CN115215618A - 一种可低温使用的外保温砂浆及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水泥砂浆技术领域，具体公开了一种可低温使用的外保温砂浆及其制备方法与应用。外保温砂浆的原料组分包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和改性氧化钙，改性氧化钙的改性剂包括复合聚乙烯醇，复合聚乙烯醇包裹氧化钙；复合聚乙烯醇包括低温速溶型聚乙烯醇和低温缓溶型聚乙烯醇；所述低温为小于5℃。本发明制备的外保温砂浆可使初始温度提高6～8℃，最低施工温度为‑3℃，并实现28天同水泥砂浆的原强为0.71～0.8MPa；浸水7天同水泥砂浆的耐水强度为0.91～1.12MPa；吸水量为161～192g/m2；且抗冲击性合格并不透水，可满足砂浆低温施工的要求。

Description

一种可低温使用的外保温砂浆及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于水泥砂浆技术领域，具体涉及一种可低温使用的外保温砂浆及其制备方法与应用。
背景技术
薄抹灰外墙外保温***用外保温砂浆是以无机材料为骨料，以水泥为胶凝料，掺和一些改性添加剂，经搅拌混合而制成的一种预拌干粉砂浆，用于构筑建筑表面保温层的一种建筑材料，主要用于建筑外墙保温，粘结保温板材和批涂于保温板材表面，具有施工方便、耐久性好等优点。
目前，市场上外墙保温用砂浆一般采用硅酸盐水泥，黄砂，结合添加纤维，纤维素醚、乳胶粉等干混砂浆添加剂配制而成，使砂浆具有优良粘结性能、良好的施工性、抗裂性及耐候性，并且施工简便、经济实用，同时具有满足节能建筑需要，在施工环境温度和基材温度大于5℃的情况下，可在施工现场加水搅拌批涂施工。
但目前市场上的粘结砂浆一般的适用温度为5℃及以上，以中国北方气候条件，在每年的10月份左右，气温便逐步低于5℃，受气候条件的影响，在温度较低时，外保温砂浆则施工困难，对外保温市场造成一定的影响。同时，一般的粘结砂浆在加水搅拌后施工，固化过程中，由于存在体积收缩，容易引起砂浆开裂。
因此，亟需研发一种外保温砂浆，可提高砂浆的初始温度，使之适用于低温条件下施工，且结构致密柔韧，符合外保温砂浆的力学性能要求。
发明内容
本发明提出一种可低温使用的外保温砂浆及其制备方法与应用，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为克服上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种外保温砂浆。
具体的，一种外保温砂浆，所述外保温砂浆的原料组分包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和改性氧化钙，所述改性氧化钙的改性剂包括复合聚乙烯醇，所述复合聚乙烯醇包裹所述氧化钙；所述复合聚乙烯醇包括低温速溶型聚乙烯醇和低温缓溶型聚乙烯醇；所述低温为小于5℃。
本发明所指的低温速溶型聚乙烯醇是指在较低的温度下(低于5℃)仍可快速溶解于水，在0-2℃的水中2wt％浓度下，手动搅拌可迅速溶胀成透明的胶状；而低温缓溶型聚乙烯醇是指在较低的温度下(低于5℃)的水溶性极低，在0-2℃的水中2wt％浓度下，手动搅拌下无法溶胀成透明的胶状，但随着温度升高至35-40℃，手动搅拌下可溶胀成半透明胶状。
本发明的外保温砂浆通过在水泥基料中添加改性氧化钙，该氧化钙的表面包裹有一层复合聚乙烯醇。在加水搅拌的过程中，氧化钙与水反应生成氢氧化钙的过程为放热反应，可提高砂浆的初始温度，使砂浆在环境温度较低时，甚至零下的气温条件下，搅拌后的砂浆的初始温度仍能保持在较高的状态，保证水泥能正常进行水化。同时，氧化钙在与水反应生成氢氧化钙的过程中会发生体积膨胀，可弥补砂浆在干燥过程中产生的体积收缩，从而减少砂浆的开裂。且氧化钙表面包裹的复合聚乙烯醇，可在后期砂浆固化后的结构中起到微弹簧的缓冲作用，增加内聚力，并平衡砂浆体系收缩和膨胀之间产生的内部应力，减少体系内部微裂纹的产生，从而提高砂浆的力学性能。此外，氧化钙经复合聚乙烯包裹后，还能保证氧化钙在储存过程中，不受空气中水分的干扰，提高使用时的稳定性。
