阅读说明：本技术 一种胶凝材料改性剂及其制备方法和应用 (Cementing material modifier and preparation method and application thereof ) 是由 杨全兵 于 2020-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种胶凝材料改性剂及其制备方法和应用,该改性剂的原材料包括以下质量份组分：粉煤灰1000份,三萜皂甙0.2-2.0份和黄原胶1-5份。按质量份,将粉煤灰、三萜皂甙和黄原胶在混料机中混合,即可得到胶凝材料改性剂。该胶凝材料应用于建筑材料中。与现有技术相比,本发明具有降低粘性、调整色差、提高流动度或工作性等优点。(The invention relates to a cementing material modifier, a preparation method and application thereof, wherein the raw materials of the modifier comprise the following components in parts by mass: 1000 parts of fly ash, 0.2-2.0 parts of triterpenoid saponin and 1-5 parts of xanthan gum. Mixing the fly ash, the triterpenoid saponin and the xanthan gum in a mixer according to the mass parts to obtain the cementing material modifier. The cementing material is applied to building materials. Compared with the prior art, the invention has the advantages of reducing viscosity, adjusting color difference, improving fluidity or workability and the like.)

一种胶凝材料改性剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种胶凝材料改性剂及其制备方法和应用。

背景技术

水镁石-磷酸盐基胶凝材料是由水镁石、磷酸二氢铵和硼砂配制而成，因具有优异的综合性能，尤其是凝结硬化超快、早期强度和粘结强度高、热膨胀系数和弹性模量与硅酸盐水泥混凝土匹配性好、干缩小等，它可被广泛应用于高速公路、机场跑道、市政道路和桥梁、工业地坪等土木工程病害的快速抢修，以及有害固体废弃物的安全处置等领域。

然而，水镁石-磷酸盐基胶凝材料也存在一些不足，如与硅酸盐水泥相比，其粘性太大，影响密实、抹面效率和效果；其属酸性基材料，尚没有找到相对应有效的化学减水剂；其颜色太白，当用于修复硅酸盐水泥混凝土时，二者之间色差太大，影响美观等。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种降低粘性、调整色差、提高流动度或工作性的胶凝材料改性剂及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种胶凝材料改性剂，该改性剂的原材料包括以下质量份组分：粉煤灰1000份，三萜皂甙0.2-2.0份和黄原胶1-5份。粉煤灰为火力发电站形成的工业副产品，属I级低钙粉煤灰；三萜皂甙为天然植物如皂荚、茶粕等中提炼的粉剂产品；黄原胶为粉剂化工产品，其纯度≥95％。其中三萜皂甙主要起到降低新拌材料的粘性和增加流动度，对水镁石-磷酸盐基胶凝材料这种酸性材料尤为有效。

一种如上所述的胶凝材料改性剂的制备方法，该方法为：按质量份，将粉煤灰、三萜皂甙和黄原胶在混料机中混合，即可得到胶凝材料改性剂。

进一步地，所述混合的时间为10-20min。

一种如上所述的胶凝材料改性剂的应用，该胶凝材料应用于建筑材料中。

进一步地，所述应用的方法包括以下步骤：

(1)将胶凝材料、水和骨料混合，并搅拌充分，形成浆料；

(2)将浆料浇筑到模具中，并振捣密实，对表面进行抹平；

(3)固化后脱模，在空气中养护一段时间，得到建筑材料。

进一步地，所述的胶凝材料、水和骨料的质量比为1:(0.1-0.2):(0.8-1.2)。

进一步地，所述的胶凝材料包括质量比为1:(1.5-9)的胶凝材料改性剂和水镁石-磷酸盐基胶凝材料。也就是说，所述的胶凝材料改性剂以等量替代水镁石-磷酸盐基胶凝材料的方式掺入净浆、砂浆和混凝土中，其掺量为10-40％。

进一步地，所述的水镁石-磷酸盐基胶凝材料包括以下质量份组分：磷酸二氢铵100份，水镁石100-400份，硼砂10-50份。

进一步地，所述的骨料包括砂或砂石。

进一步地，所述的固化的时间为1-3h，所述养护的时间为3h-28天，优选3-7天，温度为20±5℃，湿度为70±10rh％。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)通过掺入本发明改性剂，可明显降低水镁石-磷酸盐基材料的粘性，从而改善其施工性能和抹面效率，并且对其力学性能的影响不大；

(2)通过掺入本发明改性剂，可有效地调整和降低水镁石-磷酸盐基材料与硅酸盐水泥混凝土之间的色差；

(3)当保持水胶比，即水与凝胶材料的质量比不变时，掺入本发明改性剂，可提高材料体系的流动度或工作性；或是说在降低水胶比的时候，可以掺入本发明改性剂，以保持材料体系的流动度，起到减水作用；

(4)本发明工艺技术简单，生产成本低，也易于推广应用，具备显著的经济和社会效益，市场应用前景广阔。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

