CN106045398B - 一种利用改性椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法 - 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抗裂低收缩水泥砂浆的方法。首先将椰壳纤维清洗干净，加入NaOH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。本发明将椰壳纤维改性后加入水泥砂浆中，不仅能够提高水泥砂浆的抗裂性能，同时还能减小水泥砂浆的干缩值。

Description

一种利用改性椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法
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抗裂低收缩水泥砂浆的方法。
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)。水泥砂浆主要原料由水泥、砂子和水组成，抗压强度高、抗拉强度低，收缩变形大，随着强度等级的提高，拉压比减少，即脆性变得更大。因此，水泥砂浆极易开裂，特别是当用于抹面层时，这是非常不利的。目前，已有多种方法提高水泥砂浆的早期抗裂性能，例如：在水泥砂浆中通过掺加聚丙烯纤维、碳纤维等材料来提高水泥砂浆的抗裂效果，这些是较为有效的方法。然而，这些合成纤维的制取成本较高，而且对环境会造成一定程度的污染，在工程报废后都难以自然降解，不利于环保。所以，本领域的研究人员一直都在寻找一种新的抗裂性能显著、收缩变形小的水泥砂浆。
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、收缩变形大等缺陷，本发明提供一种利用改性椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法。
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抗裂低收缩水泥砂浆的方法，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5％的NaOH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100℃，在此温度下热处理45min；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：
水泥砂浆由原料水泥、砂和水按照质量比例为1：1.5：0.5～0.6的比例组成；1m3水泥砂浆中改性椰壳纤维的加入量为0.6～0.8kg；
c、抗裂低收缩水泥砂浆的制备：
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，得到抗裂低收缩水泥砂浆。
根据上述的利用改性椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法，步骤中a中质量百分浓度为5％的NaOH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抗裂低收缩水泥砂浆的方法，步骤中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抗裂低收缩水泥砂浆的方法，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、本发明采用的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。本发明将椰壳纤维改性后加入水泥砂浆中，不仅能够提高水泥砂浆的抗裂性能，同时还能减小水泥砂浆的干缩值。
2、椰壳纤维在水泥砂浆中的乱向不规则分布起到了连接的作用，从而能够有效抑制水泥砂浆的泌水离析；本发明在水泥砂浆中添加改性椰壳纤维，经过改性后的椰壳纤维表面呈现均匀排列的竖向凹槽，与水泥砂浆结合紧密；并在凹槽的间隔穿插均匀的微小坑穴，微小坑穴在水泥砂浆中起到很好的贮水作用，可减少水泥砂浆的早期干缩变形。
3、本发明添加改性椰壳纤维，能够提高水泥砂浆的韧性和抗裂性能，降低干缩值，效果显著，其裂缝降低系数达78.62～83.03％。
4、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；重要的是：在成分上，植物纤维一般与水泥基材料拥有天然的相容性；椰壳纤维表面螺旋状凹槽储水保水作用，与水泥砂浆结合紧密，还可为水泥砂浆基体提供补偿早期干缩变形的必要水分。适用于房屋墙体粉刷的找平层、抹灰层等建筑用水泥砂浆。
本发明在水泥砂浆中添加椰壳纤维适用于房屋墙体粉刷的找平层，抹灰层等建筑用水泥砂浆。
四、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。
为了比较掺加椰壳纤维的效果，制作对比组-基准水泥砂浆，基准水泥砂浆的原材料用量：水泥720kg，砂1080kg和水360kg。先将水泥和砂混匀，再加入水搅匀，搅匀后得到水泥砂浆。
实施例1：
本发明利用椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法，该制备方法包括以下步骤：
a、椰壳纤维的加工：
首先将椰壳纤维清洗干净，然后进行干燥(烘箱里进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间2小时)，干燥后剪成8-12mm的椰壳纤维；
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水泥砂浆中椰壳纤维的加入量为0.6kg；
c、抗裂低收缩水泥砂浆的制备：
①首先按照步骤b水泥砂浆的配比比例称取水泥、砂和水，另外按照椰壳纤维在水泥砂浆中的加入量称取椰壳纤维；
②将称取的椰壳纤维浸泡于水中，使其吸附最大量的水分，得到饱水椰壳纤维；
③先向360kg水泥中加入540kg砂搅拌混合均匀；然后缓慢散入处理后的饱水椰壳纤维，在加入饱水椰壳纤维的过程中加入剩余的水泥和砂搅拌混合均匀，并使椰壳纤维分散均匀，最后加入称取的水，继续搅拌混合均匀，使椰壳纤维充分分散，得到抗裂低收缩水泥砂浆。
实施例2：
本发明利用椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法，该制备方法包括以下步骤：
a、椰壳纤维的加工：
首先将椰壳纤维清洗干净，然后进行干燥(烘箱里进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间2.5小时)，干燥后剪成8-12mm的椰壳纤维；
