CN106242444A - 一种高强环保透光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环保透光水泥砂浆，该透光水泥砂浆是由水泥基灌浆材料和光纤组成，所述水泥灌浆材料以重量份计，包括以下组分：硫酸铝盐水泥30‑50份，天然砂60‑80份，矿粉10‑20份，偏高岭土5‑7份，麦饭石粉3‑6份，氮掺杂二氧化钛2‑3份，硝酸钙0.8‑1.2份，乙酸钠1‑1.5份，内养护剂2‑3份，减水剂1‑2份，消泡剂1‑2份，水40‑60份；所述光纤为直径为0.5mm的PMMA塑料照明光纤，其表面涂有一层聚四氟乙烯膜，光纤之间的距离为3‑4mm。本发明制备的透光水泥砂浆透光性能好，抗折抗压强度大，韧性大，抗裂性能优异，且其制备方法简单，制备过程中无有毒物质释放，经济环保。

Description

一种高强环保透光水泥砂浆及其制备方法
技术领域：
本发明涉及建筑材料领域，具体的涉及一种高强环保透光水泥砂浆。
背景技术：
建筑结构是建筑物的主要骨架，而结构的物质基础是建筑材料。建筑结构的优化和发展不断促进建筑材料的更新和发展。混凝土是近现代最广泛使用的建筑材料，也是当前最大宗的人造材料。进入20世纪以来，以混凝土为建筑材料的工程结构得到飞速发展，与其他建筑材料相比，混凝土以其良好的综合性能己成为楼宇、桥梁、大坝、公路和城市运输系统等现代化标志的首选材料。据不完全统计，当今世界每年消耗的混凝土量不少于45亿立方米，而且在21世纪仍将稳定增长。
随着社会的进步和科技的发展，人们对建筑材料的性能要求越来越高，对建筑材料的功能需求也越来越多。水泥基材料是目前最主要的建筑材料之一，目前国内外学者主要是研究水泥基材料的高性能、环保及废物利用等方面。但由于其不能透光，一直给人以灰暗冰冷的感觉。在现代建筑中，人们希望水泥基体能够透光以便欣赏外面美丽的风景。因此，赋予水泥基材料透光功能是水泥基材料领域科学工作者研究热点之一。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高强环保透光水泥砂浆，其透光性能优异，抗折抗压强度大，抗裂性能好。
本发明的另一个目的是提供该高强环保透光水泥砂浆的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强环保透光水泥砂浆，该透光水泥砂浆是由水泥基灌浆材料和光纤组成，所述水泥灌浆材料以重量份计，包括以下组分：
硫酸铝盐水泥30-50份，天然砂60-80份，
矿粉10-20份，偏高岭土5-7份，
麦饭石粉3-6份，氮掺杂二氧化钛2-3份，
硝酸钙0.8-1.2份，乙酸钠1-1.5份，
内养护剂2-3份，减水剂1-2份，
消泡剂1-2份，水40-60份；
所述光纤为直径为0.5mm的PMMA塑料照明光纤，其表面涂有一层聚四氟乙烯膜，光纤之间的距离为3-4mm；
光纤总面积和混凝土材料横截面面积的比值为0.035-0.05。
作为上述技术方案的优选，所述水泥灌浆材料以重量份计，包括以下组分：
硫酸铝盐水泥45份，天然砂73份，
矿粉18份，偏高岭土6份，
麦饭石粉5份，氮掺杂二氧化钛2.2份，
硝酸钙1份，乙酸钠1.3份，
内养护剂2份，减水剂1.5份，
消泡剂1份，水50份。
作为上述技术方案的优选，所述光纤总面积和混凝土材料横截面面积的比值为0.04。
