CN117964319A - 一种基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，公开了一种基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆及其制备方法和应用。该聚合物水泥砂浆由包括以下重量份的原料制备得到：水泥12‑20重量份、改性钨尾矿砂50‑65重量份、砂10‑18重量份、聚合物0.2‑1.5重量份、水6‑20重量份、纤维素醚0.1‑0.3重量份。本发明的方法通过使用水泥、砂、聚合物、改性钨尾矿砂和纤维素醚共同制备基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，在保证聚合物水泥砂浆具有优异的抗折强度、抗压强度和粘结性的同时降低了聚合物的添加量，从而降低了制备成本。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆及其制备方法和应用。
背景技术
水泥砂浆主要是由水泥、细骨料（砂、炉渣等）和水按一定比例配制而成的。在建筑工程中以薄层状态，以粘结和传递应力及做衬垫、表面装饰及防护等作用的细集料混凝土，可用来砌筑各种砖，石块，砌块等。还可以用量进行墙面，地面，梁柱面、天棚等的表面抹灰，可用来粘贴大理石，水磨石，瓷砖等装饰材料，以及用于填充管道及大型墙板的接缝，也可以制成具有特殊性能的砂浆对结构进行特殊处理（保温，吸声，防水，防腐，装修等）。
其中，聚合物水泥砂浆作为一种新型的建筑材料，具有高强度、高粘结力、耐水、耐久性好等特点，主要是由水泥、砂、聚合物乳液等材料按一定比例混合而成。然而聚合物水泥砂浆因制备的原料成本较高、导致价格相对普通水泥砂浆更高，从而影响了聚合物水泥砂浆的推广和使用。
因此，提供一种在保证制备的聚合物水泥砂浆性能优异的同时，还能降低制备成本的方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中制备聚合物水泥砂浆成本高的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，该聚合物水泥砂浆由包括以下重量份的原料制备得到：水泥12-20重量份、改性钨尾矿砂50-65重量份、砂10-18重量份、聚合物0.2-1.5重量份、水6-20重量份、纤维素醚0.1-0.3重量份；
所述改性钨尾矿砂的平均体积直径为50-80μm，且为由原钨尾矿砂经二乙醇单异丙醇胺改性后获得的产物；
所述聚合物为聚乙烯醇和/或苯乙烯-丙烯酸酯。
本发明第二方面提供一种制备基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆的方法，该方法应用前述第一方面所述的原料进行，包括：
（1）将砂、水泥与由原钨尾矿砂经二乙醇单异丙醇胺改性后获得的改性钨尾矿砂进行第一混合，得到混合物I；
（2）将所述混合物I与水接触进行第二混合，得到混合物II；
（3）在30-45℃下，将所述混合物II与聚合物、纤维素醚接触进行第三混合，得到基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆；
所述水泥的用量为12-20重量份、所述改性钨尾矿砂的用量为50-65重量份、所述砂的用量为10-18重量份、所述聚合物的用量为1-3重量份、所述水的用量为6-20重量份、所述纤维素醚的用量为0.1-0.3重量份。
本发明第三方面提供前述第一方面所述的基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆在建筑材料领域中的应用。
相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：
本发明的方法通过使用水泥、砂、聚合物、改性钨尾矿砂和纤维素醚共同制备基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，利用改性后的钨尾矿砂的理化性能以及其中含有的氧化硅、氧化铝、三氧化二铁、氧化钙以及其他成分与聚合物一起填充水泥石中的孔洞、裂隙、减少硬化体中孔隙率，形成弹性更好的铰结构，在分散应力集中的同时提高了抵抗变形能力，还强化了聚合物颗粒与水泥水化产物之间存在的氢键、范德华力，提高了硬化体的抗渗性、抗冻性、耐水性、耐温性和耐腐蚀性等；此外，本发明的方法在保证聚合物水泥砂浆具有优异的抗折强度、抗压强度和粘结性的同时降低了聚合物的添加量，从而降低了制备成本，具有良好的工业化应用前景。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如前所述，本发明提供了一种基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，该聚合物水泥砂浆由包括以下重量份的原料制备得到：水泥12-20重量份、改性钨尾矿砂50-65重量份、砂10-18重量份、聚合物0.2-1.5重量份、水6-20重量份、纤维素醚0.1-0.3重量份；
