CN110204267B - 一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺 - Google Patents

一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺，属于建筑材料技术领域，该发明通过将秸秆与椰壳粉碎并混合置于ZnCl2溶液与H3PO4溶液的混合液中浸渍后，再浸渍于无水乙醇中，经加热、酸洗、干燥后得到植物纤维混料，将其与水泥、砂和聚丙烯纤维粉磨并混合，再与细骨料、稳定剂混合后加水得到水泥砂浆，本发明中的原料简单易得，达到了绿色环保的目的，同时制备出的水泥砂浆拥有较强的抗裂性能且制备方法简单、高效。

Description

一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺。
背景技术
水泥砂浆通常为水泥、细骨料、水和沙子的混合物，常用以室内外抹灰或作为基础和墙体砌筑的粘合剂。目前为止，大多数水泥砂浆抗裂能力不强，进而导致建筑墙面脱落、龟裂或空鼓等情况的发生，影响建筑物外观的同时，极大程度地影响了建筑的质量。
中国专利CN201710219775.1公开了一种水泥砂浆及其制备方法，该水泥砂浆包括以下重量份的原料：水泥100-120份、砂60-80份、固体废弃物纤维浆料30-60份、玉米秸秆改性纤维素10-15份、珍珠岩10-15份、高岭土10-15份、膨润土2-10份、改性海泡石2-10份、填充剂2-6份、防水防腐剂2-4份、硬化剂2-5份、增稠剂1-3份、可再分散乳胶粉1-3份、减水剂1-3份和水100-150份。制备出的水泥砂浆具有良好的力学性能，结合性能好、结合强度高，能够避免出现裂纹，而且具有良好的防火、耐酸碱、保温隔热和吸音性能等。但固体废弃物纤维浆料在制备时需要在熔化炉中经历1000-1600℃高温得到，能量消耗较为严重，且在制备过程中固体废弃物成分较为复杂，煅烧熔化时会产生大量的有毒有害气体，对环境产生不良影响。
中国专利CN201610374570.6公开了一种利用改性椰壳纤维制备抗裂低收缩水泥砂浆的方法，该方法主要将椰壳纤维清洗后加入NaOH溶液和H2O2二者的混合溶液中浸泡热处理，热处理后依次进行洗涤、干燥和剪切，得到改性椰壳纤维；然后配制水泥砂浆，并称取所加入的改性椰壳纤维；将改性椰壳纤维充分吸水，得到饱水改性椰壳纤维；将称取的部分水泥和砂混合均匀，然后加入饱水改性椰壳纤维，在加入纤维的过程中分批加入剩余的水泥和砂，最后加入水，充分搅拌；改性椰壳纤维在水泥砂浆中分散均匀，得到抗裂低收缩水泥砂浆。能够提高水泥砂浆的抗裂性能，同时还能减小水泥砂浆的干缩值。但NaOH溶液和H2O2二者的混合溶液中浸泡热处理成本相对较高且污染环境严重，不易大量推广使用。
针对水泥砂浆及其制备过程中存在的成本高、能耗大污染环境等问题，应寻找一种成本低、能耗低、污染小的制备水泥砂浆的方法，满足绿色无污染或低污染要求的同时，进而制备出抗裂能力较强的水泥砂浆。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺，该工艺使用纤维素混料为原料，原料简单易得达到了绿色环保的目的，同时制备出的水泥砂浆拥有较强的抗裂性能且制备方法简单、高效。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺，包括以下步骤：
(1)将秸秆与椰壳粉碎后浸渍于ZnCl2溶液与H3PO4溶液的混合液中，再浸渍于无水乙醇中，经加热、酸洗、干燥得到植物纤维混料；
(2)将水泥、砂、步骤(1)中的植物纤维混料和聚丙烯纤维粉磨并混合，得到粉末A；
(3)将步骤(2)中的粉末A与细骨料、稳定剂混合后加水，搅拌均匀即得水泥砂浆。
进一步地，所述水泥砂浆的原料按重量份数计，包括：80-160份水泥、120-180份砂、5-35份细骨料、20-36份植物纤维混料、15-20份聚丙烯纤维、2-8份稳定剂和100-200份水。
