一种干粉砂浆稠化剂及其制备方法与流程

1.本技术涉及干粉砂浆的技术领域，更具体地说，它涉及一种干粉砂浆稠化剂及其制备方法。


背景技术：

2.干粉砂浆，是指经干燥筛分处理的石英砂、水泥和聚合物添加剂等按一定比例进行物理混合而成的一种颗粒状或粉状，以袋装或散装的形式运至工地，加水拌和后即可直接使用的物料，又称作砂浆干粉料、干混砂浆、干拌粉。干粉砂浆在建筑业中以薄层发挥粘结、衬垫、防护和装饰作用，在建筑和装修工程中应用极为广泛。
3.相关技术中，为增加干粉砂浆拌合时各组分之间的稠度，通常会将石灰石粉作为增稠剂添加至干粉砂浆中，但由于石灰石的表面亲水疏油，极性较强，且石灰石粉粒径小易团聚，易导致石灰石粉与干粉砂浆中的聚合物的相容性不佳，从而影响砂浆的强度。


技术实现要素：

4.为了提高砂浆的强度，本技术提供一种干粉砂浆稠化剂及其制备方法。
5.第一方面，本技术提供一种干粉砂浆稠化剂，采用如下的技术方案：一种干粉砂浆稠化剂，由包含以下重量份的原料制成：石灰石粉20-40份；纳米高岭土5-15份；四氯化硅4-10份；改性剂2-5份，所述改性剂包含按质量比（1-3）:（2-4）混合的表面活性剂和偶联剂。
6.通过采用上述技术方案，石灰石粉添加至干粉砂浆中，遇水后可增加砂浆的稠度，达到稠化目的。
7.水泥中含氧化钙，石灰石粉中含氧化钙和碳酸钙，干粉砂浆中加入水后，氧化钙和碳酸钙遇水反应生成碱性的氢氧化钙并放热。纳米高岭土为无定型硅铝化合物，在碱性条件的激发下，无定型硅铝化合物解聚后重新聚合，形成一种稳定型极高的硅酸盐网络结构。同时，纳米高岭土中活性的氧化铝和二氧化硅与发生水化作用的氢氧化钙反应，从而促进石灰石粉和水泥进行水化，进而生成水化铝酸钙和水化硅酸钙，水化铝酸钙和水化硅酸钙均具有胶凝性能，继而可进一步增加稠化作用；另外，水化铝酸钙和水化硅酸钙减少了包覆在原料外的氢氧化钙层，从而起到了提高砂浆结构紧密度的作用，进而提高砂浆的强度。
8.四氯化硅遇水发生水解，氧化钙和碳酸钙遇水反应生成氢氧化钙过程中放出的热也能促进四氯化硅水解反应的进行，生成硅酸和盐酸。硅酸与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙，进一步提高砂浆的强度；盐酸则与氢氧化钙反应生成氯化钙，氯化钙能够降低水的凝固点，从而提高砂浆的抗冻融性，提高砂浆的强度和使用寿命，且氯化钙能够增加砂浆中钙离子的浓度，根据勒夏特列原理和同离子效应，增加砂浆中钙离子浓度会减缓砂浆中水化铝
酸钙和水化硅酸钙的损耗，从而进一步提高砂浆的强度。
9.改性剂中，偶联剂含有两类基团，一类是亲无机填料的基团，一类是亲有机聚合物的基团。在偶联剂的作用下，可以使石灰石粉等无机物与干粉砂浆中的聚合物形成良好的界面结合，从而提高砂浆的强度。表面活性剂的分子结构中，分子的一端包含羧基等极性基团，可以与石灰石粉等无机物发生吸附或化学反应，并具有良好的亲水性，从而使石灰石粉不易团聚；分子的另一端为长链烷基，结构与聚合物分子相似，因而和聚合物有一定的相容性，从而能促进石灰粉等无机物能够与干粉砂浆中的聚合物的相容，提高砂浆中各组分的分散性与均匀性，进而达到提高砂浆强度的效果。
10.优选的，所述偶联剂包含按质量比（1-3）:（3-6）:（1-4）混合的钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和铝酸酯偶联剂。
11.通过采用上述技术方案，钛酸酯偶联剂包含亲无机基团和亲有机基团，其亲无机基包含易水解的短链烷氧基或对水有一定稳定性的螯合基，可以与水化铝酸钙和水化硅酸钙中的结合水作用，结合于水化铝酸钙和水化硅酸钙的表面；亲有机基团则与聚合物发生化学反应而使水化铝酸钙和水化硅酸钙与聚合物偶联，形成结合力强的砂浆，提高砂浆的强度。
