CN111039641A - 低收缩轻质石膏材料及其制备方法 - Google Patents

低收缩轻质石膏材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低收缩轻质石膏材料，其原材料按质量份数计，包括建筑石膏100份、水35‑45份、玻化微珠40‑60份、聚乙烯醇纤维0.2‑0.5份、硅烷偶联剂0.2‑0.5份、减缩剂3‑8份、胶粘剂0.3‑0.6份、保水剂0.2‑0.5份、减水剂0.2‑0.4份、缓凝剂0.2‑0.4份。本发明通过组分复方优化配制出在保证轻质保温石膏材料且具有低收缩性能，既具有优异的抗收缩变形破坏能力、又拥有良好的工作性与保温隔热性。

Description

低收缩轻质石膏材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑保温材料领域，涉及低收缩轻质石膏材料及其制备方法。
背景技术
建筑行业是我国经济发展的重大产业，研究显示2019年上半年，全国建筑业共计完成总产值10.2万亿元，比去年同期增长7.2％。全国建筑业完成房屋建筑施工面积107.50亿平方米，同比增长2.71％。今后若干年我国仍将致力于城市化人口住房问题和城镇建设问题，住房和城市大型基础公用设施的建设比将加大对建筑材料的需求和加速对中国建筑材料的研究生产。建材是建筑行业的主要组成部分，建材种类的研究和选用对中国的经济发展以及能源和环境的影响起着重要的作用。目前我国建筑行业在无机胶凝材料里用量最大的是水泥胶凝材料，水泥胶凝材料虽然有着不少优点，但对资源、能源的消耗和对环境的危害却非常大：比如天然资源、能源的消耗、以及粉尘和有害气体的排放与污染。并且随着节能建筑推广应用工作的深入，建筑外墙必须采取保温措施才能满足建筑节能的基本要求。建筑外墙保温分为外保温、内保温、自保温，外保温较适合以保温为主的地区，如我国北方；内保温较适合以隔热为主的地区，如我国南方。
石膏因在自然界中的含量丰富、低毒对人体亲和、干燥时不需要相对高的温度和能量、生产能耗低、碳排放小等诸多优点，是一种可循环使用、环境负荷小的绿色建材，是一种不燃性材料，被认为是最可能替代水泥的材料。我国石膏矿产资源丰富，天然石膏储备量稳居世界第一，有高达600亿吨的储量。近年来在建筑工程领域中石膏的应用规模与质量得到空前发展，特别是在室内胶结材方面正逐步取代高能耗、高污染的水泥基材料。但是石膏基体在服役过程中，由于会受到冷热交替、干湿循环、基底变形等外部环境因素的影响，内部将不可避免地产生较大的应力。而石膏本身属于脆性材料，抗变形能力较差，当应力大于强度极限时，基体就会破坏，最终形成较大的裂缝，缩短使用寿命。目前，水泥基材料抗收缩性的研究较多，主要措施有：一方面通过减缩剂以及纤维等方式增强基体抗收缩变形破坏能力；另一方面采用膨胀剂以弥补基体的收缩变形，减小破坏应力。由于石膏在组成、结构及性能等方面均与水泥间存在较大差异，但是针对石膏基材料抗收缩性研究及应用却较为匮乏。因此，采用多种措施，通过协同优化作用以提高石膏基材体积稳定性、抗裂性、抗收缩变形破坏能力等，对促进石膏大规模高质量工程应用具有重大意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低收缩轻质石膏材料。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1.低收缩轻质石膏材料，其原材料按质量份数计，包括以下组分：建筑石膏100份、水35-45份、玻化微珠40-60份、聚乙烯醇纤维0.2-0.5份、硅烷偶联剂0.2-0.5份、减缩剂3-8份、胶粘剂0.3-0.6份、保水剂0.2-0.5份、减水剂0.2-0.4份、缓凝剂0.2-0.4份。
进一步，其原材料按质量份数计，包括以下组分：建筑石膏100份、水40-45份、玻化微珠50-60份、聚乙烯醇纤维0.3-0.5份、硅烷偶联剂0.2-0.5份、减缩剂3-8份、胶粘剂0.3-0.6份、保水剂0.2-0.5份、减水剂0.2-0.4份、缓凝剂0.2-0.4份。
