CN107176813A - 一种花岗岩石粉高韧性薄层砌筑砂浆 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种花岗岩石粉高韧性薄层砌筑砂浆。该砂浆由以下按重量分数计的原料组成：花岗岩石粉40%~60%，水泥18%~30%，超细矿粉15%~25%，生石灰4%~6%，复合增韧材料2~5%，聚合物胶粉0.5~1%，十二烷基苯磺酸钠0.03~0.05%，高效减水剂0.02~0.04%；以上各原料重量分数之和为100%；该砂浆同时具有高保水性、粘结性强、施工性能良好等优点，尤其适用于高精度蒸压加气水泥砂浆砌块的干法薄层砌筑，能极大提高墙体的整体性能和墙体基层的平整度。

Description

一种花岗岩石粉高韧性薄层砌筑砂浆
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种花岗岩石粉高韧性薄层砌筑砂浆。
背景技术
随着建筑石材加工行业的发展，我国已成为世界最大的石材生产、消费和出口大国，石材开采、加工过程产生的废弃石粉也日益增多、堆积成山，造成了严重的环境污染问题，同时反向制约着石材业的可持续发展。关于废弃石粉的综合利用，国内外已有不少研究，主要是用废弃石粉制作陶瓷、板材、涂料以及石粉砖方面的研究（梁月清，让废弃石粉变为新型建材[J].福建建材，2006(1):9-11.），而用其制作薄层砌筑砂浆却鲜有研究。由于花岗岩石粉超细又缺乏活性，水泥砂浆及砂浆生产中利用率极低，如何巧妙地利用花岗岩石粉的细度以及石粉和砌块材质的相近性研制薄层砌筑砂浆，变废为宝，是迫切要解决的问题。
同时，由于废弃石粉的加入，导致水泥砂浆的抗裂性能与韧性降低，为此，需要进行增韧，本发明增韧材料将增强增韧性能优异的埃洛石纳米管和甲基纤维素相结合，通过多步骤表面共价反应，形成了一种独特的复合体系，制备出的复合材料能够在水泥砂浆中充分分散，有效发挥材料协同增韧的效果，使水泥砂浆整体具有良好的韧性、抗疲劳性及各向同性，是一种高性能水泥砂浆增强增韧复合材料，增韧后的水泥砂浆具有很好的韧性与抗裂性能。
综上所述，利用花岗岩石粉完全取代天然砂或机制砂生产薄层砌筑砂浆具有巨大的市场潜力，既实现了废弃石粉的资源化利用，又促进了薄层砌筑砂浆的生产，有效解决了蒸压加气水泥砂浆砌块与砂浆的匹配问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种花岗岩石粉薄层砌筑砂浆。该砂浆同时具有高保水性、粘结性强、施工性能良好等优点，尤其适用于高精度蒸压加气水泥砂浆砌块的干法薄层砌筑，能极大提高墙体的整体性能和墙体基层的平整度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种花岗岩石粉薄层砌筑砂浆，由以下按重量分数计的原料组成：花岗岩石粉40%~60%，水泥18%~30%，超细矿粉15%~25%，生石灰4%~6%，复合增韧材料2~5%，聚合物胶粉0.5~1%，十二烷基苯磺酸钠0.03~0.05%，高效减水剂0.02~0.04%。
所述花岗岩石粉为石材加工厂所产生的废弃石粉，粒径为0.01~0.08mm。
所述超细矿粉为铅锌矿渣磨细粉，粒径为0.01~0.08mm。
所述聚合物胶粉是VeoVa可再分散性乳胶粉，但不仅限于该种类胶粉。
所述高效减水剂为中浓型(Na2SO4含量3wt%~10 wt %)萘系减水剂。
由于上述技术方案的应用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明利用胶粉的早期、水泥的中期以及石粉激活超细矿粉的后期三种复合交替的胶凝作用，并通过添加减水剂来保证砌筑砂浆的抗压和粘结强度。此外，利用复合增韧材料、胶粉、十二烷基苯磺酸钠、高效减水剂和生石灰水化生成Ca(OH)2的复合作用增加砂浆的保水性并减少收缩。
