CN115215606A - 一种适用于负温环境下的砂浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于负温环境下的砂浆，制备原料以重量份计包括：基础矿物质910‑960份，可再分散乳胶粉10‑30份，纤维素醚1‑5份，矿物型外加剂25‑35份，早强剂0.1‑10份，憎水剂0.1‑5份，膨胀剂5‑8份。本发明通过非晶态铝酸钙，碳酸锂，硅类憎水剂协同作用，使保温砂浆具有良好的早期强度，适合于‑10℃环境下施工使用，同时由于早期强度的快速发展源于非单一早强外加剂分阶段的作用，硬化体结构的发展与水化产生的应力发展相对较为协调，加之所掺入的膨胀剂的适度膨胀作用因此体积稳定性较好并且砂浆在具有良好早期拉伸粘结强度的同时还减少了对后期水化的影响，避免砂浆力学及耐久性能倒缩。

Description

一种适用于负温环境下的砂浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种适用于负温环境下的砂浆，涉及C04B，具体涉及水泥，石灰等无机材料的组合物领域。
背景技术
在建筑外墙外设置保温系统，具有突出的节能环保作用，然而在我国北方地区日均环境温度低于0℃的时间占一年时间的1/4左右，当环境温度低于5℃时，外墙与保温板之间的粘结砂浆和表面抹面砂浆的力学性能随水泥的水化速率和最终的水化程度降低而明显下降，并且可再分散乳胶粉或聚合物乳液在低温环境下难以成膜，导致砂浆的柔韧性下降，因此目前所普遍使用的砂浆在低温环境中不适宜施工，但是部分情况下，不得不在低温环境中甚至负温环境下进行保温系统的施工，因此开发一种可用于负温环境下施工的砂浆至关重要，本申请砂浆可在低至-10℃的环境中施工，还保持良好的力学及耐久性能。
中国发明专利CN201410768037.9公开了一种耐低温的防水砂浆的制备方法，通过将无机纤维和无机颗粒分别用阴阳离子修饰，使其容易相互包覆，应用于砂浆中可以提高耐寒性能。但是所述砂浆需要经过常温养护后才能具有耐寒的性能，不适合在寒冷环境中施工。中国发明专利CN201210017253.0公开了一种硫磷酸盐水泥保温砂浆或保温板利用轻烧氧化镁与硫酸镁，水形成三元体系胶凝材料，与聚苯乙烯泡沫颗粒形成均匀的可流动相，产生较强的粘结力。但是其适合在0℃以上低温环境中施工，在负温环境下施工，力学性能和耐久性能会大幅下降。
发明内容
为了改善墙体保温用粘结砂浆和抹面砂浆在负温环境中的应用，并使砂浆具备较好的力学性能和耐久性能，本发明的第一个方面提供了一种适用于负温环境下的砂浆，制备原料以重量份计包括：基础矿物质910-960份，可再分散乳胶粉10-30份，纤维素醚1-5份，矿物型外加剂25-35份，早强剂0.1-10份，憎水剂0.1-5份，膨胀剂5-8份。
作为一种优选的实施方式，制备原料以重量份计包括：基础矿物质930-950份，可再分散乳胶粉15-25份，纤维素醚1-3份，矿物型外加剂25-35份，早强剂0.3-10份，憎水剂0.3-3份，膨胀剂5-8份。
作为一种优选的实施方式，所述基础矿物质中包括水泥，砂，碳酸钙，优选的，所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为42.5。
作为一种优选的实施方式，所述粘结砂浆基础矿物质中包括水泥，砂，碳酸钙，重量比为3.5：(4.8-5)：1，所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。
作为一种优选的实施方式，所述粘结砂浆中水泥，砂，碳酸钙的重量比为3.5：(4.87-4.97)：1。
作为一种优选的实施方式，所述粘结砂浆中水泥，砂，碳酸钙的重量比为3.5：4.96：1。
作为一种优选的实施方式，所述抹面砂浆中水泥，砂，碳酸钙的重量比为3：(4.85-5)：1.5。
作为一种优选的实施方式，所述抹面砂浆中水泥，砂，碳酸钙的重量比为3：(4.87-4.95)：1.5。
作为一种优选的实施方式，所述抹面砂浆中水泥，砂，碳酸钙的重量比为3：4.95：1.5。
