CN113045264A - 优化玄武岩掺合料体系改性的多功能环保砂浆及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及优化玄武岩掺合料体系改性的多功能环保砂浆，其包括由玄武岩微细粉、玄武岩细砂和玄武岩纤维组成的玄武岩掺合料体系，水泥或碱激发剂和水，其中：干燥粉剂质量100份，其配比：1)水泥或碱激发剂10～40份，2)玄武岩微细粉10～40份，3)玄武岩细砂30～50份；干燥粉剂以外的玄武岩纤维质量0～5份；水的重量5～20份。以及本发明还提供优化玄武岩掺合料体系改性的多功能环保砂浆的制备方法。本发明提供的玄武岩系掺合料掺入水泥砂浆的材料体系，降低了高强水泥砂浆的制备能耗，提高了工作性能，并将高强水泥砂浆的应用领域拓展到了国防电磁防护工程、水利工程、耐火建筑工程等土木工程材料领域。

Description

优化玄武岩掺合料体系改性的多功能环保砂浆及制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料、水利工程及基础工程建设领域，涉及一种优化玄武岩掺合料体系改性的多功能低成本环保砂浆材料及其制备方法。
背景技术
由于较好的力学性能，高强水泥砂浆——作为一种细集料混凝土——正逐步进入工程应用阶段。然而，较大的水泥用量和较差的流动性能正制约着高强水泥砂浆的工程应用，同时，随着绿色环保理念的兴起，减少建筑材料的制备能耗已经成为建筑材料行业的新课题。如何低成本的节省水泥用量并提高高强水泥砂浆的流动性，同时减少建筑材料的制备能耗，成为推广高强水泥砂浆工程应用的急需解决的难题。
另外，拓展高强水泥砂浆的应用领域也是一个加速高强水泥砂浆工程应用的行之有效的方法。在微波通讯技术不断发展的今天，电磁污染是一个日益被人重视的环境问题，而电磁防护建筑物和构筑物将越来越成为研发的重点。
并且，在水利工程中，材料的抗渗性能是一个十分重要的指标。但由于传统水泥砂浆的脆性和自身收缩性能，水泥砂浆的抗渗性能并不是很理想。通过纤维和矿物掺合料的混合作用改善水泥砂浆的抗渗性能被证实是可行的。
在工程建设中，建筑材料将可能面临各种自然环境，多功能建筑材料的创造能够有效的降低工程建设工序和时间成本，提高建筑物的耐久性。
玄武岩作为一种火山岩，分布广泛，经济价值高，主要成分为活性的无定形的二氧化硅。玄武岩微细粉是一种通过玄武岩岩石经过机械加工后的微细颗粒，而由于机制砂的推广使用，在生产中有大量的玄武岩细石粉作为废料被丢弃，如何有效的利用这些副产品也是一大难题。而玄武岩纤维则是一种以玄武岩作为原材料加工而成的，抗拉性能好，价格经济的纤维材料。
目前，存在单独将玄武岩微细粉或玄武岩纤维应用到水泥砂浆中来提高水泥砂浆的抗渗性能和强度，比如：CN110940798A，CN101172799A。但是单种玄武岩掺合料并不能达到研制多功能一体化建材的目的。
综上所述，水泥砂浆材料应用广泛，可不可以通过优化过的玄武岩系掺合料体系的建立，使水泥砂浆在保证一定承载能力的前提下，提高工作性能，并实现电磁波吸收、抗火、抗渗等原本单一玄武岩掺合料无法满足的性能，凭借低成本极大提高水泥砂浆的应用价值成为新的研究课题。因此，通过玄武岩掺合料配合比和性能优化来实现掺合料体系的多功能化成为新的要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的，是提供一种优化玄武岩掺合料体系来改性从而得到多功能低成本环保砂浆，以解决上述技术背景中提到的电磁污染、抗火防灾、防渗抗裂、结构承载问题。具体如下：
本发明提供一种优化玄武岩掺合料体系改性的多功能低成本环保砂浆，其包括由玄武岩微细粉、玄武岩细砂和玄武岩纤维组成的玄武岩掺合料体系，水泥或碱激发剂和水，其中：
干燥粉剂质量100份，其配比：1)水泥或碱激发剂10～40份，2)玄武岩微细粉10～40份，3)玄武岩细砂30～50份；
干燥粉剂以外的玄武岩纤维质量0～5份；
水的重量5～20份。
