一种砂浆用外加剂及其制备方法

摘要

本发明属于砂浆技术领域，具体涉及砂浆用外加剂及其制备方法。砂浆用外加剂包括组分：热塑性树脂、蛋白溶液、改性二氧化硅、海藻酸钠溶液、聚羧酸减水剂、引气剂、保水剂、包覆剂、石墨烯基材料、EVA、复配溶液。该制备方法包括：将海藻酸钠溶于去离子水中，得到海藻酸钠溶液；将蛋白溶液水化，得到水化后的蛋白溶液，再和海藻酸钠溶液混合、均质，得到复配溶液；在溶剂中加入硅烷偶联剂、有机溶剂、二氧化硅，混合、超声分散、回流、洗涤，得到改性二氧化硅；按重量份将各组分在水中混合，得到砂浆用外加剂。本发明能降低粉料对砂浆性能的负面影响，降低外加剂的局限性，提高砂浆的稳定性，且材料之间相容性良好。

权利要求

1.一种砂浆用外加剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：

热塑性树脂40～70份、蛋白溶液2～11份、改性二氧化硅0～20份、海藻酸钠溶液5～30份、聚羧酸减水剂5～20份、引气剂1～40份、保水剂1～12份、包覆剂0～11份、石墨烯基材料

0～10份、EVA 1～5份，

复配溶液为所述蛋白溶液和所述海藻酸钠溶液的混合物，所述复配溶液的重量份为0～25份且所述复配溶液的重量份不为0份；所述蛋白溶液为乳清分离蛋白溶液。

2.根据权利要求1所述的砂浆用外加剂，其特征在于，所述热塑性树脂为粉末状热塑性树脂，所述热塑性树脂包括PVC和橡胶中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的砂浆用外加剂，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂包括PHEA、PAM、PMAH中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的砂浆用外加剂，其特征在于，所述引气剂为十六烷基芳基磺酸钠。

5.根据权利要求1所述的砂浆用外加剂，其特征在于，所述石墨烯基材料包括石墨烯和氧化石墨烯中的至少一种；所述包覆剂包括蜂蜡和微晶蜡中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的砂浆用外加剂，其特征在于，所述保水剂包括纤维素醚和淀粉醚中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的砂浆用外加剂，其特征在于，纤维素醚包括羟乙基甲基纤维素醚和羟丙基甲基纤维素醚中的至少一种；所述淀粉醚为CMS。

8.一种根据权利要求1‑7任意一项所述的砂浆用外加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，(1)将所述海藻酸钠溶于去离子水中，得到海藻酸钠溶液；

(2)将蛋白溶液水化，得到水化后的蛋白溶液，所述水化后的蛋白溶液和步骤(1)得到的所述海藻酸钠溶液混合、均质，得到复配溶液；

(3)在溶剂中加入硅烷偶联剂、有机溶剂、二氧化硅，混合、超声分散、回流、洗涤，得到所述改性二氧化硅；

(4)按重量份将所述热塑性树脂、所述蛋白溶液、步骤(3)得到的所述改性二氧化硅、步骤(1)得到的所述海藻酸钠溶液、所述聚羧酸减水剂、所述引气剂、所述保水剂、所述包覆剂、所述石墨烯基材料、所述EVA、步骤(2)得到的复配溶液加入水中混合，得到所述砂浆用外加剂。

9.根据权利要求8所述的砂浆用外加剂的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括甲基三甲氧基硅烷和KH‑560中的至少一种，所述有机溶剂为三乙胺，所述溶剂包括甲苯和乙醇中的至少一种。

说明书

一种砂浆用外加剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于砂浆技术领域，具体涉及一种砂浆用外加剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 为了提高散装水泥使用量、保证建筑工程质量、提高建筑施工现代化水平、实现资源综合利用、促进文明施工，在城市施工现场搅拌砂浆已被明令禁止，要求使用预拌砂浆来适应新形势发展的需要。

[0003] 根据GB/T25181‑2010规定，预拌砂浆是指由专业生产厂生产的湿拌砂浆或干混砂浆，湿拌砂浆通常由水泥、细骨料、矿物掺合料、外加剂、添加剂和水，按一定比例，在搅拌站经计量、拌制后，运至使用地点，并在规定时间内使用的拌合物。

[0004] 干混砂浆是指水泥、干燥骨料或粉料、添加剂以及根据性能确定的其他组分，按一定比例，在专业生产厂经计量、混合而成的混合物，在使用地点按规定比例加水或配套组分拌和使用。