作为一种优选的实施方式，所述砂为连续级配砂，粒径为50-100目。
作为一种优选的实施方式，所述碳酸钙选自轻质碳酸钙、重质碳酸钙、胶体碳酸钙、晶体碳酸钙中的一种或几种的组合，优选的，所述重质碳酸钙的粒径为300-400目。
作为一种优选的实施方式，所述碳酸钙为重质碳酸钙，所述重质碳酸钙的粒径为325目。
作为一种优选的实施方式，所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯-乙烯共聚物胶粉。
申请人在实验过程中发现，粘结砂浆两侧的保温材料与混凝土墙面的弹性模量值差别较大，当受到湿度或者温度变化影响时会产生巨大的变形差异，因此需要粘结砂浆对变形进行有效调节，否则可能导致粘结失效，申请人发现采用水泥，砂，碳酸钙的组合与醋酸乙烯酯-乙烯共聚物胶粉协同作用，可以增加粘结砂浆的柔韧性，改善砂浆与保温材料，砂浆与混凝土墙面之间的粘结强度。抹面砂浆位于保温材料的外侧，对保温材料具有防护作用，通过水泥，砂，碳酸钙与醋酸乙烯酯-乙烯共聚物胶粉协同作用可以进一步提高砂浆的柔韧抗开裂性。
作为一种优选的实施方式，所述矿物型外加剂选自水化硅酸钙晶种、非晶态铝酸钙、晶态铝酸钙、磨细矿渣、磨细粉煤灰、磨细天然沸石、硅灰中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述矿物型外加剂为非晶态铝酸钙。
作为一种优选的实施方式，将所述纤维素醚配成质量分数为2％的水溶液在20℃下的粘度为3-5万cps。
作为一种优选的实施方式，将所述纤维素醚配成质量分数为2％的水溶液在20℃下的粘度为5万cps。
作为一种优选的实施方式，所述纤维素醚为非离子纤维素醚，优选的，纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚。
作为一种优选的实施方式，所述早强剂选自氯盐、甲酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、尿素、三乙醇胺中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述氯盐为氯化钙，所述甲酸盐为甲酸钙，所述碳酸盐为碳酸锂。
作为一种优选的实施方式，所述憎水剂选自硅类憎水剂、脂肪族金属盐憎水剂、聚合物憎水剂、油酸盐憎水剂中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述憎水剂为硅类憎水剂。
作为一种优选的实施方式，所述硅类憎水剂选自甲基硅酸钠、有机硅粉末、甲基硅酸钾中的一种或几种的组合；脂肪族金属盐憎水剂选自硬脂酸钠、硬脂酸钙中的一种或几种的组合，油酸盐憎水剂选自油酸钠、油酸钙中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述硅类憎水剂为有机硅粉末；所述油酸盐憎水剂为油酸钠。
作为一种优选的实施方式，所述非晶态铝酸钙，碳酸锂和硅类憎水剂的重量比为(25-35)：(0.3-1)：0.3。
作为一种优选的实施方式，所述非晶态铝酸钙，碳酸锂和硅类憎水剂的重量比为(27-30)：(0.5-0.8)：0.3。
作为一种优选的实施方式，所述非晶态铝酸钙，碳酸锂和硅类憎水剂的重量比为30：0.5：0.3。
申请人在实验过程中发现，采用非晶态铝酸钙与碳酸锂协同作用，可以增加粘结砂浆的早期强度，使其在-10℃的环境中依然保持良好的力学性能，猜测可能的原因是：Li离子半径较小，可以加速水泥颗粒表面水化保护膜的破坏，显著缩短水泥水化诱导期，非晶态铝酸钙促进水泥水化形成C-S-H凝胶相互交织搭接形成网络结构而促进凝结，并且在水化早期产生大量短柱状和细晶状晶体钙矾石，形成空间网络结构，晶体之间紧密搭接，填充到生成的C-S-H凝胶体系的缝隙中，使水泥砂浆的结构更加密实，提高了早期强度。但是非晶态铝酸钙的溶解速率较快，生成过饱和的水化产物，在水泥颗粒的表面包裹，阻隔后续的水泥颗粒继续发生水化反应，造成后期的水化速率下降，并且过饱和的水化产物来不及分散，空隙填充率低，导致砂浆后期的强度下降。申请人进一步发现，通过引入硅类憎水剂，并且非晶态铝酸钙，碳酸锂和硅类憎水剂的重量比为(25-30)：(0.5-0.8)：0.3时可以在水泥颗粒和非晶态铝酸钙之间形成阻隔层，一定程度上可以抑制非晶态铝酸钙的溶解，放缓非晶态铝酸钙的溶解速度，减少过饱和水化产物对进一步水化的影响，同时不会对早期拉伸粘结强度造成不利影响。
