一种防水抗裂砂浆的制备方法

技术领域

本发明涉及砂浆技术领域，具体涉及一种防水抗裂砂浆的制备方法。

背景技术

水泥砂浆作为一种常见的建筑材料，广泛的应用在建筑工程中，且工程需求量较大。然而，常规水泥基材料，是一种“准脆性材料”，具有抗折抗拉强度低、脆性大、易开裂等缺点，为充分利用水泥基材料的优势，常与钢筋共同组成混凝土，以增加其强度。随着对工程速度的要求和高层建筑发展的需要，现拌的方式不再适用水泥基材料的发展需求，水泥基材料往往会预先混合成砂浆，后运输到工地与钢筋混合。砂浆的质量影响到建筑物强度和性能，高跨度大桥、路面对砂浆的要求不仅需要由较好的机械强度，而且要求较高的延性、不易开裂，外表面防水效果好。

但目前的砂浆还是存在着不少问题，如砂浆收缩增大，致使墙体开裂，渗漏严重，容易空鼓开裂；加入一般的防水剂，防水性能差等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防水抗裂砂浆的制备方法，可以减少砂浆固化后的孔隙率，使得砂浆固化后表面光滑均匀，颗粒密度高，砂浆固化后抗渗性能提高，有利于砂浆防水性的提高，增强砂浆的延性、抗裂性以及强度，力学性能稳定。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种防水抗裂砂浆的制备方法，包括以下质量份数的原料：水泥28～42份，矿粉20～30份，硅灰20～35份，石英砂40～60份，纤维10～20份，磷酸镁晶须8～15份，碳量子点溶液8～16份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液0.8～1.2份，减水剂0.5～0.9份，憎水剂0.4～0.7份，水30～40份；

防水抗裂砂浆的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将质量份数的水泥、矿粉、硅灰、石英砂倒入搅拌机中，设置搅拌速度为200～300r/min，干拌3～5min，得到混合均匀的干粉；

步骤二：取质量份数的纤维、磷酸镁晶须，加入质量份数的水，搅拌，分散均匀，后加入质量份数的碳量子点溶液、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液、减水剂和憎水剂，再次以200～300r/min，搅拌20～30min后得到混合液；

步骤三：将步骤二中得到的混合液加入到步骤一中的干粉中，以200～300r/min边搅拌边加入，加入完毕后，再湿拌5～10min，混合均匀，得到防水抗裂砂浆。

优选地，水泥为42.5标号以上的硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率为18～24％。

优选地，矿粉为锰矿和铁矿的粒化高炉矿渣粉，其中锰矿和铁矿的粒化高炉矿渣粉质量比为1：1，按照标准GB/T18046-2000，矿粉的级别为S105。

优选地，石英砂细度为80目和200目，80目石英砂和200目石英砂质量比为1：2～3。

优选地，纤维的纤维长度短于3mm，直径小于2mm，为改性聚丙烯纤维和改性PE纤维的混合物，质量比为改性聚丙烯纤维：改性PE纤维＝1～2：1。

优选地，改性聚丙烯纤维为，将聚丙烯纤维放入一容器中，加入相同质量的无水乙醇，使无水乙醇完全浸泡聚丙烯纤维，浸泡时间为10～12h，转移至50℃的烘箱中干燥到恒重，称取0.1～0.5倍聚丙烯纤维质量的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入与γ-氨丙基三乙氧基硅烷相同质量的去离子水，6～9倍γ-氨丙基三乙氧基硅烷质量的无水乙醇，400W功率，60℃水浴中，超声分散20～30min，后静置2～3h，过滤、去离子水洗2～3次，转移到60℃的烘箱中干燥到恒重，得到改性聚丙烯纤维；

优选地，改性PE纤维的制备方法与改性聚丙烯纤维相同。

优选地，碳量子点溶液为碳量子点的水溶液，取一定量的碳量子点，加入20～25倍碳量子点质量的超纯水，400W功率超声3～5min，得到均匀混合液，即为碳量子点溶液。

