CN113943129A - 一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆及其制备方法 - Google Patents

一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆及其制备方法。其技术要点如下：按照重量份数计算，包括如下组分：水泥基料25～50份、无机细骨料60～65份、矿物掺合料5～8份、石墨烯改性纳米竹纤维2～5份、甲基纤维素0.1～0.3份、乳胶粉1～6份、缓凝剂0.2～0.4份、聚苯胺0.02～0.1份和消泡剂0.2～0.3份。本发明提供的干混砂浆，通过石墨烯改性纳米竹纤维的加入，对搅拌过程中的灰尘和小颗粒进行有效吸附，避免扬尘；在成型过程中，利用球磨后结晶度低的石墨烯改性纳米竹纤维的柔韧性以及更好的表界面能构建更加牢固稳定的网络结构，大幅提高干混砂浆的拉伸强度和粘结力，实现显著的经济效益和环境效益。

Description

一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆及其制备方法。
背景技术
砂浆是建筑上砌砖使用的黏结物质，由一定比例的无机骨料和胶结材料加水和成，也叫灰浆或沙浆。无机骨料一般为惰性填料，包括粒料或沙；胶结材料通常为具有粘结性能的水硬性材料，如水泥、矿渣、高岭土、硅灰、石灰石、岩灰等，胶结材料的常为均匀的粉状、质轻。在运输与施工过程中，需要对材料进行混合，胶结材料易腾空扬尘，从而产生大量的灰尘，对施工工人、附近居民带来较大的健康威胁，对环境产生不良影响。
现有的干混砂浆的原材料成本高，施工和易性差、粘结力低、抗渗性差、用于墙体抹面和地面、地下工程防水层，易开裂、脱落和渗漏等，这样就难以保障工程质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，具有抑制扬尘、提高拉伸强度和粘结强度的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥基料25～50份、无机细骨料60～65份、矿物掺合料5～8份、石墨烯改性纳米竹纤维2～5份、甲基纤维素0.1～0.3份、乳胶粉1～6份、缓凝剂0.2～0.4份、聚苯胺0.02～0.1份和消泡剂0.2～0.3份。在搅拌阶段，纳米竹纤维能够通过自身表面的自由能锁住水泥基料中的小颗粒，避免扬尘，而石墨烯改性后的纳米竹纤维具有更大的比较面积，能够吸附更多的颗粒，进一步减少扬尘；在加入过程中，纳米竹纤维具有毛细管作用，有效提高水的分散能力和保水性。而在成型阶段，石墨烯改性的纳米竹纤维不但能够提高砂浆的机械强度、拉伸强度和粘结力。
进一步的，石墨烯改性纳米竹纤维的粒径为100nm～120nm。
进一步的，石墨烯改性纳米竹纤维是通过石墨与纳米竹纤维共同球磨得到的。在球磨过程中，纳米竹纤维的结晶度从64％下降到38％，随着结晶度的降低，纳米竹纤维的柔韧性提高，且球磨过程中，纳米竹纤维会嵌入到石墨烯的片层间，使石墨烯改性纳米竹纤维成为“夹心结构”，提高石墨烯改性纳米竹纤维的整体比表面积，将粉尘颗粒锁进石墨烯的层间，进一步抑制扬尘。
进一步的，石墨烯改性纳米竹纤维的具体制备方法如下：
S1、将直径9～11mm大球磨珠和直径5.5～6.5mm的小球磨珠按照比例球磨罐中，大球磨珠与小球磨珠的数量比为5～(7：25)～35；
S2、再加入石墨烯、纳米竹纤维和三聚氰胺的混合物；
S3、封装球磨罐后进行球磨得到球磨样品，罐球磨时的转速为300r/min～500r/min，球磨时间为4h～7h；
S4、将球磨所得的球磨样品先分别用乙醇和水的混合溶液进行二次洗涤，再用无水乙醇进行第三次洗涤，三次洗涤后烘干即得石墨烯改性纳米竹纤维。由于三聚氰胺微溶于乙醇，本申请中采用无水乙醇对球磨后的样品洗涤能够使少量的三聚氰胺依然存在于石墨烯改性纳米竹纤维的“夹心结构”的石墨烯的片层中间，通过胺基与矿物掺合料中和水泥基材的酸性成分之间的相互作用，提高干混砂浆的粘结力；同时三聚氰胺能够降低石墨烯片层间的相互作用，使纳米竹纤维更易于插入到石墨烯的片层间。
进一步的，步骤S2中的混合物中石墨烯、纳米竹纤维和三聚氰胺的质量比为1：3.5：11。当石墨烯与纳米竹纤维的质量比为1:3.5时能够获得最为完美的“夹心结构”，而三聚氰胺的质量比过大，则会大量聚集在“夹心结构”的片层中，降低石墨烯改性纳米竹纤维抑制扬尘的能力，若三聚氰胺的质量比过小，则无法起到降低石墨烯片层间的相互作用的目的。
进一步的，缓凝剂是二乙二醇和氯化钙的混合物，其中二乙二醇和氯化钙的质量比为1～1.5。