12.硅烷偶联剂能的亲无机基团够与水化硅酸钙形成良好的结合，从而使水化硅酸钙与干粉砂浆中的聚合物形成良好的结合，提高砂浆的强度。
13.铝酸酯偶联剂无毒、热分解温度高，且与无机填料表面反应活性大，从而能够使干粉砂浆中的无机组分与聚合物形成稳定良好的结合。
14.通过上述三种偶联剂的复配，协同提高干粉砂浆中增稠组分与聚合物之间的结合能力，从而起到良好的稠化作用，提高砂浆的强度。
15.优选的，所述改性剂还包括纤维体，所述纤维体包含玻璃纤维和石膏纤维。
16.通过采用上述技术方案，首先，偶联剂与无机组分、干粉砂浆中聚合物结合的同时，还能与纤维体偶联，纤维体能够缠结在砂浆中的石英砂和水泥颗粒上，从而提高砂浆中各组分的结合力与整体性，继而提高砂浆的强度。
17.另外，玻璃纤维耐热性好、耐化学性佳、拉伸强度高、加工性佳；石膏纤维具有良好的的增强、增韧、增稠、耐热、耐磨、耐油及触变性能，因此玻璃纤维和石膏纤维有助于提高砂浆的综合性能，且玻璃纤维和石膏纤维均能够与硅烷偶联剂形成良好的结合，从而能够提高砂浆的强度。
18.优选的，所述纤维体为经预处理后的纤维体，所述预处理包含如下步骤：将纤维体浸渍于质量分数为10%-30%的盐酸中，过滤后取滤渣，将滤渣洗涤后干燥，得预处理后的纤维体。
19.通过采用上述技术方案，预处理后的纤维体表面能够形成凹凸不平的坑状结构，一方面增加了与偶联剂的接触面积，能够提高纤维体与偶联剂的结合力；另一方面，形成了粗糙的表面结构，能够增加纤维体与偶联剂等其余组分的鳌和力，进一步提高砂浆的强度。
20.优选的，所述偶联剂和表面活性剂均为固体，所述偶联剂的粒径大于表面活性剂的粒径，所述表面活性剂填充于偶联剂的缝隙中。
21.通过采用上述技术方案，偶联剂和表面活性剂均为固体，易于添加与使用。另外，表面活性剂填充于偶联剂的缝隙中，能够使位于外侧的偶联剂更好地与纤维体接触发生偶
联，遇水后，表面活性剂再从缝隙中渗出，改善无机组分的亲水性能，更好地分散于砂浆中其余组分中。
22.优选的，所述表面活性剂包含脂肪醇聚氧乙烯醚和亚甲基双萘磺酸钠中的一种或两种。
23.通过采用上述技术方案，脂肪醇聚氧乙烯醚和亚甲基双萘磺酸钠均具有良好的渗透性，易于从偶联剂的缝隙中渗出与无机组分接触，改善无机组分的亲水性，从而提高砂浆各组分的分散性与均一性，从而提高砂浆的强度。
24.优选的，所述偶联剂还包括明胶。
25.通过采用上述技术方案，将明胶添加至偶联剂中，明胶吸水后溶胀，从而对偶联剂缝隙中的表面活性剂产生挤压，继而便于表面活性剂从偶联剂的缝隙中渗出。
26.第二方面，本技术提供一种干粉砂浆稠化剂的制备方法，采用如下的技术方案：一种干粉砂浆稠化剂的制备方法，包括如下步骤：s1、初混：按配方，将石灰石粉与改性剂混合后，得初混料；s2、共混：将初混料、纳米高岭土和四氯化硅混合后，得干粉砂浆稠化剂。
27.通过采用上述技术方案，先通过步骤s1将改性剂与石灰石粉混合，使改性剂分散于石灰石粉中；再通过步骤s2使各组分混合，最终得到组分均一的砂浆稠化剂，制备方法简单，应用广泛。
28.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用石灰石粉、纳米高岭土、四氯化硅和改性剂添加至稠化剂中，形成一种稳定型极高的硅酸盐网络结构，同时，纳米高岭土促进石灰石粉和水泥进行水化，进而生成水化铝酸钙和水化硅酸钙；另外，水化铝酸钙和水化硅酸钙减少了包覆在原料外的氢氧化钙层，从而起到了提高砂浆结构紧密度的作用，进而提高砂浆的强度；四氯化硅遇水发生水解生成的硅酸与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙，进一步提高砂浆的强度；生成的盐酸则与氢氧化钙反应生成氯化钙，氯化钙能够降低水的凝固点，从而提高砂浆的抗冻融性，且氯化钙能够增加砂浆中钙离子的浓度，从而进一步提高砂浆的强度。