作为一种优选的实施方式，所述膨胀剂选自硫铝酸钙、氧化钙、UEA膨胀剂、明矾石膨胀剂、β-半水石膏、复合膨胀剂中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述膨胀剂为氧化钙与β-半水石膏的组合。
作为一种优选的实施方式，所述氧化钙与β-半水石膏的重量比为1：(3-6)。
作为一种优选的实施方式，所述氧化钙与β-半水石膏的重量比为1：(3-5)。
作为一种优选的实施方式，适用于负温环境下的抹面砂浆的制备原料还包括木纤，重量份为1-3份，优选为，重量份为1份。
本发明的第二个方面提供了一种适用于负温环境下的砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基础矿物质，可再分散乳胶粉，纤维素醚，矿物型外加剂混合搅拌均匀；
(2)再加入早强剂、憎水剂、膨胀剂混合搅拌20-30min即得。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述适用于负温环境下的砂浆，通过非晶态铝酸钙，碳酸锂，硅类憎水剂协同作用，使保温砂浆具有良好的早期强度，适合于-10℃环境下施工使用。
(2)本发明所述适用于负温环境下的砂浆，非晶态铝酸钙，碳酸锂，硅类憎水剂采用(25-30)：(0.5-0.8)：0.3的重量比使其在具有良好早期拉伸粘结强度的同时还减少了对后期水化的影响，避免了砂浆后期强度下降，避免砂浆力学及耐久性能倒缩。
(3)本发明所述适用于负温环境下的砂浆，通过采用42.5标号的硅酸盐水泥和醋酸乙烯酯-乙烯共聚物胶粉协同作用，减少了砂浆的干缩率，避免粘接性能的失效。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例1
一种适用于负温环境下的粘结砂浆，制备原料以重量份计包括：基础矿物质938份，可再分散乳胶粉20份，纤维素醚1.5份，矿物型外加剂30份，早强剂9份，憎水剂0.3份，膨胀剂6份。
所述基础矿物质中包括水泥，砂，碳酸钙，重量比为3.5：4.88：1；所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；所述砂为连续级配砂，粒径为50-100目，所述碳酸钙为重质碳酸钙，所述重质碳酸钙的粒径为325目。
所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯-乙烯共聚物胶粉，型号为5044N，购自德国瓦克。
所述矿物型外加剂为非晶态铝酸钙，购自山东秀福新材料有限公司。
所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，配成质量分数为2％的水溶液在20℃下的粘度为5万cps。
所述早强剂为甲酸钙，所述憎水剂为硅类憎水剂，购自国药试剂；所述膨胀剂为氧化钙与β-半水石膏的组合，重量比为1：5。
一种适用于负温环境下的粘结砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基础矿物质，可再分散乳胶粉，纤维素醚，矿物型外加剂混合搅拌均匀；
(2)再加入早强剂、憎水剂、膨胀剂混合搅拌30min即得。
实施例2
一种适用于负温环境下的粘结砂浆及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于，基础矿物质947份，矿物型外加剂27份，早强剂0.8份，膨胀剂8份。
所述基础矿物质中包括水泥，砂，碳酸钙，重量比为3.5：4.97：1；
所述早强剂为碳酸锂；所述膨胀剂为氧化钙与β-半水石膏的组合，重量比为1：3。
实施例3