进一步的，无机细骨料是河砂或湖砂，粒径是石墨烯改性纳米竹纤维粒径的150～200倍。当无机细骨料与石墨烯改性纳米竹纤维之间的粒径为150～200倍时，石墨烯改性纳米竹纤维在无机骨料中的分散性最好，且能够使无机细骨料中的灰尘颗粒的粒径与石墨烯改性纳米竹纤维的粒径相差100倍左右，易于被石墨烯改性纳米竹纤维所吸附。
进一步的，矿物掺合料的密度大于2.8g/cm3，比表面积是石墨烯的1/5～1/6。在这个比值下，石墨烯改性纳米竹纤维在矿物掺合料中的分散性最好，在成型过程中，能够充分发挥球磨后纳米竹纤维的柔韧性，大幅提高干混砂浆的拉伸强度和粘结力。
本发明的第二个目的是提供一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆的制备方法，具有同样的技术效果。
本发明的上述技术目的是由以下技术方案实现的：
一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆的制备方法，包括如下操作步骤：
步骤1、将缓凝剂加水配制成34～50wt％的溶液；
步骤2、将甲基纤维素与乳胶粉混合得到混合料A；将水泥基料与无机细骨料、矿物掺合料和石墨烯改性纳米竹纤维机械混合均匀得到混合料B；
步骤3、将混合料A和混合料B混合均匀；
步骤4、将缓凝剂溶液、聚苯胺和消泡剂分别以喷雾的形式添加至步骤3得到的物料中。
优选的，步骤2中，先将无机细骨料和石墨烯改性纳米竹纤维混合均匀后，再加入到水泥基料和矿物掺合料中。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的干混砂浆，通过石墨烯改性纳米竹纤维的加入，对搅拌过程中的灰尘和小颗粒进行有效吸附，避免扬尘；在成型过程中，利用球磨后结晶度低的石墨烯改性纳米竹纤维的柔韧性以及更好的表界面能构建更加牢固稳定的网络结构，大幅提高干混砂浆的拉伸强度和粘结力，实现显著的经济效益和环境效益。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆及其制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1：一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆及其制备方法
一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥基料50份、无机细骨料65份、矿物掺合料8份、石墨烯改性纳米竹纤维5份、甲基纤维素0.3份、乳胶粉6份、缓凝剂0.4份、聚苯胺0.1份和消泡剂0.3份。
其制备方法如下：
包括如下操作步骤：
步骤1、将缓凝剂加水配制成50wt％的溶液；
步骤2、将甲基纤维素与乳胶粉混合得到混合料A；将水泥基料与无机细骨料、矿物掺合料和石墨烯改性纳米竹纤维机械混合均匀得到混合料B；
步骤3、将混合料A和混合料B混合均匀；
步骤4、将缓凝剂溶液、聚苯胺和消泡剂分别以喷雾的形式添加至步骤3得到的物料中。
实施例2：一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆及其制备方法
一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥基料50份、无机细骨料65份、矿物掺合料8份、石墨烯改性纳米竹纤维5份、甲基纤维素0.3份、乳胶粉6份、缓凝剂0.4份、聚苯胺0.1份和消泡剂0.3份。
其制备方法如下：
包括如下操作步骤：
步骤1、将缓凝剂加水配制成50wt％的溶液；
步骤2、将甲基纤维素与乳胶粉混合得到混合料A；将水泥基料与无机细骨料、矿物掺合料和石墨烯改性纳米竹纤维机械混合均匀得到混合料B；
步骤3、将混合料A和混合料B混合均匀；
步骤4、将缓凝剂溶液、聚苯胺和消泡剂分别以喷雾的形式添加至步骤3得到的物料中。
其中石墨烯改性纳米竹纤维由以下方法制备得到：
S1、将直径9～11mm大球磨珠和直径5.5～6.5mm的小球磨珠按照比例球磨罐中，大球磨珠与小球磨珠的数量比为(5～7)：(25～35)；
S2、再加入石墨烯、纳米竹纤维和三聚氰胺的混合物，混合物中石墨烯、纳米竹纤维和三聚氰胺的质量比为1：3.5：11；
S3、封装球磨罐后进行球磨得到球磨样品，罐球磨时的转速为300r/min～500r/min，球磨时间为4h～7h；
S4、将球磨所得的球磨样品先分别用乙醇和水的混合溶液进行二次洗涤，再用无水乙醇进行第三次洗涤，三次洗涤后烘干即得石墨烯改性纳米竹纤维。
实施例3：一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆及其制备方法