进一步，其原材料按质量份数计，包括以下组分：建筑石膏100份、水40份、玻化微珠60份、聚乙烯醇纤维0.3份、硅烷偶联剂0.2-0.5份、减缩剂3-6份、胶粘剂0.3-0.4份、保水剂0.3-0.5份、减水剂0.2-0.4份、缓凝剂0.1-0.2份。
进一步，脱硫建筑石膏粉，细度为200μm筛余≤10％；
进一步，所述玻化微珠容重为100-130kg/m3,粒径大小为1mm～3mm，表面玻化率≥98％，体积吸水率≤15％。
进一步，聚乙烯醇纤维长度为3-10mm，直径为15±3μm，密度为1.3g/cm3，抗拉强度为1600MPa，弹性模量为36GPa，断裂伸长率为15％。
进一步，硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基官能团硅烷，纯度≥98.5％。
进一步，减缩剂为聚烷基醚乙二醇，固含量为40％。
进一步，胶粘剂为白色粉末状的乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物可再分散乳胶粉，粒径为0.2～2μm。
进一步，保水剂为白色粉末状羟丙基甲基纤维素醚，粒径<180μm，10万粘度。
进一步，减水剂为醚类聚羧酸减水剂，缓凝剂为柠檬酸与骨胶蛋白质按质量比1:1混合而成。
2.低收缩轻质石膏材料的制备方法，具体步骤为：
1)先将建筑石膏和玻化微珠干混1-5分钟直至混匀，得到混合料A备用；
2)取四分之一到三分之一水量，逐步加入减缩剂、胶粘剂、保水剂、减水剂和缓凝剂，干混0.5-2分钟，后得混合料B备用；
3)再取四分之一到三分之一水和硅烷偶联剂混合，加入聚乙烯醇纤维，快速搅拌混匀0.5-2分钟，得混合料C；
4)将步骤3)的混合料C在搅拌状态下快速加入混合料B、混合料A及剩余量的水混合2-5分钟均匀即可。
本发明的有益效果在于：本发明采用降低基体中水的表面张力、提高外加剂之间相容性、增强纤维粘结力与分散性等综合措施，配制出低收缩轻质保温石膏材料，既具有优异的抗收缩变形破坏能力、又拥有良好的工作性与保温隔热性。具体地，亲水性高模量聚乙烯醇纤维与硅烷偶联剂协同作用下，既能显著提高纤维与石膏基体之间的界面结合力，又能通过引入活性基团改善纤维的分散性，从而增强应力状态下的纤维桥接作用，大幅提高纤维对基体增强、增韧、阻裂、抗收缩效果；聚乙烯醇纤维的加入使玻化微珠更好的分散于石膏基凝胶材料中，增加其使用时的可操作性。聚醇醚类有机减缩剂能够明显降低基体内水的表面张力，导致收缩破坏应力大幅减小，从而增加基体抗收缩能力，有效降低干缩率；所用的醚类聚羧酸减水剂与减缩剂之间具有良好相容性，两者间可达到良好的优势互补效果：减缩剂可明显提高减水剂的塑化效果，减水剂可进一步增强减缩剂的减缩效果；另外，玻化微珠能够显著降低石膏基体密度，减小导热系数，具有良好的保温隔热性能；胶粘剂乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物可再分散乳胶粉则大幅提高石膏的粘结强度，防止从基底中脱落，保证产品质量；适量的保水剂羟丙基甲基纤维素醚则有效提高了石膏胶浆保水性，减小由干燥收缩应力造成的开裂风险；复配的缓凝剂中柠檬酸可保证施工的可操作时间，同时骨胶蛋白质则能有效避免强度大幅损失。本发明通过大量的试验调配出各成分的最佳配比，在尽量减少各成分的用量上且达到协同作用。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
以制备本发明低收缩轻质保温石膏材料所用建筑石膏100kg为例，所用原材料及其质量如下：
Figure BDA0002368153660000031
Figure BDA0002368153660000041