作为上述技术方案的优选，所述天然砂的粒径大小为1-2μm。
作为上述技术方案的优选，所述减水剂为萘系高效减水剂、植物纤维类中效减水剂MPA的混合，二者质量比为1:1.5。
作为上述技术方案的优选，所述消泡剂为磷酸三丁酯、聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚中的一种或多种混合。
作为上述技术方案的优选，所述内养护剂是由天然沸石组成，天然沸石的粒径大小为0.13-0.16mm。
作为上述技术方案的优选，所述内养护剂的制备方法包括以下步骤：
a)将天然沸石研磨至粒径范围为0.13-0.16mm，得到沸石粉；
b)将步骤a)制得的沸石粉在400-600℃条件下煅烧40-50min，干燥环境下冷却，加入水静置3-5天，使沸石粉吸水饱和，得到内养护剂。
一种高强环保透光水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)水泥灌浆材料的制备：
将硝酸钙、乙酸钠和水混合，搅拌至固体溶解，加入氮掺杂二氧化钛，超声20-50min，然后加入硫酸铝盐水泥、天然砂、矿粉、偏高岭土、麦饭石粉、内养护剂搅拌混合1-2h，最后加入减水剂、消泡剂，搅拌混合均匀，得到水泥灌浆材料；
(2)把光纤纺织成单层光纤布，光纤布中各纤维单丝经向或纬向平行排列，光纤之间的距离为3-4mm，纬向或经向用棉纱固定，然后用锆酸酯偶联剂处理光纤布表面；
(3)将光纤布平行平铺于试模中，铺设2-4层后，浇注步骤(1)制得的水泥灌浆材料，然后振动密实，如此反复，直到试模内全部充满水泥浆和光纤布，在潮湿的环境下养护3-5天，然后在5％的硫酸钠溶液中浸泡养护5-6天，最后再在潮湿环境中养护15-20天，然后用切割机切割，并将切割面打磨抛光，得到高强环保透光水泥砂浆。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述超声的功率为600W，超声的时间为45min。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过合理控制光纤的添加量，以及光纤之间的距离，并采用适量的锆酸酯偶联剂处理光纤表面，使得光纤与基体的黏结强度，制得的混凝土材料透光性能优异，抗折抗压强度得到提高；
(2)本发明在水泥灌浆材料中加入由天然沸石组成的内养护剂，有效降低材料干燥时的收缩变形，提高了材料的韧性和抗裂性能，并适量氮杂二氧化钛的加入，不仅提高了材料的抗压强度，且其可以有效光催化降解吸附的污染物，大大提高了材料的耐候耐沾污性能；
(3)该材料制备工艺条件，对设备要求低，生产成本低，安全环保。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种高强环保透光水泥砂浆，该透光水泥砂浆是由水泥基灌浆材料和光纤组成，所述水泥灌浆材料以重量份计，包括以下组分：
硫酸铝盐水泥30份，天然砂60份，
矿粉10份，偏高岭土5份，
麦饭石粉3份，氮掺杂二氧化钛2份，
硝酸钙0.8份，乙酸钠1份，
内养护剂2份，减水剂1份，
消泡剂1份，水40份；
所述光纤为直径为0.5mm的PMMA塑料照明光纤，其表面涂有一层聚四氟乙烯膜，光纤之间的距离为3mm；
光纤总面积和混凝土材料横截面面积的比值为0.035。
其制备方法包括以下步骤：