[0005] 由于砂浆中通常会掺杂粉料或者微粉，比如粉煤灰、石膏粉等，这些粉料会对预拌砂浆的复合性能产生负面影响，比如：(一)公告号为CN113698128A的专利中提到粉煤灰中存在的炭易吸附砂浆外加剂中的引气剂，从而降低砂浆的含气量，进而导致砂浆的抗冻性能下降；(二)砂浆中的水泥在加水搅拌后，会形成絮凝结构，絮凝结构会把10％～30％的水包裹在水泥颗粒之间，降低砂浆的流动性，操作人员一般加入减水剂来改善这种情况，但是粉料也会吸附减水剂，从而导致砂浆的流动性下降；另外，外加剂和粉料的相容性以及外加剂与外加剂之间的相容性，都会影响砂浆的整体性能。

[0006] 所以，我们试图降低粉料对砂浆性能的负面影响，降低外加剂的局限性，提高砂浆的稳定性，同时兼顾材料之间良好的相容性。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种砂浆用外加剂及其制备方法，降低粉料对砂浆性能的负面影响，降低外加剂的局限性，提高砂浆的稳定性，同时兼顾材料之间良好的相容性。

[0008] 一种砂浆用外加剂，包括以下重量份的组分：

[0009] 热塑性树脂40～70份、蛋白溶液0～11份、改性二氧化硅0～20份、海藻酸钠溶液0～30份、聚羧酸减水剂5～20份、引气剂1～40份、保水剂1～12份、包覆剂0～11份、石墨烯基材料0～10份、EVA 1～5份、复配溶液0～25份，

[0010] 所述复配溶液为所述蛋白溶液和所述海藻酸钠溶液的混合物。

[0011] 采用上述技术方案，EVA能在砂浆中形成乳液，从而在砂浆内部形成聚合物膜结构来提高砂浆抵抗破坏的能力。

[0012] 优选的，所述热塑性树脂为粉末状热塑性树脂，所述热塑性树脂包括PVC和橡胶中的至少一种。

[0013] 采用上述技术方案，热塑性树脂不仅能协助砂浆中的颗粒，起到增塑的作用，还能在砂浆中起到骨架支撑的作用，给外加剂提供“依附”空间，本申请还包括聚羧酸减水剂，聚羧酸减水剂能减少砂浆的需水量，单一聚羧酸减水剂本身具有塑化、一定的分散和引气的作用，在本申请中，聚羧酸减水剂能协同其他组分提高砂浆的总和性能。

[0014] 优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂包括PHEA、PAM、PMAH中的至少一种。

[0015] 优选的，所述引气剂为十六烷基芳基磺酸钠。

[0016] 采用上述技术方案，引气剂分子中具有亲水基团和憎水基团，当砂浆中加入引气剂时，引气剂分子的亲水基团与水泥颗粒吸附在一起，而憎水基团和微小气泡相连并均匀分布在砂浆中，从而延缓水泥的早期水化进程，提高砂浆的保水性能、降低稠度损失率，同时微小气泡可以起到润滑作用，改善砂浆的泵送性和可喷涂性。

[0017] 优选的，所述石墨烯基材料包括石墨烯和氧化石墨烯中的至少一种；所述包覆剂包括蜂蜡和微晶蜡中的至少一种。

[0018] 采用上述技术方案，包覆剂不仅能在砂浆中起到润滑的作用，还能够保护其他外加剂在体系中的产物。

[0019] 优选的，所述保水剂包括纤维素醚和淀粉醚中的至少一种。

[0020] 优选的，纤维素醚包括羟乙基甲基纤维素醚和羟丙基甲基纤维素醚中的至少一种；所述淀粉醚为CMS。

[0021] 优选的，所述蛋白溶液为乳清分离蛋白溶液。

[0022] 本申请的另一个目的是提供一种所述的砂浆用外加剂的制备方法，包括如下步骤，

[0023] (1)将所述海藻酸钠溶于去离子水中，得到海藻酸钠溶液；

[0024] (2)将蛋白溶液水化，得到水化后的蛋白溶液，所述水化后的蛋白溶液和步骤(1)得到的所述海藻酸钠溶液混合、均质，得到复配溶液；

[0025] (3)在溶剂中加入硅烷偶联剂、有机溶剂、二氧化硅，混合、超声分散、回流、洗涤，得到所述改性二氧化硅；

[0026] (4)按重量份将所述热塑性树脂、所述蛋白溶液、步骤(3)得到的所述改性二氧化硅、步骤(1)得到的所述海藻酸钠溶液、所述聚羧酸减水剂、所述引气剂、所述保水剂、所述包覆剂、所述石墨烯基材料、所述EVA、步骤(2)得到的复配溶液加入水中混合，得到所述砂浆用外加剂。

