本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种高强耐磨砂浆及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着经济的快速发展，各大水利工程项目被立项，大量船闸、大坝、桥梁等基础设施建设被开展。在这些项目的背后离不开建筑工程材料的使用。混凝土就是其中一种常见的建筑工程材料，现有技术中的这种材料由于其本身的缺陷及其配合比、养护、施工环境和使用因素等综合影响，造成性能下降，严重影响其使用性能和寿命。因此，对现有混凝土进行表面防护显得十分必要。
砂浆是一种常见的混凝土表面防护材料，其性能的好坏直接影响混凝土的使用寿命和安全性。然而，现有技术中的砂浆往往存在强度低、耐磨性和耐冲击性能小的缺陷，用其进行表面防护的混凝土如果处于溢流坝坝面、输水隧洞、溢洪道或护坦等部位，常要经受高速水流或挟砂、石高速水流的冲磨，易发生磨损、空蚀等破坏现象，不仅直接或间接影响水利工程的正常安全运行，而且维护修补费用巨大。
申请号为201110214203.7的中国发明专利公开了一种高耐磨的自流平石膏砂浆，本发明由以下重量百分比的组分：高强石膏40％-60％，建筑用细沙0％-40％，粉煤灰0％-40％，激发剂2％-4％，可分散胶粉1％，减水剂0.5％，消泡剂0.1％，纤维素醚0.05％，缓凝剂0.05％；均匀混合而成。本发明在满足《石膏基自流平砂浆》jc/t1023-2007标准的条件下，由于加入了建筑用细沙或粉煤灰，从而提高了自流平石膏砂浆的耐磨性和表面硬度，扩展了其用途。然而，这种材料强度和防水性能有待进一步提高。
因此，开发一种高强度、高耐磨性的砂浆材料势在必行，是水工结构中高速水流流经区域的必然要求，是改善水利工程质量、降低维护修补费用的有效途径。
技术实现要素：
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种高强耐磨砂浆及其制备方法，该制备方法工艺简单易行，施工方便，原料易得，对反应条件和设备要求不高，适合连续规模化生产；制备得到的高强耐磨砂浆综合性能佳、强度和耐磨性优异，与基体粘结能力强，抗裂性能佳。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种高强耐磨砂浆，其特征在于，包括如下重量份的各组分制成：水泥50-60份、硅砂30-40份、白汉玉砂20-30份、金刚砂10-20份、硅酸铝纤维0.5-1.5份、莫来石纤维1-3份、1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐5-10份、1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物1-3份、三聚磷酸钠0.1-0.4份、岩藻聚糖硫酸酯0.1-0.3份、纳米晶钨合金0.1-0.3份、水20-30份。
优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、铝酸盐水泥中的至少一种。
进一步的，所述1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐的制备方法，包括如下步骤：将1-氯甲基-2,4-二异氰基苯、n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐加入到四氢呋喃中，在40-60℃下搅拌反应8-10小时，后旋蒸除去四氢呋喃，加入二氯甲烷提取产物，过滤取滤液，旋蒸除去二氯甲烷，得到1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐。
优选的，所述1-氯甲基-2,4-二异氰基苯、n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐、四氢呋喃的质量比为1:1.11:(6-10)。
进一步的，所述1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将1,3-二环氧甘油醚甘油、双端氨基硅油加入到有机溶剂中，再向其中加入碱性催化剂，在80-90℃下搅拌反应6-8小时，继续加有机溶剂稀释产物，然后过滤除去不溶物，再旋蒸除去有机溶剂，得到1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物。
优选的，所述1,3-二环氧甘油醚甘油、双端氨基硅油、有机溶剂、碱性催化剂的摩尔比为1:1:(6-10):(0.3-0.5)。
优选的，所述有机溶剂为丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、异丙醇中的一种。
优选的，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的至少一种。
优选的，所述稀释的倍数为2-3倍。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述高强耐磨砂浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤s1、按比例将水泥、硅砂、白汉玉砂、金刚砂、硅酸铝纤维、莫来石纤维、1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐、1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物、三聚磷酸钠和岩藻聚糖硫酸酯预拌30-60秒，然后加入水继续搅拌至均匀，得到浆料；
步骤s2、将经过步骤s1制得的浆料放入模具中振动成型，后再常温下养护1-2天后脱模，再经过60-85℃的热水养护2-3天即可。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
(1)本发明提供的一种高强耐磨砂浆的制备方法，工艺简单易行，施工方便，原料易得，对反应条件和设备要求不高，适合连续规模化生产。
