CN114804786B - 一种抗裂砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料领域，具体为一种抗裂砂浆及其制备方法，包括以下组成成分：水泥、PTB乳液、VAE乳液、轻质粗砂、轻质细砂、羟丙基甲基纤维素、增韧纤维、碱木质素、聚羧酸减水剂、粉煤灰、硫铝酸钙膨胀剂、有机硅憎水剂、水，经测试，本发明抗裂砂浆具有良好的力学性能和抗裂性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体为一种抗裂砂浆及其制备方法。
背景技术
目前，在建筑物内、外墙建造施工时，砂浆是比较常见的墙体材料，砂浆不仅能够对建筑内、外墙墙面进行美化，同时也对墙面起到了一定的保护作用，而且总体造价成本经济合理，取材容易。但是普通砂浆因为与基体或相邻部位的牵制而处于不同约束状态，因约束会产生一定的拉应力，由于砂浆的抗拉强度不高会导致砂浆开裂，造成墙面渗水，甚至脱落，具有一定的安全隐患。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提供了一种抗裂砂浆及其制备方法。
所采用的技术方案如下：
一种抗裂砂浆，包括以下组成成分：
水泥、PTB乳液、VAE乳液、轻质粗砂、轻质细砂、羟丙基甲基纤维素、增韧纤维、碱木质素、聚羧酸减水剂、粉煤灰、硫铝酸钙膨胀剂、有机硅憎水剂、水。
进一步地，包括以下重量份数的组成成分：
水泥280-300份、PTB乳液5-10份、VAE乳液10-20份、轻质粗砂600-650份、轻质细砂100-120份、羟丙基甲基纤维素1-2份、增韧纤维10-20份、碱木质素5-10份、聚羧酸减水剂1-2份、粉煤灰20-30份、硫铝酸钙膨胀剂0.5-1份、有机硅憎水剂0.5-1份、水300-330份。
进一步地，所述增韧纤维的长度为5-10mm，直径为0.1-0.18mm。
进一步地，所述增韧纤维为如玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、钢纤维中的一种或多种组合。
进一步地，所述增韧纤维表面含有硅烷层。
进一步地，所述硅烷层的制备方法如下：
将增韧纤维加入piranha溶液中，浸泡10-30min后取出水洗至中性后烘干，再放入硅烷水解液中浸泡5-10min后取出，再于100-110℃下恒温放置8-15h即可。
进一步地，所述硅烷水解液的配置方法如下：
将水、甲醇、硅烷偶联剂按体积比6-8：1：1混合搅拌20-40min后再用乙酸调节体系pH至4-6，密封静置20-25h即可。
进一步地，所述碱木质素经过聚乙二醇接枝改性处理。
进一步地，所述碱木质素的接枝改性处理方法如下：
将聚乙二醇、三氟化硼乙醚、环氧氯丙烷混合，升温至50-55℃反应2-4h，然后将碱木质素溶于氢氧化钠溶液中滴入反应体系中，滴毕后升温至80-90℃继续反应3-5h，冷却至室温，用盐酸调节体系pH至6-7再离心，取上清液，向上清液中加入无水乙醇，搅拌10-20min，再离心分离不溶于无水乙醇的物质，取上清液减压浓缩，所得固体于50-60℃下真空干燥即可。
本发明还提供了一种抗裂砂浆的制备方法：
