CN111302722A - 一种聚合物抗裂砂浆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚合物抗裂砂浆，属于建筑砂浆技术领域，一种聚合物抗裂砂浆，包括水泥、细骨料、纤维素醚、改性聚丙烯纤维以及可再分散性乳胶粉；聚丙烯纤维经过预处理、化学改性以及洗涤干燥后，得到改性聚丙烯纤维，其中化学改性中采用氨丙基三甲氧基硅烷以及双丙酮丙烯酰胺对聚丙烯纤维进行改性，改性聚丙烯纤维可以有效的提高砂浆的抗裂性能、抗渗性能以及抗拉强度，并且经过改性处理的后的聚丙烯纤维，其与水泥的粘结强度增加，可以提高砂浆各原料的分散性，在抑制砂浆的内部产生微裂缝的时候，可以改善砂浆的抗压强度以及抗折强度，从而使砂浆的综合性能显著提高。

Description

一种聚合物抗裂砂浆
技术领域
本发明涉及建筑砂浆技术领域，更具体的说，它涉及一种聚合物抗裂砂浆。
背景技术
砂浆是由胶凝材料、细骨料和水按一定的比例配制而成，砂浆和混凝土的区别在于不含粗骨料；根据砂浆的使用用途，可以分为砌筑砂浆和抹面砂浆，砌筑砂浆用于砖、石块、砌块等的砌筑以及构件安装；抹面砂浆用于墙面、地面、屋面及梁柱结构等表面的抹灰，以达到防护和装饰等要求；根据北京市地方标准DB11/T644-2009《外墙外保温技术规程》，聚合物砂浆是用于外保温系统外表面的防护层；聚合物砂浆是近年来新兴的一种新型建筑材料，是由水泥、骨料和可以分散在水中的有机聚合物搅拌而成的；其中聚合物主要为具有优异的粘结强度的可再分散乳胶粉，可再分散乳胶粉包含乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸共聚物等，可以改善砂浆的粘附性、抗折强度、防水性、可塑性、耐磨性能和施工性性能。
现有技术中，申请号为CN200810052086.7专利申请文件，公开了一种聚合物砂浆面外墙保温板及其制备工艺，一种聚合物砂浆面外墙保温板，包括聚苯乙烯泡沫板或聚苯乙烯挤塑板，聚苯乙烯泡沫板或聚苯乙烯挤塑板的一侧是底层面灰，底层面灰外侧是网格布，网格布的上面为增强聚合物砂浆层；所述的纤维增强聚合物砂浆层砂浆采用以下重量比的配方组成：胶粉5-10，木质素0.1-1，耐拉纤维0.1-1，水泥50-100，石英砂100-200，重钙5-20；以上原料的总合与水按1∶5重量比合成胶浆。
由于砂浆是作为建筑材料的防护层，随着气候的变化以及时间的延长，砂浆层容易产生裂纹，影响建筑物的寿命，为了提高砂浆的抗裂性能，通常会在砂浆中添加纤维材料，以提高砂浆层的耐久性；现有的增强纤维一般为钢纤维、玻璃纤维和聚合物纤维，由于钢纤维在水泥中易结团、分散性差且成本高，而玻璃纤维会与碱性物质发生反应，影响其耐久性，因此价格低廉、综合性能较佳的聚合物纤维的使用更加广泛；其中聚合物纤维使用最多的是聚丙烯纤维，聚丙烯纤维的添加有助于提高砂浆的早期收缩裂缝的性能以及抗拉强度，但是随着聚丙烯纤维掺量的增加，砂浆的抗压强度以及抗折强度却在减小，因此如果能够在提高砂浆的抗裂性能的同时，也能改善其抗压强度以及抗折强度，是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚合物抗裂砂浆，其通过改性聚丙烯纤维可以有效的提高砂浆的抗裂性能、抗拉强度以及抗折强度，并且经过改性处理的后的聚丙烯纤维，其与水泥的粘结强度增加，可以砂浆各原料的分散性，在抑制砂浆的内部产生微裂缝的时候，可以改善砂浆的抗压强度以及抗折强度，从而使砂浆的综合性能显著提高。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种聚合物抗裂砂浆，以重量份数计，包括如下组分：水泥350-400份、细骨料1000-1400份、纤维素醚0.6-1份、改性聚丙烯纤维1-2份以及可再分散性乳胶粉10-20份；
所述改性聚丙烯纤维采用如下方法制备：以重量份数计：