(1)水泥灌浆材料的制备：
将硝酸钙、乙酸钠和水混合，搅拌至固体溶解，加入氮掺杂二氧化钛，超声20min，然后加入硫酸铝盐水泥、天然砂、矿粉、偏高岭土、麦饭石粉、内养护剂搅拌混合1h，最后加入减水剂、消泡剂，搅拌混合均匀，得到水泥灌浆材料；
(2)把光纤纺织成单层光纤布，光纤布中各纤维单丝经向或纬向平行排列，光纤之间的距离为3mm，纬向或经向用棉纱固定，然后用锆酸酯偶联剂处理光纤布表面；
(3)将光纤布平行平铺于试模中，铺设2-4层后，浇注步骤(1)制得的水泥灌浆材料，然后振动密实，如此反复，直到试模内全部充满水泥浆和光纤布，在潮湿的环境下养护3-5天，然后在5％的硫酸钠溶液中浸泡养护5-6天，最后再在潮湿环境中养护15-20天，然后用切割机切割，并将切割面打磨抛光，得到高强环保透光水泥砂浆。
实施例2
一种高强环保透光水泥砂浆，该透光水泥砂浆是由水泥基灌浆材料和光纤组成，所述水泥灌浆材料以重量份计，包括以下组分：
硫酸铝盐水泥50份，天然砂80份，
矿粉20份，偏高岭土7份，
麦饭石粉6份，氮掺杂二氧化钛3份，
硝酸钙1.2份，乙酸钠1.5份，
内养护剂3份，减水剂2份，
消泡剂2份，水60份；
所述光纤为直径为0.5mm的PMMA塑料照明光纤，其表面涂有一层聚四氟乙烯膜，光纤之间的距离为4mm；
光纤总面积和混凝土材料横截面面积的比值为0.05。
其制备方法包括以下步骤：
(1)水泥灌浆材料的制备：
将硝酸钙、乙酸钠和水混合，搅拌至固体溶解，加入氮掺杂二氧化钛，超声50min，然后加入硫酸铝盐水泥、天然砂、矿粉、偏高岭土、麦饭石粉、内养护剂搅拌混合2h，最后加入减水剂、消泡剂，搅拌混合均匀，得到水泥灌浆材料；
(2)把光纤纺织成单层光纤布，光纤布中各纤维单丝经向或纬向平行排列，光纤之间的距离为4mm，纬向或经向用棉纱固定，然后用锆酸酯偶联剂处理光纤布表面；
(3)将光纤布平行平铺于试模中，铺设2-4层后，浇注步骤(1)制得的水泥灌浆材料，然后振动密实，如此反复，直到试模内全部充满水泥浆和光纤布，在潮湿的环境下养护3-5天，然后在5％的硫酸钠溶液中浸泡养护5-6天，最后再在潮湿环境中养护15-20天，然后用切割机切割，并将切割面打磨抛光，得到高强环保透光水泥砂浆。
实施例3
一种高强环保透光水泥砂浆，该透光水泥砂浆是由水泥基灌浆材料和光纤组成，所述水泥灌浆材料以重量份计，包括以下组分：
硫酸铝盐水泥45份，天然砂73份，
矿粉18份，偏高岭土6份，
麦饭石粉5份，氮掺杂二氧化钛2.2份，
硝酸钙1份，乙酸钠1.3份，
内养护剂2份，减水剂1.5份，
消泡剂1份，水50份；
所述光纤为直径为0.5mm的PMMA塑料照明光纤，其表面涂有一层聚四氟乙烯膜，光纤之间的距离为3-mm；
光纤总面积和混凝土材料横截面面积的比值为0.04。
其制备方法包括以下步骤：
(1)水泥灌浆材料的制备：
将硝酸钙、乙酸钠和水混合，搅拌至固体溶解，加入氮掺杂二氧化钛，超声30min，然后加入硫酸铝盐水泥、天然砂、矿粉、偏高岭土、麦饭石粉、内养护剂搅拌混合1.2h，最后加入减水剂、消泡剂，搅拌混合均匀，得到水泥灌浆材料；
(2)把光纤纺织成单层光纤布，光纤布中各纤维单丝经向或纬向平行排列，光纤之间的距离为3mm，纬向或经向用棉纱固定，然后用锆酸酯偶联剂处理光纤布表面；
