CN108546018A - 一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆及其制备方法 - Google Patents

一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将纳米二氧化钛粉末加入无水乙醇中，超声分散，加入含硅烷偶联剂的乙醇水溶液，室温搅拌，升温继续反应，过滤干燥，得到改性纳米二氧化钛粉末；将多孔橡胶粉和的改性纳米二氧化钛粉末加入溶剂中，干燥搅拌均匀后，加入形状记忆金属丝，加热搅拌均匀后，继续升温至橡胶软化，搅拌，冷却至室温，粉碎，得到金属橡胶改性填料颗粒；将高强聚丙烯短单丝和金属橡胶改性填料颗粒加入到聚合物中，预先混合后，加入到水泥、砂、剩余的聚合物、集料和水，搅拌均匀，得到金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆。本发明制备的砂浆具有优异的力学性能耐久性能。

Description

一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆及其制备方法
技术领域
本发明属于装配式建筑用砂浆材料技术领域，具体涉及一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，建筑领域也得到了较快发展，建筑材料的结构和功能不仅与建造材料和工艺有关，还需要定期的维修与加固，以保证人们的使用和安全。研究发现，通过掺入聚合物可显著提高砂浆的强度、粘结性能、抗渗透性、耐腐蚀性等，其中，应用最为广泛的是通过乳液聚合的聚合物如丁苯类乳液、丙烯酸类乳液、环氧类乳液、氯丁类乳液、苯丙乳液、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液、酯化羟酸乙烯酯乳液、聚醋酸乙烯酯乳液等，但是聚合物的种类、掺量对砂浆的流动度、含气量等都有很大的影响。
聚合物改性耐久砂浆的性能主要突出在抗渗透性、抗侵蚀性和抗冻性等，聚合物改性耐久砂浆的耐久性与砂浆的渗透性和尺寸稳定性有很大关系。中国专利CN102219457B公开的抗裂、耐久的水泥基弹性防护砂浆及其制备方法，该抗裂、耐久的水泥基弹性防护砂浆包括硅酸盐水泥、粉煤灰、砂、橡胶粉、高分子聚酯乳液、特种纤维、水和高效减水剂，将橡胶粉、砂、特种纤维在干燥搅拌器内搅拌均匀后形成混合砂，然后把硅酸盐水泥、粉煤灰、混合砂、高分子聚酯乳液、水、高效减水剂加入强制式搅拌机内搅拌制成新拌砂浆，新拌砂浆可用于现场浇筑/喷涂，或者放入不同尺寸的模板内制成具有高强、抗裂、高耐久、保温的材料，该方法制备的水泥基弹性防护砂浆具有较好的弹塑性和抗变形能力，弹性模量一般在10-25GPa，极限拉伸值小于150×106，抗冻性达F150，抗冲磨性能大于4h/(kg/m2)。中国专利CN 106186799A公开的适用于提高PCCP保护层砂浆耐久性的专用砂浆密实剂及其制备方法，该适用于提高PCCP保护层砂浆耐久性的专用砂浆密实剂包括聚羧酸系高性能减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸系高效减水剂、萘系高效减水剂或木质素磺酸钙减水剂中的一种或者几种减水剂(A)，醋酸乙烯酯均聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、丙烯酸酯类、苯乙烯-丁二烯共聚物、醋酸乙烯酯-乙烯-丙烯酸酯共聚物、醋酸乙烯酯-乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物中的一种或者几种成膜剂(B)、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、黄原胶温轮胶中的一种或者几种保水剂(C)、聚氧乙烯类、氨基醇类、一元和二元醇、聚醚或聚醇类有机物或他们的衍生物中的一种或者几种减缩剂(D)、有机硅化合物、有机氟化物、二硬植酸酰乙二胺中的一种或者几种消泡剂(E)和水，该方法制备的砂浆密实剂可提高PCCP保护层砂浆的致密性、柔韧性和粘聚性能，大幅度提高保护层砂浆的抗渗、抗裂、抗脱落、抗侵蚀等耐久性能，进而改善PCCP管的耐久性能。