CN112939565A - 一种地聚物轻质砂浆及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种地聚物轻质砂浆及其制备方法和应用，所述地聚物轻质砂浆包括纳米羟基磷灰石、钢渣微粉、尾矿粉、填料和保水剂，本发明采用纳米羟基磷灰石替代常规的水泥作为胶粘剂，从而改善了砂浆的抗菌抑菌性能，同时对纳米羟基磷灰石进行改性处理，克服了纳米羟基磷灰石存在的脆性问题并提高了其机械性能，具有良好的应用前景，所述制备方法采用机械混合的方式将所有原料进行混合均匀，得到地聚物轻质砂浆，该砂浆可用于砌块砌筑粘接、室内外墙面的抹灰处理，安全环保，同时具有较长的保质期。

Description

一种地聚物轻质砂浆及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种地聚物轻质砂浆及其制备方法和应用。

背景技术

砂浆材料是用于建筑墙体中的一种建筑材料，通过一定比例的骨料和交接材料加水合成，主要用于砌筑和抹灰，抹灰砂浆用于墙面、地面、屋面和梁柱结构等表面的抹灰，以达到防护和装饰等要求。

常规砂浆一般情况下主要起到找平和装饰作用，而为了适应市场的需求，满足墙面砂浆的机械强度，在砂浆中加入细度较高的粉煤灰等能够提高其机械强度，而无机灰分填料的加入则会导致砂浆的收缩，同时流动性提高，为了降低收缩率，会适当加入部分减水剂和纤维材料，一方面不仅降低了收缩性能，还能够提高其抗裂能力。

然而现有技术中，砂浆的抗菌性能较差，一般采取的抗菌方法为直接添加抗菌剂，外墙长期在自然环境暴露下，抗菌剂难以长期保留抗菌性能，无法达到长效抗菌效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种采用生物相容性材料作为基础原料的地聚物轻质砂浆及其制备方法和应用。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种地聚物轻质砂浆，按重量份数计算，包括如下组分：

以上技术方案中，采用羟基磷灰石替代常规水泥，羟基磷灰石同样具有良好的胶粘效果，同时其具有一定的生物相容性，能够与蛋白质和色素结合，抑制细菌生长，同时其还具有良好的吸附性能，可以对空气中的有害物质进行吸附固定。羟基磷灰石还具有良好的机械强度，其莫氏硬度能够达到5.8，具有优异的耐摩擦性。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述纳米羟基磷灰石的粒径为300-500nm。

采用纳米羟基磷灰石，可以改善砂浆的和易性，同时纳米羟基磷灰石可以增大表面积，加强与其他材质之间的结合能力，纳米羟基磷灰石的表面积增大也有利于进行分散，从而提高其抑菌效果，羟基磷灰石的稳定性强，能够在高温下保持稳定，能够长时间保持较好的抑菌效果。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述保水剂可以采用纤维素醚。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述纳米羟基磷灰石经过改性处理，所述改性处理的方法包括，将纳米羟基磷灰石与纳米氧化锌粉末按照质量比为1：(0.2-0.4)进行混合，在球磨机中进行球磨混合后得到改性纳米羟基磷灰石。

为了进一步提高砂浆的抑菌和杀菌效果，在羟基磷灰石中加入杀菌抑菌用的纳米氧化锌，纳米氧化锌的平均粒径为50nm，而羟基磷灰石具有良好的吸附性能，通过球磨的方式可以让纳米氧化锌与羟基磷灰石混合均匀，同时部分纳米氧化锌通过吸附的方式被固定在羟基磷灰石中，可以对纳米氧化锌进行负载和保护作用，同时在长期的使用过程中，羟基磷灰石还能够对纳米氧化锌进行缓慢释放，达到长期的抑菌杀菌作用。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述纳米羟基磷灰石改性处理的方法还包括，将纳米羟基磷灰石、纳米氧化锌粉末和甲壳素纤维按照质量比为1：(0.2-0.4)：(0.02-0.1)进行混合，在球磨机中进行球磨混合后得到改性纳米羟基磷灰石。

