CN113185223B - 门窗专用纳米膨胀填缝砂浆及其制备方法 - Google Patents

门窗专用纳米膨胀填缝砂浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了门窗专用纳米膨胀填缝砂浆及其制备方法，该砂浆包括以下原料：包括以下原料：水泥、煤灰、砂、防水剂、膨胀剂和外加剂；其中，所述防水剂包括有机氟硅防水剂。该砂浆利用有机氟硅防水剂的表面能低，憎水效果好；同时，通过防水剂、外加剂和膨胀剂之间的相互作用，形成网状结构，有效地调节膨胀剂的水化进程；同时有机氟硅防水剂的强疏水作用，能够有效阻止膨胀剂吸湿，从而延长膨胀剂的保质期；进一步提升砂浆的防水抗渗性。

Description

门窗专用纳米膨胀填缝砂浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及门窗专用纳米膨胀填缝砂浆及其制备方法。
背景技术
水泥基材料是由固相、液相和气相组成的一种各向异性的非匀质材料，其内部存在大量的细微裂缝及孔隙。这些裂缝及孔隙的存在，为水分子在水泥基材料中的传输提供了通道，从而降低了水泥基材料的防水性和抗渗性，最终对水泥基材料的耐久性和建筑物的寿命及安全性产生不利影响。
为了提高水泥基材料的防水性和抗渗性，防水剂被广泛应用到水泥基材料中。相关技术中，防水砂浆其防水、抗渗效果还难以满足在防水、抗渗和抗裂等多个方面的要求。
因此，需要开发一种门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，该砂浆的防水性能及抗渗效果优异。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题为：提供一种门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，该砂浆的防水性能及抗渗效果优异。
本发明要解决的第二个技术问题为：提供上述砂浆的制备方法。
为解决上述第一个技术问题，本发明提供的技术方案为：一种门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，包括以下原料：水泥、煤灰、砂、防水剂、膨胀剂和外加剂；
其中，所述防水剂包括有机氟硅防水剂。
有机硅单体含有的硅氧键键能很高，形成的有机硅聚合物分子体积较大，内聚能密度低，使其具有很好的耐久性。有机氟单体结构中含有的键键能较高，键长极短，能够形成结构稳定性高的有机氟聚合物大分子，并且分子中含氟链段表面能较低，在聚合物干燥成膜的过程中易于迁移至聚合物膜表面上，进而赋予聚合物优良的耐高温性和耐有机溶剂性。
根据本发明的一些实施方式，所述水泥包括标号不小于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
根据本发明的一些实施方式，所述煤灰包括Ⅱ级粉煤灰。
根据本发明的一些实施方式，所述煤灰的粒径为小于120μm。
根据本发明的一些实施方式，所述煤灰的比表面积为150m2/kg～280m2/kg。
煤灰是一种矿物掺合料，在砂和水泥中适量的加入煤灰，可以改善水泥和砂的和易性、密实度、防水性和耐久性。
根据本发明的一些实施方式，所述门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，包括以下重量份数的原料：水泥150份～200份、煤灰140份～170份、砂600份～700份、防水剂8份～10份、膨胀剂8份～10份和外加剂8份～12份。
根据本发明的一些实施方式，所述砂的细度模数为3.7～3.1。
根据本发明的一些实施方式，所述门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，还包括1份～3份的工程纤维；优选地，所述工程纤维包括聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述聚丙烯纤维的长度为9mm～18mm。
根据本发明的一些实施方式，所述聚乙烯醇纤维的长度为10mm～15mm。
聚乙烯醇纤维其主要特点是强度高模量高、耐酸碱腐蚀、耐候性好，与地聚合物有良好的亲和力和结合性，具有较高的断裂伸长率；聚丙烯纤维是高强聚丙烯束状单丝纤维，具备优异的抗渗、抗冲击、耐磨性和抗冻性。
