CN116119988A - 一种用于生土墙面的调湿加固砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于生土墙面的调湿加固砂浆及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明提供的用于生土墙面的调湿加固砂浆，通过加入引气剂引入孔隙，这些空隙形成连通孔，可以有效改善砂浆在生土墙体加固面层的热湿物理性能，使其与生土材料协调匹配，避免水汽聚集，劣化加固。同时使用纳米纤维素增强砂浆的韧性强度，减水剂增加抗压强度，PVA纤维增强韧性。在本发明限定的范围下，同时很好兼顾的调湿性能和加固性能。此外，纳米纤维素纤维和PVA纤维都是亲水性材料，自身具有吸湿放湿的能力，可以进一步辅助引气剂提高砂浆的调湿性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种用于生土墙面的调湿加固砂浆及其制备方法。
背景技术
我国生土建筑民居历史悠久，但由于生土材料自身力学性能差，且一直暴露在自然环境中，受到风蚀水侵，导致生土建筑墙体的整体性能劣化，出现墙体剥落损坏等现象，这将直接影响生土建筑的安全性。
当前很多居民按照一般砌体结构的加固方式，在生土墙体表面采用砂浆面层加固的方式。但是经过现场调研发现，应用在生土墙体表面的砂浆面层容易脱落剥离，导致加固失效；更有，未剥落的区域生土墙体性能劣化更加严重。这主要是因为常规的砂浆面层的热湿物理性能与生土材料相差较大，其孔隙率和渗透率远低于生土材料，导致大量水在生土-砂浆界面聚集不能通过砂浆面层排出，并且还将导致界面处生土中矿物溶解，材料性能劣化。虽然针对加固砂浆性能的研究已经很多了，但这些研究更多是从强度、韧性等角度出发，但是缺少适应于生土墙面加固的可以和生土墙体热湿物理性能相当的，具有调湿功能的高性能加固砂浆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于生土墙面的调湿加固砂浆及其制备方法，解决了目前缺少适应于生土墙面起加固和调湿砂浆的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明提供一种用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥100g～140g、砂25g～35g、水25g～35g、引气剂0.01g～0.05g、PVA纤维0.2g～0.8g、纳米纤维素0.03g～0.07g、减水剂0.0003g～0.0007g和调湿材料5～10g。
进一步地，所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥120g～130g、砂27g～32g、水27g～32g、引气剂0.02g～0.04g、PVA纤维0.4g～0.6g、纳米纤维素0.04g～0.06g、减水剂0.0004g～0.0006g和调湿材料6g～8g。
进一步地，所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥125g、砂29g、水30g、引气剂0.03g、PVA纤维0.5g、纳米纤维素0.05g、减水剂0.0005和调湿材料7g。
进一步地，在所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆中，所述PVA纤维的长度为5mm-15mm。
进一步地，在所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆中，所述PVA纤维的长度为9mm。
进一步地，在所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆中，所述调湿材料包括：海泡石、活性炭、膨胀珍珠岩、碳纤维、蒙脱石中的一种或几种。
进一步地，在所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆中，所述引气剂包括：松香树脂类、烷基/烷基芳烃磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类、非离子聚醚类或皂甙类。
进一步地，在所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆中，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
本发明提供上述的用于生土墙面的调湿加固砂浆的制备方法，包括：
将引气剂、减水剂和水混合，搅拌至出现泡沫，并继续搅拌至泡沫稳定，得到第一混合料；
