CN108503281A - 一种保水高韧性建筑砂浆的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种保水高韧性建筑砂浆的制备方法，属于建筑材料制备技术领域。本发明以苎麻纤维为原料，先加压爆破再进行碱浸，将碱浸后的苎麻纤维再高压蒸煮，得到增韧纤维，本发明再将砂浆基料和胶原蛋白以及沼液混合后发酵，利用微生物对砂浆基料改性，得到改性基料，最后将改性基料和增韧纤维共混，辅以其他原料即可制得保水高韧性建筑砂浆，本发明制得的保水高韧性建筑砂浆保水性好，韧性佳，粘结强度高，具有广阔的应用前景。

Description

一种保水高韧性建筑砂浆的制备方法
技术领域
本发明涉及一种保水高韧性建筑砂浆的制备方法，属于建筑材料制备技术领域。
背景技术
随着现代建筑技术的进步及人类生活水平的提高，人们对建筑砂浆的性能提出了更多更高的要求，如瓷砖粘贴薄层工艺的采用要求瓷砖粘结砂浆具有更高粘结强度，各种吸水性能较大的砌块和墙材的大量应用以及外墙抗裂和抗渗要求的提高要求具有较好粘结性能和抗裂性能的砂浆。而传统的水泥砂浆存在着很多缺点，如抗压强度较高而抗拉强度和粘结强度较低，保水性差，弹性模量较高而变形能力较差，性质较脆，容易开裂。使得其在很多高性能要求的应用场合中面临困难。聚合物改性砂浆从一定程度上可以改善传统砂浆的上述性能缺点。从而获得了越来越多的工程应用。跟普通砂浆相比，聚合物改性砂浆有着很多优越的性能，如强度性能和粘结性能得到改善。耐久性能提高。抗冻融性能提高等等。特别是掺加了聚合物乳液的砂浆其变形能力提高，柔韧性能得到很大的改善。而砂浆的变形能力。柔韧性对其各方面的性能有着重要的影响。但是聚合物成本高昂，价格远远高于水泥的价格，而且普通工艺配置的干粉砂浆中聚合物的掺量又偏高（一般聚合物掺约占水泥质量的20％），结果成本对干粉砂浆的推广应用造成了严重的阻碍。
因此，发明一种成本低廉，保水性好，粘结强度高，韧性佳的新型建筑砂浆对建筑材料制备技术领域具有积极的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前传统的建筑砂浆抗拉强度和粘结强度较低，保水性差，弹性模量较高而韧性较差，性质较脆，容易开裂的缺陷，提供了一种保水高韧性建筑砂浆的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种保水高韧性建筑砂浆的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）收集苎麻茎杆用铡刀切成长度为10cm的苎麻段，将苎麻段放入爆破罐中，用加压泵将爆破罐内压力增压至0.9～1.0MPa，保压处理1～2min后打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到微爆苎麻段；
（2）将上述得到的微爆苎麻段平铺在地面，用石磙反复碾压15～20min，碾压结束后得到松散的苎麻纤维束，将苎麻纤维束和质量分数为20%的氢氧化钠溶液混合后放入水浴锅中，在50～60℃的水浴温度下浸泡10～12h；
（3）待上述浸泡完毕后，过滤分离得到滤渣，将滤渣和水以及柠檬汁混合后装入高压蒸煮罐中，在1.5～1.8MPa下高温蒸煮，高温蒸煮结束后过滤分离得到蒸煮滤渣，即为改性苎麻纤维，备用；
（4）按重量份数计，称取15～20份河砂、20～30份石灰石、15～20份白云石和25～35份膨胀珍珠岩放入球磨机中，按球料质量比为20:1向球磨机中加入氧化锆球磨珠，球磨处理2～3h得到混合研磨物；
（5）将混合研磨物和胶原蛋白粉以及沼液混合后装入发酵罐中，密封罐口后在35～45℃下发酵3～5天，待发酵结束后取出发酵产物，过滤分离得到发酵滤渣；
（6）按重量份数计，称取100～200份水泥、200～300份上述发酵滤渣、60～80份备用的改性苎麻纤维、1～2份的无水硫酸钠、2～3份的木质素磺酸钠、1～3份聚二甲基硅氧烷和5～6份的柠檬酸酯以及150～200份水混合后，用水泥胶砂搅拌机继续搅拌混合2～3h后出料即得保水高韧性建筑砂浆。