由于纳米羟基磷灰石在固化后硬度较大，材料本身比较脆，因此在使用过程中可能会受到外力作用而产生裂纹，为了提高其抗拉强度和韧性，本申请还加入了甲壳素纤维对砂浆原料进行补强，同时甲壳素纤维还具有良好的抑菌效果，

更进一步优选的，在混合纳米羟基磷灰石、纳米氧化锌粉末和甲壳素纤维前，对所述甲壳素纤维进行预处理，所述预处理的方法包括，将甲壳素纤维浸泡在抗氧剂BHT的乙醇溶液中，浸泡处理10-30min，取出甲壳素纤维并干燥，得到预处理后的甲壳素纤维。

由于甲壳素纤维在酸性条件下容易发生降解，主链结构逐渐断开，从而影响砂浆的抗拉性能，因此为了保证甲壳素纤维的使用寿命，本申请采用对甲壳素纤维进行表面改性的方式，使其表面附着抗氧剂BHT，一方面可以起到抗氧化作用，同时还可以防止酸败，延长甲壳素纤维的使用寿命和力学性能。

在以上技术方案的基础上，优选的，按重量份数计，所述填料包括高岭土10-20份、石膏粉5-10份和轻质填料5-10份。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述轻质填料为珍珠岩、玻化微珠和膨胀蛭石中的一种或几种的混合物。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括增强剂0.5-2份，所述增强剂为碳酸锂或氯化锂。

本发明的地聚物轻质砂浆的制备方法包括如下步骤：

步骤一、分别将羟基磷灰石精磨至300-500nm，将钢渣微粉精磨至300-400目，备用；

步骤二、将尾矿粉破碎至40-140目，在150-200℃低温煅烧1-1.5小时，备用；

步骤三、按照重量份配比称取各原料，混合搅拌均匀后得到地聚物轻质砂浆。

本发明的地聚物轻质砂浆可以应用在室内墙面和室外墙面面层的抹灰处理中。

本发明的地聚物轻质砂浆相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明提供了一种采用纳米羟基磷灰石作为胶黏剂的轻质砂浆的原料配比技术方案，其不仅具有良好的胶粘效果，同时纳米羟基磷灰石能够产生一定的抑菌效果，其自身的材质性能优异，具有良好的耐摩擦力和力学性能；

(2)为了进一步提高砂浆的抗菌能力，本发明对纳米羟基磷灰石进行了掺杂改性，向其中加入了具有杀菌抑菌性能的纳米氧化锌，而纳米羟基磷灰石具有良好的吸附效果，粒径更小的纳米氧化锌可以被纳米羟基磷灰石进行吸附，并在后期进行缓慢释放，达到长效稳定杀菌抑菌作用，两者的性质稳定，可以自然环境下长期保持活性；

(3)纳米羟基磷灰石在粘接固化后，其硬度较大，相对比较脆，为了提高其韧性，避免出现裂缝，本申请还向砂浆原料中加入了甲壳素纤维用于提高韧性，同时甲壳素纤维也具有良好的抗菌性能；

(4)但是甲壳素纤维不耐酸，为了避免长期使用过程中收到外界酸性气体或液体的影响，本申请对甲壳素纤维进行浸没改性处理，采用抗氧剂BHT对其进行改性，提高其抗氧化能力和抗酸能力，从而延长使用寿命。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将羟基磷灰石精磨至平均粒径为300nm得到纳米羟基磷灰石，将钢渣微粉精磨至300目，再将尾矿粉破碎至40目，并在150℃下煅烧处理1h，得到备用料。

按重量份数计算，分别称取纳米羟基磷灰石1份、钢渣微粉20份、尾矿粉40份、高岭土10份、石膏粉5份、珍珠岩5份和甲基纤维素醚0.3份在干粉砂浆连续搅拌机中混合搅拌均匀得到地聚物轻质砂浆。