一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥基料25～50份、无机细骨料60～65份、矿物掺合料5～8份、石墨烯改性纳米竹纤维2～5份、甲基纤维素0.1～0.3份、乳胶粉1～6份、缓凝剂0.2～0.4份、聚苯胺0.02～0.1份和消泡剂0.2～0.3份。
其制备方法如下：
包括如下操作步骤：
步骤1、将缓凝剂加水配制成34～50wt％的溶液；
步骤2、将甲基纤维素与乳胶粉混合得到混合料A；先将无机细骨料和石墨烯改性纳米竹纤维混合均匀后，再加入到水泥基料和矿物掺合料中机械混合均匀得到混合料B；
步骤3、将混合料A和混合料B混合均匀；
步骤4、将缓凝剂溶液、聚苯胺和消泡剂分别以喷雾的形式添加至步骤3得到的物料中。
其中石墨烯改性纳米竹纤维由以下方法制备得到：
S1、将直径9～11mm大球磨珠和直径5.5～6.5mm的小球磨珠按照比例球磨罐中，大球磨珠与小球磨珠的数量比为(5～7)：(25～35)；
S2、再加入石墨烯、纳米竹纤维和三聚氰胺的混合物，混合物中石墨烯、纳米竹纤维和三聚氰胺的质量比为1：3.5：11；
S3、封装球磨罐后进行球磨得到球磨样品，罐球磨时的转速为300r/min～500r/min，球磨时间为4h～7h；
S4、将球磨所得的球磨样品先分别用乙醇和水的混合溶液进行二次洗涤，再用无水乙醇进行第三次洗涤，三次洗涤后烘干即得石墨烯改性纳米竹纤维。
实施例4：一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆及其制备方法
一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥基料25份、无机细骨料60份、矿物掺合料5份、石墨烯改性纳米竹纤维2份、甲基纤维素0.1份、乳胶粉6份、缓凝剂0.4份、聚苯胺0.04份和消泡剂0.2份。
其制备方法如下：
包括如下操作步骤：
步骤1、将缓凝剂加水配制成34wt％的溶液；
步骤2、将甲基纤维素与乳胶粉混合得到混合料A；先将无机细骨料和石墨烯改性纳米竹纤维混合均匀后，再加入到水泥基料和矿物掺合料中机械混合均匀得到混合料B；
步骤3、将混合料A和混合料B混合均匀；
步骤4、将缓凝剂溶液、聚苯胺和消泡剂分别以喷雾的形式添加至步骤3得到的物料中。
其中石墨烯改性纳米竹纤维由以下方法制备得到：
S1、将直径9～11mm大球磨珠和直径5.5～6.5mm的小球磨珠按照比例球磨罐中，大球磨珠与小球磨珠的数量比为(5～7)：(25～35)；
S2、再加入石墨烯、纳米竹纤维和三聚氰胺的混合物，混合物中石墨烯、纳米竹纤维和三聚氰胺的质量比为1：3.5：11；
S3、封装球磨罐后进行球磨得到球磨样品，罐球磨时的转速为300r/min～500r/min，球磨时间为4h～7h；
S4、将球磨所得的球磨样品先分别用乙醇和水的混合溶液进行二次洗涤，再用无水乙醇进行第三次洗涤，三次洗涤后烘干即得石墨烯改性纳米竹纤维。
实施例5：一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆及其制备方法
一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥基料40份、无机细骨料62份、矿物掺合料7份、石墨烯改性纳米竹纤维4份、甲基纤维素0.2份、乳胶粉4份、缓凝剂0.3份、聚苯胺0.08份和消泡剂0.25份。
其制备方法如下：
包括如下操作步骤：
步骤1、将缓凝剂加水配制成40wt％的溶液；
步骤2、将甲基纤维素与乳胶粉混合得到混合料A；先将无机细骨料和石墨烯改性纳米竹纤维混合均匀后，再加入到水泥基料和矿物掺合料中机械混合均匀得到混合料B；
步骤3、将混合料A和混合料B混合均匀；
步骤4、将缓凝剂溶液、聚苯胺和消泡剂分别以喷雾的形式添加至步骤3得到的物料中。
其中石墨烯改性纳米竹纤维由以下方法制备得到：
S1、将直径9～11mm大球磨珠和直径5.5～6.5mm的小球磨珠按照比例球磨罐中，大球磨珠与小球磨珠的数量比为(5～7)：(25～35)；
S2、再加入石墨烯、纳米竹纤维和三聚氰胺的混合物，混合物中石墨烯、纳米竹纤维和三聚氰胺的质量比为1：3.5：11；
S3、封装球磨罐后进行球磨得到球磨样品，罐球磨时的转速为300r/min～500r/min，球磨时间为6h；
S4、将球磨所得的球磨样品先分别用乙醇和水的混合溶液进行二次洗涤，再用无水乙醇进行第三次洗涤，三次洗涤后烘干即得石墨烯改性纳米竹纤维。
对比实施例1：一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆及其制备方法