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水泥砂浆中椰壳纤维的加入量为0.8kg；
c、抗裂低收缩水泥砂浆的制备：
①首先按照步骤b水泥砂浆的配比比例称取水泥、砂和水，另外按照椰壳纤维在水泥砂浆中的加入量称取椰壳纤维；
②将称取的椰壳纤维浸泡于水中，使其吸附最大量的水分，得到饱水椰壳纤维；
③先向360kg水泥中加入540kg砂搅拌混合均匀；然后缓慢散入处理后的饱水椰壳纤维，在加入饱水椰壳纤维的过程中加入剩余的水泥和砂搅拌混合均匀，并使椰壳纤维分散均匀，最后加入称取的水，继续搅拌混合均匀，使椰壳纤维充分分散，得到抗裂低收缩水泥砂浆。
实施例3：
本发明利用椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法，该制备方法包括以下步骤：
a、椰壳纤维的加工：
首先将椰壳纤维清洗干净，然后进行干燥(烘箱里进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间2小时)，干燥后剪成8-12mm的椰壳纤维；
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水泥砂浆中椰壳纤维的加入量为1.0kg；
c、抗裂低收缩水泥砂浆的制备：
①首先按照步骤b水泥砂浆的配比比例称取水泥、砂和水，另外按照椰壳纤维在水泥砂浆中的加入量称取椰壳纤维；
②将称取的椰壳纤维浸泡于水中，使其吸附最大量的水分，得到饱水椰壳纤维；
③先向360kg水泥中加入540kg砂搅拌混合均匀；然后缓慢散入处理后的饱水椰壳纤维，在加入饱水椰壳纤维的过程中加入剩余的水泥和砂搅拌混合均匀，并使椰壳纤维分散均匀，最后加入称取的水，继续搅拌混合均匀，使椰壳纤维充分分散，得到抗裂低收缩水泥砂浆。
实施例4：
本发明利用椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法，该制备方法包括以下步骤：
a、椰壳纤维的加工：
首先将椰壳纤维清洗干净，然后进行干燥(烘箱里进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间3小时)，干燥后剪成8-12mm的椰壳纤维；
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水泥砂浆中椰壳纤维的加入量为1.2kg；
c、抗裂低收缩水泥砂浆的制备：
①首先按照步骤b水泥砂浆的配比比例称取水泥、砂和水，另外按照椰壳纤维在水泥砂浆中的加入量称取椰壳纤维；
②将称取的椰壳纤维浸泡于水中，使其吸附最大量的水分，得到饱水椰壳纤维；
③先向360kg水泥中加入540kg砂搅拌混合均匀；然后缓慢散入处理后的饱水椰壳纤维，在加入饱水椰壳纤维的过程中加入剩余的水泥和砂搅拌混合均匀，并使椰壳纤维分散均匀，最后加入称取的水，继续搅拌混合均匀，使椰壳纤维充分分散，得到抗裂低收缩水泥砂浆。
实施例5：
本发明利用改性椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法，该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5％的NaOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡(质量百分浓度5％的NaOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者混合时的体积比为1:1)，浸泡时间为6h；浸泡后升温至100℃，在此温度下热处理45min；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(烘箱里进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间2.5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、抗裂低收缩水泥砂浆的制备：
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先向360kg水泥中加入540kg砂搅拌混合均匀；然后缓慢散入处理后的饱水改性椰壳纤维，在加入饱水改性椰壳纤维的过程中加入剩余的水泥和砂搅拌混合均匀，并使改性椰壳纤维分散均匀，最后加入称取的水，继续搅拌混合均匀，使改性椰壳纤维充分分散，得到抗裂低收缩水泥砂浆。
实施例6：
本发明利用改性椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法，该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5％的NaOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡(质量百分浓度5％的NaOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者混合时的体积比为1:1)，浸泡时间为6h；浸泡后升温至100℃，在此温度下热处理45min；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(烘箱里进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间2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0.8kg；
c、抗裂低收缩水泥砂浆的制备：
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先向360kg水泥中加入540kg砂搅拌混合均匀；然后缓慢散入处理后的饱水改性椰壳纤维，在加入饱水改性椰壳纤维的过程中加入剩余的水泥和砂搅拌混合均匀，并使改性椰壳纤维分散均匀，最后加入称取的水，继续搅拌混合均匀，使改性椰壳纤维充分分散，得到抗裂低收缩水泥砂浆。
实施例7：