本发明所述花岗岩石粉薄层砌筑砂浆大量利用了废弃物花岗岩石粉和超细矿粉，不仅对废弃物实现了资源化利用，从原材料降低了生产成本，而且缓解了建设用砂紧张问题。与此同时，薄层砂浆的使用减少了单位砂浆用量，不仅综合降低了成本，而且砌筑灰缝厚度在5mm以下，实现了与蒸压加气水泥砂浆砌块的完美结合，极大提高了墙体整体自保温性能。此外，砂浆具有高保水性、粘结性强且施工性能良好，可进行干法施工，不仅无需提前对蒸压加气水泥砂浆砌块洒水处理，而且减少了内墙抹灰及外墙保温程序，仅需一道腻子批涂进行饰面保护，明显缩短施工周期与总体进度。
所述的复合增韧材料，由原始埃洛石纳米管经活化处理的基础上，与亚硫酰氯反应，将埃洛石纳米管的表面羧基转化为酰氯官能团后，与双官能团有机化合物反应，再与三聚氯氰反应，得到表面存在活泼含氯三嗪环的埃洛石纳米管，最后与甲基纤维素通过亲核取代反应而制备得到。该复合材料中，埃洛石纳米管与甲基纤维素的质量含量比约为1:0.1-0.5。
该复合增韧材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1）将经活化处理的埃洛石纳米管和亚硫酰氯分散在有机溶剂P中，在40-55 ℃下搅拌6-15 h后，在40 kHz、200 KW的超声波清洗机中于70-80 ℃下超声10-16 h，然后以4000-5000 rpm的转速离心30-40 min，分离固体并经有机溶剂Q洗净后，再在25-35℃下真空干燥30-50 h；
2）将经步骤1）处理后的埃洛石纳米管、双官能团有机化合物和三乙胺在有机溶剂P中混合，在50-60 ℃下搅拌5-15 h后，在氮气保护下、在20 kHz、150 KW的超声波清洗机中于70-85 ℃下超声反应6-10 h后，减压蒸除三乙胺和溶剂P，再经混合溶剂R洗净后，在10-20℃下真空干燥24-48 h；
3）将经步骤2）处理后的埃洛石纳米管和三聚氯氰在四氢呋喃中混合，在0-10℃下搅拌12-24 h，在40 kHz、200 KW的超声波清洗机中于0-10 ℃下超声3-8 h后，再在0-10 ℃下反应24-72 h后，经四氢呋喃洗净，在10-15℃下真空干燥24-56 h；
4）将经步骤3）处理后的埃洛石纳米管在N，N’-二甲基甲酰胺中溶解后，加入到溶解有甲基纤维素的N，N’-二甲基甲酰胺溶液中，在10-20℃下搅拌5-10 h，在40 kHz、300 KW的超声波清洗机中于10-20℃下超声1-5 h，在氮气保护下升温至40-60℃恒温反应36-56 h后，再升温至80-95℃恒温反应24-48h，减压蒸除溶剂，用水洗净后，在40℃下真空干燥24-48 h后得到复合增韧材料。
上述步骤1）中经活化处理的埃洛石纳米管用量为6-30 kg，亚硫酰氯用量为10-60kg；有机溶剂P用量为50-230 L。
上述步骤1）中的有机溶剂P为甲苯、N-甲基吡咯烷酮或N,N’-二甲基乙酰胺中的一种或几种。
上述步骤1）中的有机溶剂Q为无水丙酮或四氯化碳中的一种。
上述步骤2）中的埃洛石纳米管用量为5-30 kg，双官能团有机化合物用量为1-8kg，三乙胺用量为1-6 L，有机溶剂P用量为50-220 L。
上述步骤2）中的双官能团有机化合物为1,3-丙二胺、乙二胺和l,6-己二胺中的一种。
上述步骤2）中的混合溶剂R由乙醇、丙酮和水组成，其中乙醇、丙酮和水的体积比为2:2:6。
上述步骤3）中的埃洛石纳米管用量为5-20 kg，三聚氯氰用量为0.5-5 kg，四氢呋喃为60-230 L。
上述步骤4）中的埃洛石纳米管用量为5-20 kg，溶解埃洛石纳米管的N,N’-二甲基甲酰胺用量为50-200 L，甲基纤维素用量为1-5 kg，溶解甲基纤维素的N,N’-二甲基甲酰胺用量为10-50 L。