一种适用于负温环境下的粘结砂浆及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于，基础矿物质946份，早强剂0.5份。
所述基础矿物质中包括水泥，砂，碳酸钙，重量比为3.5：4.96：1；
所述早强剂为碳酸锂。
实施例4
一种适用于负温环境下的粘结砂浆及其制备方法，具体步骤同实施例1，不同点在于，基础矿物质937份，早强剂8份，膨胀剂5份。
所述基础矿物质中包括水泥，砂，碳酸钙，重量比为3.5：4.87：1；
所述早强剂为甲酸钙；所述膨胀剂为氧化钙与β-半水石膏的组合，重量比为1：4。
实施例5
一种适用于负温环境下的抹面砂浆，制备原料以重量份计包括：基础矿物质945份，可再分散乳胶粉25份，纤维素醚3份，木纤1份，矿物型外加剂25份，早强剂0.8份，憎水剂0.3份，膨胀剂6份。
所述基础矿物质中包括水泥，砂，碳酸钙，重量比为3：4.95：1.5；所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；所述砂为连续级配砂，粒径为50-100目。
所述碳酸钙为重质碳酸钙，所述重质碳酸钙的粒径为325目。
所述可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯-乙烯共聚物胶粉，型号为5044N，购自德国瓦克。
所述矿物型外加剂为非晶态铝酸钙。
所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，羟丙基甲基纤维素醚配成质量分数为2％的水溶液在20℃下的粘度为5万cps。
所述早强剂为碳酸锂，所述憎水剂为硅类憎水剂，所述膨胀剂为氧化钙与β-半水石膏的组合，重量比为1：3。
一种适用于负温环境下的粘结砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基础矿物质，可再分散乳胶粉，纤维素醚，矿物型外加剂混合搅拌均匀；
(2)再加入早强剂、憎水剂、膨胀剂混合搅拌20min即得。
实施例6
一种适用于负温环境下的抹面砂浆及其制备方法，具体步骤同实施例5，不同点在于基础矿物质941份，矿物型外加剂27份，早强剂0.5份，憎水剂2份。
所述基础矿物质中包括水泥，砂，碳酸钙，重量比为3：4.91：1.5；
所述憎水剂为油酸钠。
实施例7
一种适用于负温环境下的抹面砂浆及其制备方法，具体步骤同实施例5，不同点在于基础矿物质938份，早强剂8份。
所述基础矿物质中包括水泥，砂，碳酸钙，重量比为3：4.88：1.5；
所述早强剂为氯化钙。
实施例8
一种适用于负温环境下的抹面砂浆及其制备方法，具体步骤同实施例5，不同点在于基础矿物质937份，早强剂7份，憎水剂2份。
所述基础矿物质中包括水泥，砂，碳酸钙，重量比为3：4.87：1.5；
所述早强剂为甲酸钙。
所述憎水剂为油酸钠。
性能测试
将上述实施例1-4制备得到的粘结砂浆与水混合，水的加入质量为粘结砂浆的20％，搅拌成浆状即得。
1.拉伸粘结强度：依据GB/T 29906-2013标准测试粘结砂浆与EPS板的拉伸粘结强度，分别测试在-10℃下养护1d，3d，7d，28d的拉伸粘结强度，测试在标准养护条件下28d的拉伸粘结强度；测试经过28d标准养护+2d水养护+2h标准养护后的拉伸粘结强度；测试经过28d标准养护+2d水养护+7d标准养护后的拉伸粘结强度。
依据GB/T 29906-2013标准测试粘结砂浆与混凝土板的拉伸粘结强度，分别测试在-10℃下养护1d，3d，7d，28d的拉伸粘结强度，测试在标准养护条件下28d的拉伸粘结强度；测试经过28d标准养护+2d水养护+2h标准养护后的拉伸粘结强度；测试经过28d标准养护+2d水养护+7d标准养护后的拉伸粘结强度。
2.干燥收缩率：依据JGJ 70-2009标准测试粘结砂浆分别在3d，7d，14d，28d后的干燥收缩率。
测试结果见表1。
将上述实施例5-8制备得到的抹面砂浆与水混合，水的加入质量为抹面砂浆的21％，搅拌成浆状即得。