步骤（2）中所述的苎麻纤维束和质量分数为20%的氢氧化钠溶液的质量比为1:10。
步骤（3）中所述的高温蒸煮的温度200～220℃，高温蒸煮的时间为3～5h。
步骤（5）中所述的混合研磨物和胶原蛋白粉以及沼液的质量比为10:5:4。
本发明的有益效果是：
本发明首先通过微爆破，在保持苎麻纤维本身物理力学性及外观完整的条件下，在加压和瞬间释压过程中木浆纤维内部产生压力差，使得苎麻纤维内部形成由内向外冲击的高压气流，在该高压气流的作用下，苎麻纤维细胞壁和纹孔膜等薄弱组织被破坏，实现初步解纤，接着本发明通过碱浸将苎麻纤维中的碱溶性的杂质去除，接着将碱浸后的苎麻纤维进行高温蒸煮，通过高温蒸煮使苎麻纤维吸收热能，其分子链发生较强的活动，在一个较窄的温度范围内，分子间的联接破裂，分子间相互位移加剧，聚合物特性有所变化，无定型纤维从玻璃态转变为塑化态，使纤维初步软化，之后在水热作用下水解，而柠檬汁中的有机羧酸可以进一步促使纤维素水解，水解作用可促使平行的、后继的，甚至交叉的化学作用的发生，并可促使高聚糖降解为低聚糖，甚而为单糖、聚木糖，水解导致糠醛产生，产生的糠醛又能在发酵的过程中自行发生缩合和缩聚，即使得纤维发生树脂化反应，以其作为填料，一方面可以利用其本身的韧性提高砂浆的韧性，另一方面又可以在砂浆受到外界冲击式，以苎麻纤维作为应力传导的介质，再一次提高砂浆的韧性，另外在纤维高压蒸煮的过程中，纤维表面会增加大量的活性基团，这些活性基团的增加，使得苎麻纤维和砂浆之间的化学键合力得以增大，从另一方面说也增加了两者之间的相容性，可以更加充分的发挥苎麻纤维的增韧抗裂功能，并且掺入砂浆后，引入的活性基团和发酵改性后的砂浆基料之间的化学键合、交联作用也得以加强，以苎麻纤维为中心，形成了结构更加稳定的网状交联结构，通过交联网之间的应力传递分散，提高了最终制得砂浆的黏结性和韧弹性。
（2）本发明将砂浆基料和胶原蛋白以及沼液共混发酵，通过沼液中微生物发酵酸化，产生大量有机酸类物质，胶原肽链中的羟基基团结合上酸后，胶原分子间及链间的离子交联键和氢键将被打开，胶原分子就会和树脂化的苎麻纤维发生交联反应，形成三维网状的交联结构，通过交联网之间的应力传递分散，也能提高砂浆的韧性和弹性，同时，在发酵的过程中，还有一些胶原蛋白被微生物降解成氨基酸，氨基酸进一步被分解成游离性氨基和羧基，接着在微生物的作用下，又会将这些氨基和羧基引入到砂浆基料表面，而氨基和羧基都是亲水性基团，它们的引入可以增加建筑砂浆的亲水性，使得本发明最终制得的建筑砂浆同时具备粘结强度高、亲水性好以及韧性高的性质，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
收集苎麻茎杆用铡刀切成长度为10cm的苎麻段，将苎麻段放入爆破罐中，用加压泵将爆破罐内压力增压至0.9～1.0MPa，保压处理1～2min后打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到微爆苎麻段；将得到的微爆苎麻段平铺在地面，用石磙反复碾压15～20min，碾压结束后得到松散的苎麻纤维束，将苎麻纤维束和质量分数为20%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10混合后放入水浴锅中，在50～60℃的水浴温度下浸泡10～12h；待浸泡完毕后，过滤分离得到滤渣，将滤渣和水以及柠檬汁按质量比为2:10:1混合后装入高压蒸煮罐中，在1.5～1.8MPa下加热升温至200～220℃，高温蒸煮3～5h，高温蒸煮结束后过滤分离得到蒸煮滤渣，即为改性苎麻纤维，备用；按重量份数计，称取15～20份河砂、20～30份石灰石、15～20份白云石和25～35份膨胀珍珠岩放入球磨机中，按球料质量比为20:1向球磨机中加入氧化锆球磨珠，球磨处理2～3h得到混合研磨物；将混合研磨物和胶原蛋白粉以及沼液按质量比为10:5:4混合后装入发酵罐中，密封罐口后在35～45℃下发酵3～5天，待发酵结束后取出发酵产物，过滤分离得到发酵滤渣；按重量份数计，称取100～200份水泥、200～300份上述发酵滤渣、60～80份备用的改性苎麻纤维、1～2份的无水硫酸钠、2～3份的木质素磺酸钠、1～3份聚二甲基硅氧烷和5～6份的柠檬酸酯以及150～200份水混合后，用水泥胶砂搅拌机继续搅拌混合2～3h后出料即得保水高韧性建筑砂浆。
