CN107805028B - 一种高强度防水胶凝材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度防水胶凝材料的制备方法，属于胶凝材料制备技术领域。本发明通过对磷石膏煅烧改性后制备含磷建筑石膏，并掺入自制聚乙烯醇溶液、改性铝酸盐水泥颗粒、改性自制玻璃纤维以及防水剂作用下制备得到高强度防水的胶凝材料，提高了有机和无机颗粒间界面结合能力，将聚乙烯醇溶液掺入石膏或铝酸盐水泥时，当浆料充分搅拌后，形成网络结构，能够堵塞毛细通孔，阻止水分浸入，从而降低吸水率，再将甲基硅醇钠和硬脂酸掺入石膏或铝酸盐水泥中，均匀分散在浆料中，与石膏颗粒或水泥颗粒充分接触，并在表面逐渐形成一种防水层，达到防水效果，并有效填充胶凝材料的内部孔隙中，促使胶凝材料的强度得以提高，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明公开了一种高强度防水胶凝材料的制备方法，属于胶凝材料制备技术领域。
背景技术
胶凝材料，又称胶结料。在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合固体的物质。土木工程材料中，凡是经过一系列物理、化学变化能将散粒状或块状材料粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料是指通过自身的物理化学作用，由可塑性浆体变为坚硬石状体的过程中，能将散粒或块状材料粘结成为整体的材料，亦称为胶结材料。
在建筑材料中，经过一系列物理作用、化学作用，能从浆体变成坚固的石状体，并能将其他固体物料胶结成整体而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。根据化学组成的不同，胶凝材料可分为无机与有机两大类。石灰、石膏、水泥等工地上俗称为胶凝材料灰的建筑材料属于无机胶凝材料；而沥青、天然或合成树脂等属于有机胶凝材料。无机胶凝材料按其硬化条件的不同又可分为气硬性和水硬性两类。水硬性胶凝材料是和水成浆后，既能在空气中硬化，又能在水中硬化、保持和继续发展其强度的称水硬性胶凝材料。这类材料通称为水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。气硬性胶凝材料是非水硬性胶凝材料的一种。只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏和水玻璃等；气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。
现在市面上常用到的胶凝材料都普遍存在强度较低以及防水效果不好，满足不了市场的使用要求的缺陷，因此，发明一种强度高且防水性能好的胶凝材料对胶凝材料制备技术领域具有积极意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前普通胶凝材料存在强度较低以及防水效果不好，满足不了市场的使用要求的缺陷，提供了一种高强度防水胶凝材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种高强度防水胶凝材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取100～200g磷石膏放入窑炉中活化，研磨出料，得到建筑石膏；
（2）将聚乙烯醇粉末和温水混合置于烧杯中搅拌，搅拌后置于水浴锅中加热升温,水浴搅拌，自然冷却至室温，得到自制聚乙烯醇溶液；
（3）称取85～105g铝酸盐水泥研磨粉碎，收集研磨粉末，将研磨粉末、丙酮和苯酚混合搅拌，得到搅拌浆，将硅烷偶联剂KH-550和搅拌浆，搅拌混合后置于烘箱中烘干，收集干燥物并研磨过100目筛，得到改性铝酸盐水泥颗粒；
（4）称取80～100g碎玻璃放入高温熔炉中熔融，熔制得到熔融液，排除气泡后，运送到多孔漏板中拉丝，得到自制玻璃纤维，将自制玻璃纤维、硅烷偶联剂KH-560和去离子水混合放入烧杯中搅拌，搅拌后保温静置，自然冷却至室温后，用无水乙醇清洗，真空干燥后得到改性自制玻璃纤维；