先将水泥、轻质粗砂、轻质细砂、增韧纤维、粉煤灰、碱木质素加入高速混合机中混合均匀后再与聚羧酸减水剂、硫铝酸钙膨胀剂、有机硅憎水剂、羟丙基甲基纤维素混合，得到混合料，再将水加入，高速搅拌20-40min后最后将PTB乳液、VAE乳液加入，高速搅拌20-40min即可。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种抗裂砂浆，PTB乳液、VAE乳液会附着在骨料和水泥水化产物的表面，凝固并形成一层网膜结构，随着水泥水化反应的进行，水分逐渐减少，两种乳液所形成的薄膜相互连接，最终形成交织复杂的空间网络结构，既改善了砂浆的界面结构，提高了粘结强度，而且在砂浆与基层的界面通过锚固和自张拉力产生的桥连作用，改善砂浆与不同基层的粘结性能，不仅提高了砂浆的力学强度还可减少开裂，纤维用于增强砂浆，减少开裂是本领域常见的做法，但是纤维易团聚，本发明通过在增韧纤维表面形成硅烷层，增加了纤维的表面粗糙度，改善界面处的机械锚固作用，还提高了纤维的分散性能，经硅烷处理过的纤维表面具有更高的活性，与水泥界面变得更密实，微裂缝减少，两者间的黏附力得到改善，聚乙二醇接枝改性后的碱木质素结构中的酚羟基转化为醇羟基，反应活性得以提高，能够有效促进水化产物的生成，减少内部孔隙，使砂浆内部结构更为致密，提高了砂浆硬化后的力学强度，经测试，本发明抗裂砂浆具有良好的力学性能和抗裂性能。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种抗裂砂浆，包括以下重量份数的组成成分：
硅酸盐水泥300份、PTB乳液10份、VAE乳液15份、轻质粗砂650份、轻质细砂100份、羟丙基甲基纤维素2份、含硅烷层玻璃纤维15份、聚乙二醇接枝改性碱木质素10份、聚羧酸减水剂1份、粉煤灰25份、硫铝酸钙膨胀剂1份、有机硅憎水剂0.5份、水330份。
其中，含硅烷层玻璃纤维的制备方法如下：
将水、甲醇、硅烷偶联剂KH-570按体积比8：1：1混合搅拌40min后再用乙酸调节体系pH至6，密封静置25h得到硅烷水解液，将玻璃纤维加入piranha溶液中，浸泡10min后取出水洗至中性后烘干，再放入硅烷水解液中浸泡10min后取出，再于110℃下恒温放置15h即可。
聚乙二醇接枝改性碱木质素的制备方法如下：
将聚乙二醇2000加热使其熔化后，再与三氟化硼乙醚、环氧氯丙烷混合，聚乙二醇2000、三氟化硼乙醚、环氧氯丙烷的重量比为130：1：6，升温至55℃反应3h，然后将碱木质素溶于1M氢氧化钠溶液中滴入反应体系中，滴毕后升温至90℃继续反应5h，冷却至室温，用盐酸调节体系pH至6-7再离心，取上清液，向上清液中加入无水乙醇，搅拌10min，再离心分离不溶于无水乙醇的物质，取上清液减压浓缩，所得固体于55℃下真空干燥即可。
本发明还提供了一种抗裂砂浆的制备方法：
先将硅酸盐水泥、轻质粗砂、轻质细砂、长度为5-10mm，直径为0.1-0.18mm的含硅烷层玻璃纤维、粉煤灰、聚乙二醇接枝改性碱木质素加入高速混合机中混合均匀后再与聚羧酸减水剂、硫铝酸钙膨胀剂、有机硅憎水剂、羟丙基甲基纤维素混合，得到混合料，再将水加入，高速搅拌40min后最后将PTB乳液、VAE乳液加入，高速搅拌40min即可。
实施例2：
一种抗裂砂浆，包括以下重量份数的组成成分：
硅酸盐水泥300份、PTB乳液10份、VAE乳液20份、轻质粗砂650份、轻质细砂120份、羟丙基甲基纤维素2份、含硅烷层碳纤维20份、聚乙二醇接枝改性碱木质素10份、聚羧酸减水剂2份、粉煤灰30份、硫铝酸钙膨胀剂1份、有机硅憎水剂1份、水330份。
其中，含硅烷层碳纤维的制备方法如下：
将水、甲醇、硅烷偶联剂KH-560按体积比8：1：1混合搅拌40min后再用乙酸调节体系pH至6，密封静置25h得到硅烷水解液，将碳纤维加入piranha溶液中，浸泡30min后取出水洗至中性后烘干，再放入硅烷水解液中浸泡10min后取出，再于110℃下恒温放置15h即可。
聚乙二醇接枝改性碱木质素的制备方法如下：