①预处理：将2份聚丙烯纤维浸入5-7份、1-2wt％的次氯酸钠溶液中，在60-70℃的温度下浸泡30-40s；然后再将聚丙烯纤维浸入20-28份、重量比为1:3的N，N-二甲基丙烯酰胺以及丙酮的混合液中，浸泡10-20min；
②化学改性：向30-40份、70-90wt％的乙醇溶液中加入0.6-0.8份氨丙基三甲氧基硅烷、0.4-0.6份双丙酮丙烯酰胺，升温至40-50℃后，搅拌10-20min，然后加入经过步骤①处理后的聚丙烯纤维，在40-50℃的温度下，搅拌1-2h，然后停止加热，使其冷却至室温继续浸泡16-18h；
③洗涤干燥：取出经过步骤②处理后的聚丙烯纤维，用10-50wt％的乙醇溶液对其冲洗5-10min，将洗涤后的聚丙烯纤维置于90-100℃的温度下，烘干4-6h后，得到改性聚丙烯纤维。
通过采用上述技术方案，在水泥基的砂浆原料中添加的改性聚丙烯纤维可以有效的提高砂浆的抗裂性能、抗拉强度以及抗折强度，并且经过改性处理的后的聚丙烯纤维，其与水泥的粘结强度增加，可以砂浆各原料的分散性，在抑制砂浆的内部产生微裂缝的时候，可以改善砂浆的抗压强度以及抗折强度，从而使砂浆的综合性能显著提高。
进一步地，步骤③中乙醇溶液的流动速度为20-30mL/min。
通过采用上述技术方案，使乙醇溶液以20-30mL/min的流动速度对聚丙烯纤维进行冲洗，可以去除聚丙烯表面上残留的未反应的氨丙基三甲氧基硅烷以及双丙酮丙烯酰胺，提高改性聚丙烯纤维的纯度。
进一步地，所述细骨料包含重量比为1:1.5的机制砂以及河砂。
通过采用上述技术方案，机制砂具有很好的坚固性以及耐久性，并且价格便宜，但是其级配不合理，理性不够圆润；而河砂具有光滑的表面，粒形良好，吸水性相对较小的优点，并且级配合理，细度适中，含泥量少，通过机制砂与河砂并用，在控制生产成本的同时，也能提高砂浆的强度。
进一步地，所述机制砂为细砂，细度模数为1.8-2.0，质量含水率≤1％，5mm筛筛余量≤5％。
通过采用上述技术方案，将细砂的细度模数控制在1.8-2.0，可以提高砂浆的致密性；严格控制粒径尺寸及其含水量，有利于提高砂浆产品的稳定性。
进一步地，所述河砂为Ⅱ区细砂，细度模数为2.0-2.2，表观密度为2650-2660kg/m3，含泥量小于1.0％。
通过采用上述技术方案，Ⅱ区细砂的级配较好，颗粒比较圆润、光滑、粒形良好，当砂浆作为抹面砂浆使用时，其表面光滑平整，可以改善砂浆均匀性。
进一步地，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚。
通过采用上述技术方案，羟丙基甲基纤维素醚可以作为水泥砂浆的保水剂、缓凝剂，提高砂浆的泵送性。
进一步地，羟丙基甲基纤维素醚的粘度40000-48000。
通过采用上述技术方案，羟丙基甲基纤维素醚的粘度40000-48000，在抹灰砂浆中可以作为黏合剂，提高涂抹性和延长可操作时间。
进一步地，所述可再分散性乳胶粉为乙烯—醋酸乙烯酯共聚胶粉。
通过采用上述技术方案，乙烯—醋酸乙烯酯共聚胶粉，可以有效改善砂浆的流变性能，提高砂浆的和易性，可以有效的提高砂浆的内聚力、粘聚力与柔韧性；当乙烯—醋酸乙烯酯共聚胶粉与纤维素醚并用时，具有协同作用，在固化的砂浆中可以形成无机与有机粘结剂构成的框架体系，从而进一步提高砂浆的力学强度。
进一步地，所述改性聚丙烯纤维的长度为3-9mm。
通过采用上述技术方案，改性聚丙烯纤维的长度为3-9mm，在水泥中的流动性好且易分散。
进一步地，所述水泥为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥。
通过采用上述技术方案，普通硅酸盐水泥具有强度高、抗冻性能好的优点，并且普通硅酸盐水泥硬化时干缩小，不易产生干缩裂缝。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