[0027] 优选的，所述硅烷偶联剂包括甲基三甲氧基硅烷和KH‑560中的至少一种，所述有机溶剂为三乙胺，所述溶剂包括甲苯和乙醇中的至少一种。

[0028] 采用上述技术方案，海藻酸钠能改善蛋白质的界面吸附性能、界面吸附膜的流变学性能、连续相的网状结构，海藻酸钠和水化后的蛋白溶液能形成复合溶液，复合溶液的体系稳定，一部分能够吸附团聚砂浆中的粉料或者微粉，另一部分还能保护其他外加剂在体系中的产物，比如引气剂的亲水基团能与水泥颗粒吸附，微小气泡和憎水基团能被复合溶液分子包覆，单一引气剂能提高砂浆的保水性能、降低稠度损失率，复合溶液的加入能进一步提高了砂浆的综合性能；保水剂不仅包裹住砂浆中的固体颗粒，比如水泥颗粒，在固体颗粒表面形成润滑膜，而且可以在砂浆中缓慢释放，保证砂浆中的水分不易流失，在本申请中，保水剂还能和石墨烯基材料复配，增大界面的粘结力，提高砂浆的强度；另外，海藻酸钠和水化后的蛋白溶液形成的复合溶液，以及保水剂和石墨烯基材料形成的复配体还能提高EVA形成的聚合物膜的连续性。

[0029] 本发明的有益效果是：

[0030] (1)本申请能降低粉料对砂浆性能的负面影响，降低外加剂的局限性，提高砂浆的稳定性，同时兼顾材料之间良好的相容性，具体为：1)海藻酸钠和水化后的蛋白溶液能形成复合溶液，复合溶液的体系稳定，一部分能够吸附团聚砂浆中的粉料或者微粉，另一部分还能保护其他外加剂在体系中的产物，比如引气剂的亲水基团能与水泥颗粒吸附，微小气泡和憎水基团能被复合溶液分子包覆，单一引气剂能提高砂浆的保水性能、降低稠度损失率，复合溶液的加入能进一步提高了砂浆的综合性能；2)保水剂不仅包裹住砂浆中的固体颗粒，比如水泥颗粒，在固体颗粒表面形成润滑膜，而且可以在砂浆中缓慢释放，保证砂浆中的水分不易流失，在本申请中，保水剂还能和石墨烯基材料复配，增大界面的粘结力，提高砂浆的强度；3)EVA能在砂浆中通过形成乳液在砂浆内部形成聚合物膜结构，从来提高砂浆抵抗破坏的能力，海藻酸钠和水化后的蛋白溶液形成的复合溶液，以及保水剂和石墨烯基材料形成的复配体还能提高EVA形成的聚合物膜的连续性；4)单一的改性二氧化硅能吸附在砂浆内的固体颗粒上，形成稳定的乳液，改善砂浆的流动性，海藻酸钠和水化后的蛋白溶液形成的复合溶液联合改性二氧化硅能进一步提高砂浆界面张力，提高砂浆的综合性能；5)聚羧酸减水剂能减少砂浆的需水量，单一聚羧酸减水剂本身具有塑化、一定的分散和引气的作用，在本申请中，聚羧酸减水剂能协同其他组分，比如协同热塑性树脂加强塑化能力，协同引气剂加强引气能力，协同改性二氧化硅、海藻酸钠、蛋白溶液提高分散作用。

[0031] (2)本申请配方灵活，可根据实际需求变化组分，本申请的配方包括热塑性树脂40～70份、蛋白溶液0～11份、改性二氧化硅0～20份、海藻酸钠溶液0～30份、聚羧酸减水剂5～20份、引气剂1～40份、保水剂1～12份、包覆剂0～11份、石墨烯基材料0～10份、EVA 1～5份、复配溶液0～25份，其中，热塑性树脂为必须，热塑性树脂不仅能协助砂浆中的颗粒，起到增塑的作用，还能在砂浆中起到骨架支撑的作用，给外加剂提供“依附”空间，聚羧酸减水剂、引气剂、保水剂、EVA的存在能保证砂浆较佳的基本性能，根据实际需求，蛋白溶液、改性二氧化硅、海藻酸钠溶液、包覆剂、石墨烯基材料、复配溶液的加入能起到协同的作用，且和其他组分相容性佳，不产生排异。