29.改性剂中，则能促进石灰粉等无机物能够与干粉砂浆中的聚合物的相容，提高砂浆中各组分的分散性与均匀性，进而达到提高砂浆强度的效果。
30.2、本技术中优选采用纤维体添加至改性剂中，偶联剂与无机组分、干粉砂浆中聚合物结合的同时，还能与纤维体偶联，纤维体能够缠结在砂浆中的石英砂和水泥颗粒上，从而提高砂浆中各组分的结合力与整体性，继而提高砂浆的强度。
31.3、本技术中优选采用表面活性剂填充于偶联剂的缝隙中，且偶联剂包括明胶，因此能够使位于外侧的偶联剂更好地与纤维体接触发生偶联，遇水后，明胶吸水后溶胀，从而对偶联剂缝隙中的表面活性剂产生挤压，表面活性剂则易从缝隙中渗出，改善无机组分的亲水性能，更好地分散于砂浆中其余组分中。
具体实施方式
32.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
33.本技术实施例中，所用的药品见表1：
表1本技术实施方式的药品偶联剂的制备例制备例1采用市售的15kg钛酸酯偶联剂作为偶联剂。
34.制备例2采用市售的5kg硅烷偶联剂作为偶联剂。
35.制备例3采用市售的5kg铝酸酯偶联剂作为偶联剂。
36.制备例4采用市售的2kg钛酸酯偶联剂和4.5kg硅烷偶联剂混合后作为偶联剂。
37.制备例5采用市售的2kg钛酸酯偶联剂和2.5kg铝酸酯偶联剂混合后作为偶联剂。
38.制备例6采用市售的4.5kg硅烷偶联剂和2.5kg铝酸酯偶联剂混合后作为偶联剂。
39.制备例7采用市售的1kg钛酸酯偶联剂、3kg硅烷偶联剂和1kg铝酸酯偶联剂混合后作为偶联剂。
40.制备例8-9制备例8-9与制备例7的不同之处在于：制备例8-9中钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和铝酸酯偶联剂的质量比与制备例7不同，具体如下：制备例8：2kg钛酸酯偶联剂、4.5kg硅烷偶联剂和2.5kg铝酸酯偶联剂；制备例9：3kg钛酸酯偶联剂、6kg硅烷偶联剂和4kg铝酸酯偶联剂。
41.制备例10制备例10与制备例8的不同之处在于，制备例10中还包括2kg明胶，采用市售的2kg钛酸酯偶联剂、4.5kg硅烷偶联剂、2.5kg铝酸酯偶联剂和2kg明胶混合后，得偶联剂。
42.纤维体的制备例制备例11采用市售的10kg玻璃纤维作为纤维体。
43.制备例12采用市售的10kg石膏纤维作为纤维体。
44.制备例13采用市售的5kg玻璃纤维和5kg石膏纤维混合后作为纤维体。
45.制备例14采用市售的10kg碳纤维作为纤维体。
46.制备例15本制备例与制备例13的不同之处在于，本制备例的纤维体为经预处理后的纤维体，预处理的步骤如下：将5kg玻璃纤维和5kg石膏纤维混合后，浸渍于质量分数为20%的盐酸中，5min后过滤并取滤渣，将滤渣用水洗涤3次后在室温下干燥24h，得预处理后的纤维体。
47.表面活性剂的制备例制备例15采用市售的15kg脂肪醇聚氧乙烯醚，研磨至粒径小于10μm后，作为表面活性剂。
48.制备例16采用市售的5kg亚甲基双萘磺酸钠，研磨至粒径小于10μm后，作为表面活性剂。
49.制备例17采用市售的2.5kg脂肪醇聚氧乙烯醚和2.5kg亚甲基双萘磺酸钠混合，并研磨至粒径小于10μm后，作为表面活性剂。
