CN106565159A - 一种高性能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性能水泥砂浆，以重量份计，包括以下组分：水泥26‑40份，河砂50‑60份，有机外加剂2‑5份，改性椰壳纤维1‑3份，防冻剂1‑4份，脂肪酸单甘酯1‑2份，四硼酸钠0.8‑1.5份，氯化钙1‑2份，水10‑30份；其中，有机外加剂是由聚合物、可溶性金属盐与可溶性金属硅酸盐通过滴加反应制得。本发明还公开了该高性能水泥砂浆的制备方法。本发明提供的水泥砂浆早期强度大，后期强度不会降低，且其韧性和抗渗性能好，且制备方法简单，成本低。

Description

一种高性能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，具体的涉及一种高性能水泥砂浆。
背景技术：
水泥砂浆属多孔结构非均质脆性材料,在硬化过程中,存在脆性大、拉压强度比低、干缩变形大、延伸率低、抗裂性差、粘结强度低、防渗性、耐蚀性差等缺陷,使其应用范围受到了限制。
用聚合物对水泥砂浆进行改性是一条有效途径,大量试验证明,普通水泥砂浆中引入聚合物乳液、可再分散聚合物粉末等聚合物基添加剂后,会引起水泥砂浆性能一系列的变化,诸如,抗折强度提高、抗压强度降低、刚性减弱、柔性增强、变形能力提高、抗渗性增强、粘结强度提高及耐久性提高等。但是聚合物的加入常常会将其水泥砂浆的早期强度。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高性能水泥砂浆，其早期强度大，后期强度不会降低，且韧性和抗渗性能好，耐久性能佳。
本发明的另一个目的是提供该高性能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：
一种高性能水泥砂浆，以重量份计，包括以下组分：
水泥26-40份，河砂50-60份，
有机外加剂2-5份，改性椰壳纤维1-3份，
防冻剂1-4份，脂肪酸单甘酯1-2份，
四硼酸钠0.8-1.5份，氯化钙1-2份，水10-30份；
其中，有机外加剂是由聚合物、可溶性金属盐与可溶性金属硅酸盐通过滴加反应制得。
作为上述技术方案的优选，所述聚合物、可溶性金属盐、可溶性金属硅酸盐的质量比为1：(0.001-5)：(0.001-10)。
作为上述技术方案的优选，所述改性椰壳纤维是由氢氧化钾与过氧化氢的混合液处理得到。
作为上述技术方案的优选，所述聚合物为水溶性聚合物和水分散性聚合物。
作为上述技术方案的优选，所述水溶性聚合物为含有羧酸根基团、硫酸根基团、磺酸根基团、磷酸根基团、亚磷酸根基团中的一种或几种官能团的聚合物，其分子量范围为20000-200000。
作为上述技术方案的优选，所述水分散性聚合物为含有羧酸根基团、硫酸根基团、磺酸艮基团、磷酸根基团、亚磷酸根基团中的一种或几种官能团的水分散乳液聚合物或可再分散胶体粒子，其粒径范围为50-200nm。
作为上述技术方案的优选，所述可溶性金属盐为可溶性碱土金属盐、可溶性过渡金属盐、可溶性铝盐中的一种或几种混合。
作为上述技术方案的优选，所述河砂为中砂，其细度模数为2.5-3.0。
一种高性能水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)有机外加剂的制备：
若聚合物为水溶性阴离子聚合物或水分散阴离子聚合物，其制备方法为：在碱性条件下首先向聚合物水溶液中滴加可溶性金属盐，滴加完成后，继续搅拌1-24h，然后再滴加可溶性碱金属硅酸盐；
若聚合物为水溶性阳离子聚合物或水分散阳离子聚合物，其制备方法为：在碱性条件下首先向聚合物水溶液中滴加可溶性碱金属硅酸盐，滴加完成后，继续搅拌1-24h，然后再滴加可溶性碱金属盐；
(2)改性椰壳纤维的制备
