CN116535180B - 一种纤维增强砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及建筑技术材料领域，具体公开了一种纤维增强砂浆及其制备方法。一种纤维增强砂浆，包括以下重量份的原料：石膏60‑70份，保温玻化微珠30‑40份，乳胶粉0.1‑0.3份，缓凝剂0.05‑0.25份，引气剂0.008‑0.012份，聚丙烯纤维0.05‑0.15份，木质纤维0.01‑0.03份，纤维素醚0.01‑0.03份，聚乙烯醇0.5‑1.2份。本申请的一种纤维增强砂浆，通过聚丙烯纤维和木质纤维的添加提高砂浆的强度和抗开裂性能，同时在各个组分的相互协同作用下，增强了砂浆体系组分之间的结合力，提高了砂浆的密实度和抗冲击性能，减少了砂浆容易开裂的现象。
Description
技术领域
本申请涉及建筑技术材料领域，更具体地说，它涉及一种纤维增强砂浆及其制备方法。
背景技术
砂浆是由无机胶凝材料、细集料和水按比例拌合而成的黏结物质，石膏砂浆具有粘接性能强、落地灰、早强快硬等优点，被广泛应用于建筑工程中，可以保护墙体、地面不受风雨及有害杂质的侵蚀，同时促使建筑外表面平整、清洁、美观的效果。
但是在实际使用过程中，砂浆后期水分挥发后，内部收缩比较严重，耐久性能差，容易开裂，因此容易引起建筑外墙开裂、剥落、渗漏的现象，从而影响建筑外墙的耐久性能。
发明内容
为了改善砂浆的抗开裂性能，本申请提供一种纤维增强砂浆及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种纤维增强砂浆，采用如下的技术方案：
一种纤维增强砂浆，包括以下重量份的原料：石膏60-70份，保温玻化微珠30-40份，乳胶粉0.1-0.3份，缓凝剂0.05-0.25份，引气剂0.008-0.012份，聚丙烯纤维0.05-0.15份，木质纤维0.01-0.03份，纤维素醚0.01-0.03份，聚乙烯醇0.5-1.2份。
通过采用上述技术方案，使用保温玻化微珠添加到石膏砂浆中，可以提高砂浆的和易流动性和自抗强度，减小砂浆收缩率，从而提高砂浆的抗开裂性能。乳胶粉添加到砂浆中可以形成聚合物薄膜，与石膏表面连接成一层柔韧性的薄膜，从而促使砂浆具有优异的柔韧性、粘接性能和保水性，减少砂浆开裂的现象。聚丙烯纤维和木质纤维能够均匀、无规则分布在石膏砂浆中，可以减少裂缝的形成和发展，促进砂浆体系更加密实，明显提高砂浆的抗开裂性能、抗冲击性能和强度。
纤维素醚可以提高石膏砂浆体系的粘度，减少砂浆的分层，可以减少砂浆的开裂现象，具有保水和防水的效果。聚乙烯醇可以在石膏砂浆中起到成膜的作用，可以与砂浆的水化产物组成三维网状结构，从而增强砂浆的黏接强度和柔韧性，提高砂浆早期的抗裂性和抗变形能力。
优选的，所述砂浆原料还包括甲基丙烯酸甲酯0.03-0.05份，光引发剂0.01-0.03份。
通过采用上述技术方案，通过甲基丙烯酸甲酯可以对聚丙烯纤维表面酯基转化成氨基，在光引发剂的作用下，聚丙烯纤维表面产生自由基，从而将甲基丙烯酸甲酯接枝到聚丙烯纤维的表面，提高聚丙烯纤维在砂浆体系中的相容性，增强聚丙烯纤维与砂浆体系各组分之间的结合力，促使石膏砂浆体系具有优异的分散性，进一步提高石膏砂浆的抗开裂性能和强度。
优选的，所述砂浆原料还包括柠檬酸0.01份-0.02份，乙二胺0.005-0.01份。