（5）按重量份数计，分别称取30～40份建筑石膏、12～16份自制聚乙烯醇溶液、10～12份改性铝酸盐水泥颗粒、8～10份改性自制玻璃纤维和20～24份去离子水混合置于搅拌机中搅拌，再添加6～8份硬脂酸、2～4份甲基硅酸钠和3～5份硅灰，继续保温混合搅拌，出料，即可制得高强度防水胶凝材料。
步骤（1）所述的活化温度为140～180℃，活化时间为2～4h。
步骤（2）所述的的聚乙烯醇粉末和24～32℃的温水的质量比为1：3，搅拌时间为10～12min，水浴搅拌时间为20～30min，加热升温温度为85～95℃。
步骤（3）所述的研磨粉碎时间为6～8min，研磨粉末、丙酮和苯酚的质量比为1：2：5，搅拌时间为7～9min，硅烷偶联剂KH-550和搅拌浆的体积比为1：4，混合搅拌时间为10～12min，烘干温度为75～85℃，烘干时间为16～20min。
步骤（4）所述的熔融温度为1400～1600℃，熔融时间为20～30min，拉丝转速为2000～2400r/min，自制玻璃纤维、硅烷偶联剂KH-560和去离子水的质量比为1：2：2，搅拌温度为60～80℃，搅拌时间为20～30min，静置时间为1～2h，清洗次数为3～5次。
步骤（5）所述的搅拌温度为35～45℃，搅拌时间为16～20min，继续搅拌时间为1～2h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明通过对磷石膏煅烧改性后制备含磷建筑石膏，并掺入自制聚乙烯醇溶液、改性铝酸盐水泥颗粒、改性自制玻璃纤维以及防水剂，制备得到高强度防水的胶凝材料，首先利用硅烷偶联剂对具有一定强度的铝酸盐水泥表面进行改性，使硅酯基与水发生水解反应后形成硅醇基，硅醇基与铝酸盐水泥表面羟基反应，再通过干燥脱水形成部分共价键，最终硅烷偶联剂在铝酸盐水泥表面形成多分子覆盖膜，改变铝酸盐水泥固有的亲水性质，同时对其表面进行覆膜处理，通过苯酚进入铝酸盐水泥颗粒层内部，并在内部发生聚合反应，改善材料层间距，提高了有机和无机颗粒间界面结合能力，使其改性后作为界面结合剂，使颗粒对胶凝材料内部孔隙进行有效的填充，由于两相间结合力大大增强，使胶凝材料的强度得以有效提高，再将聚乙烯醇溶液掺入石膏或铝酸盐水泥中，当浆料充分搅拌后，其在浆料中均匀分散，一旦浆料中水分蒸发，聚乙烯醇开始缩水聚合，从而形成网络结构，并填充晶体的间隙中，使硬化体密实，同时能够堵塞毛细通孔，阻止水分浸入，从而降低吸水率，达到防水效果；
（2）本发明再将甲基硅醇钠和硬脂酸掺入石膏或铝酸盐水泥中，均匀分散在浆料中，一旦浆料硬化且其中水分蒸发时，与石膏颗粒或水泥颗粒充分接触，并在表面逐渐形成一种防水层，覆盖晶体孔隙的端口，在一定长度范围内改变了晶体的表面能，从而改变晶体与水的接触角，阻止水分的渗入，从而达到防水效果，并有效填充胶凝材料的内部孔隙中，促使胶凝材料的强度得以提高，继续加入硅灰，由于硅灰的火山灰效应能够将水泥中对强度不利的氢氧化钙转化成C-S-H凝胶，这些新生成的C-S-H凝胶多生成于水泥水化的C-S-H凝胶孔隙之中，从而提高可胶凝材料结构的密实度，同时这些凝胶还能填充在石膏或水泥水化产物之间，改善了胶凝材料的孔径结构，有力地促进强度的增长，另外氢氧化钙不断被硅灰消耗，在一定程度上加快了石膏或水泥的水化速率，水化产物增多，胶凝材料总孔隙率降低，进一步提高胶凝材料的强度，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
