CN111233416A - 一种抗裂型石膏基轻质材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗裂型石膏基轻质材料，其原材料按质量份数计，包括以下组分：建筑石膏100份，水75‑95份，玻化微珠45‑65份，聚乙烯醇纤维0.3‑0.6份，橡胶颗粒8‑15份，硅烷偶联剂0.2‑0.6份，胶粘剂0.2‑0.6份，保水剂0.2‑0.6份，减水剂0.2‑0.6份和缓凝剂0.2‑0.6份。本发明以不同粒径大小的橡胶颗粒、玻化微珠以及石膏胶凝材料等按一定质量比例进行逐级填充，除了多相之间的级配优化，更增加了同相的颗粒级配优化以配合提高多相之间相容性。进一步结合其他助剂成分相互作用，得到干密度小，具有优异的抵抗变形破坏能力和良好的保温隔热性能的石膏基轻质材料。

Description

一种抗裂型石膏基轻质材料

技术领域

本发明属于建筑保温材料技术领域，涉及一种抗裂型石膏基轻质材料。

背景技术

随着人民生活水平的提高，房屋建筑继续增加，2018年，城镇居民人均住房建筑面积39平方米，比1978年增加32.3平方米；农村居民人均住房建筑面积47.3平方米，比1978年增加39.2平方米。人们对建筑舒适性的要求越来越高,冬天室温由16℃、18℃提高到20℃甚至25℃；夏天室温由32℃降低至28℃，甚至24℃。采暖区也大大向南扩展,南方不少建筑也统一安装地暖。所以建筑能耗也随之大大增长。所以节能建筑也应该在建筑中合理使用和有效利用能源,采取相应的措施不断提高能源利用效率。

进一步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。根据文献介绍,建筑物能源消耗中的30～50％是通过屋顶和围护结构损失的,所以有效地做好屋顶与围护结构的保温与隔热是建筑节能的关键环节，所以，保温材料的性能优劣是实现建筑节能的重要途径。

石膏基保温材，是由石膏和轻集料为主要原材料配制而成的保温材料。与水泥基保温材比较，石膏是一种可循环使用、环境负荷小的绿色建材，是一种不燃性材料，而且其微膨胀性有效避免开裂空鼓。近年来，我国的发展逐渐由高速发展转向高质量发展，对环境保护、资源循环利用、能源节约等日益重视。目前，由于国内建筑总能耗高达全国能耗总量的三分之一，且比重呈逐年增加趋势。因此发展并应用资源及能源节约型建筑材料成为热点方向。众所周知，我国石膏资源十分丰富，天然石膏矿及工业副产石膏储量均较大；另外，石膏基胶凝材料具有轻质、凝结硬化快、生产能耗低、碳排放量小、粘结性好、对人体亲和等诸多优点，因此特别适宜用作室内抹灰材料。

然而，在使用过程中由于温度、湿度以及基底材料变形等周围环境的变化，均会在石膏基材料内部产生较大的应力，而石膏属于脆性材料，因此极易发生变形破坏，从而大幅缩短服役周期，影响产品使用质量。此外，石膏基保温材料强度与密度的矛盾。目前石膏基保温材料的干密度都是1000Kg/m³，一般来说强度越高，密度越大，从而导热系数越大，保温隔热性能越差。同种材料密度越小其隔热性能越好，同时，轻质材料不会造成建筑结构的额外负担。现阶段，主要通过优化聚合物乳液、纤维素醚等外加剂种类与掺量的方式以提高砂浆柔韧性，其增强效果十分有限。另外，纤维是提高石膏基材料韧性、抗裂性较为有效的方式。但大掺量下纤维存在团聚、分散性差等问题，造成较多纤维-石膏界面薄弱区域，削弱纤维桥接作用，增韧阻裂效果较为一般。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗裂型石膏基轻质材料。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种抗裂型石膏基轻质材料，所述抗裂型石膏基轻质材料的原材料按质量份数计，包括以下组分：建筑石膏100份，水75-95份，玻化微珠45-65份，聚乙烯醇纤维0.3-0.6份，橡胶颗粒8-15份，硅烷偶联剂0.2-0.6份，胶粘剂0.2-0.6份，保水剂0.2-0.6份，减水剂0.2-0.6份和缓凝剂0.2-0.6份。

进一步，所述抗裂型石膏基轻质材料的原材料按质量份数计，包括以下组分：建筑石膏100份，水85-90份，玻化微珠55份，聚乙烯醇纤维0.3份，橡胶颗粒8-15份，硅烷偶联剂0.2-0.4份，胶粘剂0.3-0.6份，保水剂0.3-0.5份，减水剂0.2-0.5份和缓凝剂0.2-0.5份。