通过采用上述技术方案，柠檬酸可以在木质纤维的表面引入羧基，促进木质纤维与砂浆体系中阳离子的结合，乙二胺可以在木质纤维的表面引入氨基，增强木质纤维与阴离子的结合力，促进砂浆体系各组分之间的结合力和密实度。另一方面，乙二胺还可以与甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯纤维的复合物发生酰胺化反应，促进聚丙烯纤维稳定、均匀的分散在石膏砂浆体系中，增强石膏砂浆的抗开裂能力。
优选的，所述缓凝剂包括以下重量份的原料：聚丙烯酸钠8-15份，水15-23份，十二烷基苯磺酸钠10-15份，葡萄糖酸钠2-5份，聚氧乙烯醚8-12份，碳酸氢铵3-5份，魔芋淀粉5-8份。
通过采用上述技术方案，聚丙烯酸钠可以提高砂浆的保水性和粘聚性，维持石膏砂浆内部的相对湿度，提高石膏砂浆的水化程度和密实度。聚氧乙烯醚添加到砂浆中，可以对石膏颗粒起到一定的分散作用，具有高效减水的效果。碳酸氢铵和葡萄糖酸钠复配具有较好的缓凝作用，葡萄糖酸钠和聚氧乙烯醚复配之后可以提高聚氧乙烯醚的分散性能，在石膏砂浆中起到缓凝和减水的双重效果。魔芋淀粉添加到石膏砂浆中，具有增黏、抗盐的性能，同时还起到保水的作用。
优选的，所述引气剂包括以下重量份的原料：松香酸钠40-60份，水90-110份，新戊二醇8-12份，乙二醇8-12份。
通过采用上述技术方案，松香酸钠加入到砂浆中，可以产生较多的气泡，引入大量不连续、微小且封闭的气泡，从而提高砂浆的和易性和流动性，改善砂浆基材中孔径分布，抵抗砂浆受冻时产生的冻胀应力，提高砂浆的抗渗性、耐久性和抗冻能力。新戊二醇和乙二醇复配使用，可以提高引气剂的储存稳定性，减少松香酸钠结晶，提高砂浆的耐久性能。
优选的，所述保温玻化微珠粒径为0.5mm-2mm。
通过采用上述技术方案，选择粒径在合适范围内的保温玻化微珠，可以促使砂浆中颗粒之间的孔隙最少，降低颗粒之间的传热，从而提高砂浆的保温效果。
第二方面，本申请提供一种纤维增强砂浆的制备方法，采用如下的技术方案：一种纤维增强砂浆的制备方法，包括以下具体步骤：预先将石膏和保温玻化微珠混合，然后加入乳胶粉、缓凝剂和引气剂混合，形成混合料，然后向混合料中添加聚丙烯纤维、木质纤维、纤维素醚和聚乙烯醇混合，制得纤维增强砂浆。
通过采用上述技术方案，在砂浆体系中各个组份的配合作用下，制备的纤维增强砂浆具有优异的强度和抗开裂性能，同时，砂浆体系中各组分相互结合，提高了石膏砂浆的密实度，进一步减少砂浆开裂的现象。
优选的，预先将聚丙烯纤维浸入光引发剂中，在氮气的保护下，使用紫外光照射5-10min，然后浸入甲基丙烯酸甲酯中继续紫外线照射，取出聚丙烯纤维，洗涤后干燥，制得改性聚丙烯纤维。
通过采用上述技术方案，在紫外光照射作用下，光引发剂促使聚丙烯纤维脱氢产生自由基，然后发生接枝反应，在聚丙烯纤维表面引入甲基丙烯酸甲酯，提高聚丙烯纤维在砂浆中的相容性，进一步提高砂浆的抗开裂性能。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用聚丙烯纤维和木质纤维加入到砂浆中，与其他组分相互结合，减少砂浆中裂缝的形成和发展，促使砂浆基体更加密实，提高砂浆的抗开裂性能、耐冲击性能和强度。同时，使用纤维素醚还可以提高砂浆体系的粘度，减少砂浆的分层，进一步减少砂浆开裂的现象。
2、本申请中优选甲基丙烯酸甲酯接枝到聚丙烯纤维的表面，促进聚丙烯纤维均匀、稳定的分散在砂浆体系中，提高砂浆的抗开裂性能和耐久性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