优选地，所述水泥砂浆的原料按重量份数计，包括：100-150份水泥、150-160份砂、10-22份细骨料、22-30份植物纤维混料、16-18份聚丙烯纤维、3-6份稳定剂和120-180份水。
进一步优选地，所述水泥砂浆的原料按重量份数计，包括：120份水泥、155份砂、18份细骨料、26份植物纤维混料、17份聚丙烯纤维、5份稳定剂和150份水。
进一步地，步骤(1)中所述秸秆与椰壳纤维的重量比为5-10:1；优选地，所述秸秆与椰壳纤维的重量比为7:1；步骤(1)中所述粉碎，粉碎后的秸秆长度为0.5-1cm，椰壳的费雷特直径为0.5-1cm。
进一步地，步骤(1)中所述ZnCl2溶液与H3PO4溶液混合溶液中，ZnCl2溶液与H3PO4溶液的体积比为0.5-4:1；优选地，步骤(1)中所述ZnCl2溶液与H3PO4溶液混合溶液中，ZnCl2溶液与H3PO4溶液的体积比为2.5:1。
进一步地，步骤(1)中所述加热温度为100-120℃；所述酸洗，使用(1+9)盐酸溶液浸渍6h，所述干燥，在80℃条件下进行。
进一步地，步骤(1)中所述浸渍于ZnCl2溶液与H3PO4溶液的混合液中的浸渍时间为4-5h，所述浸渍于无水乙醇中的浸渍时间为1-2h。
进一步地，步骤(1)中所述ZnCl2溶液的质量分数为20-30％，所述H3PO4溶液的质量分数为30-40％。
进一步地，步骤(2)中所述粉磨并混合，温度条件为200-360℃，时间为20-40min。
进一步地，步骤(2)中所述稳定剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇或CaCl2中的一种或多种。
本发明所取得的技术效果是：
1.本发明制备方法中原料及制备过程将对水泥砂浆的保水率、拉伸粘结强度、收缩率以及抗压强度产生影响，进而影响水泥砂浆的抗裂性能，在本发明保护范围内，制备出的水泥砂浆抗裂性能较强；
2.本发明制备水泥砂浆的方法中使用了秸秆及椰壳，更为环保，达到了废物资源化利用的目的；
3.本发明的制备工艺过程简单、高效，能耗低，有害气体产生量小或不产生，且制备材料简单、易得，满足绿色环保的要求。
具体实施方式
值得说明的是，本发明中的原料及器材均为普通市售产品，因此对其来源不做具体限定。
实施例1
一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺，包括以下步骤：
(1)将秸秆粉碎为0.5cm长短，将椰壳粉碎成费雷特直径为0.5cm大小后浸渍于质量分数为20％的ZnCl2溶液与质量分数30％的H3PO4溶液的混合液中，浸渍时间为4h，再浸渍于无水乙醇中，浸渍时间为1h，经100℃加热、(1+9)盐酸浸渍6h酸洗、80℃条件下干燥得到植物纤维混料；其中，秸秆与椰壳纤维的重量比为5:1；ZnCl2溶液与H3PO4溶液的体积比为0.5:1。
(2)将80重量份水泥、120重量份砂、20重量份步骤(1)中的植物纤维混料和15重量份聚丙烯纤维在200℃条件下粉磨20min并混合，得到粉末A；
(3)将步骤(2)中的粉末A与5重量份细骨料、2重量份稳定剂混合后加100重量份水，搅拌均匀即得水泥砂浆。
实施例2
一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺，包括以下步骤：
(1)将秸秆粉碎为1cm长短，将椰壳粉碎成费雷特直径为1cm大小后浸渍于质量分数为30％的ZnCl2溶液与质量分数40％的H3PO4溶液的混合液中，浸渍时间为5h，再浸渍于无水乙醇中，浸渍时间为2h，经120℃加热、(1+9)盐酸浸渍6h酸洗、80℃条件下干燥得到植物纤维混料；其中，秸秆与椰壳纤维的重量比为10:1；ZnCl2溶液与H3PO4溶液的体积比为4:1。
(2)将160重量份水泥、180重量份砂、36重量份步骤(1)中的植物纤维混料和20重量份聚丙烯纤维在360℃条件下粉磨40min并混合，得到粉末A；