(3)将光纤布平行平铺于试模中，铺设2-4层后，浇注步骤(1)制得的水泥灌浆材料，然后振动密实，如此反复，直到试模内全部充满水泥浆和光纤布，在潮湿的环境下养护3-5天，然后在5％的硫酸钠溶液中浸泡养护5-6天，最后再在潮湿环境中养护15-20天，然后用切割机切割，并将切割面打磨抛光，得到高强环保透光水泥砂浆。
实施例4
一种高强环保透光水泥砂浆，该透光水泥砂浆是由水泥基灌浆材料和光纤组成，所述水泥灌浆材料以重量份计，包括以下组分：
硫酸铝盐水泥35份，天然砂65份，
矿粉12份，偏高岭土5.5份，
麦饭石粉4份，氮掺杂二氧化钛2.2份，
硝酸钙0.9份，乙酸钠1.1份，
内养护剂2.2份，减水剂1.2份，
消泡剂1.2份，水45份；
所述光纤为直径为0.5mm的PMMA塑料照明光纤，其表面涂有一层聚四氟乙烯膜，光纤之间的距离为3.5mm；
光纤总面积和混凝土材料横截面面积的比值为0.04。
其制备方法包括以下步骤：
(1)水泥灌浆材料的制备：
将硝酸钙、乙酸钠和水混合，搅拌至固体溶解，加入氮掺杂二氧化钛，超声40min，然后加入硫酸铝盐水泥、天然砂、矿粉、偏高岭土、麦饭石粉、内养护剂搅拌混合1.4h，最后加入减水剂、消泡剂，搅拌混合均匀，得到水泥灌浆材料；
(2)把光纤纺织成单层光纤布，光纤布中各纤维单丝经向或纬向平行排列，光纤之间的距离为4mm，纬向或经向用棉纱固定，然后用锆酸酯偶联剂处理光纤布表面；
(3)将光纤布平行平铺于试模中，铺设2-4层后，浇注步骤(1)制得的水泥灌浆材料，然后振动密实，如此反复，直到试模内全部充满水泥浆和光纤布，在潮湿的环境下养护3-5天，然后在5％的硫酸钠溶液中浸泡养护5-6天，最后再在潮湿环境中养护15-20天，然后用切割机切割，并将切割面打磨抛光，得到高强环保透光水泥砂浆。
实施例5
一种高强环保透光水泥砂浆，该透光水泥砂浆是由水泥基灌浆材料和光纤组成，所述水泥灌浆材料以重量份计，包括以下组分：
硫酸铝盐水泥45份，天然砂70份，
矿粉14份，偏高岭土6.5份，
麦饭石粉5份，氮掺杂二氧化钛2.6份，
硝酸钙1.0份，乙酸钠1.3份，
内养护剂2.8份，减水剂1.4份，
消泡剂1.6份，水55份；
所述光纤为直径为0.5mm的PMMA塑料照明光纤，其表面涂有一层聚四氟乙烯膜，光纤之间的距离为4mm；
光纤总面积和混凝土材料横截面面积的比值为0.045。
其制备方法包括以下步骤：
(1)水泥灌浆材料的制备：
将硝酸钙、乙酸钠和水混合，搅拌至固体溶解，加入氮掺杂二氧化钛，超声45min，然后加入硫酸铝盐水泥、天然砂、矿粉、偏高岭土、麦饭石粉、内养护剂搅拌混合1.6h，最后加入减水剂、消泡剂，搅拌混合均匀，得到水泥灌浆材料；
(2)把光纤纺织成单层光纤布，光纤布中各纤维单丝经向或纬向平行排列，光纤之间的距离为4mm，纬向或经向用棉纱固定，然后用锆酸酯偶联剂处理光纤布表面；
(3)将光纤布平行平铺于试模中，铺设2-4层后，浇注步骤(1)制得的水泥灌浆材料，然后振动密实，如此反复，直到试模内全部充满水泥浆和光纤布，在潮湿的环境下养护3-5天，然后在5％的硫酸钠溶液中浸泡养护5-6天，最后再在潮湿环境中养护15-20天，然后用切割机切割，并将切割面打磨抛光，得到高强环保透光水泥砂浆。

Claims (10)

1.一种高强环保透光水泥砂浆，其特征在于，该透光水泥砂浆是由水泥基灌浆材料和光纤组成，所述水泥灌浆材料以重量份计，包括以下组分：
硫酸铝盐水泥30-50份，天然砂60-80份，