实例1
收集苎麻茎杆用铡刀切成长度为10cm的苎麻段，将苎麻段放入爆破罐中，用加压泵将爆破罐内压力增压至0.9MPa，保压处理1～2min后打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到微爆苎麻段；将得到的微爆苎麻段平铺在地面，用石磙反复碾压15min，碾压结束后得到松散的苎麻纤维束，将苎麻纤维束和质量分数为20%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10混合后放入水浴锅中，在50℃的水浴温度下浸泡10h；待浸泡完毕后，过滤分离得到滤渣，将滤渣和水以及柠檬汁按质量比为2:10:1混合后装入高压蒸煮罐中，在1.5MPa下加热升温至200℃，高温蒸煮3h，高温蒸煮结束后过滤分离得到蒸煮滤渣，即为改性苎麻纤维，备用；按重量份数计，称取15份河砂、20份石灰石、15份白云石和25份膨胀珍珠岩放入球磨机中，按球料质量比为20:1向球磨机中加入氧化锆球磨珠，球磨处理2h得到混合研磨物；将混合研磨物和胶原蛋白粉以及沼液按质量比为10:5:4混合后装入发酵罐中，密封罐口后在35℃下发酵3天，待发酵结束后取出发酵产物，过滤分离得到发酵滤渣；按重量份数计，称取100份水泥、200份上述发酵滤渣、60份备用的改性苎麻纤维、1份的无水硫酸钠、2份的木质素磺酸钠、1份聚二甲基硅氧烷和5份的柠檬酸酯以及150份水混合后，用水泥胶砂搅拌机继续搅拌混合2h后出料即得保水高韧性建筑砂浆。
实例2
收集苎麻茎杆用铡刀切成长度为10cm的苎麻段，将苎麻段放入爆破罐中，用加压泵将爆破罐内压力增压至0.9MPa，保压处理2min后打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到微爆苎麻段；将得到的微爆苎麻段平铺在地面，用石磙反复碾压18min，碾压结束后得到松散的苎麻纤维束，将苎麻纤维束和质量分数为20%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10混合后放入水浴锅中，在55℃的水浴温度下浸泡11h；待浸泡完毕后，过滤分离得到滤渣，将滤渣和水以及柠檬汁按质量比为2:10:1混合后装入高压蒸煮罐中，在1.6MPa下加热升温至210℃，高温蒸煮4h，高温蒸煮结束后过滤分离得到蒸煮滤渣，即为改性苎麻纤维，备用；按重量份数计，称取18份河砂、25份石灰石、18份白云石和30份膨胀珍珠岩放入球磨机中，按球料质量比为20:1向球磨机中加入氧化锆球磨珠，球磨处理2h得到混合研磨物；将混合研磨物和胶原蛋白粉以及沼液按质量比为10:5:4混合后装入发酵罐中，密封罐口后在40℃下发酵4天，待发酵结束后取出发酵产物，过滤分离得到发酵滤渣；按重量份数计，称取150份水泥、250份上述发酵滤渣、70份备用的改性苎麻纤维、1份的无水硫酸钠、2份的木质素磺酸钠、2份聚二甲基硅氧烷和5份的柠檬酸酯以及180份水混合后，用水泥胶砂搅拌机继续搅拌混合3h后出料即得保水高韧性建筑砂浆。
实例3
收集苎麻茎杆用铡刀切成长度为10cm的苎麻段，将苎麻段放入爆破罐中，用加压泵将爆破罐内压力增压至1.0MPa，保压处理2min后打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到微爆苎麻段；将得到的微爆苎麻段平铺在地面，用石磙反复碾压20min，碾压结束后得到松散的苎麻纤维束，将苎麻纤维束和质量分数为20%的氢氧化钠溶液按质量比为1:10混合后放入水浴锅中，在60℃的水浴温度下浸泡12h；待浸泡完毕后，过滤分离得到滤渣，将滤渣和水以及柠檬汁按质量比为2:10:1混合后装入高压蒸煮罐中，在1.8MPa下加热升温至220℃，高温蒸煮5h，高温蒸煮结束后过滤分离得到蒸煮滤渣，即为改性苎麻纤维，备用；按重量份数计，