本发明利用改性椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法，该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5％的NaOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡(质量百分浓度5％的NaOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者混合时的体积比为1:1)，浸泡时间为6h；浸泡后升温至100℃，在此温度下热处理45min；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(烘箱里进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间2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1.0kg；
c、抗裂低收缩水泥砂浆的制备：
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先向360kg水泥中加入540kg砂搅拌混合均匀；然后缓慢散入处理后的饱水改性椰壳纤维，在加入饱水改性椰壳纤维的过程中加入剩余的水泥和砂搅拌混合均匀，并使改性椰壳纤维分散均匀，最后加入称取的水，继续搅拌混合均匀，使改性椰壳纤维充分分散，得到抗裂低收缩水泥砂浆。
实施例8：
本发明利用改性椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法，该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5％的NaOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者的混合溶液中进行浸泡(质量百分浓度5％的NaOH和质量百分浓度为10％的H2O2二者混合时的体积比为1:1)，浸泡时间为6h；浸泡后升温至100℃，在此温度下热处理45min；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(烘箱里进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间2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1.2kg；
c、抗裂低收缩水泥砂浆的制备：
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先向360kg水泥中加入540kg砂搅拌混合均匀；然后缓慢散入处理后的饱水改性椰壳纤维，在加入饱水改性椰壳纤维的过程中加入剩余的水泥和砂搅拌混合均匀，并使改性椰壳纤维分散均匀，最后加入称取的水，继续搅拌混合均匀，使改性椰壳纤维充分分散，得到抗裂低收缩水泥砂浆。
本发明对比实施例：采用椰壳纤维制备的抗裂低收缩水泥砂浆抗开裂对比试验结果见表1。
表1 椰壳纤维水泥砂浆抗开裂对比试验结果
由表1数据看出，在不加椰壳纤维的情况下，基准组水泥砂浆试件裂缝的名义总面积为8932.29mm2；
在水泥砂浆中添加未改性的椰壳纤维，有一定抗开裂效果，添加比例在1.0～1.2kg/m3范围较好，试件裂缝的名义总面积在5276.46～5442.04mm2，相应的裂缝降低系数在39.41～41.25％之间。
本发明采用改性椰壳纤维制备的抗裂低收缩水泥砂浆抗开裂对比试验结果见表2。
表2 本发明改性椰壳纤维水泥砂浆抗开裂对比试验结果
在水泥砂浆中添加改性椰壳纤维，其添加比例宜为0.6～0.8kg/m3，水泥砂浆抗裂性能提高非常显著，试件裂缝的名义总面积在1524.38-1919.99mm2，相应的裂缝降低系数在78.62～83.03％。根据纤维砂浆早龄期阻裂效能等级评定标准，当改性椰壳纤维掺量为0.6～0.8kg/m3，阻裂效能等级达到了1级。
对水泥砂浆干缩值进行检测，实施例1～4中未改性椰壳纤维掺量分别为600g/m3、800g/m3、1000g/m3、1200g/m3，结果如表3；改性椰壳纤维水泥砂浆干缩值见表4。
表3 椰壳纤维水泥砂浆不同龄期的干缩值/10-6
由表3的数据看出，水泥砂浆中掺入适量椰壳纤维可以有效降低其收缩值，其中14d、28d、42d、90d、180d水泥砂浆干缩值在椰壳纤维掺量为1.0kg/m3时达到最小，收缩值可以降低12.99～44.85％。早龄期14d的干缩性能降低最明显，可以降低44.85％，21d、56d水泥砂浆干缩值在掺量为1.2kg/m3时达到最小。
表4 本发明改性椰壳纤维水泥砂浆不同龄期的干缩值/10-6
通过对改性椰壳纤维水泥砂浆干缩值试验研究发现，干缩变形降低较明显的合理掺量为0.6～0.8kg/m3。掺入0.8kg/m3改性椰壳纤维，水泥砂浆14d、21d、180d干缩值可以降低明显，达60％以上；掺加0.6kg/m3改性椰壳纤维，28d、42d、56d、90d收缩值可以降低34.45～63.10％。
由上述对比可知，利用经改性处理的椰壳纤维制备的水泥砂浆收缩值降低更加明显。
椰壳纤维水泥砂浆的抗裂试验参照《水泥水泥砂浆抗裂性能试验方法JC/T951-2005》、《纤维混凝土试验方法标准CECS13：2009》进行。
椰壳纤维水泥砂浆干缩值测试按照《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。

Claims (3)

1.一种利用改性椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法，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5％的NaOH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100℃，在此温度下热处理45min；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5％的NaOH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：
水泥砂浆由原料水泥、砂和水按照质量比例为1：1.5：0.5～0.6的比例组成；1m3水泥砂浆中改性椰壳纤维的加入量为0.6～0.8kg；
c、抗裂低收缩水泥砂浆的制备：
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，得到抗裂低收缩水泥砂浆。
2.根据权利要求1所述的利用改性椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法，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抗裂低收缩水泥砂浆的方法，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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