本发明中，玄武岩系掺合料体系由玄武岩微细粉、玄武岩细砂和玄武岩纤维组成，通过玄武岩系掺合料体系对有机聚合物纤维和其他矿物掺合料如硅灰、粉煤灰的替代，提高了水泥砂浆的耐久性及抗火性能。具体的，本发明的优化玄武岩掺合料体系改性的多功能低成本环保砂浆中，玄武岩微细粉在水泥或碱激发剂的作用下激发火山灰活性，填充玄武岩细砂堆积缺口和增强玄武岩纤维的界面强度，使玄武岩掺合料体系更加牢固，孔隙率更低，抗渗性能更好。而现有的有机纤维和其他矿物掺合料水化后界面强度不如由同一组分组成的各玄武岩掺合料水化后界面强度，从而玄武岩掺合料体系在耐候性上相比于传统改性砂浆更优异，抗火性更好。并且，具有火山灰活性的玄武岩微细粉与在体系中分散均匀的玄武岩纤维通过水化作用粘合在一起，构建玄武岩掺合料体系中的“骨架”结构，与玄武岩细砂协同作用保证强度。并且，通过玄武岩微细粉的火山灰效应，联结同一原材料的其他玄武岩掺合料；相比于不同原材料的掺合料界面，优化后的玄武岩掺合料体系界面差异更小，根据传输线理论，电磁波的传播通道更多，阻抗匹配更好，电磁波吸收能力更强，进而使优化玄武岩掺合料体系改性的多功能低成本环保砂浆材料具有吸波性能。因此，完全由玄武岩作为原材料的掺合料体系保证了水泥砂浆内各混杂物受热膨胀的一致性，保证材料结构体系稳定。
一些优选的实施方式中，玄武岩细砂、玄武岩纤维和玄武岩微细粉混合后应满足单位立方米体积内三者混合料质量2100千克以上。保证体系紧密堆积；通过这种颗粒级配设计，孔隙率明显降低，需水量较少，形成具有良好流动性的水泥砂浆浆体，便于施工。
一些优选的实施方式中，玄武岩纤维的质量：玄武岩微细粉和水泥或碱激发剂的总质量低于1:10。保证玄武岩纤维能够充分分散进玄武岩掺合料体系。
一些优选的实施方式中，玄武岩微细粉为粒径低至颗粒具有火山灰活性的玄武岩岩石磨细粉，粒径在50微米以下。
一些优选的实施方式中，水泥和碱激发剂指硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、烧碱等能激发无定形二氧化硅火山灰活性的水泥和碱激发剂种类。
另一方面，本发明还提供一种制备玄武岩系掺合料改性吸波抗火抗渗承载一体化环保高强砂浆材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)称取干燥粉剂质量100份，其配比：1)水泥或碱激发剂10～40份，2) 玄武岩微细粉10～40份，3)玄武岩细砂30～50份；干燥粉剂以外的玄武岩纤维质量0～5份；干拌合上述所有组分0.5～3分钟，转速小于120rpm，可在此步骤加入高性能粉状减水剂、消泡剂，形成干料；
2)称取5～20份重量的水，将其中三分之二的水缓慢倒入所述步骤1)得到的干料中，搅拌1～2分钟，转速小于120rpm，再将剩下的水倒入，继续搅拌2～5分钟，转速150～300rpm，形成水泥砂浆浆体；
3)将步骤2)制备好的水泥砂浆浆体倒入模具中，覆盖一层塑料膜密封， 20±5℃条件下带模养护1～2天后拆模；
4)步骤3)拆模后试件经标准养护28天或50℃水浴养护4天或60℃水浴养护2天，可得到优化玄武岩掺合料体系改性的多功能低成本环保砂浆。
一些优选的实施方式中，玄武岩细砂、玄武岩纤维和玄武岩微细粉混合后应满足单位立方米体积内三者混合料质量2100千克以上。保证体系紧密堆积；通过这种颗粒级配设计，孔隙率明显降低，需水量较少，形成具有良好流动性的水泥砂浆浆体，便于施工。
一些优选的实施方式中，玄武岩纤维的质量：玄武岩微细粉和水泥或碱激发剂的总质量低于1:10。保证玄武岩纤维能够充分分散进玄武岩掺合料体系。
一些优选的实施方式中，玄武岩微细粉为粒径低至颗粒具有火山灰活性的玄武岩岩石磨细粉，粒径在50微米以下。
一些优选的实施方式中，水泥和碱激发剂指硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、烧碱等能激发无定形二氧化硅火山灰活性的水泥和碱激发剂种类。
有益效果