聚丙烯酸钠分子量为10000。
聚氧乙烯醚分子量为1124。
聚丙烯纤维长度为5mm-6mm。
聚乙烯醇选择为长春化工有限公司PVA2488。
缓凝剂的制备例
制备例1
一种混凝剂包括以下重量份的原料：聚丙烯酸钠11kg，水19kg，十二烷基苯磺酸钠13kg，葡萄糖酸钠3kg，聚氧乙烯醚10kg,碳酸氢铵4kg，魔芋淀粉7kg。
一种混凝剂的制备方法，包括以下具体步骤：将碳酸氢铵和魔芋淀粉混合，在40℃下，以100r/min的速度搅拌，然后边搅拌边加入十二烷基苯磺酸钠、葡萄碳酸钠、水和聚氧乙烯醚，继续搅拌10min后，再加入聚丙烯酸钠，以150r/min的速度搅拌20min，制得混凝剂。
制备例2-3
制备例2-3与制备例1的区别在于，混凝剂原料中各组分的使用量不同，具体见表1。
表1：制备例1-3中各组分含量表
制备例4
制备例4与制备例1的区别在于，缓凝剂原料中不使用聚氧乙烯醚。
制备例5
制备例5与制备例1的区别在于，缓凝剂原料中不使用葡萄糖酸钠和聚氧乙烯醚。
引气剂的制备例
制备例6
一种引气剂包括以下重量份的原料：引气剂包括以下重量份的原料：松香酸钠50kg，水100kg，新戊二醇10kg，乙二醇10kg。
引气剂的制备方法，包括以下具体步骤：
将水和松香酸钠混合，以100r/min的速度搅拌10min，加热至80℃，边搅拌边缓慢加入乙二醇和新戊二醇混合，保温20min，制得引气剂。
制备例7
制备例7与制备例6的区别在于，引气剂原料中松香酸钠的使用量为40kg，水的使用量为90kg，新戊二醇的使用量为12kg，乙二醇的使用量为12kg。
制备例8
制备例8与制备例6的区别在于，引气剂原料中松香酸钠的使用量为60kg，水的使用量为110kg，新戊二醇的使用量为8kg，乙二醇的使用量为8kg。
实施例
实施例1
一种纤维增强砂浆，包括以下重量份的原料：石膏65kg，保温玻化微珠35kg，乳胶粉0.2kg，缓凝剂0.15kg，引气剂0.01kg，聚丙烯纤维0.1kg，木质纤维0.02kg，纤维素醚0.02kg，聚乙烯醇0.9kg，水8kg。其中缓凝剂来源于制备例1，引气剂来源于制备例6，纤维素醚为羟乙基纤维素醚,保温玻化微珠的粒径为1.2mm-1.3mm。
纤维增强砂浆的制备方法，包括以下具体步骤：将石膏和保温玻化微珠混合，以200r/min的速度搅拌10min，然后边搅拌边加入水混合搅拌10min，再加入乳胶粉、缓凝剂和引气剂混合，以200r/min的速度搅拌20min，形成混合料，然后向混合料中加入聚丙烯纤维、木质纤维、纤维素醚混合，以2000r/min的速度剪切分散20min，最后加入聚乙烯醇，以200r/min的速度搅拌20min，制得纤维增强砂浆。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，纤维增强砂浆原料中石膏的使用量为60kg，保温玻化微珠的使用量为30kg，乳胶粉的使用量为0.3kg，缓凝剂的使用量为0.25kg，引气剂的使用量为0.008kg，聚丙烯纤维的使用量为0.15kg，木质纤维的使用量为0.01kg，纤维素醚的使用量为0.01kg，聚乙烯醇的使用量为1.2kg，水的使用量为5kg，缓凝剂来源于制备例2，引气剂来源于制备例7，纤维素醚为羧甲基纤维素醚，保温玻化微珠的粒径为0.5mm-0.6mm。