CN114230271A - 一种砌筑砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种砌筑砂浆及其制备方法，以重量份数计，砌筑砂浆的制备原料包括：水泥25‑35份；改性陶瓷抛光粉10‑20份；砂28‑38份；聚羧酸减水剂1‑2份；稠化剂1‑2份；水；改性陶瓷抛光粉的活性>65％。本发明提供的一种砌筑砂浆及其制备方法，使用改性陶瓷抛光粉在砌筑砂浆中替代了粉煤灰和矿粉，提高了砌筑砂浆性能的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种砌筑砂浆及其制备方法。
背景技术
砌筑砂浆是目前将砖、石、砌块等块材经砌筑成为砌体的主要材料，在砌体中起粘结、衬垫和传力作用、在建筑上应用广泛。砌筑砂浆主要由胶凝材料和细骨料组成，其中胶凝材料常由水泥和掺合料组成。
现有的砌筑砂浆常采用常规掺合料均来源于电场和钢厂生产的副产品 (矿粉和粉煤灰等)，电厂、钢厂的生产工艺发生了改变，而作为电厂、钢厂主要副产品的粉煤灰和矿粉的产品质量也因此产生了极大的波动，导致粉煤灰和矿粉的产品质量(粉煤灰和矿粉的细度、粉玻璃体的含量、粉煤灰的含碳量、比表面积)不稳定，粉煤灰和矿粉的质量会影响粉煤灰和矿粉形态效应、填充效应和火山灰活性，粉煤灰和矿粉通过形态效应、填充效应和火山灰活性而提高砌筑砂浆的保水性、抗压强度，因此，由于粉煤灰和矿粉的产品质量的不稳定会导致砌筑砂浆的保水性、抗压强度等不稳定。
发明内容
基于此，本发明提供了一种保水性和抗压强度稳定性高的砌筑砂浆及其制备方法。
一种砌筑砂浆，以重量分数计，所述砌筑砂浆的制备原料包括：
所述改性陶瓷抛光粉的活性>65％。
优选地，以重量分数计，所述砌筑砂浆的制备原料包括：
优选地，以重量分数计，所述砌筑砂浆的制备原料还包括：
重钙6.2-7.8份。
优选地，所述水泥包括复合硅酸盐水泥PC32.5和普通硅酸盐水泥P.O42.5 中的至少一种。
优选地，所述砂的细度模数为2.3～3.2。
优选地，所述稠化剂包括无机增稠剂、聚丙烯纤维类增稠剂、醚类增稠剂和聚丙烯酸酯增稠剂中的至少一种。
本发明还提供一种砌筑砂浆的制备方法，包括步骤：
以重量份数计，将25-35份水泥、10-20份改性陶瓷抛光粉、28-38份砂、 1-2份聚羧酸减水剂、1-2份稠化剂和水混合，搅拌溶解，所得产物即为砌筑砂浆；
所述改性陶瓷抛光粉的活性>65％。
优选地，所述砌筑砂浆包括步骤：
将水泥、改性陶瓷抛光粉和砂进行物理搅拌，搅拌均匀得到第一混合物；
向所述第一混合物中加入水，所述水泥、所述改性陶瓷抛光粉与所述水发生水化反应，搅拌均匀得到第二混合物；
向所述第二混合物中加入聚羧酸减水剂和稠化剂搅拌均匀制得砌筑砂浆。
优选地，所述第一混合物与水的质量比为1:0.3～0.4。
优选地，所述改性陶瓷抛光粉的制备方法包括步骤：
将陶瓷抛光粉废弃物进行球磨后，向所述陶瓷抛光粉废弃物中加入浓硫酸与双氧水的混合液搅拌反应，反应结束后得到羟基化陶瓷抛光粉；
将所述羟基化陶瓷抛光粉、硅烷偶联剂、阻聚剂融入甲苯中进行改性，改性结束，制得偶联剂改性的陶瓷抛光粉；
将所述偶联剂改性的陶瓷抛光粉加入表面活性剂溶液中搅拌，搅拌均匀后得到混合液，将所述混合液进行离心分离，并对离心分离的固体进行干燥处理，向所述干燥后的固体中加入硅灰并混匀，制得改性陶瓷抛光粉。
与现有方案相比，本发明具有以下有益效果：
改性陶瓷抛光粉的活性>65％，在砌筑砂浆中能替代粉煤灰和矿粉，因为改性陶瓷抛光粉能促进水泥水化产物的生成，提高砌筑砂浆的保水性，未参与水化的改性陶瓷抛光粉填充在砌筑砂浆内部空隙中，使砌筑砂浆内部结构更加密实，从而提高了砌筑砂浆的抗压强度。