[0032] 本申请能降低粉料对砂浆性能的负面影响，降低外加剂的局限性，提高砂浆的稳定性，同时兼顾材料之间良好的相容性。

具体实施方式

[0033] 下面对本发明实施例中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它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 若如无特别说明，实施例中所使用的试剂均可容易地从商业公司获取，实施例中提到的份数都为重量份。

[0035] 实施例1‑7中所用的蛋白溶液、改性二氧化硅、海藻酸钠溶液的制备方法如下：

[0036] (1)蛋白溶液的制备：将乳清分离蛋白溶于离子水中，在搅拌机中搅拌60min，得到浓度为2～5wt％的乳清分离蛋白溶液，即为蛋白溶液。

[0037] (2)将海藻酸钠溶于去离子水中，在搅拌机中搅拌60min，得到浓度为2～5wt％的海藻酸钠溶液。

[0038] (3)复配溶液的制备：将乳清分离蛋白粉末溶于去离子水中，在搅拌机中搅拌60min，得到浓度为2～5wt％的乳清分离蛋白溶液，即为蛋白溶液，将蛋白溶液搅拌过夜，得到水化后的蛋白溶液；将海藻酸钠溶于去离子水中，在搅拌机中搅拌60min，得到浓度为2～
5wt％的海藻酸钠溶液；将水化后的蛋白溶液和海藻酸钠溶液混合搅拌6h，85℃水浴加热，冷却至室温，得到海藻酸钠‑蛋白复合物，20000rpm均质3～10min，得到复配溶液；

[0039] (4)改性二氧化硅的制备：在溶剂中加入硅烷偶联剂、有机溶剂、二氧化硅，混合均匀，超声分散30～40min，在高温反应釜连接的冷凝管中回流4h，用溶剂洗涤，得到浓度为2～5wt％的改性二氧化硅，其中硅烷偶联剂和有机溶剂的质量比为1:1。

[0040] 实施例1

[0041] 砂浆用外加剂及其制备方法，砂浆用外加剂的配方如下述表1所示：

[0042] 表1

[0043]

[0044]

[0045] 参照表1，除了蛋白溶液的制备，砂浆用外加剂的制备方法还包括以下步骤：

[0046] 按重量份将热塑性树脂、聚羧酸减水剂、引气剂、保水剂、EVA、蛋白溶液加入水中在搅拌机内混合搅拌30min，得到砂浆用外加剂。

[0047] 实施例2

[0048] 砂浆用外加剂及其制备方法，砂浆用外加剂的配方如下述表2所示：

[0049] 表2

[0050]

[0051] 参照表2，除了海藻酸钠溶液的制备，砂浆用外加剂的制备方法还包括以下步骤：

[0052] 按重量份将热塑性树脂、海藻酸钠溶液、聚羧酸减水剂、引气剂、保水剂、EVA加入水中在搅拌机内混合搅拌30min，得到砂浆用外加剂。

[0053] 实施例3

[0054] 砂浆用外加剂及其制备方法，砂浆用外加剂的配方如下述表3所示：

[0055] 表3

[0056]

[0057] 参照表3，除了复配溶液的制备，砂浆用外加剂的制备方法还包括以下步骤：

[0058] 按重量份将热塑性树脂、聚羧酸减水剂、引气剂、保水剂、EVA、复配溶液加入水中在搅拌机内混合搅拌30min，得到砂浆用外加剂。

[0059] 实施例4

[0060] 砂浆用外加剂及其制备方法，砂浆用外加剂的配方如下述表4所示：

[0061] 表4

[0062]

[0063]

[0064] 参照表4，除了改性二氧化硅的制备，砂浆用外加剂的制备方法还包括以下步骤：

[0065] 按重量份将热塑性树脂、聚羧酸减水剂、引气剂、保水剂、EVA、改性二氧化硅加入水中在搅拌机内混合搅拌30min，得到砂浆用外加剂。

[0066] 实施例5

[0067] 砂浆用外加剂及其制备方法，砂浆用外加剂的配方如下述表5所示：

[0068] 表5

[0069]

[0070]

[0071] 参照表5，砂浆用外加剂的制备方法包括以下步骤：

[0072] 按重量份将热塑性树脂、聚羧酸减水剂、引气剂、保水剂、包覆剂、石墨烯基材料、EVA加入水中在搅拌机内混合搅拌30min，得到砂浆用外加剂。

[0073] 实施例6

[0074] 砂浆用外加剂及其制备方法，砂浆用外加剂的配方如下述表6所示：

[0075] 表6

[0076]