将椰壳纤维和质量百分比浓度为1-5％的氢氧化钾和质量百分比浓度为5-8％的过氧化氢的混合液混合，500-1000W的功率下超声1-2h，然后升温至100℃，搅拌混合5-10min，过滤，洗涤，干燥，即得；
(3)水泥砂浆的制备
将水泥、河砂、水置于搅拌机中，搅拌混合均匀；然后将改性椰壳纤维、脂肪酸单甘酯、四硼酸钠、氯化钙和水混合搅拌均匀，然后加入到搅拌机中，边搅拌边加入有机外加剂和防冻剂，加入完毕后继续搅拌1-3h，得到高性能水泥砂浆。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述滴加的时间为30-100min，滴加时体系的温度为10-70℃。
本发明具有以下有益效果：
本发明根据聚合物表面荷电种类的不同，采用不同方式添加不同的可溶性盐，在聚合物表面形成金属硅酸盐，其可以使得水泥水化产物致密性提高，细骨料与水泥浆体界面上的微裂纹减少，从而使得制得水泥砂浆的早期强度大；
且聚合物网络的弹性模量较水泥体系的弹性模量低，从而使得硬化水泥浆体的韧性得到提高，改善砂浆的变形协调能力，柔韧性得到改善；
本发明制得的水泥砂浆后期强度没有降低，力学性能，耐久性能佳，制备方法简单，成本低。
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
一种高性能水泥砂浆，以重量份计，包括以下组分：
水泥26份，河砂50份，
有机外加剂2份，改性椰壳纤维1份，
防冻剂1份，脂肪酸单甘酯1份，
四硼酸钠0.8份，氯化钙1份，水10份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)有机外加剂的制备：
将分子量为80000，质量浓度为5％的丙烯酸与异戊烯聚氧乙烯醚共聚物溶液放入到25℃水浴恒温的三口烧瓶中，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节其pH至11，首先滴加质量浓度为40％的硝酸钙溶液，滴加完成后，继续搅拌10h，然后再滴加质量浓度为15％的硅酸钠溶液制得；
其中，所述共聚物、硝酸钙、硅酸钠的质量比为1：1：2；所述滴加的时间为40min，滴加时体系的温度为20℃；
(2)改性椰壳纤维的制备
将椰壳纤维和质量百分比浓度为1％的氢氧化钾和质量百分比浓度为5％的过氧化氢的混合液混合，500W的功率下超声1h，然后升温至100℃，搅拌混合5min，过滤，洗涤，干燥，即得；
(3)水泥砂浆的制备
将水泥、河砂、水置于搅拌机中，搅拌混合均匀；然后将改性椰壳纤维、脂肪酸单甘酯、四硼酸钠、氯化钙和水混合搅拌均匀，然后加入到搅拌机中，边搅拌边加入有机外加剂和防冻剂，加入完毕后继续搅拌1h，得到高性能水泥砂浆。
实施例2
一种高性能水泥砂浆，以重量份计，包括以下组分：
水泥40份，河砂60份，
有机外加剂5份，改性椰壳纤维3份，
防冻剂4份，脂肪酸单甘酯2份，
四硼酸钠1.5份，氯化钙2份，水30份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)有机外加剂的制备：
将分子量为30000，质量浓度为15％的氯化三甲基氨丙基甲基丙烯酰胺与丙基聚氧乙烯醚共聚物溶液置于50℃水浴恒温的三口烧瓶中，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节共聚物溶液的pH至12，首先滴加质量浓度为15％的硅酸钠溶液，边滴加边搅拌，滴加完成后继续搅拌5h，然后再滴加质量浓度为40％的硝酸锌溶液制得；
其中，所述共聚物、硝酸锌、硅酸钠的质量比为1：0.05：1；
所述滴加的时间为100min，滴加时体系的温度为70℃；
(2)改性椰壳纤维的制备
将椰壳纤维和质量百分比浓度为5％的氢氧化钾和质量百分比浓度为8％的过氧化氢的混合液混合，1000W的功率下超声2h，然后升温至100℃，搅拌混合10min，过滤，洗涤，干燥，即得；
(3)水泥砂浆的制备