将PVA纤维、纳米纤维素、调湿材料和水泥搅拌混合均匀后，加入砂继续搅拌混合均匀，得到第二混合料；
将第一混合料分次加入到第二混合料中搅拌混合均匀。
进一步地，在所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆的制备方法中，将第一混合料分3-5次加入到第二混合料中。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的用于生土墙面的调湿加固砂浆，通过加入引气剂引入孔隙，这些空隙形成连通孔，可以有效改善砂浆在生土墙体加固面层的热湿物理性能，使其与生土材料协调匹配，避免水汽聚集，劣化加固。同时使用纳米纤维素增强砂浆的韧性强度，减水剂增加抗压强度，PVA纤维增强韧性。在本发明限定的范围下，同时很好兼顾的调湿性能和加固性能。此外，纳米纤维素纤维和PVA纤维都是亲水性材料，自身具有吸湿放湿的能力，可以进一步辅助引气剂提高砂浆的调湿性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为试验例2中调湿加固砂浆和普通砂浆的吸湿曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。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。
一种用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥100g～140g、砂25g～35g、水25g～35g、引气剂0.01g～0.05g、PVA纤维0.2g～0.8g、纳米纤维素0.03g～0.07g、减水剂0.0003g～0.0007g和调湿材料5～10g。
其中，所述PVA纤维的长度为5mm-15mm，优选为9mm。所述调湿材料包括：海泡石、活性炭、膨胀珍珠岩、碳纤维、蒙脱石中的一种或几种。所述引气剂包括：松香树脂类、烷基/烷基芳烃磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类、非离子聚醚类或皂甙类，其中，松香树脂类包括有松香热聚物、松香皂及改性松香皂等；烷基/烷基芳烃磺酸盐类包括有十二烷基苯磺酸盐、烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐等；脂肪醇磺酸盐类包括：脂肪醇聚氧乙烯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠等；非离子聚醚类包括：脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯酚聚氧乙烯醚等。皂甙类包括三萜皂甙等
该调湿加固砂浆通过在砂浆中加入引气剂、减水剂和纳米纤维素纤维、PVA纤维的引入，生成强度、韧性和热湿物理性能与生土墙体匹配的调湿高性能加固砂浆。该调湿高性能加固砂浆通过减水剂的加入，将水灰比从0.45减小至0.3，增加水泥砂浆的和易性，并提高强度；通过纳米纤维素的加入，提高砂浆的开裂荷载，通过PVA纤维的加入，利用纤维的桥联作用，增加水泥砂浆的韧性，保证生土墙体的整体性；掺入调湿功能的原材料，加强砂浆的调湿功能；通过引气剂的加入，生成大量连通孔隙，增加砂浆面层的孔隙率，达到保温隔热的作用，同时利于水汽传输，避免水汽在加固砂浆-生土墙体界面聚集，保证加固砂浆-生土墙面界面粘结性能，同时避免生土材料劣化，保证砂浆面层加固的有效性。
该用于生土墙面的调湿加固砂浆，通过加入引气剂引入孔隙，这些空隙形成连通孔，可以有效改善砂浆在生土墙体加固面层的热湿物理性能，使其与生土材料协调匹配，避免水汽聚集，劣化加固。同时使用纳米纤维素增强砂浆的韧性强度，减水剂增加抗压强度，PVA纤维增强韧性。在本发明限定的范围下，同时很好兼顾的调湿性能和加固性能。此外，纳米纤维素纤维和PVA纤维都是亲水性材料，自身具有吸湿放湿的能力，可以进一步辅助引气剂提高砂浆的调湿性能。
实施例1：
本实施例的用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥100g、砂25g、水25g、松香0.01g、长度为9mm的PVA纤维0.2g、纳米纤维素0.03g、聚羧酸减水剂0.0003g和膨胀珍珠岩5g。
本实施例的用于生土墙面的调湿加固砂浆的制备方法，包括：
将引气剂、减水剂和水混合，搅拌至出现泡沫，并继续搅拌至泡沫稳定，得到第一混合料；
将PVA纤维、纳米纤维素、调湿材料和水泥搅拌混合均匀后，加入砂继续搅拌混合均匀，得到第二混合料；
将第一混合料分5次加入到第二混合料中搅拌混合均匀。
实施例2：
