CN114751687B

CN114751687B - 一种纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆及其制备方法

Info

Publication number: CN114751687B
Application number: CN202210607286.4A
Authority: CN
Inventors: 李田雨; 包腾飞; 石芳荧; 刘小艳; 吕凯; 连洵桓; 朱征; 张静缨; 胡雨菡
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2042-05-31
Also published as: CN114751687A

Abstract

本发明公开了一种纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆及其制备方法，该水泥砂浆按质量份数包含以下原材料：改性沙漠砂0～30份，水泥70～100份，清水10～20份，盐碱水5‑10份，粗颗粒沙漠砂30‑40份，纤维0～0.3份，聚羧酸高性能减水剂0.5‑1份；其中，改性沙漠砂的份数不包含0；纤维的份数包含0。将上述组分混合加入到搅拌机中搅拌至规定塌陷度得到混合物；浇模待混合物固结成型后拆除模具，养护后制得。所制备的砂浆具有较高的强度且具备较高的韧性，在建筑领域具有良好的市场前景，适合推广应用。本发明可显著降低建筑能耗、充分利用干旱盐碱地区的建筑与水资源，扩展了建筑用砂的渠道，具有显著的经济与生态效益。

Description

一种纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水泥砂浆及其制备方法，尤其涉及一种纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆及其制备方法。

背景技术

近年来，随着社会发展，城镇化建设的快速推进，高层、超高层建筑在内陆地区越来越多，建筑能耗在社会总能耗中所占比例越来越大。但同时西北地区也存在着盐碱化、缺水等问题，盐碱水中的离子会加速钢筋的锈蚀，水中的盐还可以和混凝土本身的凝胶发生作用，降低混凝土的强度，故盐碱水一般不能用作拌合用水。而将水泥、淡水和河砂等运输到西北地区也需要大量的运输费用。如何因地制宜的在西北地区制备出一种价格低廉、强度良好的混凝土，减少建筑能耗是当前亟待解决的问题之一。

目前，建筑砂的年使用量已经增长了20倍以上，对河砂的开发甚至对生态环境产生了负面影响，河砂的使用无法满足当今的建设需求。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种具有较高力学性能且低收缩开裂的纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆；

本发明的第二个目的是提供上述纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆的制备方法。

技术方案：本发明的纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆，按质量份数包含以下原材料：改性沙漠砂0～30份，水泥70～100份，清水10～20份，盐碱水5-10份，粗颗粒沙漠砂30-40份，纤维0～0.3份，聚羧酸高性能减水剂0.5-1份；其中，改性沙漠砂的份数不包含0；纤维的份数包含0。

其中，所述改性沙漠砂为过筛后小粒径部分经过醇洗的沙漠砂；所述改性沙漠砂的直径不大于0.08mm，优选不大于0.05mm；所述改性沙漠砂优选由直径0.05-0.25mm的沙漠砂过筛而成。具体过程为：将沙漠砂试样倒入按孔径大小从上到下组合，附底筛的套筛上进行筛分；所述套筛的上部为0.2mm标准筛，下部为50μm标准筛；所述筛分的时间为10min；将套筛置于摇筛机上进行筛分，然后取下套筛，将底筛上的粒径分布小于0.05mm的砂子用水清洗去除水溶性杂质，再使用醇溶液清洗去除油性杂质，烘干，即得改性沙漠砂。所述醇溶液优选为乙醇溶液；所述乙醇溶液为浓度为75％的乙醇溶液；所述烘干为在烘箱中45摄氏度低温烘干48h直至水分和乙醇完全蒸发，以保证改性沙漠砂粉末不被高温破坏。

其中，粗颗粒沙漠砂更优选为40份；所述粗颗粒沙漠砂为直径不小于0.2mm的沙漠砂；具体为获取改性沙漠砂粉末时剩余的粒径不小于0.2mm的沙漠砂颗粒，粗颗粒沙漠砂的使用秉持着资源充分利用的原则，过筛后得到的粗颗粒沙漠砂可直接作为细骨料使用。

其中，所述盐碱水更优选为10份；所述盐碱水的成分为：饱和NaCl中加入5％的NaOH所组成的混合溶液、氯化钠溶液；所述清水为自来水，如果用于野外或者工程上，也可以取用现场水源，但是优选为无颗粒杂质，pH为中性或弱碱性的清水。