实施例2

将羟基磷灰石精磨至平均粒径为350nm得到纳米羟基磷灰石，将钢渣微粉精磨至350目，再将尾矿粉破碎至60目，并在160℃下煅烧处理1.5h，得到备用料。

称取10份纳米羟基磷灰石和2份平均粒径为50nm的纳米氧化锌粉末，在球磨机中进行球磨混合处理1h后得到改性纳米羟基磷灰石。

按重量份数计算，分别称取改性纳米羟基磷灰石3份、钢渣微粉22份、尾矿粉45份、高岭土15份、石膏粉6份、珍珠岩6份和甲基纤维素醚0.4份在干粉砂浆连续搅拌机中混合搅拌均匀得到地聚物轻质砂浆。

实施例3

将羟基磷灰石精磨至平均粒径为400nm得到纳米羟基磷灰石，将钢渣微粉精磨至400目，再将尾矿粉破碎至70目，并在170℃下煅烧处理1h，得到备用料。

称取10份纳米羟基磷灰石、3份平均粒径为50nm的纳米氧化锌粉末以及0.2份甲壳素纤维，在球磨机中进行球磨混合处理1h后得到改性纳米羟基磷灰石。

按重量份数计算，分别称取改性纳米羟基磷灰石5份、钢渣微粉24份、尾矿粉50份、高岭土18份、石膏粉7份、珍珠岩7份、甲基纤维素醚0.5份和碳酸锂0.5份，在干粉砂浆连续搅拌机中混合搅拌均匀得到地聚物轻质砂浆。

实施例4

将羟基磷灰石精磨至平均粒径为500nm得到纳米羟基磷灰石，将钢渣微粉精磨至300目，再将尾矿粉破碎至100目，并在180℃下煅烧处理1.5h，得到备用料。

称取10份纳米羟基磷灰石、4份平均粒径为50nm的纳米氧化锌粉末以及0.5份甲壳素纤维，在球磨机中进行球磨混合处理1h后得到改性纳米羟基磷灰石。

按重量份数计算，分别称取改性纳米羟基磷灰石7份、钢渣微粉26份、尾矿粉55份、高岭土20份、石膏粉8份、珍珠岩8份、甲基纤维素醚0.4份和氯化锂1份，在干粉砂浆连续搅拌机中混合搅拌均匀得到地聚物轻质砂浆。

实施例5

将羟基磷灰石精磨至平均粒径为300nm得到纳米羟基磷灰石，将钢渣微粉精磨至300目，再将尾矿粉破碎至100目，并在190℃下煅烧处理1.5h，得到备用料。

称取10份甲壳素纤维，将其浸泡在20(wt)％的抗氧剂BHT乙醇溶液中，浸泡处理10min，取出甲壳素纤维进行干燥处理，得到预处理后的甲壳素纤维。

称取10份纳米羟基磷灰石、3份平均粒径为50nm的纳米氧化锌粉末以及1份预处理的甲壳素纤维，在球磨机中进行球磨混合处理1h后得到改性纳米羟基磷灰石。

按重量份数计算，分别称取改性纳米羟基磷灰石9份、钢渣微粉28份、尾矿粉60份、高岭土20份、石膏粉9份、珍珠岩9份、甲基纤维素醚0.4份和碳酸锂1.5份，在干粉砂浆连续搅拌机中混合搅拌均匀得到地聚物轻质砂浆。

实施例6

将羟基磷灰石精磨至平均粒径为300nm得到纳米羟基磷灰石，将钢渣微粉精磨至300目，再将尾矿粉破碎至100目，并在200℃下煅烧处理1.5h，得到备用料。

称取10份甲壳素纤维，将其浸泡在20(wt)％的抗氧剂BHT乙醇溶液中，浸泡处理30min，取出甲壳素纤维进行干燥处理，得到预处理后的甲壳素纤维。

称取10份纳米羟基磷灰石、3份平均粒径为50nm的纳米氧化锌粉末以及1份预处理的甲壳素纤维，在球磨机中进行球磨混合处理1h后得到改性纳米羟基磷灰石。

按重量份数计算，分别称取改性纳米羟基磷灰石10份、钢渣微粉30份、尾矿粉60份、高岭土20份、石膏粉10份、珍珠岩10份、甲基纤维素醚0.4份和氯化锂2份，在干粉砂浆连续搅拌机中混合搅拌均匀得到地聚物轻质砂浆。