1.改性聚丙烯纤维可以有效的提高砂浆的抗裂性能、抗拉强度以及抗折强度，并且经过改性处理的后的聚丙烯纤维，其与水泥的粘结强度增加，可以砂浆各原料的分散性，在抑制砂浆的内部产生微裂缝的时候，可以改善砂浆的抗压强度以及抗折强度，从而使砂浆的综合性能显著提高；
2.羟丙基甲基纤维素醚可以作为水泥砂浆的保水剂、缓凝剂，提高砂浆的泵送性；在抹灰砂浆中可以作为黏合剂，提高涂抹性和延长可操作时间；
3.乙烯—醋酸乙烯酯共聚胶粉，可以有效改善砂浆的流变性能，提高砂浆的和易性，可以有效的提高砂浆的内聚力、粘聚力与柔韧性；当乙烯—醋酸乙烯酯共聚胶粉与纤维素醚并用时，具有协同作用，在固化的砂浆中可以形成无机与有机粘结剂构成的框架体系，从而进一步提高砂浆的力学强度。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
一、改性聚丙烯纤维的制备例
制备例1：
①预处理：将2kg长度为3mm的聚丙烯纤维浸入5kg、1wt％的次氯酸钠溶液中，在60℃的温度下浸泡30s；然后再将聚丙烯纤维浸入20kg、重量比为1:3的N，N-二甲基丙烯酰胺以及丙酮的混合液中，浸泡10min；
②化学改性：向30kg、70wt％的乙醇溶液中加入0.6kg氨丙基三甲氧基硅烷、0.4kg双丙酮丙烯酰胺，升温至40℃后，搅拌10min，然后加入经过步骤①处理后的聚丙烯纤维，在40℃的温度下，搅拌1h，然后停止加热，使其冷却至室温继续浸泡16h；
③洗涤干燥：取出经过步骤②处理后的聚丙烯纤维，用10wt％的乙醇溶液对其冲洗5min，乙醇溶液的流动速度为20mL/min，将洗涤后的聚丙烯纤维置于90℃的温度下，烘干4h后，得到改性聚丙烯纤维。
制备例2：
①预处理：将2kg长度为6mm的聚丙烯纤维浸入6kg、1.5wt％的次氯酸钠溶液中，在65℃的温度下浸泡35s；然后再将聚丙烯纤维浸入24kg、重量比为1:3的N，N-二甲基丙烯酰胺以及丙酮的混合液中，浸泡15min；
②化学改性：向35kg、80wt％的乙醇溶液中加入0.7kg氨丙基三甲氧基硅烷、0.5kg双丙酮丙烯酰胺，升温至45℃后，搅拌15min，然后加入经过步骤①处理后的聚丙烯纤维，在45℃的温度下，搅拌1.5h，然后停止加热，使其冷却至室温继续浸泡17h；
③洗涤干燥：取出经过步骤②处理后的聚丙烯纤维，用30wt％的乙醇溶液对其冲洗7.5min，乙醇溶液的流动速度为25mL/min，将洗涤后的聚丙烯纤维置于95℃的温度下，烘干5h后，得到改性聚丙烯纤维。
制备例3：
①预处理：将2kg长度为9mm的聚丙烯纤维浸入7kg、2wt％的次氯酸钠溶液中，在70℃的温度下浸泡40s；然后再将聚丙烯纤维浸入28kg、重量比为1:3的N，N-二甲基丙烯酰胺以及丙酮的混合液中，浸泡20min；
②化学改性：向40kg、90wt％的乙醇溶液中加入0.8kg氨丙基三甲氧基硅烷、0.6kg双丙酮丙烯酰胺，升温至50℃后，搅拌20min，然后加入经过步骤①处理后的聚丙烯纤维，在50℃的温度下，搅拌2h，然后停止加热，使其冷却至室温继续浸泡18h；
③洗涤干燥：取出经过步骤②处理后的聚丙烯纤维，用50wt％的乙醇溶液对其冲洗10min，乙醇溶液的流动速度为30mL/min，将洗涤后的聚丙烯纤维置于100℃的温度下，烘干6h后，得到改性聚丙烯纤维。
制备例4：本制备例与制备例1的不同之处在于，聚丙烯纤维没有经过步骤①的预处理过程。
制备例5：本制备例与制备例1的不同之处在于，步骤②中不包含双丙酮丙烯酰胺。
二、实施例
以下实施例中的乙烯-醋酸乙烯酯共聚胶粉采用灵寿县冀恒矿产品加工厂生产的型号为JH-8Y可在分散乳胶粉，堆积密度为550±50kg/m3，pH为7.0±1；羟丙基甲基纤维素醚采用固德源环球科技(北京)有限公司生产的型号为40C的羟丙基甲基纤维素醚。