其中，所述纤维为生态纤维；所述生态纤维为梧桐果破碎后形成的纤维；具体制法为：取梧桐果，将梧桐果打碎去除籽与大颗粒杂质，剩下纯净的纤维，优选纤维长度为8～10mm，为降低温度对生态纤维品质的影响，使用烘箱45℃低温烘干48h直至生态纤维表面干燥，得淡黄色纤维状物质。生态纤维与聚羧酸高性能减水剂同步使用，在水溶液中聚羧酸减水剂可以对纤维起到改性的作用，增强纤维的分散效果。生态纤维的长度若过长则会造成缠绕等现象，不适合使用，若过短则容易聚集，且梧桐果上的纤维在此范围外的纤维含量较少。

其中，所述聚羧酸高性能减水剂1份；聚羧酸高性能减水剂液体的固含量20％、总碱量0.02％、pH值7.0-8.0，减水率26～35％。

上述生态纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆的制备方法，首先制备改性沙漠砂粉末；将改性沙漠砂与水泥混合，加清水后搅拌；然后加入生态纤维、盐碱水，搅拌后加入聚羧酸高性能减水剂，最后加入粗颗粒沙漠砂，搅拌后制得。

发明原理：将筛选后的改性沙漠砂细粉部分替代水泥，形成多元复合胶凝材料。由于改性沙漠砂颗粒小，部分替代水泥后并不会造成强度降低。加入盐碱水后，盐碱水中的氯离子可以起到促进水化的效果，同时盐碱水中的氢氧化钠可以刺激改性沙漠砂溶蚀。纤维可以起到桥连作用，增加水泥基材料的韧性，聚羧酸高性能减水剂的使用一方面可以增加水泥基材料的流动度，同时聚羧酸高性能减水剂中的大分子链可以使纤维更好的分散开来。加入的粗颗粒沙漠砂，搅拌混合后，形成具有较高力学性能且低收缩开裂的生态纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆。

有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)筛选后改性的沙漠砂细粉，部分替代水泥形成多元复合胶凝材料，减少水泥的使用量，充分利用了沙漠砂资源，并降低了能耗；(2)使用聚羧酸高性能减水剂，在降低拌和水用量的同时保证新拌砂浆具有一定的塌落度。同时聚羧酸高性能减水剂中的高分子链可以使生态纤维更好的分散开来，此举降低了拌合水用量，节约水资源；(3)使用大于2mm的粗颗粒沙漠砂作为粗骨料，改善了混凝土骨料的级配，并充分利用沙漠砂资源，减少了沙漠砂资源的浪费；(4)加入适量盐碱水后，混凝土仍保持良好的力学性能，适合在西北盐碱地区推广使用；(5)生态纤维可以起到桥连作用，增强生态纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆的粘结力，同时也可以起到增韧阻裂作用，充分利用了自然资源。

附图说明

图1为对照组、实施例1-6中样品的抗压强度变化；

图2为对照组、实施例6、实施例7三组样品的抗压强度变化；

图3为改性前、使用萘系减水剂改性以及使用聚羧酸高性能减水剂改性后的生态纤维在水溶液中的分散情况；

图4为对照组、实施例6、实施例7三组样品自然养护3天样品的收缩开裂情况；

图5为对照组、实施例6、实施例7三组样品自然养护7天后样品的收缩开裂情况；

图6为对照组、实施例6、实施例7三组样品自然养护28天后样品的收缩开裂情况；

图7为对照组、实施例6、实施例7三组样品自然养护28天后将样品取出清洗后的形貌情况。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆，其按重量份包含的各原料组分，如表1所示。

上述生态纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆的制备方法，包括如下步骤：

按表1中的各组分的重量份配置水泥、筛后沙漠砂，加入到强制式搅拌机中搅拌均匀，加入盐碱水搅拌均匀，再加入清水初步搅拌后加入聚羧酸减水剂，最后加入粗颗粒沙漠砂混合均匀后即得到水泥砂浆。

本实施例制得的水泥砂浆的力学性能，依据GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压、抗折强度试验，如表1所示。