50.制备例18采用市售的5kg十二烷基苯磺酸钠，研磨至粒径小于10μm后，作为表面活性剂。
51.改性剂的制备例制备例19取1kg制备例15的表面活性剂和2kg制备例1的偶联剂搅拌混合后，得改性剂。
52.制备例20取2kg制备例15的表面活性剂和3kg制备例1的偶联剂搅拌混合后，得改性剂。
53.制备例21取3kg制备例15的表面活性剂和4kg制备例1的偶联剂搅拌混合后，得改性剂。
54.制备例22-33制备例22-33与制备例20的不同之处采用的表面活性剂和偶联剂不同，具体如下表2所示：表2 制备例20、制备例22-33中表面活性剂和偶联剂的选择制备例34本制备例与制备例33的不同之处在于，本制备例还包括纤维体，本制备例采用如下方法制得：取2kg制备例17的表面活性剂、3kg制备例10的偶联剂和1.5kg制备例11的纤维体搅拌混合后，得改性剂。
55.制备例35-38制备例35-38与制备例34的不同之处在于采用的纤维体不同，具体如下：
制备例35：采用制备例12的纤维体；制备例36：采用制备例13的纤维体；制备例37：采用制备例14的纤维体。
56.制备例38：采用制备例15的纤维体。
实施例
57.实施例1一种干粉砂浆稠化剂，由以下原料制成：石灰石粉20kg；纳米高岭土5kg；四氯化硅4kg；制备例19的改性剂2kg。
58.一种干粉砂浆稠化剂的制备方法，包括如下步骤：s1、初混：按配方，将石灰石粉与改性剂混合搅拌后，得初混料；s2、共混：将初混料、纳米高岭土和四氯化硅混合搅拌后，得干粉砂浆稠化剂。
59.实施例2本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中干粉砂浆稠化剂原料的质量不同，具体如下：石灰石粉30kg；纳米高岭土10kg；四氯化硅7kg；制备例19的改性剂3.5kg。
60.实施例3本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中干粉砂浆稠化剂原料的质量不同，具体如下：石灰石粉40kg；纳米高岭土15kg；四氯化硅10kg；制备例19的改性剂5kg。
61.实施例4-21实施例4-21与实施例2的不同之处在于选用的改性剂不同，具体如下表3所示：表3 实施例2、实施例4-21中改性剂的选择
对比例对比例1本对比例与实施例2的不同之处在于，本对比例的改性剂中只包含5kg制备例15的表面活性剂。
62.对比例2本对比例与实施例2的不同之处在于，本对比例的改性剂中只包含5kg制备例1的偶联剂。
63.对比例3
本对比例与实施例2的不同之处在于，本对比例采用市售的沸石粉代替纳米高岭土。
64.性能检测试验检测方法取52kg石英砂、30kg水泥、10kg纤维素醚、5kg木质素、6kg干粉砂浆稠化剂和16kg水混合搅拌后，制得砂浆；参照标准《建筑砂浆基本性能试验方法》jgj/70-2009对砂浆进行稠度和立方体抗压强度测试。
65.表4 性能检测表
将实施例1-3进行对比，实施例1-3的不同之处在于干粉砂浆稠化剂原料的配比不同，由于实施例2的稠度和抗压强度最高，说明实施例2中原料的配比最佳。
66.将实施例4-5和实施例2进行对比，实施例4-5和实施例2的不同之处在于改性剂中表面活性剂和偶联剂的配比不同，由于实施例4的稠度和抗压强度最高，说明实施例4的改性剂中表面活性剂和偶联剂的配比最佳。
67.将实施例4、实施例6-8进行对比，实施例4和实施例6-8的不同之处在于选用的表面活性剂不同。实施例4、实施例6-7的稠度和抗压强度大于实施例8，说明脂肪醇聚氧乙烯醚和亚甲基双萘磺酸钠均具有良好的渗透性，易于从偶联剂的缝隙中渗出与无机组分接触，改善无机组分的亲水性，从而提高砂浆各组分的分散性与均一性，从而提高砂浆的强度。另外，实施例7的稠度和抗压强度最高，说明脂肪醇聚氧乙烯醚和亚甲基双萘磺酸钠复配的表面活性剂更佳。