根据本发明的一些实施方式，所述有机氟硅防水剂包括以下原料：丙烯酸酯、有机氟单体、有机硅单体、乳化剂和引发剂。
由于氟原子的共价半径小、电负性大，其原子核能够强有力地约束住成键后形成的电子云，导致与碳原子形成的键极化率低、极性小。因此通过乳液聚合反应将有机氟单体引入到聚丙烯酸酯大分子上后，含有键的侧链之间相互作用力会减小，成膜时氟烷基易于向乳胶膜表面迁移导致表面氟元素含量增大，赋予乳胶膜表面较低的表面能，使其产生较好的憎水效果。
根据本发明的一些实施方式，所述丙烯酸酯包括甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述有机氟单体包括含氟丙烯酸单体。
根据本发明的一些实施方式，所述含氟丙烯酸单体包括甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸三氟乙酯和丙烯酸六氟丁酯中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述有机硅单体包括含硅丙烯酸单体。
根据本发明的一些实施方式，所述含硅丙烯酸单体包括甲基丙烯酸三甲基硅酯和三异丙基硅基丙烯酸酯中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述引发剂包括偶氮二异丁腈和过硫酸铵中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述乳化剂包括阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述阳离子表面活性剂包括十二烷基磺酸钠。
根据本发明的一些实施方式，所述非离子表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚。
根据本发明的一些实施方式，所述有机氟硅防水剂，包括以下重量份数的原料：丙烯酸酯30份～40份；有机氟单体10份～15份；有机硅单体3份～5份；乳化剂1份～2份和引发剂1份～2份。
根据本发明的一些实施方式，所述有机氟硅防水剂，原料还包括100份～200份的水。
根据本发明的一些实施方式，所述有机氟硅防水剂，制备方法包括以下步骤：
S1、将有机硅单体添加至部分乳化剂中乳化，制得第一乳化液；
S2、将有机氟单体和丙烯酸酯添加至剩余乳化剂中，制得第二乳化液；
S3、将第一乳化液和第二乳化液添加至引发剂中，加热反应即得所述有机氟硅改性防水剂。
根据本发明的一些实施方式，所述膨胀剂包括改性氧化镁。
根据本发明的一些实施方式，所述改性氧化镁，包括纳米氧化镁；所述纳米氧化镁表面包覆丙烯酸树脂。
根据本发明的一些实施方式，所述纳米氧化镁的粒径为100nm～500nm。
纳米氧化镁的表面具有高分子有机聚合物保护层，能够控制水分的进入；通过控制水分的进入，控制了氧化镁与水的反应，实现了膨胀剂水化历程的调控。
根据本发明的一些实施方式，所述外加剂包括聚羧酸醚类减水剂。
聚羧酸减水剂可以减少用水量25％以上。
根据本发明实施方式的门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，至少具备如下有益效果：本发明的砂浆利用有机氟硅防水剂的表面能低，憎水效果好；同时，通过防水剂、外加剂和膨胀剂之间的相互作用，形成了网状结构，有效地调节了膨胀剂的水化进程；同时有机氟硅防水剂的强疏水作用，能够有效阻止膨胀剂吸湿，从而延长了膨胀剂的保质期；进一步提升了砂浆的防水抗渗性。
为解决上述第二个技术问题，本发明提供的技术方案为：上述砂浆的制备方法，包括以下步骤：将水泥、煤灰、砂、防水剂、膨胀剂和外加剂混合，即得所述门窗专用纳米膨胀填缝砂浆。
根据本发明的一些实施方式，所述方法还包括将工程纤维与水泥、煤灰、砂、防水剂、膨胀剂和外加剂混合。
根据本发明实施方式的制备方法，至少具备如下有益效果：本发明的制备方法操作简单，通过简单的混合制备得到防水抗渗能力优异的门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，该砂浆满足了门窗填缝用砂浆的使用需求。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明实施方式中所用有机氟硅改性防水剂的制备方法，包括以下步骤：