胶凝材料改性剂和建筑材料通过以下方法制备：

(1)将粉煤灰1000份，三萜皂甙0.25份和黄原胶5份在混料机中混合10-20min，即可得到胶凝材料改性剂。

(2)将胶凝材料1份、水0.16份和砂1份混合，并搅拌充分，形成浆料(砂浆)；其中，凝胶材料包括80ωt％的水镁石-磷酸盐基胶凝材料和20ωt％的胶凝材料改性剂(改性剂掺量20％)；水镁石-磷酸盐基胶凝材料由磷酸二氢铵100份、水镁石200份和硼砂25份组成；

(3)将浆料灌入模具中，固化1-3h成型；

(4)打开模具，将固化成型的浆料取出，并在空气中养护3h-28天，温度为20±5℃，湿度为70±10rh％，禁止直接放入水或喷水养护，得到建筑材料，其性能指标见表1所示。

实施例2

与实施例1的不同之处在于，胶凝材料改性剂的组成为：粉煤灰1000份，三萜皂甙0.5份，黄原胶4份，其性能指标见表1所示。

实施例3

与实施例1的不同之处在于，胶凝材料改性剂的组成为：粉煤灰1000份，三萜皂甙1.0份，黄原胶3份，凝胶材料包括90ωt％的水镁石-磷酸盐基胶凝材料和10ωt％的胶凝材料改性剂，其性能指标见表1所示。

实施例4

与实施例3的不同之处在于，凝胶材料包括80ωt％的水镁石-磷酸盐基胶凝材料和20ωt％的胶凝材料改性剂，其性能指标见表1所示。

实施例5

与实施例3的不同之处在于，凝胶材料包括70ωt％的水镁石-磷酸盐基胶凝材料和30ωt％的胶凝材料改性剂，其性能指标见表1所示。

实施例6

与实施例3的不同之处在于，凝胶材料包括60ωt％的水镁石-磷酸盐基胶凝材料和40ωt％的胶凝材料改性剂，其性能指标见表1所示。

实施例7

与实施例1的不同之处在于，胶凝材料改性剂的组成为：粉煤灰1000份，三萜皂甙1.5份，黄原胶2份，其性能指标见表1所示。

实施例8

与实施例1的不同之处在于，胶凝材料改性剂的组成为：粉煤灰1000份，三萜皂甙2份，黄原胶1份，其性能指标见表1所示。

对比例

建筑材料通过以下方法制备：

(1)将磷酸二氢铵100份、水镁石200份和硼砂25份在混料机中混合10-30min，即可得到快凝水镁石-磷酸盐基胶凝材料。

(2)将胶凝材料1份、水0.16份和砂1份混合，并搅拌充分，形成浆料(砂浆)；

(3)将浆料灌入模具中，固化1-3h成型；

(4)打开模具，将固化成型的浆料取出，并在空气中养护3h-28天，温度为20±5℃，湿度为70±10rh％，禁止直接放入水或喷水养护，得到建筑材料，其性能指标见表1所示。

表1掺入不同配比的本发明改性剂的性能比较

注：(1)试件尺寸为4cm×4cm×16cm；

(2)养护条件：室内空气中养护，温度20±5℃，湿度70±10rh％，表格内的时间即是养护时间。

从表1中可清楚地看到，与未掺入本发明改性剂的对比例相比，掺入本发明改性剂后，可明显提高水镁石-磷酸盐基砂浆的流动度和延长可操作时间，且其掺量越大，其可操作时间越长，由实施例3-6对比可知，当掺量约20％时，其流动度最佳；其砂浆强度将降低，且掺量越大，砂浆强度降低越明显，但其7d后的砂浆强度降低更小。

通过观察表明，掺入本发明改性剂可明显减少砂浆的粘性及其与硅酸盐水泥混凝土之间的色差，且本发明改性剂掺量越大，其砂浆的颜色越深，即可根据所用硅酸盐水泥混凝土的颜色，并通过调整本发明改性剂的掺量来获得二者之间的色差最小，达到最佳的修复效果。

从表1还可看出，当本发明改性剂的掺量相同时，适当增加改性剂中三萜皂甙掺量和降低黄原胶掺量，其砂浆的流动度有较大的增加，且可操作性时间稍有延长，但是其7d前的强度降低较大，所以两者的添加量必须合适。

在本发明改性剂的构成中，粉煤灰组分对水镁石-磷酸盐基砂浆可起到调色、增加流动度和可操作时间、降低粘性等作用；三萜皂甙组分因可引入大量微小的圆形气泡，可对砂浆起到增加流动度、降低粘性和密度等作用；黄原胶组分可对新拌砂浆中的固体颗粒、液滴和气泡的形态起到支撑作用，有助于提高新拌砂浆的匀质性及其引气泡的稳定性。

必须指出的是，若保持砂浆流动度不变，则掺入本发明改性剂可降低砂浆的水胶比，即起到减水作用，从而可弥补部分因其掺入导致的砂浆强度损失。考虑到现有技术中，对普通硅酸盐水泥有显著减水作用的聚羧酸、萘系等常用减水剂，对水镁石-磷酸盐基胶凝材料不起减水作用，因此本发明的改性剂可对水镁石-磷酸盐基材料的性能改善起到很好的作用。

因此，根据现场工程的实际情况和需要，可以通过调整本发明改性剂中的粉煤灰、三萜皂甙和黄原胶的用量来获得性价比最优的产品，以获得水镁石-磷酸盐基材料的综合性能最佳和最满意的修复效果。