本发明的复合聚乙烯醇包括低温速溶型聚乙烯醇和低温缓溶型聚乙烯醇，这两种聚乙烯醇具有不同的溶解性能，随着被低温速溶型聚乙烯醇包裹的氧化钙先遇水反应放热，体系温度升高，低温缓溶型聚乙烯醇也逐渐溶解，被低温缓溶型聚乙烯醇包裹的氧化钙也逐步遇水反应放热，不仅可避免体系温度在短时间内温度升的过高，还可保持氧化钙体系在施工时间内(约为1.5小时)能够持续放热，从而保证外保温砂浆在从施工到基面之前都能保持一定的温度，符合砂浆初始温度的要求，使砂浆能稳定的施工到基面上，实现砂浆在低温条件下的施工。
本发明的外保温砂浆中还引入了硫铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥为快硬水泥，能够保证砂浆体系在较高的初始温度的情况下，较短时间内快速反应。因此，在改性氧化钙和硫铝酸盐水泥的共同作用下，砂浆体系可在低温下，较短的时间内达到一定的力学强度，满足砂浆的低温施工要求。
优选的，所述硅酸盐水泥和所述硫铝酸盐水泥的强度级别均为PO42.5。
作为上述方案的进一步改进，所述复合聚乙烯醇的聚合度为1600～1800，醇解度为85～99mol％。
作为上述方案的进一步改进，所述低温速溶型聚乙烯醇为聚乙烯醇1788；所述低温缓溶型聚乙烯醇由聚乙烯醇1788和聚乙烯醇1799按质量比为(0.5～1)：(99～99.5)复配而成。
具体的，所述低温速溶型聚乙烯醇为聚乙烯醇1788，该聚乙烯醇的水溶性好，不管在冷水(低于5℃)中，还是在热水(高于60℃)中都能快速地溶解；低温缓溶型聚乙烯醇主要成分为聚乙烯醇1799，该聚乙烯醇在较低温度下溶解性极低，通过与聚乙烯醇1788复配后可一定程度上提高低温缓溶型聚乙烯醇在低温下的溶解性。本发明通过同时采用由低温速溶型聚乙烯醇和低温缓溶型聚乙烯醇组成的复合聚乙烯醇，可有效控制氧化钙的反应放热速度，使其在施工期间内持续放热，保证砂浆在低温度条件下，施工时间内均可满足施工要求。
作为上述方案的进一步改进，按重量份计，所述外保温砂浆的原料组分包括：硅酸盐水泥30～40份、硫铝酸盐水泥5～10份和改性氧化钙15～20份。
作为上述方案的进一步改进，所述外保温砂浆的原料组分还包括砂、纤维素醚、柔性可再分散胶粉、缓凝剂中的至少一种。
优选的，所述纤维素醚选自但不限于羟丙基甲基纤维素醚。
作为上述方案的进一步改进，所述柔性可再分散胶粉的玻璃化温度为-10～-15℃。
优选的，所述柔性可再分散胶粉选自但不限于醋酸乙烯-乙烯类胶粉。
优选的，所述缓凝剂选自但不限于L+酒石酸。
作为上述方案的进一步改进，按重量份计，所述外保温砂浆的原料组分还包括：砂35～45份、纤维素醚0.2～0.4份、柔性可再分散胶粉1～3份、缓凝剂0.1～0.2份。
本发明的第二方面提供了一种外保温砂浆的制备方法。
具体的，一种外保温砂浆的制备方法，所述制备方法用于制备本发明的外保温砂浆，包括以下步骤：
将各原料混合，得所述外保温砂浆。
作为上述方案的进一步改进，所述外保温砂浆的制备方法，包括以下步骤：
按重量份计，取低温速溶型聚乙烯醇10～15份、分散剂0.2～0.3份、小分子润湿剂0.1～0.2份，氧化钙80～100份，进行混合，挤塑、粉磨，得改性氧化钙A；
按重量份计，取低温缓溶型聚乙烯醇10～15份、分散剂0.2～0.3份、小分子润湿剂0.1～0.2份，氧化钙80～100份，进行混合，挤塑、粉磨，得改性氧化钙B；
按质量比为(2～3)：(7～8)取所述改性氧化钙A和所述改性氧化钙B，与砂、纤维素醚、柔性可再分散胶粉和缓凝剂混合，得所述外保温砂浆。
作为上述方案的进一步改进，在制备所述改性氧化钙A或所述改性氧化钙B的过程中，所述混合的方式为机械摇匀，所述混合的时间为5-15分钟。
作为上述方案的进一步改进，在制备所述改性氧化钙A或所述改性氧化钙B的过程中，所述挤塑的温度为80～90℃，所述挤塑料的次数为2次以上。
作为上述方案的进一步改进，在制备所述改性氧化钙A或所述改性氧化钙B的过程中，所述粉磨的温度为低于5℃。
作为上述方案的进一步改进，所述改性氧化钙A和所述改性氧化钙B的粒径均为过250-300目筛。