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，纤维增强砂浆原料中石膏的使用量为70kg，保温玻化微珠的使用量为40kg，乳胶粉的使用量为0.1kg，缓凝剂的使用量为0.05kg，引气剂的使用量为0.012kg，聚丙烯纤维的使用量为0.05kg，木质纤维的使用量为0.03kg，纤维素醚的使用量为0.03kg，聚乙烯醇的使用量为0.5kg，水的使用量为10kg，缓凝剂来源于制备例3，引气剂来源于制备例8，纤维素醚为甲基纤维素，保温玻化微珠的粒径为1.9mm-2mm。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，纤维增强砂浆原料中缓凝剂来源于制备例4。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，纤维增强砂浆原料中缓凝剂来源于制备例5。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于，纤维增强砂浆原料中还包括甲基丙烯酸甲酯0.04kg，光引发剂0.02kg，其中光引发剂为二苯甲酮。
纤维增强砂浆的制备方法，包括以下具体步骤：
S1：预先将聚丙烯纤维浸入光引发剂中，在氮气的保护下，使用紫外光照射8min，紫外光波长为254nm，取出聚丙烯纤维，然后浸入甲基丙烯酸甲酯中继续紫外线照射，然后取出聚丙烯纤维，使用丙酮洗涤后，干燥，制得改性聚丙烯纤维。
S2：将石膏和保温玻化微珠混合，以200r/min的速度搅拌10min，然后边搅拌边加入水混合搅拌10min，再加入乳胶粉、缓凝剂和引气剂混合，以200r/min的速度搅拌20min，形成混合料，然后向混合料中加入改性聚丙烯纤维、木质纤维、纤维素醚混合，以2000r/min的速度剪切分散20min，最后加入聚乙烯醇，以200r/min的速度搅拌20min，制得纤维增强砂浆。
实施例7
实施例7与实施例6的区别在于，纤维增强砂浆原料中甲基丙烯酸甲酯的使用量为0.03kg，光引发剂的使用量为0.01kg。
实施例8
实施例8与实施例6的区别在于，纤维增强砂浆原料中甲基丙烯酸甲酯的使用量为0.05kg，光引发剂的使用量为0.03kg。
实施例9
实施例9与实施例6的区别在于，纤维增强砂浆原料还包括柠檬酸0.015kg，乙二胺0.008kg。
纤维增强砂浆的制备方法，包括以下具体步骤：
S1：预先将聚丙烯纤维浸入光引发剂中，在氮气的保护下，使用紫外光照射8min，紫外光波长为254nm，取出聚丙烯纤维，然后浸入甲基丙烯酸甲酯中继续紫外线照射，然后取出聚丙烯纤维，使用丙酮洗涤后，干燥，制得改性聚丙烯纤维。
S2：柠檬酸与水混合后形成柠檬酸水溶液，柠檬酸与水的质量比为1:10，然后将木质纤维浸泡在柠檬酸水溶液中，浸泡30min后，取出木质纤维，在50℃烘干24h，然后将木质纤维升温至120℃，保温1h后，冷却，然后使用蒸馏水洗涤木质纤维，然后与乙二胺混合，在80℃下，水浴搅拌2h，然后取出木质纤维，使用蒸馏水洗涤，在50℃下烘干，制得改性木质纤维。
S3：将石膏和保温玻化微珠混合，以200r/min的速度搅拌10min，然后边搅拌边加入水混合搅拌10min，再加入乳胶粉、缓凝剂和引气剂混合，以200r/min的速度搅拌20min，形成混合料，然后向混合料中加入改性聚丙烯纤维、改性木质纤维、纤维素醚混合，以2000r/min的速度剪切分散20min，最后加入聚乙烯醇，以200r/min的速度搅拌20min，制得纤维增强砂浆。