且因为改性陶瓷抛光粉的活性>65％，使得改性陶瓷抛光粉的活性在一个范围内，因此改性陶瓷抛光粉的质量稳定，在砌筑砂浆中用改性陶瓷抛光粉替代粉煤灰和矿粉能提高砌筑砂浆保水性和抗压强度的稳定性。
稠化剂可提高砌筑砂浆的粘结性能，聚羧酸减水剂能降低砌筑砂浆的用水量且能提高砌筑砂浆的流动性、抗压强度，这些组分相结合，使砌筑砂浆具有优异的抗压性能和抗裂耐久性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。
另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供了一种砌筑砂浆，以重量分数计，包括：
改性陶瓷抛光粉的活性>65％。
改性陶瓷抛光粉的活性>65％，在砌筑砂浆中能替代粉煤灰和矿粉，因为改性陶瓷抛光粉能促进水泥水化产物的生成，提高砌筑砂浆的保水性，未参与水化的改性陶瓷抛光粉填充在砌筑砂浆内部空隙中，使砌筑砂浆内部结构更加密实，从而提高了砌筑砂浆的抗压强度。
且因为改性陶瓷抛光粉的活性>65％，使得改性陶瓷抛光粉的活性在一个范围内，因此改性陶瓷抛光粉的质量稳定，在砌筑砂浆中用改性陶瓷抛光粉替代粉煤灰和矿粉能提高砌筑砂浆保水性和抗压强度的稳定性。
稠化剂可提高砌筑砂浆的粘结性能，聚羧酸减水剂能降低砌筑砂浆的用水量且能提高砌筑砂浆的流动性、抗压强度，这些组分相结合，使砌筑砂浆具有优异的抗压性能和抗裂耐久性能。
改性陶瓷抛光粉的活性是指替代一定量水泥的后的强度，按7d、28d抗压强度比测定活性指数，见GB/T 1596-2017附录C。
具体地，所用的聚羧酸减水剂减水效率为30-36％。
在一些实施例中，以重量分数计，砌筑砂浆的制备原料包括：
在一些实施例中，以重量分数计，砌筑砂浆的制备原料包括：
在一些实施例中，以重量分数计，砌筑砂浆的制备原料还包括：
重钙6.2-7.8份。
具体地，添加重钙能增加硬化的砌筑砂浆强度、韧性。
在一些实施例中，水泥包括复合硅酸盐水泥PC32.5和普通硅酸盐水泥 P.O42.5中的至少一种。
在一些实施例中，砂的细度模数为2.3～3.2。
具体地，砂的细度模数优选为2.3～3.0，砂的细度模数会影响拌合物的流动性、和易性、用水量，过粗的砂容易影响砌筑砂浆表观和保水性能，过细的砂影响流动性、增加稠度、导致实际搅拌要多加水；因此通过将砂的细度模数设定为上述数值，可以达到提高砌筑砂浆的流动性、保水性的效果。
在一些实施例中，稠化剂包括无机增稠剂、聚丙烯纤维类增稠剂、醚类增稠剂和聚丙烯酸酯增稠剂中的至少一种。
在一些实施例中，改性陶瓷抛光粉比表面积>1023m2/kg、密度>2.56g/cm3。
本发明还提供一种砌筑砂浆的制备方法，包括步骤：
以重量份数计，将25-35份水泥、10-20份改性陶瓷抛光粉、28-38份砂、 1-2份聚羧酸减水剂、1-2份稠化剂和水混合，搅拌溶解，所得产物即为砌筑砂浆；
所述改性陶瓷抛光粉的活性>65％。
具体地，加水后水泥和改性陶瓷抛光粉发生水化反应，形成水化产物，水化产物中含有Ca(OH)2溶液，Ca(OH)2溶液很快达到饱和并析出晶体，同时生成钙矾石晶体及水化硅酸钙凝胶体。
在一些实施例中，砌筑砂浆的制备方法包括步骤：
S100，将水泥、改性陶瓷抛光粉和砂进行物理搅拌，搅拌均匀得到第一混合物。
具体地，水泥、改性陶瓷抛光粉和砂进行物理搅拌将水泥、掺合料和砂混合均匀，防止加水后水泥、掺合料和砂黏底。
将水泥、改性陶瓷抛光粉、砂、聚羧酸减水剂、稠化剂和水同时混合时，有机添加剂(聚羧酸减水剂和稠化剂)都被无机粉体(水泥、改性陶瓷抛光粉和砂)吸收团聚，因此，必须把无机粉体(水泥、改性陶瓷抛光粉和砂) 混合均匀后，再加入有机添加剂(聚羧酸减水剂和稠化剂)，这样才可以把制备砌筑砂浆的原料混合更加均匀，砌筑砂浆的性能提升更加明显