由上述现有技术可知，通过将含聚合物的助剂加入到砂浆中可大幅度提高砂浆的耐久性能，但是聚合物助剂不耐老化、高温和火灾，且部分聚合物有毒有异味，不够绿色安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆及其制备方法，将二氧化钛粉末与多孔橡胶粉末混合后，加入形状记忆金属丝，经加热至橡胶软化后，冷却粉碎，得到金属橡胶改性填料颗粒，然后将高强聚丙烯短单丝和金属橡胶改性填料颗粒作为改性剂加入到砂浆中，在提高砂浆的高弹性、力学性能、耐紫外性能、耐热性能和长期耐水性能，耐久性能优异。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆，所述金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆的组分，按重量份计，包括50-100份高强聚丙烯短单丝、50-100份金属橡胶改性填料颗粒、80-150份聚合物、1000-1500份水泥、800-1000份砂、200-300份集料和750-800份水。
作为上述技术方案的优选，所述金属橡胶改性填料颗粒包括纳米二氧化钛、橡胶和形状记忆金属丝。
作为上述技术方案的优选，所述的一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米二氧化钛粉末加入无水乙醇中，超声分散，加入含硅烷偶联剂的乙醇水溶液，室温搅拌20-30min后，升温至80-100℃继续反应6-8h，过滤干燥，得到改性纳米二氧化钛粉末；
(2)将多孔橡胶粉和步骤(1)制备的改性纳米二氧化钛粉末加入溶剂中，干燥搅拌均匀后，加入形状记忆金属丝，先在150-200℃下搅拌均匀后，继续升温至270-300℃，搅拌10-60min，冷却至室温，粉碎，得到金属橡胶改性填料颗粒；
(3)将高强聚丙烯短单丝和步骤(2)制备的金属橡胶改性填料颗粒加入到聚合物中，预先混合后，加入到水泥、砂、剩余的聚合物、集料和水，搅拌均匀，得到金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，含硅烷偶联剂的乙醇水溶液中硅烷偶联剂的含量为0.7-1％，乙醇与水的体积比为9-10:1。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，改性纳米二氧化钛粉末中纳米二氧化钛与硅烷偶联剂的质量比为1:0.05-0.1。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，多孔橡胶粉、改性纳米二氧化钛和形状记忆金属丝的质量比为1:0.15-0.2:0.3-0.6。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，金属橡胶改性填料颗粒的孔隙率为15-20％，粒径分布为1-10μm和30-50μm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，形状记忆金属丝为钛镍合金，直径为50-300微米，长度为0.5-1mm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，聚合物与剩余的聚合物的质量比为1-10:80-90。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，预先混合的转速为100-200r/min，搅拌均匀的转速为300-500r/min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆主要改性剂为高强聚丙烯短单丝和金属橡胶改性填料颗粒，其中高强聚丙烯短单丝的直径小，高强度，可在砂浆中形成三维网络，可以显著提高砂浆的力学性能，而且高强聚丙烯短单丝由纯聚丙烯构成，耐久性能好，其中金属橡胶改性填料颗粒是将二氧化钛粉末与多孔橡胶粉末混合后，将二氧化钛粉末加入渗入到多孔橡胶粉末中，然后加入形状记忆金属丝，先搅拌预热，使形状记忆金属丝与二氧化钛粉末和多孔橡胶粉末初步融合，然后升温使橡胶软化，再冷却，使橡胶作为粘合剂和固定剂，将二氧化钛、橡胶、形状记忆金属丝牢固的固定在一起，然后粉碎，得到金属橡胶改性填料颗粒，最后将高强聚丙烯短单丝和金属橡胶改性填料颗粒作为改性剂加入到砂浆中，在提高砂浆的高弹性、力学性能、耐紫外性能、耐热性能和长期耐水性能，耐久性能优异。