实施例1：一种聚合物砂浆包括如下组分：水泥350kg、机制砂400kg、河砂600kg、羟丙基甲基纤维素醚0.6kg、改性聚丙烯纤维1kg以及乙烯—醋酸乙烯酯共聚胶粉10kg；其中改性聚丙烯纤维选自改性聚丙烯纤维的制备例1制备的改性聚丙烯纤维，机制砂为细砂，细度模数为1.8，质量含水率≤1％，5mm筛筛余量≤5％，河砂为Ⅱ区细砂，细度模数为2.0，表观密度为2650kg/m3，含泥量小于1.0％，羟丙基甲基纤维素醚的粘度40000，水泥为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥。
实施例2：一种聚合物砂浆包括如下组分：水泥375kg、机制砂480kg、河砂720kg、羟丙基甲基纤维素醚0.8kg、改性聚丙烯纤维1.5kg以及乙烯—醋酸乙烯酯共聚胶粉15kg；其中改性聚丙烯纤维选自改性聚丙烯纤维的制备例2制备的改性聚丙烯纤维，机制砂为细砂，细度模数为1.9，质量含水率≤1％，5mm筛筛余量≤5％，河砂为Ⅱ区细砂，细度模数为2.1，表观密度为2655kg/m3，含泥量小于1.0％，羟丙基甲基纤维素醚的粘度44000，水泥为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥。
实施例3：一种聚合物砂浆包括如下组分：水泥400kg、机制砂560kg、河砂840kg、羟丙基甲基纤维素醚1kg、改性聚丙烯纤维2kg以及乙烯—醋酸乙烯酯共聚胶粉20kg；其中改性聚丙烯纤维选自改性聚丙烯纤维的制备例3制备的改性聚丙烯纤维，机制砂为细砂，细度模数为2.0，质量含水率≤1％，5mm筛筛余量≤5％，河砂为Ⅱ区细砂，细度模数为2.2，表观密度为2660kg/m3，含泥量小于1.0％，羟丙基甲基纤维素醚的粘度48000，水泥为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥。
表1实施例1-3中聚合物抗裂砂浆的组分表(单位：kg)
Figure BDA0001901211940000061
三、对比例
对比例1：本对比例与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维选自制备例4制备的改性聚丙烯纤维。
对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于，改性聚丙烯纤维选自制备例5制备的改性聚丙烯纤维。
对比例3：本对比例与实施例1的不同之处在于，将改性聚丙烯纤维替换为等量的普通聚丙烯纤维，选自上海齐硕实业有限公司的型号为PP-3mm的聚丙烯纤维。
四、性能测试
将实施例1-3以及对比例1-3制备的聚合物砂浆中加入适量的水，按标准试验方法进行测定；根据JG/T230-2007《预拌砂浆》以及JG149-2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》的要求，对聚合物砂浆的性能进行测试，将测试结果示于表2。
表2实施例1-3以及对比例1-3制备的聚合物砂浆的性能测试表
Figure BDA0001901211940000062
Figure BDA0001901211940000071
标准中规定压折比要≤3.0，压折比是砂浆抗压强度与抗折强度的比值，是一个无量纲的参数，用来反映砂浆的抗开裂性能，压折比越小，表明砂浆的柔韧性越好，抵抗抗裂的性能越好。
由表2数据可知，本发明的聚合物砂浆具有很好的保水率、抗冻性、抗压强度、抗折强度、抗裂性能以及良好的和易性，说明本发明的聚合物砂浆可以同时具有良好的抗裂性能、抗压强度以及抗折强度，并且加工性能优异。
对比例1中的改性聚丙烯纤维选自制备例4制备的改性聚丙烯纤维，聚丙烯纤维没有经过预处理过程，相较于实施例1，其保水率、抗冻性有较小幅度的降低，而抗压强度以及抗折强度均显著降低，并且其和易性明显下降，但是压折比的变小说明其柔韧性增加，抗裂性能变好，说明经过预处理后的聚丙烯纤维可以提高砂浆的抗压强度以及抗折强度，但会会对砂浆的抗裂性能有所损伤；这是因为聚丙烯纤维经过次氯酸钠浸泡处理后，可以增加其表面粗糙度，然后经过N，N-二甲基丙烯酰胺以及丙酮的混合液的浸泡，可以提高聚丙烯纤维的分散性，提高其与步骤②中氨丙基三甲氧基硅烷以及双丙酮丙烯酰胺的相容性，改善聚丙烯纤维与水泥等其他原料的相容性，提高加工性能；但是经过步骤①预处理后，聚丙烯纤维的抗压强度的增强幅度大于其抗折强度的增强幅度，因此其抗压比会变大。