S200，向第一混合物中加入水，所述水泥发生水化反应，搅拌均匀得到第二混合物；
S300，向第二混合物中加入聚羧酸减水剂和稠化剂搅拌均匀制得砌筑砂浆。
加水后水泥和改性陶瓷抛光粉发生水化反应，形成水化产物，水化产物中含有Ca(OH)2溶液，Ca(OH)2溶液很快达到饱和并析出晶体，同时生成钙矾石晶体及水化硅酸钙凝胶体，因此，要在在水加之前将无机粉体混合(水泥、改性陶瓷抛光粉和砂)，否则加了水之后水泥和掺合料水化成凝胶体，难以将水泥、掺合料和砂混合均匀，加入水后，有机添加剂能分散开，否则有机添加剂都被无机粉体吸收团聚。
向第二混合物中加入聚羧酸减水剂和稠化剂搅拌，搅拌所需的时间不得低于2min。
在一些实施例中，第一混合物与水的质量比为1:0.3～0.4。
在一些实施例中，改性陶瓷抛光粉的制备方法包括步骤：
S101，将陶瓷抛光粉废弃物进行球磨后，向陶瓷抛光粉废弃物中加入浓硫酸与双氧水的混合液搅拌反应，反应结束后得到羟基化陶瓷抛光粉。
向陶瓷抛光粉废弃物中加入浓硫酸与双氧水的混合液的目的是活化球磨后陶瓷抛光粉废弃物，并向球磨后陶瓷抛光粉废弃物中的SiO2中引入羟基 (Si-O-Si→Si-O-H)，提高后续陶瓷抛光粉废弃物与硅烷偶联剂的接枝率，水洗干燥后得到羟基化陶瓷抛光粉。
浓硫酸与双氧水的混合液也叫食人鱼溶液，具有极强的氧化性。
在一些实施例中，将陶瓷抛光粉废弃物进行球磨的具体步骤为：将陶瓷抛光粉废弃物用球磨机将陶瓷抛光粉废弃物的比表面积磨至850～900m2/kg，以增大陶瓷抛光粉废弃物与浓硫酸与双氧水的混合液反应的接触面积，进而提高反应效率。
在一实施例中，浓硫酸的质量浓度优选为98％，双氧水的质量溶度优选为 30％，浓硫酸与双氧水的体积之比为8～6:3。
陶瓷抛光粉废弃物与浓硫酸与双氧水的混合液的质量之比为7～9:9。
在一些实施例中，向陶瓷抛光粉废弃物中加入浓硫酸与双氧水的混合液搅拌反应的反应时间为30min，反应温度为70℃。
S201，将羟基化陶瓷抛光粉、硅烷偶联剂、阻聚剂融入甲苯中进行改性，改性结束，制得偶联剂改性的陶瓷抛光粉。
具体地，甲苯作为溶剂，硅烷偶联剂与羟基化陶瓷抛光粉的羟基发生缩合反应以硅氧烷键连接(Me-O-Si+Si-OH→MeOH+Si-O-Si)，干燥得到偶联剂改性的陶瓷抛光粉。
用硅烷偶联剂连接陶瓷抛光粉的颗粒与后续步骤S301中的表面活性剂的分子，使陶瓷抛光粉与表面活性剂更有效结合，加强陶瓷抛光粉分散效果。
在制备偶联剂改性的陶瓷抛光粉的步骤加入阻聚剂是为了降低硅烷偶联剂与羟基化陶瓷抛光粉的缩合反应的反应速率，以达到防止硅烷偶联剂与羟基化陶瓷抛光粉的缩合反应出现暴聚的目的。
在一些实施例中，阻聚剂包括对苯二酚、对羟基苯甲醚和2，6-二叔丁基 -4-甲基苯酚(BHT)中的任意一种。
在一些实施例中，阻聚剂的质量浓度优选为1％。
在一些实施例中，硅烷偶联剂包括氨基官能团硅烷偶联剂(KH-550)、γ― (2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂(KH-560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；硅烷偶联剂(KH-570)中的任意一种。
S301，将偶联剂改性的陶瓷抛光粉加入表面活性剂溶液中搅拌，搅拌均匀后得到混合液，将混合液进行离心分离，并对离心分离的固体进行干燥处理，向干燥后的固体中加入硅灰并混匀，制得改性陶瓷抛光粉。
具体地，通过将偶联剂改性的陶瓷抛光粉加入表面活性剂溶液中对陶瓷抛光粉进行表面改性处理，将表面活性剂中的溶质吸附在陶瓷抛光粉表面，使得陶瓷抛光粉表面形成有机分子层，进而使得陶瓷抛光粉由亲水性变成亲有机性。