将水泥、河砂、水置于搅拌机中，搅拌混合均匀；然后将改性椰壳纤维、脂肪酸单甘酯、四硼酸钠、氯化钙和水混合搅拌均匀，然后加入到搅拌机中，边搅拌边加入有机外加剂和防冻剂，加入完毕后继续搅拌3h，得到高性能水泥砂浆。
实施例3
一种高性能水泥砂浆，以重量份计，包括以下组分：
水泥30份，河砂53份，
有机外加剂3份，改性椰壳纤维1.5份，
防冻剂2份，脂肪酸单甘酯1.4份，
四硼酸钠1份，氯化钙1份，水15份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)有机外加剂的制备：
将粒径为200nm，质量浓度为20％的苯乙烯、丙烯酸丁酯与丙烯酸通过乳液聚合得到的聚合物纳米粒子水分散液放入25℃水浴恒温的三口烧瓶中，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节共聚物溶液的pH至10，首先滴加质量浓度为40％的硝酸钙溶液，滴加完成后，继续搅拌20h，然后再滴加质量浓度为15％的硅酸钠溶液，制得；
其中，所述聚合物纳米粒子、硝酸钙、硅酸钠的质量比为1：3：8；
所述滴加的时间为80min，滴加时体系的温度为30℃；
(2)改性椰壳纤维的制备
将椰壳纤维和质量百分比浓度为2％的氢氧化钾和质量百分比浓度为6％的过氧化氢的混合液混合，600W的功率下超声1.2h，然后升温至100℃，搅拌混合6min，过滤，洗涤，干燥，即得；
(3)水泥砂浆的制备
将水泥、河砂、水置于搅拌机中，搅拌混合均匀；然后将改性椰壳纤维、脂肪酸单甘酯、四硼酸钠、氯化钙和水混合搅拌均匀，然后加入到搅拌机中，边搅拌边加入有机外加剂和防冻剂，加入完毕后继续搅拌1.5h，得到高性能水泥砂浆。
实施例4
一种高性能水泥砂浆，以重量份计，包括以下组分：
水泥34份，河砂56份，
有机外加剂4份，改性椰壳纤维2份，
防冻剂3份，脂肪酸单甘酯1.4份，
四硼酸钠1.2份，氯化钙1.4份，水20份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)有机外加剂的制备：
将粒径150nm，质量浓度为20％的苯乙烯、丙烯酸丁酯与氯化三甲基氨丙基甲基丙烯酰胺通过乳液聚合得到的聚合物纳米粒子水分散液放入25℃水浴恒温的三口烧瓶中，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节共聚物溶液的pH至11，首先滴加质量浓度为15％的硅酸钠溶液，滴加完成后，继续搅拌15h，然后再滴加质量浓度为40％的硝酸钙溶液，制得；
其中，所述共聚物、硝酸钙、硅酸钠的质量比为1：2：0.001；
所述滴加的时间为70min，滴加时体系的温度为40℃；
(2)改性椰壳纤维的制备
将椰壳纤维和质量百分比浓度为3％的氢氧化钾和质量百分比浓度为7％的过氧化氢的混合液混合，700W的功率下超声1.6h，然后升温至100℃，搅拌混合8min，过滤，洗涤，干燥，即得；
(3)水泥砂浆的制备
将水泥、河砂、水置于搅拌机中，搅拌混合均匀；然后将改性椰壳纤维、脂肪酸单甘酯、四硼酸钠、氯化钙和水混合搅拌均匀，然后加入到搅拌机中，边搅拌边加入有机外加剂和防冻剂，加入完毕后继续搅拌2h，得到高性能水泥砂浆。
实施例5
一种高性能水泥砂浆，以重量份计，包括以下组分：
水泥37份，河砂58份，
有机外加剂4.5份，改性椰壳纤维2.5份，
防冻剂3.5份，脂肪酸单甘酯1.6份，
四硼酸钠1.3份，氯化钙1.6份，水25份；
其制备方法包括以下步骤：
(1)有机外加剂的制备：
将粒径为50nm，质量浓度为10％的丁二烯，丙烯酸丁酯与氯化三甲基氨丙基甲基丙烯酰胺通过乳液聚合得到的聚合物纳米粒子水分散液放入55℃的水浴恒温三口烧瓶中，用1mol/L的氢氧化钠溶液调节共聚物溶液的pH至12，滴加质量浓度为15％的硅酸钠溶液，滴加完成后，继续搅拌18h，然后再滴加质量浓度为40％的硝酸铁溶液，制得；