本实施例的用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥120g、砂27g、水27g、松香酸钠0.02g、长度为5mm的PVA纤维0.4g、纳米纤维素0.04g、聚羧酸减水剂0.0004g和活性炭6g。
本实施例的用于生土墙面的调湿加固砂浆的制备方法，包括：
将引气剂、减水剂和水混合，搅拌至出现泡沫，并继续搅拌至泡沫稳定，得到第一混合料；
将PVA纤维、纳米纤维素、调湿材料和水泥搅拌混合均匀后，加入砂继续搅拌混合均匀，得到第二混合料；
将第一混合料分4次加入到第二混合料中搅拌混合均匀。
实施例3：
本实施例的用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥125g、砂29g、水30g、十二烷基苯磺酸钠0.03g、长度为7mm的PVA纤维0.5g、纳米纤维素0.05g、聚羧酸减水剂0.0005和膨胀珍珠岩7g。
本实施例的用于生土墙面的调湿加固砂浆的制备方法，包括：
将引气剂、减水剂和水混合，搅拌至出现泡沫，并继续搅拌至泡沫稳定，得到第一混合料；
将PVA纤维、纳米纤维素、调湿材料和水泥搅拌混合均匀后，加入砂继续搅拌混合均匀，得到第二混合料；
将第一混合料分3次加入到第二混合料中搅拌混合均匀。
实施例4：
本实施例的用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥130g、砂32g、水32g、三萜皂甙0.04g、长度为12mm的PVA纤维0.6g、纳米纤维素0.06g、聚羧酸减水剂0.0006g和碳纤维8g。
本实施例的用于生土墙面的调湿加固砂浆的制备方法与实施例1一致。
实施例5：
本实施例的用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥140g、砂35g、水35g、松香0.05g、长度为15mm的PVA纤维0.8g、纳米纤维素0.07g、聚羧酸减水剂0.0007g和蒙脱石10g。
本实施例的用于生土墙面的调湿加固砂浆的制备方法与实施例1一致。
对照例1
本对照例的普通砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥100g、砂25g、水25g、长度为9mm的PVA纤维0.2g、纳米纤维素0.03g、聚羧酸减水剂0.0003g和膨胀珍珠岩5g。
试验例1：
将实施例1的调湿加固砂浆和对照例1中的砂浆凝固后通过切割工艺加工直径50mm高度20mm的圆盘样品，参考国际标准ISO 1514:2002,进行加固砂浆的热湿物性参数的实验，具体步骤如下：
①制作样品，放入105±1℃的电热鼓风干燥箱中热烘7天，取出放入干燥器中冷却至室温。
②将试件侧面与上表面用铝箔纸严密粘牢包裹，在试件上表面留出透气小孔便于排气，在侧面靠近下表面边缘的位置留下一定宽度不包裹，防止液态水从铝箔与试件的缝隙处被吸收。
③准备一个浅盘，倒入一定量液态水并放入支撑支架，将制作好的吸水试件放置在支撑架上，保证液态水与样品接触，并在一维方向上吸水。
④每隔一段时间对样品进行称重，当质量保持稳定后，视为样品达到饱和状态，完成实验。
通过计算样品体积和干燥后和饱和后达到质量平衡后，获取砂浆的基本物理参数。测试结果如下表1所示：
表1砂浆物理性能结果表
| <![CDATA[表观密度(kg/m<sup>3</sup>)]]> | <![CDATA[饱和含湿量(kg/m<sup>3</sup>)]]> | 孔隙率(％) | <![CDATA[骨架密度(kg/m<sup>3</sup>)]]> | |
| 实施例1样品 | 1534.0 | 379.4 | 38 | 2478.3 |
| 对照例1样品 | 1990.5 | 246.8 | 24 | 2644.4 |
从表1可以看出，引气剂的加入对加固砂浆的物理特性有较大改变：加入引气剂的调湿加固砂浆的表观密度值从1990kg/m3下降到1534kg/m3，饱和含湿量从246.8kg/m3上升到379.4kg/m3，孔隙率从24％上升到38％，骨架密度从2644.4kg/m3降低到2478.3kg/m3。说明实施例1中的样品具有更强的调湿功能。
试验例2
将实施例1的调湿加固砂浆和对照例1中的加固砂浆凝固后通过切割工艺加工直径50mm，高度20mm的圆盘样品，具体实验步骤如下：
①制作样品，放入105±1℃的电热鼓风干燥箱中热烘7天，取出放入干燥器中冷却至室温。
②通过自制密封试验设备，在恒温条件下，将样品放置在恒定湿度环境定期测试样品重量变化，等待样品重量稳定，记录下该湿度样品含湿量；从低湿度到高湿度逐级进行上一步，得到不同湿度条件下的样品含湿量，通过上述实验获取两组砂浆的吸湿曲线，如图1所示。
从图1可以看出，实施例1的调湿加固砂浆的含湿量都大于对照例1的砂浆，尤其是在高湿度环境下，其增大幅度更大。