(2)本发明制备的金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆中交联密度大，柔韧性好，拉伸强度和弹性提高，还具有良好的抗紫外性能、抗渗透性、耐热性能、耐腐蚀性能，金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆耐久性能优异，因此，本发明制备的金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆不仅可以保证装配式建筑材料的力学性能，而且耐久性和耐热性能优异，综合性能好。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)按照改性纳米二氧化钛粉末中纳米二氧化钛与硅烷偶联剂的质量比为1:0.05，将纳米二氧化钛粉末加入无水乙醇中，超声分散，加入含0.7％硅烷偶联剂的乙醇水溶液，其中，乙醇与水的体积比为9:1，室温搅拌20min后，升温至80℃继续反应6h，过滤干燥，得到改性纳米二氧化钛粉末。
(2)按照多孔橡胶粉、改性纳米二氧化钛和形状记忆金属丝的质量比为1:0.15:0.3，将多孔橡胶粉和改性纳米二氧化钛粉末加入溶剂中，干燥搅拌均匀后，加入直径为50-300微米，长度为0.5-1mm的钛镍形状记忆金属丝，先在150℃下搅拌均匀后，继续升温至270℃使橡胶软化，搅拌10min，冷却至室温，粉碎，得到金属橡胶改性填料颗粒，其中，金属橡胶改性填料颗粒的孔隙率为15％，粒径分布为1-10μm和30-50μm。
(3)将高强聚丙烯短单丝和金属橡胶改性填料颗粒加入到聚合物中，以100r/min的转速预先混合5min后，加入到水泥、砂、剩余的聚合物、集料和水，其中，聚合物与剩余的聚合物的质量比为1:80，以300r/min转速搅拌均匀，得到金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆，其中，50份高强聚丙烯短单丝、50份金属橡胶改性填料颗粒、80份聚合物、1000份水泥、800份砂、200份集料和750份水。
实施例2：
(1)按照改性纳米二氧化钛粉末中纳米二氧化钛与硅烷偶联剂的质量比为1:0.1，将纳米二氧化钛粉末加入无水乙醇中，超声分散，加入含1％硅烷偶联剂的乙醇水溶液，其中，乙醇与水的体积比为10:1，室温搅拌30min后，升温至100℃继续反应8h，过滤干燥，得到改性纳米二氧化钛粉末。
(2)按照多孔橡胶粉、改性纳米二氧化钛和形状记忆金属丝的质量比为1:0.2:0.6，将多孔橡胶粉和改性纳米二氧化钛粉末加入溶剂中，干燥搅拌均匀后，加入直径为50-300微米，长度为0.5-1mm的钛镍形状记忆金属丝，先在200℃下搅拌均匀后，继续升温至300℃使橡胶软化，搅拌60min，冷却至室温，粉碎，得到金属橡胶改性填料颗粒，其中，金属橡胶改性填料颗粒的孔隙率为20％，粒径分布为1-10μm和30-50μm。
(3)将高强聚丙烯短单丝和金属橡胶改性填料颗粒加入到聚合物中，以200r/min的转速预先混合10min后，加入到水泥、砂、剩余的聚合物、集料和水，其中，聚合物与剩余的聚合物的质量比为10:90，以500r/min转速搅拌均匀，得到金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆，其中，100份高强聚丙烯短单丝、100份金属橡胶改性填料颗粒、150份聚合物、1500份水泥、1000份砂、300份集料和800份水。
实施例3：
(1)按照改性纳米二氧化钛粉末中纳米二氧化钛与硅烷偶联剂的质量比为1:0.05，将纳米二氧化钛粉末加入无水乙醇中，超声分散，加入含1％硅烷偶联剂的乙醇水溶液，其中，乙醇与水的体积比为9:1，室温搅拌30min后，升温至80℃继续反应8h，过滤干燥，得到改性纳米二氧化钛粉末。
(2)按照多孔橡胶粉、改性纳米二氧化钛和形状记忆金属丝的质量比为1:0.15:0.6，将多孔橡胶粉和改性纳米二氧化钛粉末加入溶剂中，干燥搅拌均匀后，加入直径为50-300微米，长度为0.5-1mm的钛镍形状记忆金属丝，先在150℃下搅拌均匀后，继续升温至300℃使橡胶软化，搅拌10min，冷却至室温，粉碎，得到金属橡胶改性填料颗粒，其中，金属橡胶改性填料颗粒的孔隙率为20％，粒径分布为1-10μm和30-50μm。
(3)将高强聚丙烯短单丝和金属橡胶改性填料颗粒加入到聚合物中，以100r/min的转速预先混合10min后，加入到水泥、砂、剩余的聚合物、集料和水，其中，聚合物与剩余的聚合物的质量比为1:90，以300r/min转速搅拌均匀，得到金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆，其中，100份高强聚丙烯短单丝、50份金属橡胶改性填料颗粒、150份聚合物、1000份水泥、1000份砂、200份集料和800份水。