矿粉10-20份，偏高岭土5-7份，
麦饭石粉3-6份，氮掺杂二氧化钛2-3份，
硝酸钙0.8-1.2份，乙酸钠1-1.5份，
内养护剂2-3份，减水剂1-2份，
消泡剂1-2份，水40-60份；
所述光纤为直径为0.5mm的PMMA塑料照明光纤，其表面涂有一层聚四氟乙烯膜，光纤之间的距离为3-4mm；
光纤总面积和混凝土材料横截面面积的比值为0.035-0.05。
2.如权利要求1所述的一种高强环保透光水泥砂浆，其特征在于，所述水泥灌浆材料以重量份计，包括以下组分：
硫酸铝盐水泥45份，天然砂73份，
矿粉18份，偏高岭土6份，
麦饭石粉5份，氮掺杂二氧化钛2.2份，
硝酸钙1份，乙酸钠1.3份，
内养护剂2份，减水剂1.5份，
消泡剂1份，水50份。
3.如权利要求1所述的一种高强环保透光水泥砂浆，其特征在于，所述光纤总面积和混凝土材料横截面面积的比值为0.04。
4.如权利要求1所述的一种高强环保透光水泥砂浆，其特征在于，所述天然砂的粒径大小为1-2μm。
5.如权利要求1所述的一种高强环保透光水泥砂浆，其特征在于，所述减水剂为萘系高效减水剂、植物纤维类中效减水剂MPA的混合，二者质量比为1:1.5。
6.如权利要求1所述的一种高强环保透光水泥砂浆，其特征在于，所述消泡剂为磷酸三丁酯、聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚中的一种或多种混合。
7.如权利要求1所述的一种高强环保透光水泥砂浆，其特征在于，所述内养护剂是由天然沸石组成，天然沸石的粒径大小为0.13-0.16mm。
8.如权利要求7所述的一种高强环保透光水泥砂浆，其特征在于，所述内养护剂的制备方法包括以下步骤：
a)将天然沸石研磨至粒径范围为0.13-0.16mm，得到沸石粉；
b)将步骤a)制得的沸石粉在400-600℃条件下煅烧40-50min，干燥环境下冷却，加入水静置3-5天，使沸石粉吸水饱和，得到内养护剂。
9.如权利要求1至8任一所述的一种高强环保透光水泥砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)水泥灌浆材料的制备：
将硝酸钙、乙酸钠和水混合，搅拌至固体溶解，加入氮掺杂二氧化钛，超声20-50min，然后加入硫酸铝盐水泥、天然砂、矿粉、偏高岭土、麦饭石粉、内养护剂搅拌混合1-2h，最后加入减水剂、消泡剂，搅拌混合均匀，得到水泥灌浆材料；
(2)把光纤纺织成单层光纤布，光纤布中各纤维单丝经向或纬向平行排列，光纤之间的距离为3-4mm，纬向或经向用棉纱固定，然后用锆酸酯偶联剂处理光纤布表面；
(3)将光纤布平行平铺于试模中，铺设2-4层后，浇注步骤(1)制得的水泥灌浆材料，然后振动密实，如此反复，直到试模内全部充满水泥浆和光纤布，在潮湿的环境下养护3-5天，然后在5％的硫酸钠溶液中浸泡养护5-6天，最后再在潮湿环境中养护15-20天，然后用切割机切割，并将切割面打磨抛光，得到高强环保透光水泥砂浆。
10.如权利要求9所述的一种高强环保透光水泥砂浆的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述超声的功率为600W，超声的时间为45min。
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