本发明建立了一种玄武岩系掺合料掺入水泥砂浆的材料体系，降低了高强水泥砂浆的制备能耗，提高了工作性能，并将高强水泥砂浆的应用领域拓展到了国防电磁防护工程、水利工程、耐火建筑工程等土木工程材料领域。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1)性价比高，经济环保。本发明高效利用了我国资源丰富的玄武岩矿石，并将玄武岩机制砂(细砂)的副产物玄武岩微细粉利用起来大量取代水泥，由同一原材料制作的玄武岩掺合料体系能最大限度的利用玄武岩矿石，减少体系的制备能耗，提升经济价值；
2)工作性能好，施工方便。玄武岩细砂、玄武岩纤维和玄武岩微细粉混合后满足单位立方米体积内三者混合料质量2100千克以上，通过这种颗粒级配设计，孔隙率明显降低，需水量较少，形成具有良好流动性的水泥砂浆浆体，便于施工，突破高强水泥砂浆的应用限制；
3)防裂控裂抗渗性能优异。玄武岩微细粉在水泥或碱激发剂的作用下激发火山灰活性，填充玄武岩细砂堆积缺口和增强玄武岩纤维的界面强度，使玄武岩掺合料体系更加牢固，孔隙率更低，抗渗性能更好，使得这种高强水泥砂浆能够运用到水利工程领域；
4)能有效吸收微波能量。相比于不同原材料的掺合料界面，优化后的玄武岩掺合料体系界面差异更小，根据传输线理论，电磁波的传播通道更多，阻抗匹配更好，电磁波吸收能力更强，进而使优化玄武岩掺合料体系改性的多功能低成本环保砂浆材料具有吸波性能，在微波波段平均能够吸收80％(-7dB)的电磁波能量。
5)抗火性能好。而有机纤维和其他矿物掺合料水化后界面强度不如由同一组分组成的各玄武岩掺合料水化后界面强度，自然导致玄武岩掺合料体系在耐候性上相比于传统改性砂浆更优异。另外玄武岩系掺合料体系保证了水泥砂浆受热热膨胀的一致性，保证材料结构体系稳定。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行详细说明。此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
一、制备不同组分的多功能低成本环保砂浆。
1)按配方比(配方比见表1)例称取水泥和玄武岩系掺合料干拌合0.5～3 分钟，转速小于120rpm，可在此步骤加入高性能粉状减水剂、消泡剂，形成干料；
2)称取5～20份重量的水(具体见表1)，将其中三分之二的水缓慢倒入所述步骤1)得到的干料中，搅拌1～2分钟，转速小于120rpm，再将剩下的水倒入，继续搅拌2～5分钟，转速150～300rpm，形成水泥砂浆浆体；
3)将步骤2)制备好的水泥砂浆浆体倒入模具中，覆盖一层塑料膜密封， 20±5℃条件下带模养护1～2天后拆模；
4)步骤3)拆模后试件经标准养护28天或50℃水浴养护4天或60℃水浴养护2 天，可得到优化玄武岩掺合料体系改性的多功能低成本环保砂浆。
其中，各实施例所添加的组分配比见下表1.
表1：
Figure BDA0002987128750000051
Figure BDA0002987128750000061
二.对实施例和对比例进行各项性能测试验证。
1.制作对比例1和对比例2.
对比例1：组分质量比，水泥：机制细砂：水：粉状减水剂＝80：80：20：1；另聚乙烯纤维掺量为总体积的2％。将水泥和聚乙烯纤维、机制细砂、粉状减水剂混和，干拌合0.5～3分钟，转速小于120rpm，加入水，搅拌2～5分钟，转速150～300rpm，形成水泥砂浆浆体，倒入模具中，覆盖一层塑料膜密封，20±5℃条件下带模养护1～2天后拆模，拆模后试件经标准养护28天或50℃水浴养护4 天或60℃水浴养护2天，制得对比例1的水泥砂浆。
对比例2：组分质量比，水泥：机制细砂：硅灰：水：粉状减水剂＝80：80： 20：20：2；另聚乙烯纤维掺量为总体积的2％。将水泥、聚乙烯纤维、机制细砂和硅灰、粉状减水剂混和，干拌合0.5～3分钟，转速小于120rpm，加入水，搅拌2～5分钟，转速150～300rpm，形成水泥砂浆浆体，倒入模具中，覆盖一层塑料膜密封，20±5℃条件下带模养护1～2天后拆模，拆模后试件经标准养护28 天或50℃水浴养护4天或60℃水浴养护2天，制得对比例2的水泥砂浆。
2.将实施例一中的7个实施例与对比例1和对比例2进行各项性能测试，具体测试结果见表2.