称取100～200g磷石膏放入窑炉中，在温度为140～180℃的条件下活化2～4h，研磨出料，得到建筑石膏；按质量比为1：3将聚乙烯醇粉末和24～32℃的温水混合置于烧杯中搅拌10～12min，搅拌后置于水浴锅中加热升温至85～95℃，水浴搅拌20～30min，自然冷却至室温，得到自制聚乙烯醇溶液；称取85～105g铝酸盐水泥研磨粉碎6～8min，收集研磨粉末，按质量比为1：2：5将研磨粉末、丙酮和苯酚混合搅拌7～9min，得到搅拌浆，将硅烷偶联剂KH-550和搅拌浆按体积比为1：4混合搅拌10～12min，搅拌混合后置于烘箱中，在温度为75～85℃下烘干16～20min，收集干燥物并研磨过100目筛，得到改性铝酸盐水泥颗粒；称取80～100g碎玻璃放入高温熔炉中，在1400～1600℃下熔融20～30min，熔制得到熔融液，排除气泡后，运送到多孔漏板中，在转速为2000～2400r/min下拉丝，得到自制玻璃纤维，按质量比为1：2：2将自制玻璃纤维、硅烷偶联剂KH-560和去离子水混合放入烧杯中，在60～80℃下搅拌20～30min，搅拌后保温静置1～2h，自然冷却至室温后，用无水乙醇清洗3～5次，真空干燥后得到改性自制玻璃纤维；按重量份数计，分别称取30～40份建筑石膏、12～16份自制聚乙烯醇溶液、10～12份改性铝酸盐水泥颗粒、8～10份改性自制玻璃纤维和20～24份去离子水混合置于搅拌机中，在35～45℃下搅拌16～20min，再添加6～8份硬脂酸、2～4份甲基硅酸钠和3～5份硅灰，继续保温混合搅拌1～2h，出料，即可制得高强度防水胶凝材料。
实例1
称取100g磷石膏放入窑炉中，在温度为140℃的条件下活化2h，研磨出料，得到建筑石膏；按质量比为1：3将聚乙烯醇粉末和24℃的温水混合置于烧杯中搅拌10min，搅拌后置于水浴锅中加热升温至85℃，水浴搅拌20min，自然冷却至室温，得到自制聚乙烯醇溶液；称取85g铝酸盐水泥研磨粉碎6min，收集研磨粉末，按质量比为1：2：5将研磨粉末、丙酮和苯酚混合搅拌7min，得到搅拌浆，将硅烷偶联剂KH-550和搅拌浆按体积比为1：4混合搅拌10min，搅拌混合后置于烘箱中，在温度为75℃下烘干16min，收集干燥物并研磨过100目筛，得到改性铝酸盐水泥颗粒；称取80g碎玻璃放入高温熔炉中，在1400℃下熔融20min，熔制得到熔融液，排除气泡后，运送到多孔漏板中，在转速为2000r/min下拉丝，得到自制玻璃纤维，按质量比为1：2：2将自制玻璃纤维、硅烷偶联剂KH-560和去离子水混合放入烧杯中，在60℃下搅拌20min，搅拌后保温静置1h，自然冷却至室温后，用无水乙醇清洗3次，真空干燥后得到改性自制玻璃纤维；按重量份数计，分别称取30份建筑石膏、12份自制聚乙烯醇溶液、10份改性铝酸盐水泥颗粒、8份改性自制玻璃纤维和20份去离子水混合置于搅拌机中，在35℃下搅拌16min，再添加6份硬脂酸、2份甲基硅酸钠和3份硅灰，继续保温混合搅拌1h，出料，即可制得高强度防水胶凝材料。
实例2
称取150g磷石膏放入窑炉中，在温度为160℃的条件下活化3h，研磨出料，得到建筑石膏；按质量比为1：3将聚乙烯醇粉末和28℃的温水混合置于烧杯中搅拌11min，搅拌后置于水浴锅中加热升温至90℃，水浴搅拌25min，自然冷却至室温，得到自制聚乙烯醇溶液；称取95g铝酸盐水泥研磨粉碎7min，收集研磨粉末，按质量比为1：2：5将研磨粉末、丙酮和苯酚混合搅拌8min，得到搅拌浆，将硅烷偶联剂KH-550和搅拌浆按体积比为1：4混合搅拌11min，搅拌混合后置于烘箱中，在温度为80℃下烘干18min，收集干燥物并研磨过100目筛，得到改性铝酸盐水泥颗粒；称取90g碎玻璃放入高温熔炉中，在1500℃下熔融25min，熔制得到熔融液，排除气泡后，运送到多孔漏板中，在转速为2200r/min下拉丝，得到自制玻璃纤维，按质量比为1：2：2将自制玻璃纤维、硅烷偶联剂KH-560和去离子水混合放入烧杯中，在70℃下搅拌25min，搅拌后保温静置1.5h，自然冷却至室温后，用无水乙醇清洗4次，真空干燥后得到改性自制玻璃纤维；按重量份数计，分别称取35份建筑石膏、14份自制聚乙烯醇溶液、11份改性铝酸盐水泥颗粒、9份改性自制玻璃纤维和22份去离子水混合置于搅拌机中，在40℃下搅拌18min，再添加7份硬脂酸、3份甲基硅酸钠和4份硅灰，继续保温混合搅拌1.5h，出料，即可制得高强度防水胶凝材料。
实例3