(3)将步骤(2)中的粉末A与35重量份细骨料、8重量份稳定剂混合后加200重量份水，搅拌均匀即得水泥砂浆。
实施例3
一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺，包括以下步骤：
(1)将秸秆粉碎为0.5cm长短，将椰壳粉碎成费雷特直径为0.5cm大小后浸渍于质量分数为25％的ZnCl2溶液与质量分数35％的H3PO4溶液的混合液中，浸渍时间为4.5h，再浸渍于无水乙醇中，浸渍时间为1.5h，经110℃加热、(1+9)盐酸浸渍6h酸洗、80℃条件下干燥得到植物纤维混料；其中，秸秆与椰壳纤维的重量比为7:1；ZnCl2溶液与H3PO4溶液的体积比为2.5:1。
(2)将120重量份水泥、155重量份砂、26重量份步骤(1)中的植物纤维混料和17重量份聚丙烯纤维在300℃条件下粉磨30min并混合，得到粉末A；
(3)将步骤(2)中的粉末A与18重量份细骨料、5重量份稳定剂混合后加150重量份水，搅拌均匀即得水泥砂浆。
实施例4
一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺，包括以下步骤：
(1)将秸秆粉碎为1cm长短，将椰壳粉碎成费雷特直径为1cm大小后浸渍于质量分数为22％的ZnCl2溶液与质量分数32％的H3PO4溶液的混合液中，浸渍时间为4.2h，再浸渍于无水乙醇中，浸渍时间为1.2h，经105℃加热、(1+9)盐酸浸渍6h酸洗、80℃条件下干燥得到植物纤维混料；其中，秸秆与椰壳纤维的重量比为6:1；ZnCl2溶液与H3PO4溶液的体积比为2:1。
(2)将100重量份水泥、150重量份砂、22重量份步骤(1)中的植物纤维混料和16重量份聚丙烯纤维在250℃条件下粉磨25min并混合，得到粉末A；
(3)将步骤(2)中的粉末A与10重量份细骨料、3重量份稳定剂混合后加120重量份水，搅拌均匀即得水泥砂浆。
实施例5
一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺，包括以下步骤：
(1)将秸秆粉碎为0.5cm长短，将椰壳粉碎成费雷特直径为0.5cm大小后浸渍于质量分数为28％的ZnCl2溶液与质量分数38％的H3PO4溶液的混合液中，浸渍时间为4.8h，再浸渍于无水乙醇中，浸渍时间为1.8h，经115℃加热、(1+9)盐酸浸渍6h酸洗、80℃条件下干燥得到植物纤维混料；其中，秸秆与椰壳纤维的重量比为8:1；ZnCl2溶液与H3PO4溶液的体积比为3:1。
(2)将150重量份水泥、160重量份砂、30重量份步骤(1)中的植物纤维混料和18重量份聚丙烯纤维在320℃条件下粉磨35min并混合，得到粉末A；
(3)将步骤(2)中的粉末A与22重量份细骨料、6重量份稳定剂混合后加180重量份水，搅拌均匀即得水泥砂浆。
对比例1
与实施例3的区别仅在于，所述水泥砂浆的原料按重量份数计，包括：70份水泥、190份砂、3份细骨料、38份植物纤维混料、14份聚丙烯纤维、10份稳定剂和80份水。
对比例2
与实施例3的区别仅在于，所述水泥砂浆的原料按重量份数计，包括：180份水泥、100份砂、40份细骨料、15份植物纤维混料、22份聚丙烯纤维、1份稳定剂和220份水。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，步骤(1)中ZnCl2溶液与H3PO4溶液的体积比为0.2:1。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，步骤(1)中ZnCl2溶液与H3PO4溶液的体积比为5:1。
对比例5
与实施例3的区别仅在于，步骤(1)中秸秆与椰壳纤维的重量比为3:1。
对比例6
与实施例3的区别仅在于，步骤(1)中秸秆与椰壳纤维的重量比为12:1。
对比例7
与实施例3的区别仅在于，步骤(1)中不使用无水乙醇浸渍。