优选地，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液为，取质量份数为5份的纳米SiO

优选地，憎水剂为由异辛基三乙氧基硅烷、氧化石墨烯、正硅酸四乙酯按质量比为3～5：2～3：1混合而成。

本发明的有益效果：

1、使用纤维和磷酸镁晶须与水泥、矿粉、硅灰、石英砂复合，增强砂浆的延性，同时增强砂浆固化后的抗裂性能，同时在复合过程中加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液，利用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液固化后热膨胀性能，减弱砂浆固化后受热收缩程度，进而增强砂浆固化后的抗裂性能，在复合过程中加入减水剂以减少水的使用，便于砂浆的运输，在复合过程中加入碳量子点溶液和憎水剂，零维的碳量子点能够增强砂浆的强度和抗渗性能，与憎水剂配合提高砂浆固化后的防水性能，同时，憎水剂有利于提高原料中无机材料与有机材料的相容性。

2、纤维为聚丙烯纤维和PE纤维的混合物，使用γ-氨丙基三乙氧基硅烷对聚丙烯纤维和PE纤维改性，得到改性后的聚丙烯纤维和PE纤维，在光滑的聚丙烯纤维和PE纤维表面改性，使得聚丙烯纤维和PE纤维不易团聚，提高了聚丙烯纤维和PE纤维水中或砂浆中的分散性，有利于均匀分散在砂浆中，充分利用纤维的作用，确保纤维对砂浆延性和抗裂性的增强作用。聚丙烯纤维和PE纤维混合，共同对砂浆掺杂，PE纤维具有较高的分子量，且链状的分子结构，具有更好的延展性能，与聚丙烯纤维相配合，能够进一步增强砂浆的延性。

3、磷酸镁晶须为晶须状，无机物，与砂浆中其它无机材料相容性好，有利于砂浆中材料的相容性和稳定性。有机的聚丙烯纤维和PE纤维与无机的磷酸镁晶须相配合，砂浆固化后能够在材料内部形成类似三位网状结构，能够增强砂浆固化后的弯曲韧性，有利于延性的提高，纤维和晶须的使用，在砂浆凝固过程中，抑制其收缩，提高砂浆的抗干缩开裂性，有效防止裂缝产生。

4、矿粉、硅灰和石英砂的使用，能够在一定程度上减少水泥的用量，节约生产成本，此外，由于矿粉、硅灰、石英砂和水泥的粒径不同，均匀混合后，不同粒径的物质相互配合，相互填充和支撑，有利于提高整体的强度，此外，矿粉为锰矿和铁矿的粒化高炉矿渣粉，含有少量金属物质，强度、硬度高，有利于提高砂浆固化后的强度和硬度。

5、碳量子点溶液中含有纳米级零维碳量子点，由无定型和晶态的碳核组成，适量的添加，在水泥水化过程中和硬化过程，通过碳量子点的水吸附以及孔隙中水分子的运输作用，水泥水化速度提高，硬化速度降低，有利于平衡水泥砂浆的水化和硬化过程，使其水化和硬化时间适中，有利于砂浆固化后力学性能的稳定，有利于砂浆固化后抗压强度的提高；此外，纳米级碳量子点的使用，分布在砂浆水泥的缝隙中，起到填充作用，使得水泥结构致密性增大从而力学性能提升，减少砂浆固化后的孔隙率，使得砂浆固化后表面光滑均匀，颗粒密度高，最终在砂浆固化后表面形成类似荷叶效应的结果，砂浆固化后抗渗性能提高，有利于砂浆防水性的提高。

6、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液为纳米SiO

7、减水剂使用聚羧酸减水剂，与各种水泥的相容性好，混凝土的坍落度保持性能好，延长混凝土的施工时间，碱水率高，此外，聚羧酸减水剂掺量低，减水率高，收缩小、碱含量低，有利于混凝土的耐久性。减水剂的使用，降低了砂浆中水的含量，便于砂浆的运输和对水的使用，既节约了水的使用，又为运输或者输送过程中节约了能量，降低了生产运输成本。

8、憎水剂为由异辛基三乙氧基硅烷、氧化石墨烯、正硅酸四乙酯混合而成，正硅酸四乙酯能够与水发生水解反应，生成活性硅醇基团，既可以与水泥砂浆颗粒表面的OH基团发生化学偶联作用，自身也可以发生缩合反应，形成网状交联结构，异辛基三乙氧基硅烷能够与原料中的无机物有机物结合牢固，氧化石墨烯硅烷为层状碳，疏水，混合而成的憎水剂本身具有一定的疏水作用，会在砂浆内部和表面构建一层疏水透气层，因此当水滴落上面时会产生一定的滚珠效应，在砂浆固化后，在材料表面形成具有防水功能的防水层，有利于砂浆的防水性能的提高。