68.将实施例7、实施例9-14进行对比，实施例7、实施9-14的不同之处在于选用的偶联剂不同，实施例14的稠度和抗压强度最高，说明通过钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和铝酸酯偶联剂三种偶联剂的复配，钛酸酯偶联剂可以与水化铝酸钙和水化硅酸钙中的结合水作用，结合于水化铝酸钙和水化硅酸钙的表面；亲有机基团则与聚合物发生化学反应而使水化铝酸钙和水化硅酸钙与聚合物偶联，形成结合力强的砂浆，提高砂浆的强度。硅烷偶联剂能的亲无机基团够与水化硅酸钙形成良好的结合，从而使水化硅酸钙与干粉砂浆中的聚合物形成良好的结合，提高砂浆的强度。铝酸酯偶联剂与无机填料表面反应活性大，从而能够使干粉砂浆中的无机组分与聚合物形成稳定良好的结合。协同提高了干粉砂浆中增稠组分与聚合物之间的结合能力，从而起到良好的稠化作用，提高砂浆的强度。
69.将实施例14-16进行对比，实施例14-16的不同之处在于钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和铝酸酯偶联剂的配比不同。由于实施例15的稠度和抗压强度最高，说明实施例15钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和铝酸酯偶联剂的配比最佳。
70.将实施例17与实施例15进行对比，实施例17与实施例15的不同之处在于实施例17的偶联剂中还包括明胶，实施例17的稠度和抗压强度较高，说明将明胶添加至偶联剂中，明胶吸水后溶胀，从而对偶联剂缝隙中的表面活性剂产生挤压，继而便于表面活性剂从偶联剂的缝隙中渗出，提高了砂浆的强度。
71.将实施例18-21与实施例17进行对比，实施例18-21与实施例17的不同之处在于实施例18-21的改性剂中还包括纤维体，实施例18-21的稠度和抗压强度大于实施例17，说明偶联剂与无机组分、干粉砂浆中聚合物结合的同时，还能与纤维体偶联，纤维体能够缠结在
砂浆中的石英砂和水泥颗粒上，从而提高砂浆中各组分的结合力与整体性，继而提高砂浆的强度。另外，实施例18-20的稠度和抗压强度大于实施例21，说明且玻璃纤维和石膏纤维均能够与硅烷偶联剂形成良好的结合，从而能够提高砂浆的强度。
72.将实施例22与实施例19进行对比，实施例22与实施例19的不同之处在于实施例22的纤维体为经预处理后的纤维体，由于实施例22的稠度和抗压强度均大于实施例19，说明预处理后的纤维体表面能够形成凹凸不平的坑状结构，一方面增加了与偶联剂的接触面积，能够提高纤维体与偶联剂的结合力；另一方面，形成了粗糙的表面结构，能够增加纤维体与偶联剂等其余组分的鳌和力，进一步提高砂浆的强度。
73.最后，将对比例1-3与实施例2进行对比，对比例1-3与实施例2的不同之处在于，对比例1的改性剂中只包含5kg制备例15的表面活性剂，对比例2的改性剂中只包含5kg制备例1的偶联剂，对比例3采用市售的沸石粉代替纳米高岭土。由于实施例2的稠度和抗压强度均大于对比例1-3，说明本技术的方案更佳。
74.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，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，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。