将聚乙二醇2000加热使其熔化后，再与三氟化硼乙醚、环氧氯丙烷混合，聚乙二醇2000、三氟化硼乙醚、环氧氯丙烷的重量比为130：1：6，升温至55℃反应4h，然后将碱木质素溶于1M氢氧化钠溶液中滴入反应体系中，滴毕后升温至90℃继续反应5h，冷却至室温，用盐酸调节体系pH至6-7再离心，取上清液，向上清液中加入无水乙醇，搅拌20min，再离心分离不溶于无水乙醇的物质，取上清液减压浓缩，所得固体于60℃下真空干燥即可。
本发明还提供了一种抗裂砂浆的制备方法：
先将硅酸盐水泥、轻质粗砂、轻质细砂、长度为5-10mm，直径为0.1-0.18mm的含硅烷层碳纤维、粉煤灰、聚乙二醇接枝改性碱木质素加入高速混合机中混合均匀后再与聚羧酸减水剂、硫铝酸钙膨胀剂、有机硅憎水剂、羟丙基甲基纤维素混合，得到混合料，再将水加入，高速搅拌40min后最后将PTB乳液、VAE乳液加入，高速搅拌40min即可。
实施例3：
一种抗裂砂浆，包括以下重量份数的组成成分：
硅酸盐水泥280份、PTB乳液5份、VAE乳液10份、轻质粗砂600份、轻质细砂100份、羟丙基甲基纤维素1份、含硅烷层钢纤维10份、聚乙二醇接枝改性碱木质素5份、聚羧酸减水剂1份、粉煤灰20份、硫铝酸钙膨胀剂0.5份、有机硅憎水剂0.5份、水300份。
其中，含硅烷层钢纤维的制备方法如下：
将水、甲醇、硅烷偶联剂KH-550按体积比6：1：1混合搅拌20min后再用乙酸调节体系pH至4，密封静置20h得到硅烷水解液，将钢纤维加入piranha溶液中，浸泡10min后取出水洗至中性后烘干，再放入硅烷水解液中浸泡5min后取出，再于100℃下恒温放置8h即可。
聚乙二醇接枝改性碱木质素的制备方法如下：
将聚乙二醇2000加热使其熔化后，再与三氟化硼乙醚、环氧氯丙烷混合，聚乙二醇2000、三氟化硼乙醚、环氧氯丙烷的重量比为130：1：6，升温至50℃反应2h，然后将碱木质素溶于1M氢氧化钠溶液中滴入反应体系中，滴毕后升温至80℃继续反应3h，冷却至室温，用盐酸调节体系pH至6-7再离心，取上清液，向上清液中加入无水乙醇，搅拌10min，再离心分离不溶于无水乙醇的物质，取上清液减压浓缩，所得固体于50℃下真空干燥即可。
本发明还提供了一种抗裂砂浆的制备方法：
先将硅酸盐水泥、轻质粗砂、轻质细砂、长度为5-10mm，直径为0.1-0.18mm的含硅烷层钢纤维、粉煤灰、聚乙二醇接枝改性碱木质素加入高速混合机中混合均匀后再与聚羧酸减水剂、硫铝酸钙膨胀剂、有机硅憎水剂、羟丙基甲基纤维素混合，得到混合料，再将水加入，高速搅拌30min后最后将PTB乳液、VAE乳液加入，高速搅拌30min即可。
实施例4：
一种抗裂砂浆，包括以下重量份数的组成成分：
硅酸盐水泥300份、PTB乳液5份、VAE乳液20份、轻质粗砂600份、轻质细砂120份、羟丙基甲基纤维素1份、含硅烷层玻璃纤维20份、聚乙二醇接枝改性碱木质素5份、聚羧酸减水剂2份、粉煤灰20份、硫铝酸钙膨胀剂1份、有机硅憎水剂0.5份、水330份。
其中，含硅烷层玻璃纤维的制备方法如下：
将水、甲醇、硅烷偶联剂KH-570按体积比6：1：1混合搅拌40min后再用乙酸调节体系pH至4，密封静置25h得到硅烷水解液，将玻璃纤维加入piranha溶液中，浸泡10min后取出水洗至中性后烘干，再放入硅烷水解液中浸泡10min后取出，再于100℃下恒温放置15h即可。
聚乙二醇接枝改性碱木质素的制备方法如下：
将聚乙二醇2000加热使其熔化后，再与三氟化硼乙醚、环氧氯丙烷混合，聚乙二醇2000、三氟化硼乙醚、环氧氯丙烷的重量比为130：1：6，升温至50℃反应4h，然后将碱木质素溶于1M氢氧化钠溶液中滴入反应体系中，滴毕后升温至80℃继续反应5h，冷却至室温，用盐酸调节体系pH至6-7再离心，取上清液，向上清液中加入无水乙醇，搅拌10min，再离心分离不溶于无水乙醇的物质，取上清液减压浓缩，所得固体于60℃下真空干燥即可。
