CN115594470A - 一种取代模具中树脂的水泥基材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高聚材料技术领域。本发明提供了一种取代模具中树脂的水泥基材料，包含质量比为3～5：1～2的粉料和液料；粉料包含水泥、填料、石英砂、重质碳酸钙、稳定剂、减水剂、缓凝剂、早强剂；液料包含丙烯酸乳液、消泡剂、润湿剂、水。本发明还提供了一种水泥基材料的制备方法。本发明以丙烯酸乳液和水泥为主要材料，具有有机材料的高粘附性、高柔韧性、优异的抗渗性能、抗氯离子侵蚀和抗断裂、抗收缩能力，还具有无机水泥材料的高硬度、高抗压能力、耐高温能力。
Description
技术领域
本发明涉及高聚材料技术领域，尤其涉及一种取代模具中树脂的水泥基材料及其制备方法。
背景技术
传统塑膜材料多为各种树脂材料，成本高，易老化变形，大多数不能切割和钉铆。采用水泥制备模具材料，能够显著提高材料的强度。然而，水泥自身脆性大，抗折强度、弯曲韧性、抗冲击性不足，在模具制备中受到较大的限制。为提高其抗折强度及柔韧性等，在实际应用中往往加入纤维，多数研究表明，纤维的加入虽然能较好的改善其抗折强度，提高其柔韧性，但是纤维与基体间的过渡区存在明显的缺陷，致使试样在破坏时，多数纤维被拔出，这说明纤维的效果并没有得到充分发挥。采用普通聚合物乳液、快硬水泥材料制成的模具材料，成本大幅下降，稳定性好，可以切割、钉铆。
超轻质水泥基复合材料是指容重小于1000kg/m3，即密度小于水的一种水泥基材料。现有容重小于水的水泥基材料主要有泡沫混凝土和加气混凝土，即将混凝土中引入空气形成蜂窝空腔，这种空腔结构也导致了该混凝土抗压强度较低，无法用于工程承重结构当中。
因此，研究得到一种取代模具树脂的具有高强度、高韧性和稳定性，低密度的高聚材料，具有重要的价值和意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种取代模具中树脂的水泥基材料及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种取代模具中树脂的水泥基材料，包含粉料和液料，所述粉料和液料的质量比为3～5：1～2；
所述粉料包含如下质量份的原料：水泥40～50份、填料3～7份、石英砂8～15份、重质碳酸钙2～5份、稳定剂0.008～0.015份、减水剂0.2～0.5份、缓凝剂0.05～0.2份、早强剂0.5～1.5份；
所述液料包含如下质量份的原料：丙烯酸乳液45～55份、消泡剂0.1～0.4份、润湿剂0.3～0.8份、水3～8份。
作为优选，所述水泥包含高铝水泥和硫铝酸盐水泥；所述高铝水泥和硫铝酸盐水泥的质量比为3～5：1～2。
作为优选，所述填料包含膨胀珍珠岩、空心玻璃微珠和玻化微珠中的一种或几种。
作为优选，所述石英砂的粒径为0.05～0.30mm，其中，0.05～0.20mm和0.20～0.30mm的粒径的质量比为3～5：1。
作为优选，所述稳定剂为羟甲基丙基纤维素醚或聚丙烯酰胺；所述减水剂为萘系减水剂、聚羧酸减水剂或木质素磺酸盐类减水剂。
作为优选，所述缓凝剂包含焦磷酸钠、六偏磷酸钠、葡萄糖酸钠和酒石酸钾钠中的一种或几种；所述早强剂包含甲酸钙、亚硝酸盐和三乙醇胺中的一种或几种。
作为优选，所述消泡剂为丙烯酸酯-乙烯基醚共聚物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚或聚二甲基硅氧烷；所述润湿剂包含磺化油、甘油、丙二醇和吐温-80中的一种或几种。
本发明还提供了所述的取代模具中树脂的水泥基材料的制备方法，包含如下步骤：
1)将消泡剂、润湿剂和部分水进行第一混合，得到混合液，混合液、丙烯酸乳液和剩余水进行第二混合，得到液料；
2)将重质碳酸钙、稳定剂、减水剂、缓凝剂和早强剂进行第一混合，得到混合料，混合料、水泥、填料和石英砂进行第二混合，得到粉料；
3)将液料和粉料混合，得到取代模具中树脂的水泥基材料。
作为优选，步骤1)中，部分水和剩余水的质量比为6～8：1；第一混合的时间为5～15min，第二混合的时间为10～20min，第一混合和第二混合独立的在700～1000r/min的转速下进行；
步骤2)所述第一混合的时间为5～15min，第二混合的时间为8～17min，第一混合和第二混合独立的在500～700r/min的转速下进行。
本发明的有益效果包括以下几点：