实施例4：
(1)按照改性纳米二氧化钛粉末中纳米二氧化钛与硅烷偶联剂的质量比为1:0.1，将纳米二氧化钛粉末加入无水乙醇中，超声分散，加入含0.7％硅烷偶联剂的乙醇水溶液，其中，乙醇与水的体积比为10:1，室温搅拌20min后，升温至100℃继续反应6h，过滤干燥，得到改性纳米二氧化钛粉末。
(2)按照多孔橡胶粉、改性纳米二氧化钛和形状记忆金属丝的质量比为1:0.2:0.3，将多孔橡胶粉和改性纳米二氧化钛粉末加入溶剂中，干燥搅拌均匀后，加入直径为50-300微米，长度为0.5-1mm的钛镍形状记忆金属丝，先在200℃下搅拌均匀后，继续升温至270℃使橡胶软化，搅拌60min，冷却至室温，粉碎，得到金属橡胶改性填料颗粒，其中，金属橡胶改性填料颗粒的孔隙率为15％，粒径分布为1-10μm和30-50μm。
(3)将高强聚丙烯短单丝和金属橡胶改性填料颗粒加入到聚合物中，以200r/min的转速预先混合5min后，加入到水泥、砂、剩余的聚合物、集料和水，其中，聚合物与剩余的聚合物的质量比为10:80，以500r/min转速搅拌均匀，得到金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆，其中，50份高强聚丙烯短单丝、100份金属橡胶改性填料颗粒、80份聚合物、1500份水泥、800份砂、300份集料和750份水。
实施例5：
(1)按照改性纳米二氧化钛粉末中纳米二氧化钛与硅烷偶联剂的质量比为1:0.07，将纳米二氧化钛粉末加入无水乙醇中，超声分散，加入含0.8％硅烷偶联剂的乙醇水溶液，其中，乙醇与水的体积比为9.5:1，室温搅拌25min后，升温至90℃继续反应7h，过滤干燥，得到改性纳米二氧化钛粉末。
(2)按照多孔橡胶粉、改性纳米二氧化钛和形状记忆金属丝的质量比为1:0.16:0.4，将多孔橡胶粉和改性纳米二氧化钛粉末加入溶剂中，干燥搅拌均匀后，加入直径为50-300微米，长度为0.5-1mm的钛镍形状记忆金属丝，先在180℃下搅拌均匀后，继续升温至280℃使橡胶软化，搅拌30min，冷却至室温，粉碎，得到金属橡胶改性填料颗粒，其中，金属橡胶改性填料颗粒的孔隙率为16％，粒径分布为1-10μm和30-50μm。
(3)将高强聚丙烯短单丝和金属橡胶改性填料颗粒加入到聚合物中，以150r/min的转速预先混合6min后，加入到水泥、砂、剩余的聚合物、集料和水，其中，聚合物与剩余的聚合物的质量比为3:85，以400r/min转速搅拌均匀，得到金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆，其中，70份高强聚丙烯短单丝、90份金属橡胶改性填料颗粒、100份聚合物、1200份水泥、900份砂、250份集料和780份水。
实施例6：
(1)按照改性纳米二氧化钛粉末中纳米二氧化钛与硅烷偶联剂的质量比为1:0.08，将纳米二氧化钛粉末加入无水乙醇中，超声分散，加入含0.9％硅烷偶联剂的乙醇水溶液，其中，乙醇与水的体积比为9.3:1，室温搅拌24min后，升温至85℃继续反应7.5h，过滤干燥，得到改性纳米二氧化钛粉末。
(2)按照多孔橡胶粉、改性纳米二氧化钛和形状记忆金属丝的质量比为1:0.19:0.5，将多孔橡胶粉和改性纳米二氧化钛粉末加入溶剂中，干燥搅拌均匀后，加入直径为50-300微米，长度为0.5-1mm的钛镍形状记忆金属丝，先在195℃下搅拌均匀后，继续升温至290℃使橡胶软化，搅拌30min，冷却至室温，粉碎，得到金属橡胶改性填料颗粒，其中，金属橡胶改性填料颗粒的孔隙率为17％，粒径分布为1-10μm和30-50μm。
(3)将高强聚丙烯短单丝和金属橡胶改性填料颗粒加入到聚合物中，以140r/min的转速预先混合6min后，加入到水泥、砂、剩余的聚合物、集料和水，其中，聚合物与剩余的聚合物的质量比为3:85，以450r/min转速搅拌均匀，得到金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆，其中，80份高强聚丙烯短单丝、75份金属橡胶改性填料颗粒、100份聚合物、1350份水泥、900份砂、240份集料和790份水。
经检测，实施例1-6制备的金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆与现有的聚合物砂浆的含气量、流动度、抗折强度、抗压强度、粘结强度和维修周期的结果如下所示：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 现有技术