将混合液进行离心分离，并对离心分离的固体进行干燥处理，以达到除去未反应的硅烷偶联剂、阻聚剂、表面活性剂的目的。
硅灰是指在冶炼硅铁合金和工业硅是产生的SiO2和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种硅质粉体材料，在改性陶瓷抛光粉中加入硅灰的目的是在改性陶瓷抛光粉与水泥搅拌时，改性陶瓷抛光粉中的硅灰填充水泥颗粒之间的空隙，同时与水泥的水化产物生成凝胶体，进而提高砌筑砂浆的保水性和抗压强度。
在一些实施例中，表面活性剂优选为优选季铵盐类表面活性剂。
本发明使用的改性陶瓷抛光粉来源于陶瓷抛光粉废弃物，实现了废弃物的再次利用，符合绿色环保要求，降低了制备砌筑砂浆的原材料成本。
在一些实施例中羟基化陶瓷抛光粉、硅烷偶联剂、阻聚剂和甲苯的质量之比为1：1：0.25：2.5。
在一些实施例中，将羟基化陶瓷抛光粉、硅烷偶联剂、阻聚剂融入甲苯中进行改性的步骤中，改性的温度为80℃，改性的时间为4h。
偶联剂改性的陶瓷抛光粉与表面活性剂溶液的质量之比为1:1～1.5
将偶联剂改性的陶瓷抛光粉加入表面活性剂溶液中搅拌反应，反应时间为3.5h～4.5h，反应温度为75℃～85℃。
实施例1
将32kg复合硅酸盐水泥PC32.5、15kg改性陶瓷抛光粉、6.5kg重钙和34kg 细度模数为2.8的机制砂进行物理搅拌，搅拌1min，得到第一混合物；
向第一混合物中加入32kg水，搅拌1min，匀得到第二混合物；
向第二混合物中加入1.7kg聚羧酸减水剂和1.6kg稠化剂搅拌3min反应制得砌筑砂浆；
其中，改性陶瓷抛光粉的活性>65％、比表面积>1023m2/kg、密度>2.56g/cm3；
砂的细度模数为2.6-3.0；
聚羧酸减水剂的减水效率为36％。
实施例2
将28kg复合硅酸盐水泥PC32.5、18kg改性陶瓷抛光粉、6.8kg重钙和32kg 细度模数为2.6的机制砂进行物理搅拌，搅拌0.5min，得到第一混合物；
向第一混合物中加入34kg水，搅拌1.5min，匀得到第二混合物；
向第二混合物中加入1.6kg聚羧酸减水剂和1.7kg稠化剂搅拌min反应制得砌筑砂浆；
其中，改性陶瓷抛光粉的活性>65％、比表面积>1023m2/kg、密度>2.56g/cm3；
砂的细度模数为2.6-3.0；
聚羧酸减水剂的减水效率为36％。
实施例3
将31kg复合硅酸盐水泥PC32.5、18kg改性陶瓷抛光粉、8kg重钙和36kg细度模数为2.6的机制砂进行物理搅拌，搅拌1.5min，得到第一混合物；
向第一混合物中加入36kg水，搅拌0.5min，匀得到第二混合物；
向第二混合物中加入2.0kg聚羧酸减水剂和1.9kg稠化剂搅拌3min反应制得砌筑砂浆；
其中，改性陶瓷抛光粉的活性>65％、比表面积>1023m2/kg、密度>2.56g/cm3；
砂的细度模数为2.6-3.0；
聚羧酸减水剂的减水效率为36％。
对比例1
严格对照实施例3，在制备砌筑砂浆时将18kg改性陶瓷抛光粉替换成10kg 粉煤灰和8kg矿粉，并用于与本发明的砌筑砂浆性能比较研究。
本实施例1～3、对比例1中所用到的改性陶瓷抛光粉的制备方法如下：
将陶瓷抛光粉废弃物的表面积球磨至850～900m2/kg，向陶瓷抛光粉废弃物中加入98％浓硫酸与30％双氧水的混合液搅拌在70℃加热搅拌反应30分钟，98％浓硫酸与30％双氧水按7:3配置，反应结束后得到羟基化陶瓷抛光粉；
将羟基化陶瓷抛光粉、硅烷偶联剂、0.1wt％对苯二酚融入甲苯中加热至 80℃反应4h改性，改性结束后，制得偶联剂改性的陶瓷抛光粉；
将偶联剂改性的陶瓷抛光粉加入表面活性剂溶液中搅拌反应，于80℃反应5h，反应结束后得到混合液，将混合液进行离心分离，并对离心分离的固体进行干燥处理，并将干燥后的固体和硅灰混匀，制得改性陶瓷抛光粉。