上述的本发明中所用胶凝材料为脱硫建筑石膏粉，细度为200μm筛余≤10％；水采用普通自来水；玻化微珠的容重为100-130kg/m3，粒径大小为1mm～3mm，表面玻化率≥98％，体积吸水率≤15％；聚乙烯醇纤维：长度为3-10mm，直径为15±3μm，密度为1.3g/cm3，抗拉强度为1600MPa，弹性模量为36GPa，断裂伸长率为15％；硅烷偶联剂外观为无色或微黄透明液体，主要成分是甲基丙烯酰氧基官能团硅烷，纯度≥98.5％；减缩剂为低黏滞度水溶性液体，主要成分为聚烷基醚乙二醇，固含量为40％；胶粘剂为白色粉末状的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物可再分散乳胶粉,粒径为0.2～2μm，不挥发物含量≥98％，拉伸强度5.6MPa；保水剂为白色粉末状羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)，粒径<180μm，10万粘度；减水剂为醚类聚羧酸减水剂，淡黄色液体，固含量为45％，减水率为40％；缓凝剂为柠檬酸与骨胶蛋白质按质量比1:1混合而成。
制备方法：
1)先将建筑石膏和玻化微珠干混1-5分钟直至混匀，得到混合料A备用；
2)取四分之一到三分之一水量，逐步加入减缩剂、胶粘剂、保水剂、减水剂和缓凝剂，干混0.5-2分钟，后得混合料B备用；
3)再取四分之一到三分之一水和硅烷偶联剂混合，加入聚乙烯醇纤维，快速搅拌混匀0.5-2分钟，得混合料C；
4)将步骤3)的混合料C在搅拌状态下快速加入混合料B、混合料A及剩余量的水混合2-5分钟均匀即可。
本发明主要优点在于采用降低基体中水的表面张力、提高外加剂之间相容性、增强纤维粘结力与分散性等综合措施，配制出低收缩轻质保温石膏材料，既具有优异的抗收缩变形破坏能力、又拥有良好的工作性与保温隔热性。具体地，亲水性高模量聚乙烯醇纤维与硅烷偶联剂协同作用下，既能显著提高纤维与石膏基体之间的界面结合力，又能通过引入活性基团改善纤维的分散性，从而增强应力状态下的纤维桥接作用，大幅提高纤维对基体增强、增韧、阻裂、抗收缩效果；聚乙烯醇纤维的加入使玻化微珠更好的分散于石膏基凝胶材料中，增加其使用时的可操作性。聚醇醚类有机减缩剂能够明显降低基体内水的表面张力，导致收缩破坏应力大幅减小，从而增加基体抗收缩能力，有效降低干缩率；所用的醚类聚羧酸减水剂与减缩剂之间具有良好相容性，两者间可达到良好的优势互补效果：减缩剂可明显提高减水剂的塑化效果，减水剂可进一步增强减缩剂的减缩效果；另外，玻化微珠能够显著降低石膏基体密度，减小导热系数，具有良好的保温隔热性能；胶粘剂乙烯-醋酸乙烯酯共聚物可再分散乳胶粉则大幅提高石膏的粘结强度，防止从基底中脱落，保证产品质量；保水剂羟丙基甲基纤维素醚则有效提高了石膏胶浆保水性，减小由干燥收缩应力造成的开裂风险；复配的缓凝剂中柠檬酸可保证施工的可操作时间，同时骨胶蛋白质则能有效避免强度大幅损失。
实施例2
以制备本发明低收缩轻质保温石膏材料所用建筑石膏100kg为例，所用原材料及其质量如下：
Figure BDA0002368153660000051
上述原材料的规格及制备方法与实施例1相同。
实施例3
以制备本发明低收缩轻质保温石膏材料所用建筑石膏100kg为例，所用原材料及其质量如下：
Figure BDA0002368153660000052
Figure BDA0002368153660000061
上述原材料的规格及制备方法与实施例1相同。
实施例4
以制备本发明低收缩轻质保温石膏材料所用建筑石膏100kg为例，所用原材料及其质量如下：
Figure BDA0002368153660000062
上述原材料的规格及制备方法与实施例1相同。
实施例5
以制备本发明低收缩轻质保温石膏材料所用建筑石膏100kg为例，所用原材料及其质量如下：
Figure BDA0002368153660000063
Figure BDA0002368153660000071
上述原材料的规格及制备方法与实施例1相同。