称取20份河砂、30份石灰石、20份白云石和35份膨胀珍珠岩放入球磨机中，按球料质量比为20:1向球磨机中加入氧化锆球磨珠，球磨处理3h得到混合研磨物；将混合研磨物和胶原蛋白粉以及沼液按质量比为10:5:4混合后装入发酵罐中，密封罐口后在45℃下发酵5天，待发酵结束后取出发酵产物，过滤分离得到发酵滤渣；按重量份数计，称取200份水泥、300份上述发酵滤渣、80份备用的改性苎麻纤维、2份的无水硫酸钠、3份的木质素磺酸钠、3份聚二甲基硅氧烷和6份的柠檬酸酯以及200份水混合后，用水泥胶砂搅拌机继续搅拌混合3h后出料即得保水高韧性建筑砂浆。
对照例
以北京市某公司生产的聚合物改性建筑砂浆作为对照例
对本发明制得的保水高韧性建筑砂浆和对照例中的建筑砂浆进行性能检测，检测结果如表1所示：
保水性测试方法：先称量不透水片与干燥试模质量m1和8片中速定性滤纸质量m2；将实例1～3和对比例中的干混砂浆一次性填入试模，并用抹刀插捣数次，当填充砂浆高于试模边缘时，用抹刀以45°角一次性将试模表面多余的砂浆刮去，然后再用抹刀以较平的角度在试模表面反方向将砂浆刮平；抹掉试模边缘砂浆，称量试模、不透水片和砂浆总质量m3；用2片医用棉纱覆盖在砂浆表面，再在棉纱表面放上8片滤纸，用不透水片盖在滤纸表面，以2kg的重物把不透水片压着；静止2min后移走重物及不透水片，取出滤纸，迅速称量滤纸质量m4；计算出保水率。
表1 性能检测结果
由上表中的检测数据可以看出，本发明制得的保水高韧性建筑砂浆保水性好，韧性佳，粘结强度高，具有广阔的应用前景。

Claims (4)

1.一种保水高韧性建筑砂浆的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）收集苎麻茎杆用铡刀切成长度为10cm的苎麻段，将苎麻段放入爆破罐中，用加压泵将爆破罐内压力增压至0.9～1.0MPa，保压处理1～2min后打开爆破罐的排气阀，使爆破罐内压力瞬间降低至常压，出料，得到微爆苎麻段；
（2）将上述得到的微爆苎麻段平铺在地面，用石磙反复碾压15～20min，碾压结束后得到松散的苎麻纤维束，将苎麻纤维束和质量分数为20%的氢氧化钠溶液混合后放入水浴锅中，在50～60℃的水浴温度下浸泡10～12h；
（3）待上述浸泡完毕后，过滤分离得到滤渣，将滤渣和水以及柠檬汁混合后装入高压蒸煮罐中，在1.5～1.8MPa下高温蒸煮，高温蒸煮结束后过滤分离得到蒸煮滤渣，即为改性苎麻纤维，备用；
（4）按重量份数计，称取15～20份河砂、20～30份石灰石、15～20份白云石和25～35份膨胀珍珠岩放入球磨机中，按球料质量比为20:1向球磨机中加入氧化锆球磨珠，球磨处理2～3h得到混合研磨物；
（5）将混合研磨物和胶原蛋白粉以及沼液混合后装入发酵罐中，密封罐口后在35～45℃下发酵3～5天，待发酵结束后取出发酵产物，过滤分离得到发酵滤渣；
（6）按重量份数计，称取100～200份水泥、200～300份上述发酵滤渣、60～80份备用的改性苎麻纤维、1～2份的无水硫酸钠、2～3份的木质素磺酸钠、1～3份聚二甲基硅氧烷和5～6份的柠檬酸酯以及150～200份水混合后，用水泥胶砂搅拌机继续搅拌混合2～3h后出料即得保水高韧性建筑砂浆。
2.根据权利要求1所述的一种保水高韧性建筑砂浆的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的苎麻纤维束和质量分数为20%的氢氧化钠溶液的质量比为1:10。
3.根据权利要求1所述的一种保水高韧性建筑砂浆的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的高温蒸煮的温度200～220℃，高温蒸煮的时间为3～5h。
4.根据权利要求1所述的一种保水高韧性建筑砂浆的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的混合研磨物和胶原蛋白粉以及沼液的质量比为10:5:4。
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