进一步，所述抗裂型石膏基轻质材料的原材料按质量份数计，包括以下组分：建筑石膏100份，水85-90份，玻化微珠55份，聚乙烯醇纤维0.3份，橡胶颗粒15份，硅烷偶联剂0.4份，胶粘剂0.3份，保水剂0.3份，减水剂0.5份和缓凝剂0.2份。

进一步，所述建筑石膏粒径大小为80μm～200μm，且颗粒分布在80μm～145μm和145μm～200μm，二个区间的质量占比分别为20～30：70～80。

进一步，所述玻化微珠粒径大小为150μm～250μm，且颗粒分布在150μm～200μm和200μm～250μm，二个区间的质量占比分别为30～35：65～70。

进一步，所述橡胶颗粒粒径为200μm～300μm。

进一步，硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，所述胶粘剂为PVA乳胶粉。

进一步，减水剂为聚羧酸系减水剂。

进一步，所述缓凝剂为柠檬酸与骨胶蛋白质按质量比1:2混合而成。

进一步，保水剂为羟丙基甲基纤维素醚，粒径大小为100μm～150μm。

进一步，抗裂型石膏基轻质材料的制备方法具体步骤为：

1)将玻化微珠、橡胶颗粒、聚乙烯醇纤维进行干混1-5分钟；

2)将建筑石膏、硅烷偶联剂、胶粘剂、保水剂、减水剂、缓凝剂进行干混1-5分钟；

3)然后将两种混合物一起干混3-10分钟；使用时直接加水拌和即可。

本发明的有益效果在于：本发明通过较大粒径的橡胶颗粒、中等粒径的玻化微珠以及细小粒径的石膏胶凝材料等按一定质量比例进行逐级填充，减小标稠需水量，增加硬化体密实度，改善界面过渡区结合力，提高多相之间相容性，除了多相之间的级配优化，更增加了同相的颗粒级配优化以配合提高多相之间相容性。并且橡胶颗粒能够减小基体的弹性模量，提高整体变形协调能力，增加柔韧性；玻化微珠则有效降低基体密度，减小导热系数，起到保温隔热作用；另外，亲水性PVA纤维可与石膏基体间产生较强粘结力，受力变形过程中可有效发挥纤维桥接作用，从而起到优异的增强、增韧、阻裂作用；所掺加的硅烷偶联剂可提高橡胶颗粒-石膏基体、玻化微珠-石膏基体、PVA纤维-石膏基体等界面结合力，进一步改善多相之间相容性，提高整体抗变形能力，增加柔韧性，同时避免强度大幅削弱；可再分散乳胶粉不仅能够提高基体的粘结性，还能起到密实界面过渡区，减小薄弱区域面积，增加柔韧性作用；羟丙基甲基纤维素醚可有效提高浆料保水性，避免基体因湿度不均而造成的微裂纹，从而增加抗裂性；聚羧酸系减水剂可保证浆体在较小用水量下仍具有良好的工作性，从而有利于强度提高；另外，所用减水剂支链聚合度、分子量、羟基基团含量等均较大，有效降低表面张力，提高基体中各复合相之间的粘结力，从而增加柔韧性；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。所以本发明的抗裂型石膏基轻质材料在有较小的体积密度下，还拥有较小的压折比以及相对开裂指数，而破坏时最大变形量则较大。另外，配制出的产品具有较长的可操作时间，施工性良好，且绝干密度小，保温隔热性能优良。本发明的抗裂型石膏基轻质材料具有优异的抵抗变形破坏能力，弹性模量小，可有效延长使用寿命，且干密度小，具有一定保温隔热性，能够降低建筑使用能耗。