实施例2

在实施例1的基础上，与实施例1不同的是水泥砂浆的各组分原料，如表1所示。

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

对比例1

在实施例1的基础上，与实施例1不同的是水的组成，如表1所示。

对比例2

在实施例2的基础上，与实施例1不同的是水的组成，如表1所示。

对比例3

在实施例3的基础上，与实施例1不同的是水的组成，如表1所示。

对比例4

在实施例4的基础上，与实施例1不同的是水的组成，如表1所示。

对比例5

在实施例5的基础上，与实施例1不同的是水的组成，如表1所示。

对比例6

在实施例6的基础上，与实施例1不同的是水的组成，如表1所示。

表1实施例1-12的组成成分与力学性能

根据表1和图1可知，不同用量的改性沙漠砂对水泥砂浆硬化后力学性能的影响：随着自然养护天数的增加，实施例1-6的抗压强度均不断增加。在养护天数不变时，随着改性沙漠砂掺量的增加，水泥砂浆的抗压强度呈先增加后降低的趋势。自然养护28天后，实施例1-6的抗压强度相对于对照组的增量分别为11.43％、15.02％、8.20％、-4.85％、-12.07％、-14.59％，说明当改性沙漠砂的加入量在0～15份的范围内时，改性沙漠砂对水泥砂浆的力学性能产生积极作用。而当改性沙漠砂的加入量为30份时，水泥砂浆的力学性能在一定程度上下降。而盐碱水的加入对水泥砂浆的力学性能影响不大，具有良好的生态效益。

实施例7

在实施例1的基础上，与实施例1不同的是水泥砂浆的各组分原料，如表2所示。本实施例意在说明生态纤维对水泥砂浆的积极影响。

上述的生态纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆的制备方法，包括如下步骤：

按上述重量份配置水泥、筛后沙漠砂，加入到强制式搅拌机中搅拌均匀，加入盐碱水搅拌均匀，再加入生态纤维和清水初步搅拌后加入聚羧酸减水剂，最后加入粗颗粒沙漠砂混合均匀后即得到所述水泥砂浆。

依据GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压试验，如表2和图2所示。

生态纤维改性前后的分散效果对比如图3所示，在加入聚羧酸高性能减水剂前，生态纤维在水中呈团聚状，分散效果一般；而在加入聚羧酸高性能减水剂后，生态纤维基本均匀分散。

根据实施例6、7可知生态纤维对水泥砂浆硬化后力学性能的影响：如图2所示，随着养护天数的增加，对照组、实施例6、实施例7的水泥砂浆的抗压强度均不断增加。在加入改性沙漠砂后，与对照组相比自然养护3天后的抗压强度略低，自然养护7天后的抗压强度与对照组相比更高，但其自然养护28天后的抗压强度仍低于对照组7.52MPa，其抗折强度也低于对照组0.78MPa，说明此时加入改性沙漠砂并未使水泥砂浆的力学性能得到优化。而在同时加入改性沙漠砂及生态纤维的情况下，其在自然养护3天、7天、28天时的抗压强度均高于对照组与加入改性沙漠砂的水泥砂浆，自然养护28天后的抗压强度高于对照组4.11MPa，抗折强度高于对照组0.88MPa，说明同时加入改性沙漠砂与生态纤维的水泥砂浆的力学性能较好，生态纤维的加入提升了水泥砂浆的力学性能。对照组、实施例6、实施例7三组样品自然养护3天、7天、28天以及28天后将样品取出清洗后的样品收缩开裂情况分别如图4、5、6、7所示。

表2实施例6、7的组成成分与力学性能

Claims

1.一种纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆，其特征在于，按质量份数包含以下原材料：改性沙漠砂0~30份，水泥70~100份，清水10~20份，盐碱水5-10份，粗颗粒沙漠砂30-40份，纤维0~0.3份，聚羧酸高性能减水剂0.5-1份；其中，改性沙漠砂的份数不包含0；纤维的份数包含0；

所述改性沙漠砂是由直径不大于0.08mm的沙漠砂用水清洗去除水溶性杂质，再使用醇溶液清洗去除油性杂质，烘干制得；

所述粗颗粒沙漠砂为直径不小于0.2mm的沙漠砂颗粒；

所述纤维为生态纤维；所述生态纤维为梧桐果破碎后去除籽与大颗粒杂质形成的纤维；所述纤维的长度为8~10mm；

所述盐碱水的成分为：饱和NaCl中加入5%的NaOH所组成的混合溶液。

2.根据权利要求1所述的纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆，其特征在于，所述水泥为标号不低于P.O 42.5的水泥。

3.根据权利要求1所述的纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆，其特征在于，所述聚羧酸高性能减水剂液体的固含量20 %、总碱量0.02 %、pH值7.0-8.0，减水率26~35 %。

4.一种权利要求1所述的纤维复合改性沙漠砂增强水泥砂浆的制备方法，其特征在于，首先制备改性沙漠砂；将改性沙漠砂与水泥混合，加清水后搅拌；然后加入生态纤维、盐碱水，搅拌后加入聚羧酸高性能减水剂，最后加入粗颗粒沙漠砂，搅拌后制得。