所述改性钨尾矿砂的平均体积直径为50-80μm，且为由原钨尾矿砂经二乙醇单异丙醇胺改性后获得的产物；
所述聚合物为聚乙烯醇和/或苯乙烯-丙烯酸酯。
优选地，所述改性钨尾矿砂的含水率不大于1wt%，且在所述改性钨尾矿砂中，氧化硅的含量为40-50wt%，氧化铝的含量为5-12wt%，三氧化二铁的含量为8-15wt%，氧化钙的含量为10-15wt%。发明人发现，该优选情况下的聚合物水泥砂浆的抗折强度更好。
优选地，所述聚合物由含量重量比为2-4：1的低分子量聚合物和高分子量聚合物组成，其中，所述低分子量聚合物的重均分子量为2.5-3.5万，所述高分子量聚合物的重均分子量为17-25万。发明人发现，该优选情况下的技术方案能提高聚合物水泥砂浆的粘接性能。
优选地，所述水泥为硅酸盐水泥，选自强度等级为32.5、42.5和52.5中的至少一种。
优选地，所述砂的细度模数为1.8-3.0。
优选情况下，所述纤维素醚为羟乙基纤维素醚和/或羟甲基纤维素醚。
优选地，所述纤维素醚在23℃下1wt%水溶液的黏度为3000-4500mPa·s。
如前所述，本发明第二方面提供一种制备基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆的方法，该方法应用前述第一方面所述的原料进行，包括：
（1）将砂、水泥与由原钨尾矿砂经二乙醇单异丙醇胺改性后获得的改性钨尾矿砂进行第一混合，得到混合物I；
（2）将所述混合物I与水接触进行第二混合，得到混合物II；
（3）在30-45℃下，将所述混合物II与聚合物、纤维素醚接触进行第三混合，得到基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆；
所述水泥的用量为12-20重量份、所述改性钨尾矿砂的用量为50-65重量份、所述砂的用量为10-18重量份、所述聚合物的用量为1-3重量份、所述水的用量为6-20重量份、所述纤维素醚的用量为0.1-0.3重量份。
优选情况下，在步骤（1）中，所述改性的操作包括：将所述原钨尾矿砂与所述二乙醇单异丙醇胺、水进行研磨，然后经干燥至含水率不大于1wt%，筛分后得到平均体积直径为50-80μm的所述改性钨尾矿砂，再将所述改性钨尾矿砂与所述砂、所述水泥进行所述第一混合。研究发现，该优选情况下，能使得最终制备得到的基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆的粘结强度更好。
优选地，所述研磨的条件至少满足：转速为400-600rpm，时间为10-25min。
优选地，所述原钨尾矿砂与所述二乙醇单异丙醇胺、所述水的用量重量比为88-92：1：25-28。
根据一种优选的实施方式，在步骤（1）中，所述第一混合在搅拌的条件下进行，且至少满足：转速为22-28rpm，时间为5-10min。
优选情况下，在步骤（2）中，所述第二混合在搅拌的条件下进行，且至少满足：转速为22-28rpm，时间为20-30min。
根据一种优选的实施方式，在步骤（3）中，所述第三混合在搅拌的条件下进行，且至少满足：转速为22-28rpm，时间为15-25min。
如前所述，本发明第三方面提供前述第一方面所述的基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆在建筑材料领域中的应用。
以下通过实例对本发明进行详细说明，在没有特别说明的情况下，使用的原料均为普通市售商品。
在没有特别说明的情况下，在本发明中，每“重量份”表示100g。
原钨尾矿砂：
原钨尾矿砂I：氧化硅的含量为42.5wt%，氧化铝的含量为8.6wt%，三氧化二铁的含量为12.2wt%，氧化钙的含量为13.3wt%；
原钨尾矿砂II：氧化硅的含量为63.2wt%，氧化铝的含量为2.5wt%，三氧化二铁的含量为20.5wt%，氧化钙的含量为5.0wt%；
二乙醇单异丙醇胺：购自广州市纳城化工有限公司，牌号为NC-008；
水泥：强度等级为42.5的硅酸盐水泥；
砂：为细度模数为2.2的河砂；
纤维素醚：为羟乙基纤维素醚，在23℃下1wt%水溶液的黏度为3200mPa·s；
低分子量聚合物：为粉状聚乙烯醇，重均分子量为3.1万，购自广东云星生物技术有限公司；