砌筑砂浆的性能测试
对上述实施例1～3、对比例1制备的砌筑砂浆按照标准：JGJT98-2011《砌筑砂浆配合比设计规程》进行性能测试，结果如表1所示：
表1砌筑砂浆的性能测试结果
由表1的测试结果可知，本发明的环保砂浆各项性能能够满足国家标准 JGJT98-2011《砌筑砂浆配合比设计规程》要求。
将实施例3和对比例1的数据对比来看，掺入改性陶瓷抛光粉的实施例3的干密度、抗压强度、保水率均高于掺入常规掺合料(煤矿粉和矿粉)的对比例1，说明本申请中使用的改性陶瓷抛光粉可以替代煤矿粉和矿粉。
由实施例1、实施例2和实施例3的数据可知，随着抛光粉掺量的变化，干密度发生变化，因此可以通过改变陶瓷抛光粉的掺入量以改变砂浆的单方重量，以适应更多工程需求。
在保水率方面，三个实施例均高于对比例，因此本申请制备的砌筑砂浆能有效提高保水效果。
这与改性陶瓷抛光粉的形态效应有关，改性陶瓷抛光粉一部分参与水泥水化，生成更多的水化产物，可以减少砂浆的单位用水量，另一部分未参与水化的改性陶瓷抛光粉填充于水泥颗粒之间，进而减少多余的水在砂浆硬化后形成的孔隙，使砌筑砂浆结构更加密实，从而提高了砌筑砂浆的抗压强度、保水等性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种砌筑砂浆，其特征在于，以重量分数计，所述砌筑砂浆的制备原料包括：
所述改性陶瓷抛光粉的活性>65％。
2.根据权利要求1所述的砌筑砂浆，其特征在于，以重量分数计，所述砌筑砂浆的制备原料包括：
3.根据权利要求1所述的砌筑砂浆，其特征在于，以重量分数计，所述砌筑砂浆的制备原料还包括：
重钙 6.2-7.8份。
4.根据权利要求1所述的砌筑砂浆，其特征在于，所述水泥包括复合硅酸盐水泥PC32.5和普通硅酸盐水泥P.O42.5中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的砌筑砂浆，其特征在于，所述砂的细度模数为2.3～3.2。
6.根据权利要求1所述的砌筑砂浆，其特征在于，所述稠化剂包括无机增稠剂、聚丙烯纤维类增稠剂、醚类增稠剂和聚丙烯酸酯增稠剂中的至少一种。
7.一种砌筑砂浆的制备方法，其特征在于，包括步骤：
以重量份数计，将25-35份水泥、10-20份改性陶瓷抛光粉、28-38份砂、1-2份聚羧酸减水剂、1-2份稠化剂和水混合，搅拌溶解，所得产物即为砌筑砂浆；
所述改性陶瓷抛光粉的活性>65％。
8.根据权利要求7所述砌筑砂浆的制备方法，其特征在于，所述砌筑砂浆包括步骤：
将水泥、改性陶瓷抛光粉和砂进行物理搅拌，搅拌均匀得到第一混合物；
向所述第一混合物中加入水，所述水泥、所述改性陶瓷抛光粉与所述水发生水化反应，搅拌均匀得到第二混合物；
向所述第二混合物中加入聚羧酸减水剂和稠化剂搅拌均匀制得砌筑砂浆。
9.根据权利要求8所述砌筑砂浆的制备方法，其特征在于，所述第一混合物与水的质量比为1:0.3～0.4。
10.根据权利要求7所述砌筑砂浆的制备方法，其特征在于，所述改性陶瓷抛光粉的制备方法包括步骤：
将陶瓷抛光粉废弃物进行球磨后，向所述陶瓷抛光粉废弃物中加入浓硫酸与双氧水的混合液搅拌反应，反应结束后得到羟基化陶瓷抛光粉；
将所述羟基化陶瓷抛光粉、硅烷偶联剂、阻聚剂融入甲苯中进行改性，改性结束，制得偶联剂改性的陶瓷抛光粉；
将所述偶联剂改性的陶瓷抛光粉加入表面活性剂溶液中搅拌，搅拌均匀后得到混合液，将所述混合液进行离心分离，并对离心分离的固体进行干燥处理，向所述干燥后的固体中加入硅灰并混匀，制得改性陶瓷抛光粉。
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