优选的，所述分散剂选自但不限于硬脂酸钡。
优选的，所述小分子润湿剂选自但不限于聚乙烯蜡。
本发明的第三方面提供了一种外保温砂浆的应用。
具体的，本发明所述的外保温砂浆在建筑领域中的应用。
本发明的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：
(1)本发明的外保温砂浆通过在水泥基料中添加采用复合聚乙烯醇包裹改性的氧化钙，利用氧化钙与水反应生成氢氧化钙的过程所释放的热量提高砂浆的初始温度，使砂浆在低温条件下，砂浆的初始温度仍能保持在较高的状态，保证水泥能正常进行水化。同时，利用氧化钙在与水反应生成氢氧化钙的过程中发生的体积膨胀，弥补砂浆在干燥过程中产生的体积收缩，以减少砂浆的开裂。并利用复合聚乙烯平衡砂浆体系收缩和膨胀之间产生的内部应力，减少体系内部微裂纹的产生，从而提高砂浆的粘结强度。实现拉伸粘结强度(原强，28天，同水泥砂浆)为0.71～0.8MPa；拉伸粘结强度(耐水强度，浸水7天，同水泥砂浆)为0.91～1.12MPa；吸水量为161～192g/m2；且抗冲击性合格并不透水。
(2)本发明采用包含有低温速溶型聚乙烯醇和低温缓溶型聚乙烯醇的复合聚乙烯醇，利用两种聚乙烯醇不同的溶解性能，不仅可避免体系温度在短时间内温度升的过高，也能保持氧化钙体系在施工时间内能够持续放热，使砂浆能稳定的施工到基面上，实现低温条件下的施工。
(3)本发明的外保温砂浆中还引入了硫铝酸盐水泥，利用硫铝酸盐水泥的快硬特性，与改性氧化钙共同作用下，保障砂浆体系可在低温下，较短的时间内达到一定的强度要求，满足砂浆的低温施工。实现砂浆的初始温度提高6～8℃，最低施工温度为-3℃。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。
实施例1
一种外保温砂浆，按重量份计，其原料组分包括：
Figure BDA0003674183930000041
Figure BDA0003674183930000051
一种外保温砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份计，取聚乙烯醇1788 10份、硬脂酸钡0.2份、聚乙烯蜡0.1份，200目纯度为96％的氧化钙90份，放置在密闭容器中机械摇匀10分钟，将混合物逐步加入到挤塑机中，挤塑机挤塑温度设置在85℃，在挤塑机中挤塑3遍后出料，先冷却至室温，然后加入到采用水冷的粉碎机中，在保持3℃的状态下，进行粉碎至250目，得改性氧化钙A；
(2)按重量份计，取聚乙烯醇1799 9.95份、聚乙烯醇1788 0.05份、硬脂酸钡0.2份、聚乙烯蜡0.1份，200目纯度为96％的氧化钙90份，放置在密闭容器中机械摇匀10分钟，将混合物逐步加入到挤塑机中，挤塑机挤塑温度设置在85℃，在挤塑机中挤塑3遍后出料，先冷却至室温，然后加入到采用水冷的粉碎机中，在保持3℃的状态下，进行粉碎至250目，得改性氧化钙B；
(3)按质量比为3：12取步骤(1)制得的改性氧化钙A和步骤(2)制得的改性氧化钙B，与砂、羟丙基甲基纤维素醚、醋酸乙烯-乙烯类胶粉和L+酒石酸混合，得本实施例的外保温砂浆。
实施例2
一种外保温砂浆，按重量份计，其原料组分包括：
Figure BDA0003674183930000052
一种外保温砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份计，取聚乙烯醇1788 15份、硬脂酸钡0.3份、聚乙烯蜡0.2份，200目纯度为96％的氧化钙90份，放置在密闭容器中机械摇匀10分钟，将混合物逐步加入到挤塑机中，挤塑机挤塑温度设置在85℃，在挤塑机中挤塑3遍后出料，先冷却至室温，然后加入到采用水冷的粉碎机中，在保持2℃的状态下，进行粉碎至300目，得改性氧化钙A；
(2)按重量份计，取聚乙烯醇1799 14.85份、聚乙烯醇1788 0.15份、硬脂酸钡0.3份、聚乙烯蜡0.2份，200目纯度为96％的氧化钙90份，放置在密闭容器中机械摇匀10分钟，将混合物逐步加入到挤塑机中，挤塑机挤塑温度设置在85℃，在挤塑机中挤塑3遍后出料，先冷却至室温，然后加入到采用水冷的粉碎机中，在保持2℃的状态下，进行粉碎至300目，得改性氧化钙B；