将50份水和1份乳化剂(十二烷基磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚质量比为1:1)搅拌5min，再加入4份有机硅单体(甲基丙烯酸三甲基硅酯和三异丙基硅基丙烯酸酯的摩尔比为1:1)进行乳化，乳化时间30min，得到第一预乳化液；
将50份水和1份乳化剂搅拌5min，再加入15份有机氟单体(甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸三氟乙酯和丙烯酸六氟丁酯摩尔比为1:2:3)、10份甲基丙烯酸甲酯、10份丙烯酸丁酯和20份甲基丙烯酸进行乳化20min，得到第二预乳化液；
将100份的水升温至80℃，投入1份引发剂，然后开始滴加第一预乳化液和第二预乳化液以及1份引发剂，滴加时间为2h；滴加完成后保温1.5h，保温结束后降温至40℃；采用氨水调节调节pH值至9，即得防水剂。
本发明实施方式中纳米氧化镁购自上海肖晃纳米科技有限公司，型号为XH-MgO-30(平均粒径30nm)；XH-MgO-50(平均粒径50nm)；XH-MgO-50(平均粒径500nm)。
本发明实施方式中丙烯酸乳液购自山东豪顺化工有限公司，型号为HS109；黏度为300(cps/25℃)～1000cps(cps/25℃)；固含量为49％；pH值为8.5；Tg为105℃；酸值为55。
本发明实施方式中聚丙烯纤维购自廊坊鑫久正节能科技有限公司，长度为9mm，断裂伸长度为10％～20％。
本发明实施方式中聚乙烯醇纤维购自山东浩森新材料有限公司，长度为15mm，断裂伸长度为6％～11％。
本发明的实施例1为：一种门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，包括以下重量份数的原料：
水泥(型号：P.0 42.5水泥)：160份；
煤灰(电厂Ⅱ级煤灰)：150份；
砂(河砂，细度3.5)：700份；
防水剂(自制)：10份；
膨胀剂(自制)：10份；
外加剂(科隆股份：SP409)：10份；
工程纤维(聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维质量比为1:1)：3份。
本发明的实施例1中膨胀剂的制备方法为：将10份纳米氧化镁(XH-MgO-50)、1份丙烯酸乳液和10份乙醇充分搅拌，在50℃下蒸干乙醇，即得改性氧化镁膨胀剂。
本发明的实施例2为：一种门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，包括以下重量份数的原料：
水泥(型号：P.0 42.5水泥)：160份；
煤灰(电厂Ⅱ级煤灰)：150份；
砂(河砂，细度3.5)：700份；
防水剂(自制)：10份；
膨胀剂(自制)：10份；
外加剂(科隆股份：SP409)：10份；
工程纤维(聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维质量比为1:1)：3份。
本发明的实施例2中膨胀剂的制备方法为：将10份纳米氧化镁(XH-MgO-500)、1份丙烯酸乳液和10份乙醇充分搅拌，在50℃下蒸干乙醇，即得改性氧化镁膨胀剂。
本发明的实施例3为：一种门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，包括以下重量份数的原料：
水泥(型号：P.0 42.5水泥)：160份；
煤灰(电厂Ⅱ级煤灰)：150份；
砂(河砂，细度3.5)：700份；
防水剂(自制)：10份；
膨胀剂(自制)：10份；
外加剂(科隆股份：SP409)：10份；
工程纤维(聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维质量比为1:1)：3份。
本发明的实施例3中膨胀剂的制备方法为：将10份纳米氧化镁(XH-MgO-30)、1份丙烯酸乳液和10份乙醇充分搅拌，在50℃下蒸干乙醇，即得改性氧化镁膨胀剂。
本发明的实施例4为：一种门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，包括以下重量份数的原料：
水泥(型号：P.0 42.5水泥)：160份；
煤灰(电厂Ⅱ级煤灰)：150份；
砂(河砂，细度3.5)：700份；