3.拉伸粘结强度：依据GB/T 29906-2013标准测试抹面砂浆与EPS板的拉伸粘结强度，分别测试在-10℃下养护1d，3d，7d，28d的拉伸粘结强度，测试在标准养护条件下28d的拉伸粘结强度；测试经过28d标准养护+2d水养护+2h标准养护后的拉伸粘结强度；测试经过28d标准养护+2d水养护+7d标准养护后的拉伸粘结强度。
4.压折比：依据GB/T 29906-2013标准测试抹面砂浆的压折比，压折比＝抗压强度/抗折强度。
5.吸水量：依据GB/T 29906-2013标准测试抹面砂浆的吸水量，浸入水中的深度为5mm，浸泡3min后取出擦去表面水分，称取浸水前质量，然后浸水24h后取出擦去表面水分，称取浸水后质量。吸水量＝(浸水后质量-浸水前质量)/浸水面积。
6.抗冲击性能：依据GB/T 29906-2013标准测试抹面砂浆的抗冲击性能，抹面厚度为3mm，测试3J抗冲击性。
7.干燥收缩率：依据JGJ 70-2009标准测试抹面砂浆分别在3d，7d，14d，28d后的干燥收缩率。
测试结果见表2。
表1
Figure BDA0003637244750000091
表2
Figure BDA0003637244750000092
Figure BDA0003637244750000101

Claims (10)

1.一种适用于负温环境下的砂浆，其特征在于，制备原料以重量份计包括：基础矿物质910-960份，可再分散乳胶粉10-30份，纤维素醚1-5份，矿物型外加剂25-35份，早强剂0.1-10份，憎水剂0.1-5份，膨胀剂5-8份。
2.根据权利要求1所述适用于负温环境下的砂浆，其特征在于，所述基础矿物质中包括水泥，砂，碳酸钙，优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。
3.根据权利要求2所述适用于负温环境下的砂浆，其特征在于，所述碳酸钙选自轻质碳酸钙、重质碳酸钙、胶体碳酸钙、晶体碳酸钙中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述适用于负温环境下的砂浆，其特征在于，所述矿物型外加剂选自水化硅酸钙晶种、非晶态铝酸钙、晶态铝酸钙、磨细矿渣、磨细粉煤灰、磨细天然沸石、硅灰中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述适用于负温环境下的砂浆，其特征在于，将所述纤维素醚配成质量分数为2％的水溶液在20℃下的粘度为3-5万cps。
6.根据权利要求1所述适用于负温环境下的砂浆，其特征在于，所述早强剂选自氯盐、甲酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、尿素、三乙醇胺中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述适用于负温环境下的砂浆，其特征在于，所述憎水剂选自硅类憎水剂、脂肪族金属盐憎水剂、聚合物憎水剂、油酸盐憎水剂中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求7所述适用于负温环境下的砂浆，其特征在于，所述硅类憎水剂选自甲基硅酸钠、有机硅粉末、甲基硅酸钾中的一种或几种的组合；脂肪族金属盐憎水剂选自硬脂酸钠、硬脂酸钙中的一种或几种的组合，油酸盐憎水剂选自油酸钠、油酸钙中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1所述适用于负温环境下的砂浆，其特征在于，所述膨胀剂选自硫铝酸钙、氧化钙、UEA膨胀剂、明矾石膨胀剂、β-半水石膏、复合膨胀剂中的一种或几种的组合。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述适用于负温环境下的砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将基础矿物质，可再分散乳胶粉，纤维素醚，矿物型外加剂混合搅拌均匀；
(2)再加入早强剂、憎水剂、膨胀剂混合搅拌20-30min即得。
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