一种易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆及其制备方法。
背景技术
目前，预制墙板的应用越来越广泛，使得粘结砂浆需求量和使用量都得到了很大的提高。现如今使用的砂浆粘结性能较差，极易造成空鼓和脱落等现象。同时，砂浆施工过程中达不到养护条件，砂浆失水过快，造成开裂现象。所以，着力解决填充墙体材料的开裂问题，有利于满足使用功能的要求，提高建筑质量，减少业主与开发商的矛盾，更重要的是有利新型建筑材料的推广应用和墙体改革事业的发展，有利于发展地方经济。
目前，砂浆研究中利用纳米二氧化硅的方法主要为直接添加和物理改性，这些方法无法解决纳米二氧化硅在砂浆中分散性问题以及纳米二氧化硅对砂浆自收缩的负面作用。如中国专利申请201610556758.2公开了一种抗裂防水堵漏砂浆的制作方法，该专利直接将纳米二氧化硅加入到丙烯酸丁酯中，将纳米二氧化硅作为填料，属于物理改性，改性效果有限且对砂浆自收缩不利。中国专利申请201911090694.1公开了一种机喷厚层聚合物修补砂浆，该专利直接掺入纳米二氧化硅，其中的纳米二氧化硅易团聚，分散不均匀，且无法解决纳米二氧化硅对砂浆自收缩和抗裂的不利影响。中国专利申请201910247139.9公开了一种装配式建筑外墙抹灰砂浆及其制作方法，利用纳米二氧化硅与聚丙烯酰胺简单物理复合，中国专利申请201811413324.2公开了一种室外用聚合物防水型抗裂环保砂浆及其制备方法，利用纳米二氧化硅填充砂浆，两个专利中的纳米二氧化硅虽然会提高砂浆密实性，减少聚合物对抗压强度的降低幅度，但会增大砂浆自收缩，对抗裂性能不利。中国专利申请201811118067.X公开了一种高密实抗渗砂浆，利用微波分散消除纳米二氧化硅在砂浆中的团聚问题，但微波分散用于整个砂浆效果有限，且增大施工使用时的难度，无法彻底解决纳米二氧化硅的团聚问题。中国专利申请201711096652.X公开了一种防裂抹灰砂浆及其制备方法，利用纳米二氧化硅、硅烷偶联剂和熔融状环氧树脂混合，物理混合可以提高聚合物的性能，但是无法解决纳米二氧化硅直接作用于砂浆对砂浆收缩和抗裂的负面影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆及其制备方法，制得的纳米改性乳液能够提升砂浆抗压强度的同时降低自收缩。获得的砂浆具有高粘结强度、几乎无收缩和高抗裂的优点，解决了现有砂浆性能无法同时满足工程中对于高粘结、无收缩的多元不开裂需求，同时制备方法易于实现工业化生产。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆，按重量份包括以下组分：超低收缩胶结料100份、纳米改性乳液0.1～10份和水10～30份，其中，所述超低收缩胶结料由以下组分按重量份组成：无机胶凝材料20～50份，细骨料50～80份，短纤维0.01～1份。
优选地，所述纳米改性乳液由以下组分按重量份组成：聚合物乳液0.05～9.5份，改性纳米二氧化硅0.005～1.5份，减水剂0～1份，其中，所述聚合物乳液为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯或丁苯乳液。
优选地，所述无机胶凝材料由以下组分按重量份组成：硅酸盐水泥10～40份，硫铝酸盐水泥0～10份，粉煤灰0～40份，石膏0～2份，膨胀剂0～15份。
优选地，所述细骨料由以下组分按重量份组成：中细砂30～70份，吸水骨料10～50份，其中，所述中细砂的粒径为0.16～2.5mm；所述吸水骨料粒径为0.16～2.5mm，吸水率高于20％，筒压强度高于2.0MPa。
优选地，所述短纤维为再生植物纤维、聚丙烯纤维或PVA纤维，长度为3～15mm。
一种易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)对纳米二氧化硅进行改性：将纳米二氧化硅分散入95％乙醇中，采用超声充分分散，加入甲酸调节pH值为4～6，而后加入硅烷偶联剂，在90℃恒温水浴8～12h，反应结束后冷却至室温，将所得溶液于真空抽滤机抽滤，抽滤所得样品于105℃电热鼓风干燥箱烘干3～5h，而后置于干燥器冷却，制备获得改性纳米二氧化硅；