防水剂(自制)：10份；
膨胀剂(自制)：10份；
外加剂(科隆股份：SP409)：10份。
本发明的实施例4中膨胀剂的制备方法为：将50份纳米氧化镁(XH-MgO-50)、1份丙烯酸乳液和10份乙醇充分搅拌，在50℃下蒸干乙醇，即得改性氧化镁膨胀剂。
本发明的实施例5为：一种门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，包括以下重量份数的原料：
水泥(型号：P.0 42.5水泥)：180份；
煤灰(电厂Ⅱ级煤灰)：170份；
砂(河砂，细度3.5)：650份；
防水剂(自制)：10份；
膨胀剂(自制)：10份；
外加剂(科隆股份：SP409)：10份。
本发明的实施例5中膨胀剂的制备方法为：将50份纳米氧化镁(XH-MgO-50)、1份丙烯酸乳液和10份乙醇充分搅拌，在50℃下蒸干乙醇，即得改性氧化镁膨胀剂。
本发明的对比例1为：一种砂浆，包括以下重量份数的原料：
水泥(型号：P.0 42.5水泥)：160份；
煤灰(电厂Ⅱ级煤灰)：150份；
砂(河砂，细度3.5)：700份；
防水剂(自制)：10份；
膨胀剂(XH-MgO-50)：10份；
外加剂(科隆股份：SP409)：10份。
本发明的对比例2为：一种砂浆，包括以下重量份数的原料：
水泥(型号：P.0 42.5水泥)：160份；
煤灰(电厂Ⅱ级煤灰)：150份；
砂(河砂，细度3.5)：700份；
防水剂(茌平泽泰建筑材料有限公司：ZT3-1)：10份；
膨胀剂(自制)：10份；
外加剂(科隆股份：SP409)：10份。
本发明的对比例2中膨胀剂的制备方法为：将50份纳米氧化镁(XH-MgO-50)、1份丙烯酸乳液和10份乙醇充分搅拌，在50℃下蒸干乙醇，即得改性氧化镁膨胀剂。
本发明的对比例3为：一种砂浆，包括以下重量份数的原料：
水泥(型号：P.0 42.5水泥)：160份；
煤灰(电厂Ⅱ级煤灰)：150份；
砂(河砂，细度3.5)：700份；
防水剂(茌平泽泰建筑材料有限公司：ZT3-1)：10份；
膨胀剂(XH-MgO-50)：10份；
外加剂(科隆股份：SP409)：10份。
工程纤维(聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维质量比为1:1)：3份。
本发明的对比例4为：一种砂浆，包括以下重量份数的原料：
水泥(型号：P.0 42.5水泥)：160份；
煤灰(电厂Ⅱ级煤灰)：150份；
砂(河砂，细度3.5)：700份；
防水剂(茌平泽泰建筑材料有限公司：ZT3-1)：10份；
膨胀剂(XH-MgO-50)：10份；
外加剂(科隆股份：SP409)：10份。
本发明实施例1～5和对比例1～4的砂浆的制备方法，包括以下步骤：将原料混合，即得上述砂浆。
本发明实施例1～5和对比例1～4所制得的砂浆的性能测试参照：JCT984-2011；性能测试结果见表1。
表1本发明实施例1～5和对比例1～4所制得的砂浆的性能测试结果
Figure BDA0003046049830000081
Figure BDA0003046049830000091
由表1中记载的数据得知，本发明实施例1～5制得的砂浆，抗渗性能和抗压性能好，远优于对比例1～4制得的砂浆。
本发明对比例1与实施例4差异在于：膨胀剂不进行包覆处理；由上表结果得知，对比例1的抗渗能力和抗压强度性能较差；同时还出现开裂情况；说明在膨胀剂不进行改性处理的情况下，膨胀剂的水化速度明显加快，吸水率明显提高，从而导致最终砂浆的开裂。
本发明对比例2与实施例4差异在于：防水剂不进行氟改性处理；由上表结果得知，对比例2的抗渗能力和抗压强度性能较差；同时还出现开裂情况；说明在防水剂不进行氟改性处理的情况下，同样会影响到膨胀剂的水化速度，导致吸水率明显提高，从而导致最终砂浆的开裂。
本发明对比例3与实施例1差异在于：膨胀剂不进行包覆处理和防水剂不进行氟改性处理；由上表结果得知，对比例3的抗渗能力和抗压强度性能较差；同时还出现开裂情况；说明在膨胀剂不进行包覆处理和防水剂不进行氟改性处理的情况下，同样会影响到膨胀剂的水化速度，导致吸水率明显提高，从而导致最终砂浆的开裂。