对比例2中的改性聚丙烯纤维选自制备例5制备的改性聚丙烯纤维，聚丙烯纤维在化学改性时，未添加双丙酮丙烯酰胺，相较于实施例1，对比例2中砂浆的抗冻性、抗折强度以及抗裂性能明显下降，但是抗压强度的下降幅度较小，说明经过步骤②中的双丙酮丙烯酰胺处理后的聚丙烯纤维，可以提高砂浆的抗冻性能以及柔韧性，提高其抗折强度以及抗裂性能。
对比例3中将改性聚丙烯纤维替换为等量的普通聚丙烯纤维，相较于实施例1，其抗冻性、抗压强度以及抗折强度明显下降，但是其压折比减小，说明抗裂性能增强；说明普通的聚丙烯纤维有助于提高砂浆的抗裂性能，但是却不能改善砂浆的抗压强度以及抗折强度；和易性的下降，说明普通聚丙烯纤维与水泥的相容性不好，会降低其在水泥中的分散；并且对比例3中的抗冻性明显下降，说明普通的聚丙烯纤维对砂浆抗冻性的提高效果较小。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种聚合物抗裂砂浆，其特征在于：以重量份数计，包括如下组分：
水泥350-400份、细骨料1000-1400份、纤维素醚0.6-1份、改性聚丙烯纤维1-2份以及可再分散性乳胶粉10-20份；
所述改性聚丙烯纤维采用如下方法制备：以重量份数计：
①预处理：将2份聚丙烯纤维浸入5-7份、1-2wt%的次氯酸钠溶液中，在60-70℃的温度下浸泡30-40s；然后再将聚丙烯纤维浸入20-28份、重量比为1:3的N，N-二甲基丙烯酰胺以及丙酮的混合液中，浸泡10-20min；
②化学改性：向30-40份、70-90wt%的乙醇溶液中加入0.6-0.8份氨丙基三甲氧基硅烷、0.4-0.6份双丙酮丙烯酰胺，升温至40-50℃后，搅拌10-20min，然后加入经过步骤①处理后的聚丙烯纤维，在40-50℃的温度下，搅拌1-2h，然后停止加热，使其冷却至室温继续浸泡16-18h；
③洗涤干燥：取出经过步骤②处理后的聚丙烯纤维，用10-50wt%的乙醇溶液对其冲洗5-10min，将洗涤后的聚丙烯纤维置于90-100℃的温度下，烘干4-6h后，得到改性聚丙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的一种聚合物抗裂砂浆，其特征在于：步骤③中乙醇溶液的流动速度为20-30mL/min。
3.根据权利要求1所述的一种聚合物抗裂砂浆，其特征在于：所述细骨料包含重量比为1:1.5的机制砂以及河砂。
4.根据权利要求3所述的一种聚合物抗裂砂浆，其特征在于：所述机制砂为细砂，细度模数为1.8-2.0，质量含水率≤1%，5mm筛筛余量≤5%。
5.根据权利要求3所述的一种聚合物抗裂砂浆，其特征在于：所述河砂为Ⅱ区细砂，细度模数为2.0-2.2，表观密度为2650-2660kg/m3，含泥量小于1.0%。
6.根据权利要求1所述的一种聚合物抗裂砂浆，其特征在于：所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚。
7.根据权利要求1所述的一种聚合物抗裂砂浆，其特征在于：羟丙基甲基纤维素醚的粘度40000-48000。
8.根据权利要求7所述的一种聚合物抗裂砂浆，其特征在于：所述可再分散性乳胶粉为乙烯—醋酸乙烯酯共聚胶粉。
9.根据权利要求1所述的一种聚合物抗裂砂浆，其特征在于：所述改性聚丙烯纤维的长度为3-9mm。
10.根据权利要求1所述的一种聚合物抗裂砂浆，其特征在于：所述水泥为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥。
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