反复洗涤椰壳纤维，直到检测清洗液的pH值为7时停止洗涤，然后将清洗后的椰壳纤维进行干燥，干燥后剪成8～12mm的椰壳纤维，得到改性椰壳纤维。
3.根据权利要求2所述的利用改性椰壳纤维制备增强防裂水泥砂浆的方法，其特征在于，所述干燥时的条件为：在烘箱里进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为2～3小时。
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