高分子量聚合物：为粉状聚乙烯醇，重均分子量为21万，购自湖北省达尔利化工有限公司，牌号为DARL-1JA。
聚合物：
聚合物I：为含量重量比为3：1的低分子量聚合物和高分子量聚合物；
聚合物II：为含量重量比为1：3的低分子量聚合物和高分子量聚合物。
制备例1：
本制备例用来说明本发明提供的基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆按照包括如下步骤的操作进行制备：
（1）在400rpm的转速下，将30kg原钨尾矿砂（原钨尾矿砂I）与二乙醇单异丙醇胺、水以用量重量比为90：1：25的比例进行研磨20min，然后经干燥至含水率不大于1wt%，筛分后得到平均体积直径为65μm的所述改性钨尾矿砂I，再在转速为23rpm下将所述改性钨尾矿砂I与砂、水泥在搅拌机中进行第一混合8min，得到混合物I；
（2）在23rpm的转速下，在混合物I中加入水进行第二混合25min，得到混合物II；
（3）在34℃且转速为30rpm下，加入聚合物、纤维素醚进行第三混合18min，得到基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，命名为P1；
其中，水泥的用量为15重量份、改性钨尾矿砂I的用量为55重量份、砂的用量为16重量份、聚合物（聚合物I）的用量为0.5重量份、水的用量为18重量份、纤维素醚的用量为0.2重量份。
制备例2：
本制备例用来说明本发明提供的基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆按照包括如下步骤的操作进行制备：
（1）在400rpm的转速下，将30kg原钨尾矿砂（原钨尾矿砂I）与二乙醇单异丙醇胺、水以用量重量比为90：1：25的比例进行研磨20min，然后经干燥至含水率不大于1wt%，筛分后得到平均体积直径为65μm的所述改性钨尾矿砂II，再在转速为28rpm下将所述改性钨尾矿砂II与砂、水泥在搅拌机中进行第一混合5min，得到混合物I；
（2）在28rpm的转速下，在混合物I中加入水进行第二混合20min，得到混合物II；
（3）在32℃且转速为28rpm下，加入聚合物、纤维素醚接触进行第三混合20min，得到基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，命名为P2；
其中，水泥的用量为15重量份、改性钨尾矿砂II的用量为50重量份、砂的用量为18重量份、聚合物（聚合物I）的用量为0.8重量份、水的用量为20重量份、纤维素醚的用量为0.3重量份。
制备例3：
本制备例采用与制备例1相似的方法进行，不同的是，在步骤（1）中使用的原钨尾矿砂为原钨尾矿砂II；
最终得到基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，命名为P3。
制备例4：
本制备例采用与制备例1相似的方法进行，不同的是，在步骤（3）中，使用的聚合物为聚合物II，最终得到基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，命名为P4。
对比例1：
本对比例采用与制备例1相似的方法进行，不同的是，在步骤（1）中将原钨尾矿砂（原钨尾矿砂I）先经干燥至含水率为1wt%，再经研磨、筛分得到平均体积直径为200μm的钨尾矿砂；再在转速为23rpm下将所述钨尾矿砂与砂、水泥在搅拌机中进行第一混合8min，得到混合物I，再进行后续操作；
最终得到基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，命名为DP1。
对比例2：
本对比例采用与制备例1相似的方法进行，不同的是，在步骤（1）中直接使用等质量的砂代替改性钨尾矿砂I进行所述第一混合；
最终得到基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，命名为DP2。
对比例3：
本对比例采用与对比例2相似的方法进行，不同的是，在步骤（3）中，增加聚合物的用量至5重量份；
最终得到基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，命名为DP3。
对比例4：
本对比例采用与制备例1相似的方法进行，不同的是，在步骤（3）中使用的聚合物全部为高分子量聚合物；
最终得到基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，命名为DP4。
对比例5：
本对比例采用与制备例1相似的方法进行，不同的是，在步骤（3）中第三混合的温度为22℃；