一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥基料40份、无机细骨料62份、矿物掺合料7份、木质纤维4份、甲基纤维素0.2份、乳胶粉4份、缓凝剂0.3份、聚苯胺0.08份和消泡剂0.25份。
其制备方法如下：
包括如下操作步骤：
步骤1、将缓凝剂加水配制成40wt％的溶液；
步骤2、将甲基纤维素与乳胶粉混合得到混合料A；先将无机细骨料和石墨烯改性纳米竹纤维混合均匀后，再加入到水泥基料和矿物掺合料中机械混合均匀得到混合料B；
步骤3、将混合料A和混合料B混合均匀；
步骤4、将缓凝剂溶液、聚苯胺和消泡剂分别以喷雾的形式添加至步骤3得到的物料中。
性能测试
扬尘测试
使用内径为40cm高为60cm的圆筒型聚四氟乙烯容器作为测试容器，使用市售的PM2.5和PM10粉尘测试仪为测试仪器。取200g实施例1-5与对比实施例1得到的干混砂浆组合物作为试验组，取市售的干混砂浆作为对照组；轻压成直径为7.5cm、高为10cm的圆柱堆块，自圆筒型聚四氟乙烯容易自然坠落，用粉尘测试仪测试扬尘含量，单位为μg/m3，结果如下表所示。
Figure BDA0003336503490000111
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，其特征在于，按照重量份数计算，包括如下组分：水泥基料25～50份、无机细骨料60～65份、矿物掺合料5～8份、石墨烯改性纳米竹纤维2～5份、甲基纤维素0.1～0.3份、乳胶粉1～6份、缓凝剂0.2～0.4份、聚苯胺0.02～0.1份和消泡剂0.2～0.3份。
2.根据权利要求1所述的一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，其特征在于，所述石墨烯改性纳米竹纤维的粒径为100nm～120nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，其特征在于，所述石墨烯改性纳米竹纤维是通过石墨与纳米竹纤维共同球磨得到的。
4.根据权利要求3所述的一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，其特征在于，所述石墨烯改性纳米竹纤维的具体制备方法如下：
S1、将直径9～11mm大球磨珠和直径5.5～6.5mm的小球磨珠按照比例球磨罐中，大球磨珠与小球磨珠的数量比为(5～7)：(25～35)；
S2、再加入石墨烯、纳米竹纤维和三聚氰胺的混合物；
S3、封装球磨罐后进行球磨得到球磨样品，罐球磨时的转速为300r/min～500r/min，球磨时间为4h～7h；
S4、将球磨所得的球磨样品先分别用乙醇和水的混合溶液进行二次洗涤，再用无水乙醇进行第三次洗涤，三次洗涤后烘干即得石墨烯改性纳米竹纤维。
5.根据权利要求4所述的一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，其特征在于，所述步骤S2中的混合物中石墨烯、纳米竹纤维和三聚氰胺的质量比为1：3.5：11。
6.根据权利要求1所述的一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，其特征在于，所述缓凝剂是二乙二醇和氯化钙的混合物，其中二乙二醇和氯化钙的质量比为1～1.5。
7.根据权利要求1所述的一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，其特征在于，所述无机细骨料是河砂或湖砂，粒径是石墨烯改性纳米竹纤维粒径的150～200倍。
8.根据权利要求4所述的一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆，其特征在于，所述矿物掺合料的密度大于2.8g/cm3，比表面积是所述石墨烯的1/5～1/6。
9.一种如权利要求1～8任意一项所述的高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
步骤1、将缓凝剂加水配制成34～50wt％的溶液；
步骤2、将甲基纤维素与乳胶粉混合得到混合料A；将水泥基料与无机细骨料、矿物掺合料和石墨烯改性纳米竹纤维机械混合均匀得到混合料B；
步骤3、将混合料A和混合料B混合均匀；
步骤4、将缓凝剂溶液、聚苯胺、和消泡剂分别以喷雾的形式添加至步骤3得到的物料中。
10.根据权利要求9所述的一种高拉伸粘结强度的纳米竹纤维干混砂浆的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，先将无机细骨料和石墨烯改性纳米竹纤维混合均匀后，再加入到水泥基料和矿物掺合料中。
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