实施例6
以制备本发明低收缩轻质保温石膏材料所用建筑石膏100kg为例，所用原材料及其质量如下：
Figure BDA0002368153660000072
上述原材料的规格及制备方法与实施例1相同。
对比例1
制备对比样轻质保温石膏材料，所用建筑石膏100kg为例，原材料及其质量如下：
Figure BDA0002368153660000073
上述原材料的规格及制备方法与实施例1相同。
对比例2
制备对比样轻质保温石膏材料，所用建筑石膏100kg为例，原材料及其质量如下：
Figure BDA0002368153660000074
Figure BDA0002368153660000081
上述原材料的规格及制备方法与实施例1相同。
将本发明各实施例及对比例所制备的低收缩轻质保温石膏材料进行性能测试，结果如表1所示。
表1低收缩轻质保温石膏材料的物理力学性能
Figure BDA0002368153660000082
由表1结果可以看出，本发明的低收缩轻质保温石膏材料既具有优异的抗收缩变形破坏能力、又拥有良好的工作性与保温隔热性。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.低收缩轻质石膏材料，其特征在于，原材料按质量份数计，包括以下组分：建筑石膏100份、水35-45份、玻化微珠40-60份、聚乙烯醇纤维0.2-0.5份、硅烷偶联剂0.2-0.5份、减缩剂3-8份、胶粘剂0.3-0.6份、保水剂0.2-0.5份、减水剂0.2-0.4份、缓凝剂0.2-0.4份。
2.根据权利要求1所述的低收缩轻质石膏材料，其特征在于，原材料按质量份数计，包括以下组分：建筑石膏100份、水40-45份、玻化微珠50-60份、聚乙烯醇纤维0.3-0.5份、硅烷偶联剂0.2-0.5份、减缩剂3-8份、胶粘剂0.3-0.6份、保水剂0.2-0.5份、减水剂0.2-0.4份、缓凝剂0.2-0.4份。
3.根据权利要求1所述的低收缩轻质石膏材料，其特征在于，原材料按质量份数计，包括以下组分：建筑石膏100份、水40份、玻化微珠60份、聚乙烯醇纤维0.3份、硅烷偶联剂0.2-0.5份、减缩剂3-6份、胶粘剂0.3-0.4份、保水剂0.3-0.5份、减水剂0.2-0.4份、缓凝剂0.1-0.2份。
4.根据权利要求1所述的低收缩轻质石膏材料，其特征在于，所述玻化微珠粒径大小为1mm～3mm。
5.根据权利要求1所述的低收缩轻质石膏材料，其特征在于，聚乙烯醇纤维长度为3-10mm，直径为15±3μm。
6.根据权利要求1所述的低收缩轻质石膏材料，其特征在于，硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基官能团硅烷，减缩剂为聚烷基醚乙二醇。
7.根据权利要求1所述的低收缩轻质石膏材料，其特征在于，胶粘剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物可再分散乳胶粉，粒径为0.2～2μm。
8.根据权利要求1所述的低收缩轻质石膏材料，其特征在于，保水剂为白色粉末状羟丙基甲基纤维素醚。
9.根据权利要求1所述的低收缩轻质石膏材料，其特征在于，减水剂为醚类聚羧酸减水剂，缓凝剂为柠檬酸与骨胶蛋白质按质量比1:1混合而成。
10.根据权利要求1-9任一项所述低收缩轻质石膏材料的制备方法，其特征在于，制备方法为以下具体步骤：
1)先将建筑石膏和玻化微珠干混直至混匀，得到混合料A备用；
2)取四分之一到三分之一水量，逐步加入减缩剂、胶粘剂、保水剂、减水剂和缓凝剂，干混后得混合料B备用；
3)再取四分之一到三分之一水量和硅烷偶联剂混合，加入聚乙烯醇纤维，快速搅拌混匀，得混合料C；
4)将步骤3)的混合料C在搅拌状态下快速加入混合料B、混合料A及剩余量的水混合均匀即可。
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