含气量(％) 10.4 12.6 11.7 11.4 12.0 11.3 7.4
流动度(mm) 167 172 169 170 170 168 165
抗折强度(MPa) 12.6 14.7 13.5 12.9 13.8 14.0 10.0
抗压强度(MPa) 52.4 54.9 53.1 53.9 54.4 54.1 46.3
粘结强度(MPa) 0.53 0.67 0.55 0.56 0.62 0.63 0.45
维修周期(年) 3.2 3.9 3.7 4 3.8 3.4 2
本发明制备的金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆的流动性好，黏度好，力学性能优异，耐久性能好。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆，其特征在于：所述金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆的组分，按重量份计，包括50-100份高强聚丙烯短单丝、50-100份金属橡胶改性填料颗粒、80-150份聚合物、1000-1500份水泥、800-1000份砂、200-300份集料和750-800份水。
2.根据权利要求1所述的一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆，其特征在于：所述金属橡胶改性填料颗粒包括纳米二氧化钛、橡胶和形状记忆金属丝。
3.根据权利要求1或者2所述的一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将纳米二氧化钛粉末加入无水乙醇中，超声分散，加入含硅烷偶联剂的乙醇水溶液，室温搅拌20-30min后，升温至80-100℃继续反应6-8h，过滤干燥，得到改性纳米二氧化钛粉末；
(2)将多孔橡胶粉和步骤(1)制备的改性纳米二氧化钛粉末加入溶剂中，干燥搅拌均匀后，加入形状记忆金属丝，先在150-200℃下搅拌均匀后，继续升温至270-300℃，搅拌10-60min，冷却至室温，粉碎，得到金属橡胶改性填料颗粒；
(3)将高强聚丙烯短单丝和步骤(2)制备的金属橡胶改性填料颗粒加入到聚合物中，预先混合后，加入到水泥、砂、剩余的聚合物、集料和水，搅拌均匀，得到金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆。
4.根据权利要求3所述的一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，含硅烷偶联剂的乙醇水溶液中硅烷偶联剂的含量为0.7-1％，乙醇与水的体积比为9-10:1。
5.根据权利要求3所述的一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，改性纳米二氧化钛粉末中纳米二氧化钛与硅烷偶联剂的质量比为1:0.05-0.1。
6.根据权利要求3所述的一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，多孔橡胶粉、改性纳米二氧化钛和形状记忆金属丝的质量比为1:0.15-0.2:0.3-0.6。
7.根据权利要求3所述的一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，金属橡胶改性填料颗粒的孔隙率为15-20％，粒径分布为1-10μm和30-50μm。
8.根据权利要求3所述的一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，形状记忆金属丝为钛镍合金，直径为50-300微米，长度为0.5-1mm。
9.根据权利要求3所述的一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，聚合物与剩余的聚合物的质量比为1-10:80-90。
10.根据权利要求3所述的一种金属橡胶改性装配式建筑用耐久性砂浆的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，预先混合的转速为100-200r/min，搅拌均匀的转速为300-500r/min。
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