试验例3：单一因素对调湿加固砂浆影响
1、PVA纤维长度对调湿加固砂浆的影响
本试验例的用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥100g、砂25g、水25g、松香0.01g、PVA纤维0.2g、纳米纤维素0.03g、聚羧酸减水剂0.0003g和膨胀珍珠岩5g；其中PVA纤维长度分别为3cm、5cm、9cm、15cm和18cm。按照以下步骤进行样品抗压强度测试：
(1)按照规范搅拌砂浆，制得标准砂浆立方体样品；
(2)在万能试验机上，按照位移控制方法，以0.1mm/min加载；取加载荷载最大值除以样品受压截面面积作为抗压强度。测试结果见表2。
表2PVA纤维长度对调湿加固砂浆的影响
| PVA纤维/cm | 3 | 5 | 9 | 15 | 18 |
| 抗压强度/MPa | 29.8 | 32.4 | 37.2 | 34.7 | 33.2 |
从上表可以得到使用9mm长的PVA纤维得到的抗压强度值最高。
2、减水剂含量对调湿加固砂浆的影响
本试验例的用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥100g、砂25g、水25g、松香0.01g、PVA纤维0.2g、纳米纤维素0.03g和膨胀珍珠岩5g，聚羧酸减水剂的用量分别为0g、0.0003g、0.0005g、0.0007g、0.009g。按照以下步骤进行样品抗压强度测试：
(1)按照规范搅拌砂浆，制得标准砂浆立方体样品；
(2)在万能试验机上，按照位移控制方法，以0.1mm/min加载；取加载荷载最大值除以样品受压截面面积作为抗压强度。测试结果见表3。
表3减水剂含量对调湿加固砂浆的影响
| 减水剂含量/g | 0 | 0.0003 | 0.0005 | 0.0007 | 0.0009 |
| 抗压强度/MPa | 39.8 | 40.1 | 42.9 | 40.3 | 38.2 |
从上表3可以得到减水剂用量在0.0005g时，调湿加固砂浆纤维得到的抗压强度值最高。
3、引气剂含量对调湿加固砂浆的影响
本试验例的用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥100g、砂25g、水25g、PVA纤维0.2g、纳米纤维素0.03g、聚羧酸减水剂0.0003g和膨胀珍珠岩5g，松香用量为0g、0.01g、0.02g、0.05g、0.06g。按照以下步骤进行样品测试：
(1)按照规范搅拌砂浆，制得直径为50mm厚度为25mm的圆盘样品，放置在材料机上，上下两端为线接触；
(2)按照位移控制方法，以0.1mm/min加载；取加载荷载最大值除以样品劈裂面积的两倍作为抗拉强度。
(3)按照规范搅拌砂浆，制得标准砂浆立方体样品；
(4)在万能试验机上，按照位移控制方法，以0.1mm/min加载；取加载荷载最大值除以样品受压截面面积作为抗压强度。测试结果见表4。
表4引气剂含量对调湿加固砂浆的影响
| 引气剂含量/g | 0 | 0.01 | 0.02 | 0.05 | 0.06 |
| 劈裂强度/MPa | 5.4 | 2.2 | 2.8 | 1.9 | 1.5 |
| 抗压强度/MPa | 41.2 | 24.6 | 18.4 | 15.1 | 14.3 |
从表4中可以得到引气剂在少量掺入时砂浆的劈裂强度和抗压强度会略微提降低，但是随着掺量的加入，会导致其强度明显下降。
4、调湿材料含量对调湿加固砂浆的影响
本试验例的用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥100g、砂25g、水25g、松香0.01g、PVA纤维0.2g、纳米纤维素0.03g和聚羧酸减水剂0.0003g，膨胀珍珠岩用量分别为3g、5g、7g、10g、12g。按照以下步骤进行样品测试：
(1)按照规范搅拌砂浆，制得直径为50mm厚度为25mm的圆盘样品，放置在材料机上，上下两端为线接触；
(2)按照位移控制方法，以0.1mm/min加载；取加载荷载最大值除以样品劈裂面积的两倍作为抗拉强度。
(3)按照规范搅拌砂浆，制得标准砂浆立方体样品；
(4)在万能试验机上，按照位移控制方法，以0.1mm/min加载；取加载荷载最大值除以样品受压截面面积作为抗压强度。测试结果见表5。
表5膨胀珍珠岩含量对调湿加固砂浆的影响
从表5中可以看出，不同珍珠岩含量导致砂浆劈裂强度和抗压强度在少量掺入时会略微提高，但是随着掺量的加入，会导致其强度明显下降。
5、纳米纤维素含量对调湿加固砂浆的影响