(3)按质量比为6：14取步骤(1)制得的改性氧化钙A和步骤(2)制得的改性氧化钙B，与砂、羟丙基甲基纤维素醚、醋酸乙烯-乙烯类胶粉和L+酒石酸混合，得本实施例的外保温砂浆。
实施例3
一种外保温砂浆，按重量份计，其原料组分包括：
Figure BDA0003674183930000061
一种外保温砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份计，取聚乙烯醇1788 12份、硬脂酸钡0.25份、聚乙烯蜡0.15份，200目纯度为96％的氧化钙90份，放置在密闭容器中机械摇匀10分钟，将混合物逐步加入到挤塑机中，挤塑机挤塑温度设置在85℃，在挤塑机中挤塑3遍后出料，先冷却至室温，然后加入到采用水冷的粉碎机中，在保持4℃的状态下，进行粉碎至300目，得改性氧化钙A；
(2)按重量份计，取聚乙烯醇1799 14.9份、聚乙烯醇1788 0.1份、硬脂酸钡0.25份、聚乙烯蜡0.15份，200目纯度为96％的氧化钙90份，放置在密闭容器中机械摇匀10分钟，将混合物逐步加入到挤塑机中，挤塑机挤塑温度设置在85℃，在挤塑机中挤塑3遍后出料，先冷却至室温，然后加入到采用水冷的粉碎机中，在保持4℃的状态下，进行粉碎至300目，得改性氧化钙B；
(3)按质量比为3.8：11.2取步骤(1)制得的改性氧化钙A和步骤(2)制得的改性氧化钙B份，与砂、羟丙基甲基纤维素醚、醋酸乙烯-乙烯类胶粉和L+酒石酸混合，得本实施例的外保温砂浆。
实施例4
一种外保温砂浆，按重量份计，其原料组分包括：
Figure BDA0003674183930000071
一种外保温砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份计，取聚乙烯醇1788 15份、硬脂酸钡0.2份、聚乙烯蜡0.1份，200目纯度为96％的氧化钙90份，放置在密闭容器中机械摇匀10分钟，将混合物逐步加入到挤塑机中，挤塑机挤塑温度设置在85℃，在挤塑机中挤塑3遍后出料，先冷却至室温，然后加入到采用水冷的粉碎机中，在保持3℃的状态下，进行粉碎至250目，得改性氧化钙A；
(2)按重量份计，取聚乙烯醇1799 9.9份、聚乙烯醇1788 0.1份、硬脂酸钡0.25份、聚乙烯蜡0.15份，200目纯度为96％的氧化钙90份，放置在密闭容器中机械摇匀10分钟，将混合物逐步加入到挤塑机中，挤塑机挤塑温度设置在85℃，在挤塑机中挤塑3遍后出料，先冷却至室温，然后加入到采用水冷的粉碎机中，在保持2℃的状态下，进行粉碎至300目，得改性氧化钙B；
(3)按质量比为5.5：14.5取步骤(1)制得的改性氧化钙A和步骤(2)制得的改性氧化钙B，与砂、羟丙基甲基纤维素醚、醋酸乙烯-乙烯类胶粉和L+酒石酸混合，得本实施例的外保温砂浆。
对比例1
一种外保温砂浆，按重量份计，其原料组分包括：
Figure BDA0003674183930000072
一种外保温砂浆的制备方法，包括以下步骤：
将硅酸盐水泥与砂、纤维素醚、柔性可再分散胶粉和缓凝剂混合，得本对比例的外保温砂浆。
对比例2
一种外保温砂浆，按重量份计，其原料组分包括：
Figure BDA0003674183930000081
一种外保温砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份计，取聚乙烯醇1788 10份、硬脂酸钡0.2份、聚乙烯蜡0.1份，200目纯度为96％的氧化钙90份，放置在密闭容器中机械摇匀10分钟，将混合物逐步加入到挤塑机中，挤塑机挤塑温度设置在85℃，在挤塑机中挤塑3遍后出料，先冷却至室温，然后加入到采用水冷的粉碎机中，在保持3℃的状态下，进行粉碎至250目，得改性氧化钙A；
(2)取步骤(1)制得的改性氧化钙A，与砂、羟丙基甲基纤维素醚、醋酸乙烯-乙烯类胶粉和L+酒石酸混合，得本对比例的外保温砂浆。
性能测试
分别在实施例1-2及对比例1制备的外保温砂浆中加水(28wt％)，搅拌混合后，进行制样，模拟低温天气进行养护，养护条件为：湿度50％；先在(0-1)℃下，养护8小时，然后在-5℃下，养护16小时，为1个循环，进行循环养护。按照GB/T 29906-2013检测各样品的性能，测试结果如表1所示。