(2)本发明提供的一种高强耐磨砂浆，克服了现有技术中的砂浆普遍存在的强度低、耐磨性和耐冲击性能小，用其进行表面防护的混凝土如果处于溢流坝坝面、输水隧洞、溢洪道或护坦等部位，常要经受高速水流或挟砂、石高速水流的冲磨，易发生磨损、空蚀等破坏现象，不仅直接或间接影响水利工程的正常安全运行，而且维护修补费用巨大的缺陷；具有综合性能佳、强度和耐磨性优异，与基体粘结能力强，抗裂性能佳。
(3)本发明提供的一种高强耐磨砂浆，添加硅酸铝纤维、莫来石纤维，协同作用，有效改善砂浆成型后的抗拉强度、弹性模量、耐腐蚀性、耐温性和化学稳定性，它们在充分发挥增韧、抗裂、抗磨作用的同时，还能有效降低砂浆的干缩性能，赋予砂浆良好的抗拉、抗弯等力学性能及优良的抗冲磨性能、抗渗和抗冻等耐久性。
(4)本发明提供的一种高强耐磨砂浆，添加硅砂、白汉玉砂、金刚砂，它们与水泥亲润性好，硅砂中含有铬矿物等成分，协同作用，有效改善耐磨性和强度；1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐分子链上含有两性离子化合物结构和甲氧基硅结构，一来，可以增强其与基材的粘结性能，二来，通过架桥作用，能均匀吸附在水泥表面，起到减水剂的作用，且水泥中的硅酸盐成分易与两性离子化合物发生离子交换而结合，而甲氧基硅又能与其他组分如硅酸铝纤维、莫来石纤键合，从而改善各组分之间的相容性；有效防止开裂和改善综合性能；其上的羧基能起到减水作用，分子链上是的异氰基能与水反应，与三聚磷酸钠和岩藻聚糖硫酸酯协同作用，能补偿水泥基材料的收缩，从而有效的抑制开裂现象的产生。
(5)本发明提供的一种高强耐磨砂浆，1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物，引入醚和羟基这些亲水性基团，改善砂浆的吸水能力和保水能力，从而满足施工所需的工作性能，避免泌水和离析现象的发生，这些活性基团还能增强粘结性能；引入的硅油结构，又能起到自润滑，改善耐磨性的作用；其分子链上的羟基易与1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐上的异氰基反应，形成三维网络结构，进一步改善综合性能；引入的纳米晶钨合金，能进一步改善耐磨性和强度。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明下述实施例中所涉及到的纳米晶钨合金的制备方法参考中国发明专利201910505776.1实施例1；所述双端氨基硅油制备方法参考中国发明专利201710145310.6实施例1；其他原料均为商业购买。
实施例1
一种高强耐磨砂浆，包括如下重量份的各组分制成：普通硅酸盐水泥50份、硅砂30份、白汉玉砂20份、金刚砂10份、硅酸铝纤维0.5份、莫来石纤维1份、1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐5份、1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物1份、三聚磷酸钠0.1份、岩藻聚糖硫酸酯0.1份、纳米晶钨合金0.1份、水20份。
所述1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐的制备方法，包括如下步骤：将1-氯甲基-2,4-二异氰基苯100g、n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐111g加入到四氢呋喃600g中，在40℃下搅拌反应8小时，后旋蒸除去四氢呋喃，加入二氯甲烷提取产物，过滤取滤液，旋蒸除去二氯甲烷，得到1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐。
所述1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将1,3-二环氧甘油醚甘油100g、双端氨基硅油100g加入到丙酮600g中，再向其中加入氢氧化钠30g，在80℃下搅拌反应6小时，继续加丙酮稀释产物，然后过滤除去不溶物，再旋蒸除去丙酮，得到1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物；所述稀释的倍数为2倍。
一种所述高强耐磨砂浆的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1、按比例将普通硅酸盐水泥、硅砂、白汉玉砂、金刚砂、硅酸铝纤维、莫来石纤维、1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐、1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物、三聚磷酸钠和岩藻聚糖硫酸酯预拌30秒，然后加入水继续搅拌至均匀，得到浆料；
步骤s2、将经过步骤s1制得的浆料放入模具中振动成型，后再常温下养护1天后脱模，再经过60℃的热水养护2天即可。
实施例2
一种高强耐磨砂浆，包括如下重量份的各组分制成：矿渣硅酸盐水泥52份、硅砂33份、白汉玉砂22份、金刚砂12份、硅酸铝纤维0.7份、莫来石纤维1.5份、1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐6份、1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物1.5份、三聚磷酸钠0.2份、岩藻聚糖硫酸酯0.15份、纳米晶钨合金0.15份、水22份。
所述1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐的制备方法，包括如下步骤：将1-氯甲基-2,4-二异氰基苯100g、n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐111g加入到四氢呋喃750g中，在45℃下搅拌反应8.5小时，后旋蒸除去四氢呋喃，加入二氯甲烷提取产物，过滤取滤液，旋蒸除去二氯甲烷，得到1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐。