实施例10
实施例10与实施例9的区别在于，纤维增强砂浆原料中柠檬酸的使用量为0.01kg，乙二胺的使用量为0.005kg。
实施例11
实施例11与实施例9的区别在于，纤维增强砂浆原料中柠檬酸的使用量为0.02kg，乙二胺的使用量为0.01kg。
实施例12
实施例12与实施例9的区别在于，纤维增强砂浆原料中不使用乙二胺。
纤维增强砂浆的制备方法，包括以下具体步骤：
S1：预先将聚丙烯纤维浸入光引发剂中，在氮气的保护下，使用紫外光照射8min，紫外光波长为254nm，取出聚丙烯纤维，然后浸入甲基丙烯酸甲酯中继续紫外线照射，然后取出聚丙烯纤维，使用丙酮洗涤后，干燥，制得改性聚丙烯纤维。
S2：柠檬酸与水混合后形成柠檬酸水溶液，柠檬酸与水的质量比为1:10，然后将木质纤维浸泡在柠檬酸水溶液中，浸泡30min后，取出木质纤维，在50℃烘干24h，然后将木质纤维升温至120℃，保温1h后，冷却，然后使用蒸馏水洗涤木质纤维，在50℃下烘干后，制得改性木质纤维。
S3：将石膏和保温玻化微珠混合，以200r/min的速度搅拌10min，然后边搅拌边加入水混合搅拌10min，再加入乳胶粉、缓凝剂和引气剂混合，以200r/min的速度搅拌20min，形成混合料，然后向混合料中加入改性聚丙烯纤维、改性木质纤维、纤维素醚混合，以2000r/min的速度剪切分散20min，最后加入聚乙烯醇，以200r/min的速度搅拌20min，制得纤维增强砂浆。
对比例
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，纤维增强砂浆原料中不使用聚丙烯纤维和木质纤维。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，纤维增强砂浆原料中不使用聚丙烯纤维、木质纤维和纤维素醚。
性能检测试验
根据本申请实施例1-12和对比例1-2提供的纤维增强砂浆进行如下性能检测，具体检测结果见表2。
检测方法
一、抗压强度
参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度试验》的标准，在温度(20±5℃)的环境下，养护28天后，检测纤维增强砂浆的抗压强度。
二、压折比
参照GB/T29906-2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》中的抹面胶浆性能指标，对本申请制备的纤维增强砂浆进行检测。
三、横向变形能力
参照JC/T1004-2006《陶瓷墙地砖填缝剂》附录B标准，对本申请制备的纤维增强砂浆进行检测。
表2：性能检测数据表
由性能检测结果可知，本申请实施例制备的纤维增强砂浆具有优异的强度和抗开裂性能，通过对纤维增强砂浆压折比和横向变形能力的测定，进一步说明本申请在各个组分的相互协同作用下，提高了石膏砂浆的韧性、强度和抗开裂性能，增强砂浆体系中各组分的结合力，减少后期水分挥发后，砂浆容易开裂的现象。在本申请实施例1-3中，砂浆原料中各组分的使用量不同，其中实施例1制备的纤维增强砂浆的综合性能更优。