表1：实施例1-2及对比例1的性能对比表
Figure BDA0003674183930000082
Figure BDA0003674183930000091
由表1可知，实施例1-2的拉伸粘结强度无论是原强还是耐水强度均优于普通外保温砂浆的对比例1，且实施例1-2均可符合短期强度和标准强度的要求，而对比例1的砂浆因温度过低而无法固化。同时，对比例1由于拉伸粘结强度较低，抗压抗折强度低，导致压折比也较小。
由于实施例1-2的水化充分，加之改性氧化钙的微膨胀体系，使砂浆固化后结构致密，因此吸水量较小、抗冲击性能符合标准要求，且不透水；而对比例1的结构相对更疏松，内聚力不足，因此吸水量更大、抗冲击性无法达到标准要求，且透水。
对比例2采用单一低温速溶型聚乙烯醇包裹氧化钙，加水搅拌后，砂浆温度有上升，但15-25分钟后温度下降到环境温度，无法在有效的操作时间(约1.5小时)内使砂浆持续保持较高温度，因此，无论是拉伸粘结强度，还是吸水量、抗冲击性和透水性均无法达到标准要求。
本发明实施例3-4与实施例1-2的区别仅在于各原料的用量及工艺参数的不同，但均在本发明的保护范围之内，因此相关性能均与表1中实施例1-2的性能相近。
对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.一种外保温砂浆，其特征在于，所述外保温砂浆的原料组分包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和改性氧化钙，所述改性氧化钙的改性剂包括复合聚乙烯醇，所述复合聚乙烯醇包裹所述氧化钙；所述复合聚乙烯醇包括低温速溶型聚乙烯醇和低温缓溶型聚乙烯醇；所述低温为小于5℃。
2.根据权利要求1所述的外保温砂浆，其特征在于，所述复合聚乙烯醇的聚合度为1600～1800，醇解度为85～99mol％。
3.根据权利要求1所述的外保温砂浆，其特征在于，所述低温速溶型聚乙烯醇为聚乙烯醇1788；所述低温缓溶型聚乙烯醇由聚乙烯醇1788和聚乙烯醇1799按质量比为(0.5～1)：(99～99.5)复配而成。
4.根据权利要求1所述的外保温砂浆，其特征在于，按重量份计，所述外保温砂浆的原料组分包括：硅酸盐水泥30～40份、硫铝酸盐水泥5～10份和改性氧化钙15～20份。
5.根据权利要求4所述的外保温砂浆，其特征在于，所述外保温砂浆的原料组分还包括砂、纤维素醚、柔性可再分散胶粉、缓凝剂中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的外保温砂浆，其特征在于，所述柔性可再分散胶粉的玻璃化温度为-10～-15℃。
7.根据权利要求5所述的外保温砂浆，其特征在于，按重量份计，所述外保温砂浆的原料组分还包括：砂35～45份、纤维素醚0.2～0.4份、柔性可再分散胶粉1～3份、缓凝剂0.1～0.2份。
8.一种外保温砂浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1至7任意一项所述的外保温砂浆，包括以下步骤：
将各原料混合，得所述外保温砂浆。
9.根据权利要求8所述的外保温砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按重量份计，取低温速溶型聚乙烯醇10～15份、分散剂0.2～0.3份、小分子润湿剂0.1～0.2份，氧化钙80～100份，进行混合，挤塑、粉磨，得改性氧化钙A；
按重量份计，取低温缓溶型聚乙烯醇10～15份、分散剂0.2～0.3份、小分子润湿剂0.1～0.2份，氧化钙80～100份，进行混合，挤塑、粉磨，得改性氧化钙B；
按质量比为(2～3)：(7～8)取所述改性氧化钙A和所述改性氧化钙B，与砂、纤维素醚、柔性可再分散胶粉和缓凝剂混合，得所述外保温砂浆。
10.权利要求1至7任意一项所述的外保温砂浆在建筑领域中的应用。
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