抗压性能、抗弯性能和抗渗性能测试：按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T70-2009)进行测试。其中，抗压性能、抗弯性能和抗渗性测试数值越高代表性能越好。
吸波性能测试：(《雷达吸波材料反射率测试方法》(GJB 2038A-2011)进行测试。其中，反射率越低代表经被测试件反射后电磁波能量越小，被测试件吸波性能越好。
防火性能的测试方法为：GB8624-1997建筑材料燃烧性能分级方法
不燃类材料(A级)
A级匀质材料
按GB/T5464进行测试，其燃料性能应达到：
a)炉内平均温升不超过50℃；
b)试样平均持续燃烧时间不超过20s；
c)试样平均质量损失率不超过50％。
可燃类材料(B级)
B1级材料
达到下述各项要求的材料，其燃烧性能定为B1级。
a)按GB/T8626进行测试，其燃烧性能应达到GB/T8626所规定的指标，且不允许有燃烧滴落物引燃滤纸的现象；
b)按GB/T8625进行测试，每组试件的平均剩余长度≥15cm(其中任一试件的剩余长度>0cm),且每次测试的平均烟气温度峰值≤200℃；
c)按GB/T8627进行测试，其烟密度等级(SDR)≤75。
表2
Figure BDA0002987128750000071
Figure BDA0002987128750000081
结论：
1.优化玄武岩掺合料体系改性的多功能低成本环保砂浆材料(7个实施例)对比普通高强水泥砂浆材料(对比例1和2)在力学性能、抗渗性能、吸波性能及防火性能的综合性能上呈现出优越性。
2.所有的7个实施例的吸波性能都好于对比例1和对比例2；因此，优化玄武岩掺合料体系改性的多功能低成本环保砂浆材料的吸波性能要好于普通高强水泥砂浆材料。
3.对比例2的力学性能、抗渗性能均和本发明的具有玄武岩掺合料体系的水泥砂浆材料的性能相差无几，但其吸波性能和防火性能较差。并且，对比例2 中的硅灰价格高，相比较之下，本申请的优化玄武岩掺合料体系改性的多功能低成本环保砂浆成本低廉。

Claims (8)

1.一种优化玄武岩掺合料体系改性的多功能环保砂浆，其特征在于，包括由玄武岩微细粉、玄武岩细砂和玄武岩纤维组成的玄武岩掺合料体系，水泥或碱激发剂，水，其中：
干燥粉剂质量100份，其配比：1)水泥或碱激发剂10～40份，2)玄武岩微细粉10～40份，3)玄武岩细砂30～50份；
干燥粉剂以外的玄武岩纤维质量0～5份；
水的重量5～20份。
2.根据权利要求1所述的优化玄武岩掺合料体系改性的多功能环保砂浆，其特征在于，玄武岩细砂、玄武岩纤维和玄武岩微细粉混合后应满足单位立方米体积内三者混合料质量2100千克以上。
3.根据权利要求1或2所述的优化玄武岩掺合料体系改性的多功能环保砂浆，其特征在于，玄武岩纤维的质量：玄武岩微细粉和水泥或碱激发剂的总质量低于1:10。
4.根据权利要求1所述的优化玄武岩掺合料体系改性的多功能环保砂浆，其特征在于，玄武岩微细粉为粒径低至颗粒并具有火山灰活性的玄武岩岩石磨成的微细粉，该微细粉粒径在50微米以下。
5.根据权利要求1所述的优化玄武岩掺合料体系改性的多功能环保砂浆，其特征在于，水泥或碱激发剂指硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、烧碱等能激发无定形二氧化硅火山灰活性的水泥或碱激发剂种类。
6.一种制备玄武岩系掺合料改性吸波抗火抗渗承载一体化环保高强砂浆材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)称取干燥粉剂质量100份，其配比：1)水泥或碱激发剂10～40份，2)玄武岩微细粉10～40份，3)玄武岩细砂30～50份；干燥粉剂以外的玄武岩纤维质量0～5份；干拌合上述所有组分0.5～3分钟，转速小于120rpm，可在此步骤加入高性能粉状减水剂、消泡剂，形成干料；
2)称取5～20份重量的水，将其中三分之二的水缓慢倒入所述步骤1)得到的干料中，搅拌1～2分钟，转速小于120rpm，再将剩下的水倒入，继续搅拌2～5分钟，转速150～300rpm，形成水泥砂浆浆体；
3)将步骤2)制备好的水泥砂浆浆体倒入模具中，覆盖一层塑料膜密封，20±5℃条件下带模养护1～2天后拆模；
4)步骤3)拆模后试件经标准养护28天或50℃水浴养护4天或60℃水浴养护2天，可得到优化玄武岩掺合料体系改性的多功能低成本环保砂浆。
7.根据权利要求6所述的制备玄武岩系掺合料改性吸波抗火抗渗承载一体化环保高强砂浆材料的方法，其特征在于，玄武岩细砂、玄武岩纤维和玄武岩微细粉混合后应满足单位立方米体积内三者混合料质量2100千克以上。
8.根据权利要求6所述的制备玄武岩系掺合料改性吸波抗火抗渗承载一体化环保高强砂浆材料的方法，其特征在于，玄武岩纤维的质量：玄武岩微细粉和水泥或碱激发剂的总质量低于1:10。
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