称取100～200g磷石膏放入窑炉中，在温度为180℃的条件下活化4h，研磨出料，得到建筑石膏；按质量比为1：3将聚乙烯醇粉末和32℃的温水混合置于烧杯中搅拌12min，搅拌后置于水浴锅中加热升温至95℃，水浴搅拌30min，自然冷却至室温，得到自制聚乙烯醇溶液；称取105g铝酸盐水泥研磨粉碎8min，收集研磨粉末，按质量比为1：2：5将研磨粉末、丙酮和苯酚混合搅拌9min，得到搅拌浆，将硅烷偶联剂KH-550和搅拌浆按体积比为1：4混合搅拌12min，搅拌混合后置于烘箱中，在温度为85℃下烘干20min，收集干燥物并研磨过100目筛，得到改性铝酸盐水泥颗粒；称取100g碎玻璃放入高温熔炉中，在1600℃下熔融30min，熔制得到熔融液，排除气泡后，运送到多孔漏板中，在转速为2400r/min下拉丝，得到自制玻璃纤维，按质量比为1：2：2将自制玻璃纤维、硅烷偶联剂KH-560和去离子水混合放入烧杯中，在80℃下搅拌30min，搅拌后保温静置2h，自然冷却至室温后，用无水乙醇清洗5次，真空干燥后得到改性自制玻璃纤维；按重量份数计，分别称取40份建筑石膏、16份自制聚乙烯醇溶液、12份改性铝酸盐水泥颗粒、10份改性自制玻璃纤维和24份去离子水混合置于搅拌机中，在45℃下搅拌20min，再添加8份硬脂酸、4份甲基硅酸钠和5份硅灰，继续保温混合搅拌2h，出料，即可制得高强度防水胶凝材料。
对比例
以佛山某公司的高强度防水胶凝材料作为对比例
将本发明制得的高强度防水胶凝材料和对比例中的高强度防水胶凝材料进行性能检测，检测结果下所示：
1、测试方法：
抗压强度测试采用胶凝材料抗压强度测定机进行检测；
软化点按GB/T1634标准进行检测；
弗拉斯脆点测试采用弗拉斯脆点仪进行检测；
表1
根据表1中数据可知，本发明制得的高强度防水胶凝材料抗压强度高，软化点高，耐高温，脆点低，在零下20℃的环境下不裂开，抗裂性能好，粘结强度高，吸水低，防水性好，具有广阔的应用前景。
Claims (6)
1.一种高强度防水胶凝材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取100～200g磷石膏放入窑炉中活化，研磨出料，得到建筑石膏；
（2）将聚乙烯醇粉末和温水混合置于烧杯中搅拌，搅拌后置于水浴锅中加热升温，水浴搅拌，自然冷却至室温，得到自制聚乙烯醇溶液；
（3）称取85～105g铝酸盐水泥研磨粉碎，收集研磨粉末，将研磨粉末、丙酮和苯酚混合搅拌，得到搅拌浆，将硅烷偶联剂KH-550和搅拌浆，搅拌混合后置于烘箱中烘干，收集干燥物并研磨过100目筛，得到改性铝酸盐水泥颗粒；
（4）称取80～100g碎玻璃放入高温熔炉中熔融，熔制得到熔融液，排除气泡后，运送到多孔漏板中拉丝，得到自制玻璃纤维，将自制玻璃纤维、硅烷偶联剂KH-560和去离子水混合放入烧杯中搅拌，搅拌后保温静置，自然冷却至室温后，用无水乙醇清洗，真空干燥后得到改性自制玻璃纤维；
（5）按重量份数计，分别称取30～40份建筑石膏、12～16份自制聚乙烯醇溶液、10～12份改性铝酸盐水泥颗粒、8～10份改性自制玻璃纤维和20～24份去离子水混合置于搅拌机中搅拌，再添加6～8份硬脂酸、2～4份甲基硅酸钠和3～5份硅灰，继续保温混合搅拌，出料，即可制得高强度防水胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的一种高强度防水胶凝材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的活化温度为140～180℃，活化时间为2～4h。
3.根据权利要求1所述的一种高强度防水胶凝材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的聚乙烯醇粉末和24～32℃的温水的质量比为1：3，搅拌时间为10～12min，水浴搅拌时间为20～30min，加热升温温度为85～95℃。