水泥砂浆抗裂性能对比试验
根据《建筑砂浆基本性能试验方法标准》JGJ/T70-2009，对比实施例1-5及对比例1-7中得到的水泥砂浆的基本性能，对比各实例中水泥砂浆的抗裂性能，得到表1。
表1基本性能测试结果
Figure BDA0002126123310000061
Figure BDA0002126123310000071
由表1可知，实施例1-5中水泥砂浆的保水率在94-98％范围内，28天拉伸粘结强度在0.90-1.02MPa范围内，28天收缩率在0.03-0.07％范围内，28天抗压强度在38.65-44.21MPa范围内，收缩率低，保水性强，抗压强度及拉伸粘结强度均较强，其中，实施例3中各组数据最优，表明本发明中水泥砂浆具有较强的抗裂性能，实施例3中水泥砂浆的抗裂性能最强。对比例1-2与实施例1-5相比，除28天收缩率上升外，其余各值均有明显下降，表明水泥砂浆的原料含量导致了水泥砂浆拉伸粘结强度、抗压强度和保水率下降以及收缩率的增加，进而影响了水泥砂浆的抗裂性能，对比例3-4与实施例1-5相比，28天收缩率较大；对比例5-6与实施例1-5相比，28天拉伸粘结强度和28天抗压强度较小；对比例6与实施例1-5相比，保水率较低，表明ZnCl2溶液与H3PO4溶液的体积比、秸秆与椰壳纤维的重量比以及无水乙醇的加入对水泥砂浆的性能均能够产生相关影响。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种利用植物纤维制备抗裂水泥砂浆的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将秸秆与椰壳粉碎后浸渍于ZnCl2溶液与H3PO4溶液的混合液中，再浸渍于无水乙醇中，经加热、酸洗、干燥得到植物纤维混料；
(2)将水泥、砂、步骤(1)中的植物纤维混料和聚丙烯纤维粉磨并混合，得到粉末A；
(3)将步骤(2)中的粉末A与细骨料、稳定剂混合后加水，搅拌均匀即得水泥砂浆；
所述水泥砂浆的原料按重量份数计，包括：80-160份水泥、120-180份砂、5-35份细骨料、20-36份植物纤维混料、15-20份聚丙烯纤维、2-8份稳定剂和100-150份水；
步骤(1)中所述秸秆与椰壳纤维的重量比为5-10:1；
步骤(1)中所述ZnCl2溶液与H3PO4溶液混合溶液中，ZnCl2溶液与H3PO4溶液的体积比为0.5-4:1；所述ZnCl2溶液的质量分数为20-30％，所述H3PO4溶液的质量分数为30-40％。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述水泥砂浆的原料按重量份数计，包括：100-150份水泥、150-160份砂、10-22份细骨料、22-30份植物纤维混料、16-18份聚丙烯纤维、3-6份稳定剂和110-140份水。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤(1)中所述加热温度为100-120℃。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤(1)中所述浸渍于ZnCl2溶液与H3PO4溶液的混合液中的浸渍时间为4-5h，所述浸渍于无水乙醇中的浸渍时间为1-2h。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤(2)中所述粉磨并混合，粉磨与混合过程的温度条件为200-360℃，总时间为20-40min。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤(2)中所述稳定剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇或CaCl2中的一种或多种。
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