本试验例的用于生土墙面的调湿加固砂浆，主要包括以下重量的原料制成：水泥100g、砂25g、水25g、松香0.01g、PVA纤维0.2g、聚羧酸减水剂0.0003g和海泡石5g，纳米纤维素用量为0.01g、0.03g、0.05g、0.07g、0.09g。按照以下步骤进行样品测试：
(1)按照规范搅拌砂浆，制得直径为50mm厚度为25mm的圆盘样品，放置在材料机上，上下两端为线接触；
(2)按照位移控制方法，以0.1mm/min加载；取加载荷载最大值除以样品劈裂面积的两倍作为抗拉强度。
(3)按照规范搅拌砂浆，制得标准砂浆立方体样品；
(4)在万能试验机上，按照位移控制方法，以0.1mm/min加载；取加载荷载最大值除以样品受压截面面积作为抗压强度。测试结果见表6。
表6纳米纤维素含量对调湿加固砂浆的影响
从表6中可以看出，纳米纤维素导致砂浆劈裂强度和抗压强度在少量掺入时会略微提高，但是随着掺量的加入，会导致其强度下降，并且在搅拌过程中容易出现搅拌不均匀，样品差异性大的问题。
通过试验例3单一因素对调湿加固砂浆的影响可以看出，引气剂含量增多，会导致孔隙率增多，保温调湿性能好，但是强度降低；PVA纤维含量在少量掺入时，随掺入量增大，其韧性提高；在达到一定量后，随掺入量增大，其韧性降低，并且会出现团聚，大大减小加固砂浆强度；PVA纤维长度若太短，则韧性提高有限，若纤维长度过长，则可能出现团聚，大大影响其性能；纳米纤维素在少量掺入时，会提高抗拉强度、抗压强度，韧性也有改善，但当掺入量过多时，则会降低这些性能，并且导致凝结时间增长；减水剂在一定掺入量内，会增加加固砂浆和易性，因此间接提高加固砂浆强度；调湿材料会一定程度影响砂浆性能，因此掺入量不宜过多。另外，水泥含量增多会导致调湿加固砂浆强度增大，水泥标号提高，加固砂浆强度增大；砂含量增多会导致抗压强度增大；水含量增多会导致孔隙率增多，强度减小。在本发明合理的范围下，才能同时很好兼顾的调湿性能和加固性能。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于生土墙面的调湿加固砂浆，其特征在于，主要包括以下重量的原料制成：水泥100g～140g、砂25g～35g、水25g～35g、引气剂0.01g～0.05g、PVA纤维0.2g～0.8g、纳米纤维素0.03g～0.07g、减水剂0.0003g～0.0007g和调湿材料5～10g。
2.根据权利要求1所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆，其特征在于，主要包括以下重量的原料制成：水泥120g～130g、砂27g～32g、水27g～32g、引气剂0.02g～0.04g、PVA纤维0.4g～0.6g、纳米纤维素0.04g～0.06g、减水剂0.0004g～0.0006g和调湿材料6g～8g。
3.根据权利要求1所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆，其特征在于，主要包括以下重量的原料制成：水泥125g、砂29g、水30g、引气剂0.03g、PVA纤维0.5g、纳米纤维素0.05g、减水剂0.0005和调湿材料7g。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆，其特征在于，所述PVA纤维的长度为5mm-15mm。
5.根据权利要求1-3任一项所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆，其特征在于，所述PVA纤维的长度为9mm。
6.根据权利要求1-3任一项所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆，其特征在于，所述调湿材料包括：海泡石、活性炭、膨胀珍珠岩、碳纤维、蒙脱石中的一种或几种。
7.根据权利要求1-3任一项所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆，其特征在于，所述引气剂包括：松香树脂类、烷基/烷基芳烃磺酸盐类、脂肪醇磺酸盐类、非离子聚醚类或皂甙类。
8.根据权利要求1-3任一项所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆的制备方法，其特征在于，包括：
将引气剂、减水剂和水混合，搅拌至出现泡沫，并继续搅拌至泡沫稳定，得到第一混合料；
将PVA纤维、纳米纤维素、调湿材料和水泥搅拌混合均匀后，加入砂继续搅拌混合均匀，得到第二混合料；
将第一混合料分次加入到第二混合料中搅拌混合均匀。
10.根据权利要求9所述的用于生土墙面的调湿加固砂浆的制备方法，其特征在于，将第一混合料分3-5次加入到第二混合料中。
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