1)本发明以丙烯酸乳液和水泥为主要材料，兼具功能高分子材料和无机材料的优异性能，具有有机材料的高粘附性、高柔韧性、优异的抗渗性能、抗氯离子侵蚀和抗断裂、抗收缩能力，还具有无机水泥材料的高硬度、高抗压能力、耐高温能力；高分子乳液与水泥材料相互作用，形成一个镶嵌或缠绕的空间网络结构；填料显著降低了水泥基材料的密度，具有超轻质特点。
2)本发明通过合理选择各原料，控制各原料的用量，得到具有轻质、高强、高韧、稳定性好的水泥基材料，同时水泥基材料耐候性良好、不易变形、成本低。
具体实施方式
本发明提供了一种取代模具中树脂的水泥基材料，包含粉料和液料，所述粉料和液料的质量比为3～5：1～2；
所述粉料包含如下质量份的原料：水泥40～50份、填料3～7份、石英砂8～15份、重质碳酸钙2～5份、稳定剂0.008～0.015份、减水剂0.2～0.5份、缓凝剂0.05～0.2份、早强剂0.5～1.5份；
所述液料包含如下质量份的原料：丙烯酸乳液45～55份、消泡剂0.1～0.4份、润湿剂0.3～0.8份、水3～8份。
本发明的水泥基材料中，所述粉料和液料的质量比优选为3.5～4.5：1.5，进一步优选为4：1.5。
本发明的粉料包含40～50份水泥，优选为42～48份，进一步优选为44～46份，更优选为45份。
本发明中，所述水泥优选包含高铝水泥和硫铝酸盐水泥；所述高铝水泥和硫铝酸盐水泥的质量比优选为3～5：1～2，进一步优选为3.5～4.5：1.5；更优选为4：1.5。
本发明的粉料包含3～7份填料，优选为3.5～6.5份，进一步优选为4～6份，更优选为5份；所述填料优选包含膨胀珍珠岩、空心玻璃微珠和玻化微珠中的一种或几种。
本发明的粉料包含8～15份石英砂，优选为9～14份，进一步优选为10～13份，更优选为11～12份。
石英砂的用量对水泥基材料的收缩量具有显著影响；本发明的石英砂含量能够改善流动性浆体的稳定性以及硬化浆体的体积稳定性，浆体硬化后，在砂浆中起到骨架作用。
本发明中，所述石英砂的粒径优选为0.05～0.30mm，其中，0.05～0.20mm(包含0.20mm)和0.20～0.30mm(不包含0.20mm)的粒径的质量比优选为3～5：1，进一步优选为4：1。
本发明的粉料包含2～5份重质碳酸钙，优选为2.5～4.5份，进一步优选为3～4份，更优选为3.5份。
本发明的粉料包含0.008～0.015份稳定剂，优选为0.01～0.014份，进一步优选为0.011～0.012份；所述稳定剂优选为羟甲基丙基纤维素醚或聚丙烯酰胺。
本发明的稳定剂能够提高水泥砂浆的均匀性、稳定性和保水性。
本发明的粉料包含0.2～0.5份减水剂，优选为0.3～0.4份，进一步优选为0.35份；所述减水剂优选为萘系减水剂、聚羧酸减水剂或木质素磺酸盐类减水剂。
本发明的粉料包含0.05～0.2份缓凝剂，优选为0.08～0.16份，进一步优选为0.1～0.13份；所述缓凝剂优选包含焦磷酸钠、六偏磷酸钠、葡萄糖酸钠和酒石酸钾钠中的一种或几种。
本发明的粉料包含0.5～1.5份早强剂，优选为0.8～1.3份，进一步优选为1～1.2份；所述早强剂优选包含甲酸钙、亚硝酸盐和三乙醇胺中的一种或几种。
早强剂通过提高硬度与缩短水泥砂浆的凝结时间来提高水泥砂浆的早期强度，但是早期强度提升过快会造成水分蒸发过量，产生干裂收缩或收缩裂缝；缓凝剂能够防止水泥砂浆因水分蒸发过快导致的干裂收缩或收缩裂缝，提高硬度和耐磨性，避免模具使用过程中开裂；缓凝剂能使砂浆在较长时间内保持塑性。
本发明的液料包含45～55份丙烯酸乳液，优选为47～53份，进一步优选为49～51份；丙烯酸乳液具有优异的弹性、耐酸碱性和耐候性等特点。
本发明的液料包含0.1～0.4份消泡剂，优选为0.15～0.35份，进一步优选为0.2～0.3份；所述消泡剂优选为丙烯酸酯-乙烯基醚共聚物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚或聚二甲基硅氧烷。
水泥砂浆制备过程中极易产生气泡，气泡会导致砂浆内部出现气孔缺陷，不但影响水泥砂浆材料的性能，还给施工带来不便。消泡剂能够有效消除浆体搅拌中及减水剂、稳定剂带来的气泡的影响，降低孔隙率，提高浆体的强度，但是消泡剂过量会破坏体系内的网络结构，降低消泡效果以及浆体的强度。
本发明的液料包含0.3～0.8份润湿剂，优选为0.4～0.7份，进一步优选为0.5～0.6份；所述润湿剂优选包含磺化油、甘油、丙二醇和吐温-80中的一种或几种。