步骤2)将步骤1)制得的改性纳米二氧化硅按乳液质量的5％～20％掺入聚合物乳液中，使其充分分散后，加入减水剂得到纳米改性乳液；
步骤3)将拌合均匀的超低收缩胶结料，加50％水搅拌，然后掺入步骤2)制得的纳米改性乳液和剩余的50％的水，拌合均匀即得到所述易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆。
本发明的有益效果如下：
1、不同于一般的聚合物乳液，仅提高抗折强度但会降低抗压强度，本发明采用的改性纳米二氧化硅改性乳液在增强粘结强度、提高柔性的同时，同步提高了抗压强度实现粘结强度达0.65～1.1MPa，抗压强度提高10％～20％。
2、不同于一般纳米二氧化硅，活性很高，充分反应会导致砂浆或混凝土自收缩的增大；本发明将纳米二氧化硅采用偶联剂进行改性后加入乳液中，会有效的降低自收缩。结合超低收缩胶结料，实现收缩的进一步降低，使纳米柔性砂浆28天的自收缩率小于10×10-6，干燥收缩小于150×10-6，
3、不同于一般纳米二氧化硅与乳液或砂浆的直接混合，纳米二氧化硅易团聚，很难均匀分散，本发明采用的有机接枝改性纳米二氧化硅的制备方法，可以使改性纳米二氧化硅的接枝率达95％以上，可真正有效解决纳米二氧化硅在砂浆中的团聚问题，应用时简单方便。
4、不同于一般的纳米改性砂浆，纳米材料用量一般在粉料的1％～5％，本发明用的纳米材料，仅用于改性乳液，仅为乳液质量的5％～20％，按粉料的用量占比仅0.2％～0.5％，大大降低了纳米二氧化硅的用量，在大幅度降低收缩、提高抗压和抗折强度的同时，大大提高经济性。
5、本发明制备的纳米柔性砂浆，区分为粉体材料、纳米改性乳液和水，易于实现商品化和现场应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆的制备方法，具体如下：
(1)对纳米二氧化硅进行改性：按重量份将5份纳米二氧化硅分散入95％乙醇中，采用超声充分分散，加入甲酸调节pH值为6，而后加入5份硅烷偶联剂KH-550，在90℃恒温水浴12h，反应结束后冷却至室温，将所得溶液于真空抽滤机抽滤，抽滤所得样品于105℃电热鼓风干燥箱烘干3h，而后置于干燥器冷却，制备获得改性纳米二氧化硅。
(2)按重量份将0.05份改性纳米二氧化硅掺入1份乙烯-醋酸乙烯共聚物中，使其充分分散后，加入0.1份减水剂得到纳米改性乳液。
(3)按重量份取P·Ⅱ型硅酸盐水泥21.9份，硫铝酸盐水泥6份，粉煤灰10份，石膏2份，中细砂(粒径0.16～2.5mm，下同)50份，吸水骨料(粒径0.16～2.5mm，吸水率高于20％，筒压强度3.5MPa，下同)10份，聚丙烯纤维(长度3～15mm)0.1份，纳米改性乳液1.15份，水10份。将无机胶凝材料干混均匀，加入中细砂、吸水骨料和聚丙烯纤维等，搅拌均匀，加50％水搅拌，然后掺入纳米改性乳液和剩余的50％水，拌合均匀即得到所述易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆。
实施例2
一种易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆的制备方法，具体如下：
(1)对纳米二氧化硅进行改性：按重量份将5份纳米二氧化硅分散入95％乙醇中，采用超声充分分散，加入甲酸调节pH值为4，而后加入5份硅烷偶联剂KH-550，在90℃恒温水浴8h，反应结束后冷却至室温，将所得溶液于真空抽滤机抽滤，抽滤所得样品于105℃电热鼓风干燥箱烘干5h，而后置于干燥器冷却，制备获得改性纳米二氧化硅。
(2)按重量份将0.2份改性纳米二氧化硅掺入2份乙烯-醋酸乙烯共聚物中，使其充分分散后，加入0.2份减水剂得到纳米改性乳液。
(3)按重量份取P·Ⅱ型硅酸盐水泥34.9份，膨胀剂15份，中细砂30份，吸水骨料20份，聚丙烯纤维(长度3～15mm)0.1份，纳米改性乳液2.4份，水20份。将无机胶凝材料干混均匀，加入中细砂、吸水骨料和聚丙烯纤维等，搅拌均匀，加50％水搅拌，然后掺入纳米改性乳液和剩余的50％水，拌合均匀即得到所述易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆。
实施例3
一种易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆的制备方法，具体如下：