对比例1

按重量份数计算，分别称取水泥10份、钢渣微粉20份、尾矿粉40份、高岭土10份、石膏粉5份、珍珠岩5份和甲基纤维素醚0.3份在干粉砂浆连续搅拌机中混合搅拌均匀得到地聚物轻质砂浆。

对比例2

按重量份数计算，分别称取水泥10份、钢渣微粉20份、尾矿粉40份、高岭土10份、石膏粉5份、珍珠岩5份、杀菌剂1份和甲基纤维素醚0.3份在干粉砂浆连续搅拌机中混合搅拌均匀得到地聚物轻质砂浆。

分别将实施例1-6制备得到的地聚物轻质砂浆和对比例制备得到的地聚物轻质砂浆进行抗菌性能检测和力学性能检测，所得检测结果如下：

综上数据可以看出，采用本发明的地聚物轻质砂浆具有良好的抑菌性能，同时经过改性处理的纳米羟基磷灰石能够长期进行抑菌物质的释放，经过长时间的使用，抑菌效果仍然良好，加入了抑菌性的甲壳素纤维后，砂浆的机械性能得到提升。

同时对实施例1-6以及对比例的可操作时间进行测试，实施例1-2的可操作时间均在5小时左右，实施例3-6的可操作时间在3小时左右，而对比例1和对比例2的可操作时间均在2小时左右，可以看出，本发明的技术方案可操作时间相对较长，且市场适中，对比例的可操作时间相对较短，不利于施工操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地聚物轻质砂浆，其特征在于，按重量份数计算，包括如下组分：

2.如权利要求1所述的地聚物轻质砂浆，其特征在于，所述纳米羟基磷灰石的粒径为300-500nm。

3.如权利要求1所述的地聚物轻质砂浆，其特征在于，所述纳米羟基磷灰石经过改性处理，所述改性处理的方法包括，将纳米羟基磷灰石与纳米氧化锌粉末按照质量比为1：(0.2-0.4)进行混合，在球磨机中进行球磨混合后得到改性纳米羟基磷灰石。

4.如权利要求3所述的地聚物轻质砂浆，其特征在于，所述纳米羟基磷灰石改性处理的方法还包括，将纳米羟基磷灰石、纳米氧化锌粉末和甲壳素纤维按照质量比为1：(0.2-0.4)：(0.02-0.1)进行混合，在球磨机中进行球磨混合后得到改性纳米羟基磷灰石。

5.如权利要求4所述的地聚物轻质砂浆，其特征在于，在混合纳米羟基磷灰石、纳米氧化锌粉末和甲壳素纤维前，对所述甲壳素纤维进行预处理，所述预处理的方法包括，将甲壳素纤维浸泡在抗氧剂BHT的乙醇溶液中，浸泡处理10-30min，取出甲壳素纤维并干燥，得到预处理后的甲壳素纤维。

6.如权利要求1所述的地聚物轻质砂浆，其特征在于，按重量份数计，所述填料包括高岭土10-20份、石膏粉5-10份和轻质填料5-10份。

7.如权利要求6所述的地聚物轻质砂浆，其特征在于，所述轻质填料为珍珠岩、玻化微珠和膨胀蛭石中的一种或几种的混合物。

8.如权利要求1所述的地聚物轻质砂浆，其特征在于，还包括增强剂0.5-2份，所述增强剂为碳酸锂或氯化锂。

9.权利要求1-8中任一所述的地聚物轻质砂浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、分别将羟基磷灰石精磨至300-500nm，将钢渣微粉精磨至300-400目，备用；

步骤二、将尾矿粉破碎至40-140目，在150-200℃低温煅烧1-1.5小时，备用；

步骤三、按照重量份配比称取各原料，混合搅拌均匀后得到地聚物轻质砂浆。

10.如权利要求1-8中任一所述的地聚物轻质砂浆在室内墙面和室外墙面抹灰中的应用。