润湿剂能够改变乳液颗粒的润湿性，使乳液更好地润湿包裹水泥、填料；一般情况下，乳液不能完全覆盖在水泥、填料、石英砂等颗粒表面，会留有一定的“间隙”，润湿剂在水泥砂浆制备中往往会定向吸附在“间隙”中，起到润湿包裹水泥填料的作用，但是过量润湿剂会导致拉伸性能下降。
本发明的液料包含3～8份水，优选为4～7份，进一步优选为5～6份。
本发明还提供了所述的取代模具中树脂的水泥基材料的制备方法，包含如下步骤：
1)将消泡剂、润湿剂和部分水进行第一混合，得到混合液，混合液、丙烯酸乳液和剩余水进行第二混合，得到液料；
2)将重质碳酸钙、稳定剂、减水剂、缓凝剂和早强剂进行第一混合，得到混合料，混合料、水泥、填料和石英砂进行第二混合，得到粉料；
3)将液料和粉料混合，得到取代模具中树脂的水泥基材料。
本发明步骤1)中，部分水和剩余水的质量比优选为6～8：1，进一步优选为7：1；第一混合的时间优选为5～15min，进一步优选为7～13min，更优选为9～11min；第二混合的时间优选为10～20min，进一步优选为12～18min，更优选为14～16min；第一混合和第二混合独立的优选在700～1000r/min的转速下进行，进一步优选在800～900r/min的转速下进行。
本发明步骤2)中，所述第一混合的时间优选为5～15min，进一步优选为7～13min，更优选为9～11min；第二混合的时间优选为8～17min，进一步优选为10～15min，更优选为12～14min；第一混合和第二混合独立的优选在500～700r/min的转速下进行，进一步优选在550～650r/min的转速下进行。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将0.1kg丙烯酸酯-乙烯基醚共聚物、0.3kg磺化油和3kg水以700r/min的转速下搅拌混合12min，得到混合液；将混合液、47kg丙烯酸乳液和0.5kg水以800r/min的转速下搅拌混合18min，得到液料。
将2kg重质碳酸钙、0.009kg羟甲基丙基纤维素醚、0.2kg ZWL-I型减水剂、0.07kg焦磷酸钠和0.6kg甲酸钙以550r/min的转速下搅拌混合12min，得到混合料；将混合料、30kg高铝水泥、10kg硫铝酸盐水泥、3kg膨胀珍珠岩和9kg石英砂(0.05～0.2mm和0.2～0.30mm的粒径的质量比为3：1)以550r/min的转速下搅拌混合15min，得到粉料。
将粉料和液料以质量比3：1混合均匀，得到取代模具中树脂的水泥基材料。
实施例2
将0.4kg聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、0.7kg甘油和7kg水以900r/min的转速下搅拌混合7min，得到混合液；将混合液、52kg丙烯酸乳液和1kg水以900r/min的转速下搅拌混合10min，得到液料。
将4kg重质碳酸钙、0.013kg聚丙烯酰胺、0.4kg木质素磺酸钠减水剂(8061-51-6)、0.18kg六偏磷酸钠和1.3kg亚硝酸钠以650r/min的转速下搅拌混合7min，得到混合料；将混合料、40kg高铝水泥、8kg硫铝酸盐水泥、7kg空心玻璃微珠和14kg石英砂(0.05～0.2mm和0.2～0.30mm的粒径的质量比为5：1)以650r/min的转速下搅拌混合8min，得到粉料。
将粉料和液料以质量比5：2混合均匀，得到取代模具中树脂的水泥基材料。
实施例3
将0.2kg聚二甲基硅氧烷、0.5kg吐温-80和4.2kg水以800r/min的转速搅拌混合10min，得到混合液；将混合液、50kg丙烯酸乳液和0.6kg水以800r/min的转速下搅拌混合15min，得到液料。
将3kg重质碳酸钙、0.011kg聚丙烯酰胺、0.3kg聚羧酸减水剂(SPF-300)、0.15kg酒石酸钾钠和1kg三乙醇胺以600r/min的转速下搅拌混合10min，得到混合料；将混合料、36kg高铝水泥、9kg硫铝酸盐水泥、5kg玻化微珠和12kg石英砂(0.05～0.2mm和0.2～0.30mm的粒径的质量比为4：1)以600r/min的转速下搅拌混合12min，得到粉料。
将粉料和液料以质量比4：1.5混合均匀，得到取代模具中树脂的水泥基材料。
对实施例1～3的水泥基材料进行性能测试，力学性能依据《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999)测试，体积稳定性参照《水泥胶砂干缩试验方法》(JC/T603-2004)测试水泥胶砂干缩率，冲击韧性根据GB/T 21120-2007进行测试。