其中，所述共聚物、硝酸铁、硅酸钠的质量比为1：3：7；
所述滴加的时间为80min，滴加时体系的温度为60℃；
(2)改性椰壳纤维的制备
将椰壳纤维和质量百分比浓度为4％的氢氧化钾和质量百分比浓度为7.5％的过氧化氢的混合液混合，900W的功率下超声1.6h，然后升温至100℃，搅拌混合9min，过滤，洗涤，干燥，即得；
(3)水泥砂浆的制备
将水泥、河砂、水置于搅拌机中，搅拌混合均匀；然后将改性椰壳纤维、脂肪酸单甘酯、四硼酸钠、氯化钙和水混合搅拌均匀，然后加入到搅拌机中，边搅拌边加入有机外加剂和防冻剂，加入完毕后继续搅拌2.5h，得到高性能水泥砂浆。

Claims (10)

1.一种高性能水泥砂浆，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
水泥26-40份，河砂50-60份，
有机外加剂2-5份，改性椰壳纤维1-3份，
防冻剂1-4份，脂肪酸单甘酯1-2份，
四硼酸钠0.8-1.5份，氯化钙1-2份，水10-30份；
其中，有机外加剂是由聚合物、可溶性金属盐与可溶性金属硅酸盐通过滴加反应制得。
2.如权利要求1所述的一种高性能水泥砂浆，其特征在于：所述聚合物、可溶性金属盐、可溶性金属硅酸盐的质量比为1：(0.001-5)：(0.001-10)。
3.如权利要求1所述的一种高性能水泥砂浆，其特征在于：所述改性椰壳纤维是由氢氧化钾与过氧化氢的混合液处理得到。
4.如权利要求1所述的一种高性能水泥砂浆，其特征在于：所述聚合物为水溶性聚合物和水分散性聚合物。
5.如权利要求4所述的一种高性能水泥砂浆，其特征在于：所述水溶性聚合物为含有羧酸根基团、硫酸根基团、磺酸根基团、磷酸根基团、亚磷酸根基团中的一种或几种官能团的聚合物，其分子量范围为20000-200000。
6.如权利要求4所述的一种高性能水泥砂浆，其特征在于：所述水分散性聚合物为含有羧酸根基团、硫酸根基团、磺酸艮基团、磷酸根基团、亚磷酸根基团中的一种或几种官能团的水分散乳液聚合物或可再分散胶体粒子，其粒径范围为50-200nm。
7.如权利要求1所述的一种高性能水泥砂浆，其特征在于：所述可溶性金属盐为可溶性碱土金属盐、可溶性过渡金属盐、可溶性铝盐中的一种或几种混合。
8.如权利要求1所述的一种高性能水泥砂浆，其特征在于：所述河砂为中砂，其细度模数为2.5-3.0。
9.如权利要求1至8任一所述的一种高性能水泥砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)有机外加剂的制备：
若聚合物为水溶性阴离子聚合物或水分散阴离子聚合物，其制备方法为：在碱性条件下首先向聚合物水溶液中滴加可溶性金属盐，滴加完成后，继续搅拌1-24h，然后再滴加可溶性碱金属硅酸盐；
若聚合物为水溶性阳离子聚合物或水分散阳离子聚合物，其制备方法为：在碱性条件下首先向聚合物水溶液中滴加可溶性碱金属硅酸盐，滴加完成后，继续搅拌1-24h，然后再滴加可溶性碱金属盐；
(2)改性椰壳纤维的制备
将椰壳纤维和质量百分比浓度为1-5％的氢氧化钾和质量百分比浓度为5-8％的过氧化氢的混合液混合，500-1000W的功率下超声1-2h，然后升温至100℃，搅拌混合5-10min，过滤，洗涤，干燥，即得；
(3)水泥砂浆的制备
将水泥、河砂、水置于搅拌机中，搅拌混合均匀；然后将改性椰壳纤维、脂肪酸单甘酯、四硼酸钠、氯化钙和水混合搅拌均匀，然后加入到搅拌机中，边搅拌边加入有机外加剂和防冻剂，加入完毕后继续搅拌1-3h，得到高性能水泥砂浆。
10.如权利要求9所述的一种高性能水泥砂浆的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述滴加的时间为30-100min，滴加时体系的温度为10-70℃。
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