最终得到基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，命名为DP5。
测试例1：
根据标准JC/T984-2011聚合物水泥防水砂浆，测试上述实例部分得到的聚合物水泥砂浆的抗压强度、抗折强度和粘结强度，具体结果请见表1；
表1：
；
通过以上结果可以看出，本发明的方法通过使用水泥、砂、聚合物、改性钨尾矿砂和纤维素醚共同制备基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，在保证聚合物水泥砂浆具有优异的抗折强度、抗压强度和粘结性的同时降低了聚合物的添加量，从而降低了制备成本，具有良好的工业化应用前景。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆，其特征在于，该聚合物水泥砂浆由包括以下重量份的原料制备得到：水泥12-20重量份、改性钨尾矿砂50-65重量份、砂10-18重量份、聚合物0.2-1.5重量份、水6-20重量份、纤维素醚0.1-0.3重量份；
所述改性钨尾矿砂的平均体积直径为50-80μm，且为由原钨尾矿砂经二乙醇单异丙醇胺改性后获得的产物；
所述聚合物为聚乙烯醇和/或苯乙烯-丙烯酸酯；
所述聚合物由含量重量比为2-4：1的低分子量聚合物和高分子量聚合物组成，其中，所述低分子量聚合物的重均分子量为2.5-3.5万，所述高分子量聚合物的重均分子量为17-25万。
2.根据权利要求1所述的聚合物水泥砂浆，其特征在于，其中，所述改性钨尾矿砂的含水率不大于1wt%，且在所述改性钨尾矿砂中，氧化硅的含量为40-50wt%，氧化铝的含量为5-12wt%，三氧化二铁的含量为8-15wt%，氧化钙的含量为10-15wt%。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物水泥砂浆，其特征在于，其中，所述水泥为硅酸盐水泥，且强度等级为32.5、42.5、52.5中的至少一种；和/或
所述砂的细度模数为1.8-3.0；和/或
所述纤维素醚为羟乙基纤维素醚和/或羟甲基纤维素醚。
4.根据权利要求1或2所述的聚合物水泥砂浆，其特征在于，其中，所述纤维素醚在23℃下1wt%水溶液的黏度为3000-4500mPa·s。
5.一种制备基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆的方法，其特征在于，该方法应用权利要求1-4中任意一项所述的原料进行，包括：
（1）将砂、水泥与由原钨尾矿砂经二乙醇单异丙醇胺改性后获得的改性钨尾矿砂进行第一混合，得到混合物I；
（2）将所述混合物I与水接触进行第二混合，得到混合物II；
（3）在30-45℃下，将所述混合物II与聚合物、纤维素醚接触进行第三混合，得到基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆；
所述水泥的用量为12-20重量份、所述改性钨尾矿砂的用量为50-65重量份、所述砂的用量为10-18重量份、所述聚合物的用量为1-3重量份、所述水的用量为6-20重量份、所述纤维素醚的用量为0.1-0.3重量份。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中，在步骤（1）中，所述改性的操作包括：将所述原钨尾矿砂与所述二乙醇单异丙醇胺、水进行研磨，然后经干燥至含水率不大于1wt%，筛分后得到平均体积直径为50-80μm的所述改性钨尾矿砂，再将所述改性钨尾矿砂与所述砂、所述水泥进行所述第一混合。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中，所述研磨的条件至少满足：转速为400-600rpm，时间为10-25min；和/或
所述原钨尾矿砂与所述二乙醇单异丙醇胺、所述水的用量重量比为88-92：1：25-28。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，其中，在步骤（1）中，所述第一混合在搅拌的条件下进行，且至少满足：转速为22-28rpm，时间为5-10min；和/或
在步骤（2）中，所述第二混合在搅拌的条件下进行，且至少满足：转速为22-28rpm，时间为20-30min；和/或
在步骤（3）中，所述第三混合在搅拌的条件下进行，且至少满足：转速为28-35rpm，时间为15-25min。
9.权利要求1-4中任意一项所述的基于钨尾矿的聚合物水泥砂浆在建筑材料领域中的应用。
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