(1)对纳米二氧化硅进行改性：按重量份将5份纳米二氧化硅分散入95％乙醇中，采用超声充分分散，加入甲酸调节pH值为5，而后加入5份硅烷偶联剂KH-550，在90℃恒温水浴10h，反应结束后冷却至室温，将所得溶液于真空抽滤机抽滤，抽滤所得样品于105℃电热鼓风干燥箱烘干4h，而后置于干燥器冷却，制备获得改性纳米二氧化硅。
(2)按重量份将1份改性纳米二氧化硅掺入8.7份乙烯-醋酸乙烯共聚物中，使其充分分散后，加入0.3份减水剂得到纳米改性乳液。
(3)按重量份取P·Ⅱ型硅酸盐水泥20份，硫铝酸盐水泥5份，粉煤灰5份，石膏1份，PVA纤维(长度3～15mm)1份，中细砂58份，吸水骨料10份，纳米改性乳液10份，水10份。将无机胶凝材料干混均匀，加入中细砂、吸水骨料和PVA纤维等，搅拌均匀，加50％水搅拌，然后掺入纳米改性乳液和剩余的50％水，拌合均匀即得到所述易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆。
实施例4
一种易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆的制备方法，具体如下：
(1)对纳米二氧化硅进行改性：按重量份将5份纳米二氧化硅分散入95％乙醇中，采用超声充分分散，加入甲酸调节pH值为5，而后加入5份硅烷偶联剂KH-550，在90℃恒温水浴10h，反应结束后冷却至室温，将所得溶液于真空抽滤机抽滤，抽滤所得样品于105℃电热鼓风干燥箱烘干3h，而后置于干燥器冷却，制备获得改性纳米二氧化硅。
(2)按重量份将0.4份改性纳米二氧化硅掺入4份聚丙烯酯乳液中，使其充分分散后，加入0.2份减水剂得到纳米改性乳液。
(3)按重量份取P·Ⅱ型硅酸盐水泥21.8份，膨胀剂10份，中细砂58份，吸水骨料10份，再生植物纤维(长度3～15mm)0.2份，纳米改性乳液4.6份，水12份。将无机胶凝材料干混均匀，加入中细砂、吸水骨料和植物纤维等，搅拌均匀，加50％水搅拌，然后掺入纳米改性乳液和剩余的50％水，拌合均匀即得到所述易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆。
实施例5
一种易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆的制备方法，具体如下：
(1)对纳米二氧化硅进行改性：按重量份将5份纳米二氧化硅分散入95％乙醇中，采用超声充分分散，加入甲酸调节pH值为4，而后加入5份硅烷偶联剂KH-550，在90℃恒温水浴8h，反应结束后冷却至室温，将所得溶液于真空抽滤机抽滤，抽滤所得样品于105℃电热鼓风干燥箱烘干5h，而后置于干燥器冷却，制备获得改性纳米二氧化硅。
(2)按重量份将0.4份改性纳米二氧化硅掺入2份丁苯乳液中，使其充分分散后，加入0.2份减水剂得到纳米改性乳液。
(3)按重量份取P·Ⅱ型硅酸盐水泥11份，硫铝酸盐水泥15份，粉煤灰10份，石膏3份，PVA纤维(长度3～15mm)1份，中细砂50份，吸水骨料10份，纳米改性乳液2.6份，水15份。将无机胶凝材料干混均匀，加入中细砂、吸水骨料和PVA纤维等，搅拌均匀，加50％水搅拌，然后掺入纳米改性乳液和剩余的50％水，拌合均匀即得到所述易工业化的超低收缩纳米柔性砂浆。
对比例1
按重量份取P·Ⅱ型硅酸盐水泥20份，粉煤灰10份，中细砂50份，乙烯-醋酸乙烯共聚物1.5份，水10份。将无机胶凝材料干混均匀，加入中细砂，搅拌均匀，加50％水搅拌，然后掺入乙烯-醋酸乙烯共聚物和剩余的50％水，拌合均匀即得到普通聚合物改性砂浆。
对比例2
(1)按重量份将0.4份纳米二氧化硅掺入2份丁苯乳液中，使其充分分散后，加入0.2份减水剂得到改性乳液。
(2)按重量份取P·Ⅱ型硅酸盐水泥11.5份，硫铝酸盐水泥15份，粉煤灰10份，石膏3份，PVA纤维(长度3～15mm)1份，中细砂50份，吸水骨料10份，改性乳液2.6份，水15份。将无机胶凝材料干混均匀，加入中细砂、吸水骨料和PVA纤维等，搅拌均匀，加50％水搅拌，然后掺入改性乳液和剩余的50％水，拌合均匀即得到柔性砂浆。
测试例1
实施例1～5及对比例1、2制得的砂浆各项性能参数如表1所示。
表1超低收缩纳米柔性砂浆的性能参数