在本申请实施例4-5中，实施例4中不使用聚氧乙烯醚，实施例5中不使用聚氧乙烯醚和葡萄糖酸钠，由性能检测结果可知，砂浆的综合性能均略有下降，在砂浆体系中，葡萄糖不仅有减水的作用，同时葡萄糖和聚氧乙烯醚复配之后，还可以提高聚氧乙烯醚的分散性，进一步提高聚氧乙烯醚在砂浆体系中的减水作用，减少砂浆后期因为水分挥发而开裂的现象。
在本申请实施例6-8中，在砂浆体系中添加不同使用量的甲基丙烯酸甲酯，由性能检测结果可知，砂浆的韧性和抗压强度进一步得到提升，进一步说明，甲基丙烯酸甲酯对聚丙烯纤维的改性，能够明显促进聚丙烯纤维均匀、稳定的分散在砂浆体系中，进一步提高砂浆的抗开裂能力以及抗开裂的持久性。
在本申请实施例9-11中，在砂浆体系中添加不同使用量的柠檬酸和乙二胺，由性能检测结果可知，砂浆的抗压强度和柔韧性进一步得到提升，进一步说明，柠檬酸和乙二胺对木质纤维的改性，能够促进木质纤维与砂浆中的阴离子、阳离子牢固的结合在一起，增强砂浆体系中组分之间的结合力，提高砂浆的抗渗耐久性和密实度，减少后期砂浆水分挥发开裂的现象。
由对比例1、2和实施例1的性能检测结果相比较可知，对比例1中不使用聚丙烯纤维和木质纤维，对比例2中不使用聚丙烯纤维、木质纤维和纤维素醚。对比例1、2制备的砂浆综合性能大幅下降，进一步说明聚丙烯纤维、木质纤维对砂浆强度和抗开裂性能具有明显的促进作用，同时纤维素醚可以增强砂浆体系的粘度，促使砂浆体系中各组分之间的黏度，减少砂浆的分层、开裂的现象，进一步提高砂浆的抗开裂性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种纤维增强砂浆，其特征在于，包括以下重量份的原料：石膏60-70份，保温玻化微珠30-40份，乳胶粉0.1-0.3份，缓凝剂0.05-0.25份，引气剂0.008-0.012份，聚丙烯纤维0.05-0.15份，木质纤维0.01-0.03份，纤维素醚0.01-0.03份，聚乙烯醇0.5-1.2份，甲基丙烯酸甲酯0.03-0.05份，光引发剂0.01-0.03份，柠檬酸0.01份-0.02份，乙二胺0.005-0.01份；
所述引气剂包括以下重量份的原料：松香酸钠40-60份，水90-110份，新戊二醇8-12份，乙二醇8-12份。
2.根据权利要求1所述的纤维增强砂浆，其特征在于：所述缓凝剂包括以下重量份的原料：聚丙烯酸钠8-15份，水15-23份，十二烷基苯磺酸钠10-15份，葡萄糖酸钠2-5份，聚氧乙烯醚8-12份，碳酸氢铵3-5份，魔芋淀粉5-8份。
3.根据权利要求1所述的纤维增强砂浆，其特征在于：所述纤维素醚为甲基纤维素、羟乙基纤维素醚和羧甲基纤维素醚中的一种。
4.根据权利要求1所述的纤维增强砂浆，其特征在于：所述保温玻化微珠粒径为0.5mm-2mm。
5.一种如权利要求1-4任一所述的纤维增强砂浆的制备方法，其特征在于：包括以下具体步骤：预先将石膏和保温玻化微珠混合，然后加入水、乳胶粉、缓凝剂和引气剂混合，形成混合料，然后向混合料中添加聚丙烯纤维、木质纤维、纤维素醚和聚乙烯醇混合，制得纤维增强砂浆；
所述聚丙烯纤维预先经过甲基丙烯酸甲酯、光引发剂进行改性，
所述木质纤维预先经过柠檬酸、乙二胺进行改性。
6.根据权利要求5所述的一种纤维增强砂浆的制备方法，其特征在于：预先将聚丙烯纤维浸入光引发剂中，在氮气的保护下，使用紫外光照射5-10min，然后浸入甲基丙烯酸甲酯中继续紫外线照射，取出聚丙烯纤维，洗涤后干燥，制得改性聚丙烯纤维。
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