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

以制备本发明抗裂型石膏基轻质材料所用建筑石膏100kg为例，所用其它原材料及其质量如下：

建筑石膏 100kg

水 91kg

玻化微珠 45kg

聚乙烯醇纤维 0.3kg

橡胶颗粒 10kg

硅烷偶联剂 0.3kg

胶粘剂 0.3kg

保水剂 0.2kg

减水剂 0.2kg

缓凝剂 0.2kg；

抗裂型石膏基轻质材料制备方法，具体步骤为：

1)将玻化微珠、橡胶颗粒、聚乙烯醇纤维进行干混1-5分钟；

2)将建筑石膏、硅烷偶联剂、胶粘剂、保水剂、减水剂、缓凝剂进行干混1-5分钟；

3)然后将两种混合物一起干混3-10分钟；使用时直接加水拌和即可。

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％，粒径大小为80μm～200μm，且颗粒分布在80μm～145μm和145μm～200μm，二个区间的质量占比分别为20～30：70～80；水采用普通自来水；玻化微珠容重为80-130kg/m3,粒径大小为150μm～250μm，且颗粒分布在150μm～200μm和200μm～250μm，二个区间的质量占比分别为30～35：65～70，表面玻化率≥98％，体积吸水率≤15％；聚乙烯醇纤维长度为3mm，直径为15μm，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％；橡胶颗粒为碎石状，灰分≤12％，密度为1160kg/m³，拉断伸长率≥330％，粒径为200μm～300μm；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丙基三甲氧基硅烷，纯度≥98.5％；胶粘剂为粉末状的聚乙烯醇(PVA)乳胶粉,不挥发物含量≥98％，拉伸强度为5.2MPa；保水剂为白色粉末状羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)，100μm<粒径<150μm，20万粘度，在以石膏为基础的浆料中，HPMC的粒径太大，不易溶解，但是HPMC的粒径太小反而容易聚团影响其在物料中的溶解度；减水剂为聚羧酸系减水剂，淡黄色粉末，减水率为40％，pH值：6.5-8.5；缓凝剂为柠檬酸与骨胶蛋白质按质量比1:2混合而成。

本发明将较大粒径的橡胶颗粒、中等粒径的玻化微珠以及细小粒径的石膏胶凝材料等按一定质量比例进行逐级填充，减小标稠需水量，增加硬化体密实度，改善界面过渡区结合力，提高多相之间相容性，除了多相之间的级配优化，更增加了同相的颗粒级配优化以配合提高多相之间相容性。并且橡胶颗粒能够减小基体的弹性模量，提高整体变形协调能力，增加柔韧性；玻化微珠则有效降低基体密度，减小导热系数，起到保温隔热作用；虽然向石膏材料中添加玻化微珠降低密度，但玻化微珠在石膏中的均匀性和粘结性较差，所以在颗粒级配基础上加入PVA纤维和硅烷偶联剂进行改善两种材料的相容性。另外，亲水性PVA纤维可与石膏基体间产生较强粘结力，受力变形过程中可有效发挥纤维桥接作用，从而起到优异的增强、增韧、阻裂作用；所掺加的硅烷偶联剂可提高橡胶颗粒-石膏基体、玻化微珠-石膏基体、PVA纤维-石膏基体等界面结合力，进一步改善多相之间相容性，提高整体抗变形能力，增加柔韧性，同时避免强度大幅削弱；可再分散乳胶粉不仅能够提高基体的粘结性，还能起到密实界面过渡区，减小薄弱区域面积，增加柔韧性作用；羟丙基甲基纤维素醚可有效提高浆料保水性，避免基体因湿度不均而造成的微裂纹，从而增加抗裂性；聚羧酸系减水剂可保证浆体在较小用水量下仍具有良好的工作性，从而有利于强度提高；另外，所用减水剂支链聚合度、分子量、羟基基团含量等均较大，有效降低表面张力，提高基体中各复合相之间的粘结力，从而增加柔韧性；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