9、采用先将大部分无机材料干拌混合均匀，将纤维、磷酸镁晶须、碳量子点溶液、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液、减水剂和憎水剂与水分散均匀，干粉与混合液再次拌合的方法，能够将原料在各物质混合均匀，形成成分均匀的砂浆，有利于砂浆整体性能的稳定。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种防水抗裂砂浆的制备方法，包括以下质量份数的原料：水泥28份，矿粉20份，硅灰20份，石英砂40份，纤维10份，磷酸镁晶须8份，碳量子点溶液8份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液0.8份，减水剂0.5份，憎水剂0.4份，水30份；

防水抗裂砂浆的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将质量份数的水泥、矿粉、硅灰、石英砂倒入搅拌机中，设置搅拌速度为200r/min，干拌3min，得到混合均匀的干粉；

步骤二：取质量份数的纤维、磷酸镁晶须，加入质量份数的水，搅拌，分散均匀，后加入质量份数的碳量子点溶液、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液、减水剂和憎水剂，再次以200r/min，搅拌20min后得到混合液；

步骤三：将步骤二中得到的混合液加入到步骤一中的干粉中，以200r/min边搅拌边加入，加入完毕后，再湿拌5min，混合均匀，得到防水抗裂砂浆。

实施例2

一种防水抗裂砂浆的制备方法，包括以下质量份数的原料：水泥42份，矿粉30份，硅灰35份，石英砂60份，纤维20份，磷酸镁晶须15份，碳量子点溶液16份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液1.2份，减水剂0.9份，憎水剂0.7份，水40份；

防水抗裂砂浆的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将质量份数的水泥、矿粉、硅灰、石英砂倒入搅拌机中，设置搅拌速度为300r/min，干拌5min，得到混合均匀的干粉；

步骤二：取质量份数的纤维、磷酸镁晶须，加入质量份数的水，搅拌，分散均匀，后加入质量份数的碳量子点溶液、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液、减水剂和憎水剂，再次以300r/min，搅拌30min后得到混合液；

步骤三：将步骤二中得到的混合液加入到步骤一中的干粉中，以300r/min边搅拌边加入，加入完毕后，再湿拌10min，混合均匀，得到防水抗裂砂浆。

实施例3

一种防水抗裂砂浆的制备方法，包括以下质量份数的原料：水泥35份，矿粉25份，硅灰30份，石英砂50份，纤维15份，磷酸镁晶须12份，碳量子点溶液12份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液1.0份，减水剂0.7份，憎水剂0.5份，水35份；

防水抗裂砂浆的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将质量份数的水泥、矿粉、硅灰、石英砂倒入搅拌机中，设置搅拌速度为250r/min，干拌4min，得到混合均匀的干粉；

步骤二：取质量份数的纤维、磷酸镁晶须，加入质量份数的水，搅拌，分散均匀，后加入质量份数的碳量子点溶液、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液、减水剂和憎水剂，再次以250r/min，搅拌25min后得到混合液；

步骤三：将步骤二中得到的混合液加入到步骤一中的干粉中，以250r/min边搅拌边加入，加入完毕后，再湿拌7min，混合均匀，得到防水抗裂砂浆。

测试：

将实施例制备的防水抗裂砂浆倒入长方体模具中，其中长1000mm，宽50mm，厚10mm，按照标准JC/T 2461-2018《高延性纤维增强水泥基复合材料力学性能试验方法》进行拉伸检测；

常温抗裂性能：按照JC/T 951-2005《水泥砂浆抗裂性能试验方法》检测，标准要求开裂指数在180-320mm之内；

防水性能：按照JC/T9842011《聚合物水泥防水砂浆》检测，标准要求抗渗压力(MPa)≥1.5MPa；

得到的结果如表所示：

由上表所示，本发明方法所制备的砂浆制成模具后极限拉伸应变值较大，说明延性较高，开裂指数较低，具有较好的抗开裂性能，抗渗压力值较高，具有较好的防水性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。