上述步骤4）中的甲基纤维素的粘均分子量为3000-20000，取代度为0.5-2.0。
埃洛石纳米管的活化处理步骤为：
（1）取埃洛石纳米管，经机械粉碎处理并用350目筛选后待用；
（2） 在两个相同的15 L尼龙罐中各装入60颗直径为5 mm的不锈钢球和50颗直径为10mm的不锈钢球，然后分别加入经上一个步骤处理后的埃洛石纳米管6 kg，再分别滴加600ml无水乙醇，并用尼龙盖密封；将两个球磨罐对称地放入行星式球磨机中，在转速为350rpm、且每30分钟自动转换旋转方向的条件下球磨40-56 h后，得到平均长度为200-230 nm的短切埃洛石纳米管；
（3）取步骤（2）短切处理后的埃洛石纳米管加入到pH为8、浓度为15 wt%的Tween 20的水溶液中超声24 h，过滤，用水洗净后，于68-70℃下真空干燥30 h后待用。
所述的埃洛石纳米管为市售产品，其主要规格：性状：白色粉末；组成：SiO2：58.1、Al2O3：41.02、TiO2：0.17、Fe2O3：0.38、P2O5：0.16；管内径：15-22 nm；管外径：40-70 nm；长度：<1.5 μm；比表面积：53.4 m2/g；密度：2.5-2.6g/cm3。
所述的吐温20为市售，其主要规格：性状：浅黄色粘稠液体；活性物：98-99%；酸值(KOHmg/g)：≤1.0；羟值(KOHmg/g)：80-108；HLB值：16.7；皂化值(KOHmg/g)：40-50；水份(%)：≤1.0。
与已有技术相比，本发明的技术方案有如下有益效果：
1）本发明所提供的可用于混凝土增强增韧的复合材料对环境友好，在常规有机溶剂中具有良好的溶解性，在水中具有良好的分散性；该复合材料的制备条件容易满足，且原料来源丰富，成本较低；
2）本发明的混凝土增强增韧的复合材料，将增强增韧性能优异的埃洛石纳米管和甲基纤维素相结合，通过多步骤表面共价反应，形成了一种独特的复合体系，能够在混凝土中充分分散，有效发挥材料协同增韧的效果，使混凝土整体具有良好的韧性、抗疲劳性及各向同性，是一种高性能混凝土增强增韧复合材料。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
一种花岗岩石粉薄层砌筑砂浆，由以下按重量分数计的原料组成：花岗岩石粉56%，水泥20%，超细矿粉16%，生石灰5%，复合增韧材料2.43%，聚合物胶粉0.5%，十二烷基苯磺酸钠0.05%，高效减水剂0.02%。
复合增韧材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1）将经活化处理的埃洛石纳米管30 kg和亚硫酰氯50 kg分散在130 L甲苯中，在50℃下搅拌12 h后，在40 kHz、200 KW的超声波清洗机中于75 ℃下超声13 h，然后以4500 rpm的转速离心35 min，分离固体并经无水丙酮洗净后，再在30℃下真空干燥40 h；
2）将经步骤1）处理后的埃洛石纳米管25 kg、1,3-丙二胺4 kg和三乙胺4L在130 L甲苯中混合，在55 ℃下搅拌10 h后，在氮气保护下、在20 kHz、150 KW的超声波清洗机中于80℃下超声反应8 h后，减压蒸除三乙胺和甲苯，再经混合溶剂R洗净后，在15℃下真空干燥32h；
3）将经步骤2）处理后的埃洛石纳米管25 kg和三聚氯氰3kg在130 L四氢呋喃中混合，在5℃下搅拌16 h，在40 kHz、200 KW的超声波清洗机中于5 ℃下超声5 h后，再在5℃下反应48 h后，经四氢呋喃洗净，在12℃下真空干燥40 h；