本发明还提供了一种抗裂砂浆的制备方法：
先将硅酸盐水泥、轻质粗砂、轻质细砂、长度为5-10mm，直径为0.1-0.18mm的含硅烷层玻璃纤维、粉煤灰、聚乙二醇接枝改性碱木质素加入高速混合机中混合均匀后再与聚羧酸减水剂、硫铝酸钙膨胀剂、有机硅憎水剂、羟丙基甲基纤维素混合，得到混合料，再将水加入，高速搅拌20min后最后将PTB乳液、VAE乳液加入，高速搅拌40min即可。
实施例5：
一种抗裂砂浆，包括以下重量份数的组成成分：
硅酸盐水泥280份、PTB乳液10份、VAE乳液10份、轻质粗砂650份、轻质细砂100份、羟丙基甲基纤维素2份、含硅烷层玻璃纤维10份、聚乙二醇接枝改性碱木质素10份、聚羧酸减水剂1份、粉煤灰30份、硫铝酸钙膨胀剂0.5份、有机硅憎水剂1份、水300份。
其中，含硅烷层玻璃纤维的制备方法如下：
将水、甲醇、硅烷偶联剂KH-570按体积比8：1：1混合搅拌20min后再用乙酸调节体系pH至6，密封静置20h得到硅烷水解液，将玻璃纤维加入piranha溶液中，浸泡30min后取出水洗至中性后烘干，再放入硅烷水解液中浸泡5min后取出，再于110℃下恒温放置8h即可。
聚乙二醇接枝改性碱木质素的制备方法如下：
将聚乙二醇2000加热使其熔化后，再与三氟化硼乙醚、环氧氯丙烷混合，聚乙二醇2000、三氟化硼乙醚、环氧氯丙烷的重量比为130：1：6，升温至55℃反应2h，然后将碱木质素溶于1M氢氧化钠溶液中滴入反应体系中，滴毕后升温至90℃继续反应3h，冷却至室温，用盐酸调节体系pH至6-7再离心，取上清液，向上清液中加入无水乙醇，搅拌20min，再离心分离不溶于无水乙醇的物质，取上清液减压浓缩，所得固体于50℃下真空干燥即可。
本发明还提供了一种抗裂砂浆的制备方法：
先将硅酸盐水泥、轻质粗砂、轻质细砂、长度为5-10mm，直径为0.1-0.18mm的含硅烷层玻璃纤维、粉煤灰、聚乙二醇接枝改性碱木质素加入高速混合机中混合均匀后再与聚羧酸减水剂、硫铝酸钙膨胀剂、有机硅憎水剂、羟丙基甲基纤维素混合，得到混合料，再将水加入，高速搅拌40min后最后将PTB乳液、VAE乳液加入，高速搅拌40min即可。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入PTB乳液。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，不加入VAE乳液。
对比例3：
与实施例1基本相同，区别在于，玻璃纤维不含硅烷层。
对比例4：
与实施例1基本相同，区别在于，碱木质素不经聚乙二醇接枝改性处理。
性能测试：
将本发明实施例1-5及对比例1-4中的抗裂砂浆制成试件，并放入标准养护箱(养护温度20±2℃，湿度95％以上)养护1d后脱模，然后放入水中(温度为20±2℃)养护28d。
按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T70-2009)对试件进行强度测定，抗折试验采用KDZ-5000抗折试验机进行，以50N/s±10N/s的速率匀速加载；抗压试验采用DYE-300N压力试验机进行，以2400N/s±200N/s的速率匀速加载；抗拉试验采用HS-3001B-S电子精密伺服拉力试验机进行，以5mm/min的速率匀速加载；粘结试验采用HS-3001B-S电子精密伺服拉力试验机进行，以5mm/min的速率匀速加载。
测试结果如下表1所示：
表1：
抗折强度是水泥砂浆单位面积承受弯矩时的极限折断应力，是水泥砂浆的一项重要力学指标。
抗压强度是水泥砂浆承受压力作用时的强度极限。