[0077] 参照表6，除了复配溶液的制备，砂浆用外加剂的制备方法还包括以下步骤：

[0078] 按重量份将热塑性树脂、聚羧酸减水剂、引气剂、保水剂、石墨烯基材料、EVA、复配溶液加入水中在搅拌机内混合搅拌30min，得到砂浆用外加剂。

[0079] 实施例7

[0080] 砂浆用外加剂及其制备方法，砂浆用外加剂的配方如下述表7所示：

[0081] 表7

[0082]

[0083] 参照表7，除了复配溶液、改性二氧化硅的制备，砂浆用外加剂的制备方法还包括以下步骤：

[0084] 按重量份将热塑性树脂、聚羧酸减水剂、引气剂、保水剂、包覆剂、石墨烯基材料、EVA，改性二氧化硅、复配溶液加入水中在搅拌机内混合搅拌50min，得到砂浆用外加剂。

[0085] 对比例1

[0086] 砂浆用外加剂及其制备方法，砂浆用外加剂的配方如下述表8所示：

[0087] 表8

[0088]

[0089] 参照表8，砂浆用外加剂的制备方法包括以下步骤：

[0090] 按重量份将热塑性树脂、聚羧酸减水剂、引气剂、保水剂、EVA加入水中在搅拌机内混合搅拌40min，得到砂浆用外加剂。

[0091] 检测方法：

[0092] 取样：从实施例1‑7中取砂浆用外加剂编号为A1～A7，从对比例1中取砂浆用外加剂编号为B1。

[0093] 砂浆配比方式一：

[0094] 砂浆C1的具体配比如下述表9所示：

[0095] 表9

[0096] 配方 具体组分 重量份(份)水泥 / 16
粉煤灰 / 4
石膏粉 / 4
细集料 40～70目石英砂 48
水 / 14
总计 / 86

[0097] 将86份的C1分别和14份A1‑A7、14份B1混合搅拌15min，成型获得样品，分别记为D1‑D8，根据JGJ/T70‑2009分别对D1‑D8的28d立方体抗压强度和保水率进行检测，参照表11：

[0098] 表11

[0099]编号 28d立方体抗压强度(MPa) 保水率(％)
D1 25.5 96.99
D2 25.6 96.79
D3 26.1 97.74
D4 25.5 96.05
D5 26.2 97.11
D6 26.1 97.82
D7 25.9 98.01
D8 22 90.04

[0100] 砂浆配比方式一：

[0101] 参照下述表10，按砂浆强度等级为M20设计砂浆C2的基准配合比：

[0102] 表10

[0103]

[0104] 将C2分别和掺量都为3kg/m3的A1‑A7、B1混合搅拌30min，成型获得样品，分别记为E1‑E8，根据JGJ/T70‑2009分别对E1‑E8的28d立方体抗压强度和保水率进行检测，参照表12：

[0105] 表12

[0106]

[0107]

[0108] 结果分析：参照表11和表12，本申请分别从小规模和大规模分别制样，进行检测，从表11能够看出，实施例1‑7的28d立方体抗压强度能够达到对比例1的1.2倍，保水率能达到对比例1的1.1倍，差值能达到7.97％；从表12能够看出，实施例1‑7的28d立方体抗压强度能够达到对比例1的1.2倍，保水率能达到对比例1的1.1倍，差值能达到9.05％，所以，本申请的砂浆外加剂在不同规模下，性能优于对比例1，而且稳定性佳；另外，本申请通过控制变量的方法，进行组分配比，具体为：对比例1单独加了蛋白溶液，对比例2单独加入了海藻酸钠溶液，对比例3单独加入了复配溶液，对比例4单独加入了改性二氧化硅，对比例5加入了石墨烯基材料和包覆剂，对比例6加入了复配溶液和石墨烯基材料，对比例7加入了复配溶液、石墨烯基材料、包覆剂、改性二氧化硅，通过表11和表12，都能看出对比例7的28d立方体抗压强度在小规模时不低于对比例1和对比例2，但是在大规模时，强度下降，低于对比例1和对比例2，依旧高于对比例1，说明复配溶液、石墨烯基材料、包覆剂、改性二氧化硅一起加入砂浆中，确实具有一定的改性效果，且材料之间相容性佳，但是强度的稳定性不如对比例3和对比例6，在小规模时，可选择使用对比例7的配比模式。这说明本申请针对不同规模，试验出了不同的配比模式，可以根据实际情况和需求改变配方，灵活度很好。综合表明，本申请能降低粉料对砂浆性能的负面影响，降低外加剂的局限性，提高砂浆的稳定性，同时兼顾材料之间良好的相容性。

[0109] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。