4）将经步骤3）处理后的埃洛石纳米管20 kg在100 L N，N’-二甲基甲酰胺中溶解后，加入到溶解有3kg甲基纤维素的30 L N，N’-二甲基甲酰胺溶液中，在15℃下搅拌8 h，在40kHz、300 KW的超声波清洗机中于15℃下超声3 h，在氮气保护下升温至50℃恒温反应48 h后，再升温至90℃恒温反应36h，减压蒸除溶剂，用水洗净后，在40℃下真空干燥36 h后得到复合增韧材料。
所测性能指标为：保水率99.9%，抗压强度8.46（MPa）,粘结强度0.55（MPa），收缩率0.12%。
实施例2
一种花岗岩石粉薄层砌筑砂浆，由以下按重量分数计的原料组成：花岗岩石粉50%，水泥24%，超细矿粉18%，生石灰4%，复合增韧材料3%，聚合物胶粉0.92%，十二烷基苯磺酸钠0.05%，高效减水剂0.03%。
复合增韧材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1）将经活化处理的埃洛石纳米管30 kg和亚硫酰氯50 kg分散在130 L甲苯中，在50℃下搅拌12 h后，在40 kHz、200 KW的超声波清洗机中于75 ℃下超声13 h，然后以4500 rpm的转速离心35 min，分离固体并经无水丙酮洗净后，再在30℃下真空干燥40 h；
2）将经步骤1）处理后的埃洛石纳米管25 kg、1,3-丙二胺4 kg和三乙胺4L在130 L甲苯中混合，在55 ℃下搅拌10 h后，在氮气保护下、在20 kHz、150 KW的超声波清洗机中于80℃下超声反应8 h后，减压蒸除三乙胺和甲苯，再经混合溶剂R洗净后，在15℃下真空干燥32h；
3）将经步骤2）处理后的埃洛石纳米管25 kg和三聚氯氰3kg在130 L四氢呋喃中混合，在5℃下搅拌16 h，在40 kHz、200 KW的超声波清洗机中于5 ℃下超声5 h后，再在5℃下反应48 h后，经四氢呋喃洗净，在12℃下真空干燥40 h；
4）将经步骤3）处理后的埃洛石纳米管20 kg在100 L N，N’-二甲基甲酰胺中溶解后，加入到溶解有3kg甲基纤维素的30 L N，N’-二甲基甲酰胺溶液中，在15℃下搅拌8 h，在40kHz、300 KW的超声波清洗机中于15℃下超声3 h，在氮气保护下升温至50℃恒温反应48 h后，再升温至90℃恒温反应36h，减压蒸除溶剂，用水洗净后，在40℃下真空干燥36 h后得到复合增韧材料。
所测性能指标为：保水率99.9%，抗压强度10.36（MPa）,粘结强度0.59（MPa），收缩率0.11%。
将上述材料按照比例加入砂浆搅拌机中混合搅拌均匀后，即得本发明的预拌干粉薄层砌筑砂浆。实际施工时，按照水料比3.5:1掺水搅拌3~5min即可使用。经工程实测，实例1~3所得的花岗岩石粉薄层砌筑砂浆的不仅保水性高、粘结性强，而且施工垂直度和平整度很高，可以满足省掉22~25mm厚抹灰找平层，直接抹2mm抗裂层或腻子层要求，可以节约大量的人工费和材料费，大大缩短了工期，工程总造价可降低10%左右。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种花岗岩石粉薄层砌筑砂浆，其特征在于：由以下按重量分数计的原料组成：花岗岩石粉40%~60%，水泥18%~30%，超细矿粉15%~25%，生石灰4%~6%，复合增韧材料2~5%，聚合物胶粉0.5~1%，十二烷基苯磺酸钠0.03~0.05%，高效减水剂0.02~0.04%；以上各原料重量分数之和为100%；
所述的复合增韧材料其制备方法包括以下步骤：
1）将经活化处理的埃洛石纳米管和亚硫酰氯分散在有机溶剂P中，在40-55 ℃下搅拌6-15 h后，在40 kHz、200 KW的超声波清洗机中于70-80 ℃下超声10-16 h，然后以4000-5000 rpm的转速离心30-40 min，分离固体并经有机溶剂Q洗净后，再在25-35℃下真空干燥30-50 h；