以制备本发明抗裂型石膏基轻质材料所用建筑石膏100kg为例，所用其它原材料及其质量如下：

建筑石膏 100kg

水 86kg

玻化微珠 55kg

聚乙烯醇纤维 0.5kg

橡胶颗粒 10kg

硅烷偶联剂 0.3kg

胶粘剂 0.5kg

保水剂 0.4kg

减水剂 0.2kg

缓凝剂 0.3kg

上述原材料的规格及制备方法与实施例1相同。

实施例3

以制备本发明抗裂型石膏基轻质材料所用建筑石膏100kg为例，所用其它原材料及其质量如下：

建筑石膏 100kg

水 78kg

玻化微珠 50kg

聚乙烯醇纤维 0.3kg

橡胶颗粒 15kg

硅烷偶联剂 0.5kg

胶粘剂 0.4kg

保水剂 0.3kg

减水剂 0.3kg

缓凝剂 0.2kg

上述原材料的规格及制备方法与实施例1相同。

实施例4

以制备本发明抗裂型石膏基轻质材料所用建筑石膏100kg为例，所用其它原材料及其质量如下：

建筑石膏 100kg

水 82kg

玻化微珠 60kg

聚乙烯醇纤维 0.5kg

橡胶颗粒 15kg

硅烷偶联剂 0.5kg

胶粘剂 0.4kg

保水剂 0.4kg

减水剂 0.3kg

缓凝剂 0.3kg

上述原材料的规格及制备方法与实施例1相同。

实施例5

以制备本发明抗裂型石膏基轻质材料所用建筑石膏100kg为例，所用其它原材料及其质量如下：

建筑石膏 100kg

水 86kg

玻化微珠 55kg

聚乙烯醇纤维 0.3kg

橡胶颗粒 15kg

硅烷偶联剂 0.4kg

胶粘剂 0.3kg

保水剂 0.3kg

减水剂 0.5kg

缓凝剂 0.2kg

上述原材料的规格及制备方法与实施例1相同。

对比例1

以制备一种抗裂型石膏基轻质材料所用建筑石膏100kg为例，所用原材料及其质量如下：

建筑石膏 100kg

水 91kg

玻化微珠 45kg

聚乙烯醇纤维 0.3kg

硅烷偶联剂 0.3kg

胶粘剂 0.3kg

保水剂 0.2kg

减水剂 0.2kg

缓凝剂 0.2kg；

上述原材料的规格及制备方法与实施例1相同。

对比例2

以制备一种抗裂型石膏基轻质材料所用建筑石膏100kg为例，所用原材料及其质量如下：

建筑石膏 100kg

水 91kg

玻化微珠 45kg

聚乙烯醇纤维 0.3kg

橡胶颗粒 10kg

硅烷偶联剂 0.3kg

胶粘剂 0.3kg

保水剂 0.2kg

减水剂 0.2kg

缓凝剂 0.2kg；

上述原材料中建筑石膏粒径大小为145μm～200μm；玻化微珠大小为200μm～250μm，其余原材料规格及制备方法同实施例1。

为了确定本发明抗裂型石膏基轻质材料性能，对各实施例及对比例所制备产品进行了大量的性能测试，结果如表1所示。

表1各实施例所制备产品力学性能

由表1可知，本发明配制出的抗裂型石膏基轻质材料通过同相之间颗粒级配优化、多相之间颗粒级配优化、界面过渡区耦合、纤维增强增韧等复合技术方案，在使制备产品有较小的体积密度下，还拥有较小的压折比以及相对开裂指数。另外，配制出的产品具有较长的可操作时间，可见施工性良好，且绝干密度小，保温隔热性能优良。因此，本发明的抗裂型石膏基轻质材料具有优异的抵抗变形破坏能力，可有效延长使用寿命，且具有一定保温隔热性，能够降低建筑使用能耗。

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)

1.一种抗裂型石膏基轻质材料，其特征在于，所述抗裂型石膏基轻质材料的原材料按质量份数计，包括以下组分：建筑石膏100份，水75-95份，玻化微珠45-65份，聚乙烯醇纤维0.3-0.6份，橡胶颗粒8-15份，硅烷偶联剂0.2-0.6份，胶粘剂0.2-0.6份，保水剂0.2-0.6份，减水剂0.2-0.6份和缓凝剂0.2-0.6份。

2.根据权利要求1所述的抗裂型石膏基轻质材料，其特征在于，所述抗裂型石膏基轻质材料的原材料按质量份数计，包括以下组分：建筑石膏100份，水85-90份，玻化微珠55份，聚乙烯醇纤维0.3份，橡胶颗粒8-15份，硅烷偶联剂0.2-0.4份，胶粘剂0.3-0.6份，保水剂0.3-0.5份，减水剂0.2-0.5份和缓凝剂0.2-0.5份。

3.根据权利要求1或2所述的抗裂型石膏基轻质材料，其特征在于，所述建筑石膏粒径大小为80μm～200μm，且颗粒分布在80μm～145μm和145μm～200μm，二个区间的质量占比分别为20～30：70～80。

4.根据权利要求1或2所述的抗裂型石膏基轻质材料，其特征在于，所述玻化微珠粒径大小为150μm～250μm，且颗粒分布在150μm～200μm和200μm～250μm，二个区间的质量占比分别为30～35：65～70。

5.根据权利要求1或2所述的抗裂型石膏基轻质材料，其特征在于，所述橡胶颗粒粒径为200μm～300μm。

6.根据权利要求1或2所述的抗裂型石膏基轻质材料，其特征在于，硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，所述胶粘剂为PVA乳胶粉。

7.根据权利要求1或2所述的抗裂型石膏基轻质材料，其特征在于，减水剂为聚羧酸系减水剂。

8.根据权利要求1或2所述的抗裂型石膏基轻质材料，其特征在于，所述缓凝剂为柠檬酸与骨胶蛋白质按质量比1:2混合而成。

9.根据权利要求1或2所述的抗裂型石膏基轻质材料，其特征在于，保水剂为羟丙基甲基纤维素醚，粒径大小为100μm～150μm。

10.根据权利要求1或2所述的抗裂型石膏基轻质材料，其特征在于，抗裂型石膏基轻质材料的制备方法具体步骤为：

1)将玻化微珠、橡胶颗粒、聚乙烯醇纤维进行干混1-5分钟；

2)将建筑石膏、硅烷偶联剂、胶粘剂、保水剂、减水剂、缓凝剂进行干混1-5分钟；

3)然后将两种混合物一起干混3-10分钟；使用时直接加水拌和即可。