实施例1～3的水泥基材料分别制成40mm×40mm×l60mm的试件，在室温下分别养护7d、28d，测试养护7d的试件的抗折强度、抗压强度，养护28d的试件的抗折强度、抗压强度、冲击功、干缩率、密度。
实施例1的水泥基材料的7d抗折强度为11.2MPa，7d抗压强度为85.5MPa，28d抗折强度为15.2MPa，28d抗压强度为108.8MPa，干缩率为2.97×10-4；冲击功为8.95kJ，密度为570kg/m3。
实施例2的水泥基材料的7d抗折强度为11.8MPa，7d抗压强度为84.9MPa，28d抗折强度为15.5MPa，28d抗压强度为107.8MPa，干缩率为2.93×10-4；冲击功为8.99kJ，密度为579kg/m3。
实施例3的水泥基材料的7d抗折强度为12.1MPa，7d抗压强度为86.3MPa，28d抗折强度为15.7MPa，28d抗压强度为110.5MPa，干缩率为2.90×10-4；冲击功为9.08kJ，密度为572kg/m3。
由本发明的实施例可知，本发明通过合理选择各原料，控制各原料的用量，得到了具有轻质、高强、高韧、稳定性好的水泥基材料，本发明的水泥基材料耐候性良好、不易变形、成本低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种取代模具中树脂的水泥基材料，其特征在于，包含粉料和液料，所述粉料和液料的质量比为3～5：1～2；
所述粉料包含如下质量份的原料：水泥40～50份、填料3～7份、石英砂8～15份、重质碳酸钙2～5份、稳定剂0.008～0.015份、减水剂0.2～0.5份、缓凝剂0.05～0.2份、早强剂0.5～1.5份；
所述液料包含如下质量份的原料：丙烯酸乳液45～55份、消泡剂0.1～0.4份、润湿剂0.3～0.8份、水3～8份。
2.根据权利要求1所述的水泥基材料，其特征在于，所述水泥包含高铝水泥和硫铝酸盐水泥；所述高铝水泥和硫铝酸盐水泥的质量比为3～5：1～2。
3.根据权利要求1或2所述的水泥基材料，其特征在于，所述填料包含膨胀珍珠岩、空心玻璃微珠和玻化微珠中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的水泥基材料，其特征在于，所述石英砂的粒径为0.05～0.30mm，其中，0.05～0.20mm和0.20～0.30mm的粒径的质量比为3～5：1。
5.根据权利要求4所述的水泥基材料，其特征在于，所述稳定剂为羟甲基丙基纤维素醚或聚丙烯酰胺；所述减水剂为萘系减水剂、聚羧酸减水剂或木质素磺酸盐类减水剂。
6.根据权利要求4所述的水泥基材料，其特征在于，所述缓凝剂包含焦磷酸钠、六偏磷酸钠、葡萄糖酸钠和酒石酸钾钠中的一种或几种；所述早强剂包含甲酸钙、亚硝酸盐和三乙醇胺中的一种或几种。
7.根据权利要求4～6任意一项所述的水泥基材料，其特征在于，所述消泡剂为丙烯酸酯-乙烯基醚共聚物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚或聚二甲基硅氧烷；所述润湿剂包含磺化油、甘油、丙二醇和吐温-80中的一种或几种。
8.权利要求1～7任意一项所述的取代模具中树脂的水泥基材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
1)将消泡剂、润湿剂和部分水进行第一混合，得到混合液，混合液、丙烯酸乳液和剩余水进行第二混合，得到液料；
2)将重质碳酸钙、稳定剂、减水剂、缓凝剂和早强剂进行第一混合，得到混合料，混合料、水泥、填料和石英砂进行第二混合，得到粉料；
3)将液料和粉料混合，得到取代模具中树脂的水泥基材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，部分水和剩余水的质量比为6～8：1；第一混合的时间为5～15min，第二混合的时间为10～20min，第一混合和第二混合独立的在700～1000r/min的转速下进行；
步骤2)所述第一混合的时间为5～15min，第二混合的时间为8～17min，第一混合和第二混合独立的在500～700r/min的转速下进行。
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