2）将经步骤1）处理后的埃洛石纳米管、双官能团有机化合物和三乙胺在有机溶剂P中混合，在50-60 ℃下搅拌5-15 h后，在氮气保护下、在20 kHz、150 KW的超声波清洗机中于70-85 ℃下超声反应6-10 h后，减压蒸除三乙胺和有机溶剂P，再经混合溶剂R洗净后，在10-20℃下真空干燥24-48 h；
3）将经步骤2）处理的埃洛石纳米管和三聚氯氰在四氢呋喃中混合，在0-10℃下搅拌12-24 h，在40 kHz、200 KW的超声波清洗机中于0-10 ℃下超声3-8 h后，再在0-10 ℃下反应24-72 h后，经四氢呋喃洗净，在10-15℃下真空干燥24-56 h；
4）将经步骤3）处理的埃洛石纳米管在N，N’-二甲基甲酰胺中溶解后，加入到溶解有甲基纤维素的N，N’-二甲基甲酰胺溶液中，在10-20℃下搅拌5-10 h，在40 kHz、300 KW的超声波清洗机中于10-20℃下超声1-5 h，在氮气保护下升温至40-60℃恒温反应36-56 h后，再升温至80-95℃恒温反应24-48h，减压蒸除溶剂，用水洗净后，在40℃下真空干燥24-48 h后得到复合增韧材料。
2.根据权利要求1所述的花岗岩石粉薄层砌筑砂浆，其特征在于：步骤1）所述的活化处理的埃洛石纳米管的制备方法包括以下步骤：
（1）取埃洛石纳米管，经机械粉碎处理并用350目筛选后待用；
（2） 在两个相同的15 L尼龙罐中各装入60颗直径为5 mm的不锈钢球和50颗直径为10mm的不锈钢球，然后分别加入经步骤（1）处理后的埃洛石纳米管6 kg，再分别滴加600 ml无水乙醇，并用尼龙盖密封；将两个球磨罐对称地放入行星式球磨机中，在转速为350 rpm、且每30分钟自动转换旋转方向的条件下球磨40-56 h后，得到平均长度为200-230 nm的短切埃洛石纳米管；
（3）取经步骤（2）处理得到的短切埃洛石纳米管加入到pH为8、浓度为15 wt%的Tween20的水溶液中超声24 h，过滤，用水洗净后，于68-70℃下真空干燥30 h后待用。
3.根据权利要求1或2所述的花岗岩石粉薄层砌筑砂浆，其特征在于：步骤1）中所述的有机溶剂P为甲苯、N-甲基吡咯烷酮或N,N’-二甲基乙酰胺中的一种或几种，所述的有机溶剂Q为无水丙酮或四氯化碳中的一种；步骤2）所述的混合溶剂R由乙醇、丙酮和水组成，其中乙醇、丙酮和水的体积比为2:2:6。
4.根据权利要求1或2所述的花岗岩石粉薄层砌筑砂浆，其特征在于：步骤1）中经活化处理的埃洛石纳米管用量为6-30 kg，亚硫酰氯用量为10-60 kg，有机溶剂P用量为50-230L。
5.根据权利要求1或2所述的花岗岩石粉薄层砌筑砂浆，其特征在于：步骤2）中的埃洛石纳米管用量为5-30 kg，双官能团有机化合物用量为1-8 kg，三乙胺用量为1-6 L，有机溶剂P用量为50-220 L；所述的双官能团有机化合物为1,3-丙二胺、乙二胺和l,6-己二胺中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的花岗岩石粉薄层砌筑砂浆，其特征在于：步骤3）中的埃洛石纳米管用量为5-20 kg，三聚氯氰用量为0.5-5 kg，四氢呋喃用量为60-230 L。
7.根据权利要求1或2所述的花岗岩石粉薄层砌筑砂浆，其特征在于：步骤4）中的埃洛石纳米管用量为5-20 kg，溶解埃洛石纳米管的N,N’-二甲基甲酰胺用量为50-200 L，甲基纤维素用量为1-5 kg，溶解甲基纤维素的N,N’-二甲基甲酰胺用量为10-50 L。
8.根据权利要求1或2所述的花岗岩石粉薄层砌筑砂浆，其特征在于：步骤4）中所述的甲基纤维素的粘均分子量为3000-20000，取代度为0.5-2.0。
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