本发明对比例4与实施例4的差异在于：膨胀剂不进行包覆处理和防水剂不进行氟改性处理；由上表结果得知，对比例4的抗渗能力和抗压强度性能较差；同时还出现开裂情况；说明在膨胀剂不进行包覆处理和防水剂不进行氟改性处理的情况下，同样会影响到膨胀剂的水化速度，导致吸水率明显提高，从而导致最终砂浆的开裂。
本发明中选用的有机氟硅防水剂为疏水性材料，而改性纳米氧化镁表面包覆有丙烯酸树脂；纳米氧化镁表面丙烯酸树脂，能够和有机氟硅防水剂之间相互作用，形成网状结构，使纳米氧化镁分布于网状结构中，有效地调节纳米氧化镁的水化进程；同时有机氟硅防水剂的强疏水作用，能够有效阻止纳米氧化镁吸湿，从而延长膨胀剂的保质期；同时，丙烯酸树脂具有亲水性，在水分充足的情况下能够保证纳米氧化镁的膨胀率，同时在有机氟硅防水剂的作用下降低膨胀剂的水化速度，延缓膨胀剂与水的接触，使膨胀剂在施工过程中缓慢释放，减少膨胀剂在砂浆塑性阶段的无效消耗，增加了砂浆硬化后的有效膨胀能，对混凝土耐久性能起到明显改善作用。
综上所述，本发明制得的门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，通过利用有机氟硅防水剂的表面能低，憎水效果好；同时，通过防水剂、外加剂和膨胀剂之间的相互作用，形成了网状结构，有效地调节了膨胀剂的水化进程；同时有机氟硅防水剂的强疏水作用，能够有效阻止膨胀剂吸湿，从而延长了膨胀剂的保质期；进一步提升了砂浆的防水抗渗性。
上面结合说明书内容对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，其特征在于：所述门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，包括以下重量份数的原料：水泥150份~200份、煤灰140份~170份、砂600份~700份、有机氟硅防水剂8份~10份、膨胀剂8份~10份和外加剂8份~12份；
所述有机氟硅防水剂，包括以下重量份数的原料：丙烯酸酯30份~40份；有机氟单体10份~15份；有机硅单体3份~5份；乳化剂1份~2份和引发剂1份~2份；
所述有机氟单体选自甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸三氟乙酯和丙烯酸六氟丁酯中的至少一种；
所述有机硅单体选自甲基丙烯酸三甲基硅酯和三异丙基硅基丙烯酸酯的至少一种；
所述膨胀剂选自表面包覆丙烯酸树脂的纳米氧化镁。
2.根据权利要求1所述的门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，其特征在于：制备原料还包括1份~3份的工程纤维。
3.根据权利要求2所述的门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，其特征在于：所述工程纤维选自聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，其特征在于：所述丙烯酸酯选自甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，其特征在于：所述引发剂选自偶氮二异丁腈和过硫酸铵中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，其特征在于：所述乳化剂选自阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，其特征在于：所述有机氟硅防水剂，制备方法包括以下步骤：
S1、将有机硅单体添加至部分乳化剂中乳化，制得第一乳化液；
S2、将有机氟单体和丙烯酸酯添加至剩余乳化剂中，制得第二乳化液；
S3、将第一乳化液和第二乳化液添加至引发剂中，加热反应即得所述有机氟硅改性防水剂。
8.根据权利要求1所述的门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，其特征在于：所述纳米氧化镁的粒径为100nm~500nm。
9.根据权利要求1所述的门窗专用纳米膨胀填缝砂浆，其特征在于：所述外加剂为聚羧酸醚类减水剂。
10.一种制备如权利要求1至9任一项所述的门窗专用纳米膨胀填缝砂浆的方法，其特征在于：包括以下步骤：将水泥、煤灰、砂、有机氟硅防水剂、膨胀剂和外加剂混合，即得所述门窗专用纳米膨胀填缝砂浆。
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