折压比是水泥砂浆的抗折强度与抗压强度的比值，是衡量砂浆变形能力的指标，折压比越大，表明砂浆的韧性越好，越不易发生脆性破坏。
抗拉强度是水泥砂浆在拉断前承受的最大应力值，也代表着水泥砂浆的断裂抗力。
粘结强度是水泥砂浆单位粘结面积上承受的粘结力，是水泥砂浆的主要物理力学性能。
由上表1可知，本发明抗裂砂浆所制成试件具有良好的力学性能，其中，抗折强度≥17.4MPa，抗压强度≥50.5MPa，抗拉强度≥6.3MPa，粘结强度≥3.8MPa。
按照《水泥砂浆抗裂性能试验方法》(JC/T 951-2005)对本发明实施例1-5及对比例1-4中的抗裂砂浆进行抗裂性能测定，试验采用Kraai关于计算开裂指数的方法，把裂缝宽度分为4级，分别有对应的代表值，见表2所示的裂纹宽度权值表，采用读数显微镜测量裂缝宽度，并按裂缝宽度分段测量裂缝长度Li，以列出的裂缝宽度权值Ai，按下式计算开裂总权重值W：
W＝ΣAi·Li
表2：
测试结果如下表3所示：
表3：
由上表3可知，本发明所制备的抗裂砂浆具有极佳的抗裂性能，而且通过对比例1-4可知，PTB乳液、VAE乳液的加入及玻璃纤维表面硅烷层的引入、碱木质素的聚乙二醇接枝改性处理对于提升抗裂砂浆的抗裂性能都起到了积极的作用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种抗裂砂浆，其特征在于，包括以下重量份数的组成成分：
水泥280-300份、PTB乳液5-10份、VAE乳液10-20份、轻质粗砂600-650份、轻质细砂100-120份、羟丙基甲基纤维素1-2份、增韧纤维10-20份、碱木质素5-10份、聚羧酸减水剂1-2份、粉煤灰20-30份、硫铝酸钙膨胀剂0.5-1份、有机硅憎水剂0.5-1份、水300-330份；
所述增韧纤维表面含有硅烷层；
所述硅烷层的制备方法如下：
将增韧纤维加入piranha溶液中，浸泡10-30min后取出水洗至中性后烘干，再放入硅烷水解液中浸泡5-10min后取出，再于100-110℃下恒温放置8-15h即可；
所述碱木质素经过聚乙二醇接枝改性处理；
所述碱木质素的接枝改性处理方法如下：
将聚乙二醇、三氟化硼乙醚、环氧氯丙烷混合，升温至50-55℃反应2-4h，然后将碱木质素溶于氢氧化钠溶液中滴入反应体系中，滴毕后升温至80-90℃继续反应3-5h，冷却至室温，用盐酸调节体系pH至6-7再离心，取上清液，向上清液中加入无水乙醇，搅拌10-20min，再离心分离不溶于无水乙醇的物质，取上清液减压浓缩，所得固体于50-60℃下真空干燥即可。
2.如权利要求1所述的抗裂砂浆，其特征在于，所述增韧纤维的长度为5-10mm，直径为0.1-0.18mm。
3.如权利要求1所述的抗裂砂浆，其特征在于，所述增韧纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、钢纤维中的一种或多种组合。
4.如权利要求1所述的抗裂砂浆，其特征在于，所述硅烷水解液的配置方法如下：
将水、甲醇、硅烷偶联剂按体积比6-8：1：1混合搅拌20-40min后再用乙酸调节体系pH至4-6，密封静置20-25h即可。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的抗裂砂浆的制备方法，其特征在于，先将水泥、轻质粗砂、轻质细砂、增韧纤维、粉煤灰、碱木质素加入高速混合机中混合均匀后再与聚羧酸减水剂、硫铝酸钙膨胀剂、有机硅憎水剂、羟丙基甲基纤维素混合，得到混合料，再将水加入，高速搅拌20-40min后最后将PTB乳液、VAE乳液加入，高速搅拌20-40min即可。
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