4.根据权利要求1所述的一种高强度防水胶凝材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的研磨粉碎时间为6～8min，研磨粉末、丙酮和苯酚的质量比为1：2：5，搅拌时间为7～9min，硅烷偶联剂KH-550和搅拌浆的体积比为1：4，混合搅拌时间为10～12min，烘干温度为75～85℃，烘干时间为16～20min。
5.根据权利要求1所述的一种高强度防水胶凝材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的熔融温度为1400～1600℃，熔融时间为20～30min，拉丝转速为2000～2400r/min，自制玻璃纤维、硅烷偶联剂KH-560和去离子水的质量比为1：2：2，搅拌温度为60～80℃，搅拌时间为20～30min，静置时间为1～2h，清洗次数为3～5次。
6.根据权利要求1所述的一种高强度防水胶凝材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的搅拌温度为35～45℃，搅拌时间为16～20min，继续搅拌时间为1～2h。
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Legal Events
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Effective date of registration: 20191213 Address after: 213000 Tianhong science and technology building, 801 Changwu Middle Road, Changzhou, Jiangsu 416 Applicant after: Lei Chunsheng Address before: 213654 No. 105, Kunlun Road, Xinbei District, Jiangsu, Changzhou Applicant before: CHANGZHOU KESAI SUCCESS PLASTICS MATERIALS CO.,LTD. |
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Effective date of registration: 20191223 Address after: Taiwan Town Industrial Park 262700 Shandong city in Weifang Province, Shouguang City Applicant after: Shandong Zhengda waterproof materials Limited by Share Ltd. Address before: 213000 Tianhong science and technology building, 801 Changwu Middle Road, Changzhou, Jiangsu 416 Applicant before: Lei Chunsheng |
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Denomination of invention: Preparation method of a high-strength waterproof cementitious material Effective date of registration: 20230307 Granted publication date: 20200114 Pledgee: Shouguang zhangnongshang Village Bank Co.,Ltd. Pledgor: Shandong Zhengda waterproof materials Limited by Share Ltd. Registration number: Y2023980034201 |