所述1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将1,3-二环氧甘油醚甘油100g、双端氨基硅油100g加入到n,n-二甲基甲酰胺700g中，再向其中加入氢氧化钾35g，在82℃下搅拌反应6.5小时，继续加n,n-二甲基甲酰胺稀释产物，然后过滤除去不溶物，再旋蒸除去n,n-二甲基甲酰胺，得到1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物；所述稀释的倍数为2.3倍。
一种所述高强耐磨砂浆的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1、按比例将矿渣硅酸盐水泥、硅砂、白汉玉砂、金刚砂、硅酸铝纤维、莫来石纤维、1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐、1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物、三聚磷酸钠和岩藻聚糖硫酸酯预拌40秒，然后加入水继续搅拌至均匀，得到浆料；
步骤s2、将经过步骤s1制得的浆料放入模具中振动成型，后再常温下养护1.2天后脱模，再经过65℃的热水养护2.3天即可。
实施例3
一种高强耐磨砂浆，包括如下重量份的各组分制成：粉煤灰硅酸盐水泥55份、硅砂35份、白汉玉砂25份、金刚砂15份、硅酸铝纤维1份、莫来石纤维2份、1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐7.5份、1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物2份、三聚磷酸钠0.25份、岩藻聚糖硫酸酯0.2份、纳米晶钨合金0.2份、水25份。
所述1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐的制备方法，包括如下步骤：将1-氯甲基-2,4-二异氰基苯100g、n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐111g加入到四氢呋喃800g中，在50℃下搅拌反应9小时，后旋蒸除去四氢呋喃，加入二氯甲烷提取产物，过滤取滤液，旋蒸除去二氯甲烷，得到1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐。
所述1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将1,3-二环氧甘油醚甘油100g、双端氨基硅油100g加入到异丙醇800g中，再向其中加入碳酸钠40g，在85℃下搅拌反应7小时，继续加异丙醇稀释产物，然后过滤除去不溶物，再旋蒸除去异丙醇，得到1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物；所述稀释的倍数为2.5倍。
一种所述高强耐磨砂浆的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1、按比例将粉煤灰硅酸盐水泥、硅砂、白汉玉砂、金刚砂、硅酸铝纤维、莫来石纤维、1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐、1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物、三聚磷酸钠和岩藻聚糖硫酸酯预拌45秒，然后加入水继续搅拌至均匀，得到浆料；
步骤s2、将经过步骤s1制得的浆料放入模具中振动成型，后再常温下养护1.5天后脱模，再经过75℃的热水养护2.5天即可。
实施例4
一种高强耐磨砂浆，包括如下重量份的各组分制成：水泥58份、硅砂38份、白汉玉砂28份、金刚砂19份、硅酸铝纤维1.4份、莫来石纤维2.8份、1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐9份、1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物2.9份、三聚磷酸钠0.35份、岩藻聚糖硫酸酯0.28份、纳米晶钨合金0.28份、水28份；所述水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、铝酸盐水泥按质量比1:1:3:2混合而成。
所述1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐的制备方法，包括如下步骤：将1-氯甲基-2,4-二异氰基苯100g、n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐111g加入到四氢呋喃900g中，在58℃下搅拌反应9.5小时，后旋蒸除去四氢呋喃，加入二氯甲烷提取产物，过滤取滤液，旋蒸除去二氯甲烷，得到1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐。
所述1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将1,3-二环氧甘油醚甘油100g、双端氨基硅油100g加入到异丙醇950g中，再向其中加入碱性催化剂48g，在88℃下搅拌反应7.8小时，继续加异丙醇稀释产物，然后过滤除去不溶物，再旋蒸除去异丙醇，得到1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚；所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾按质量比1:1:3:2混合而成；所述稀释的倍数为2.8倍。
一种所述高强耐磨砂浆的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1、按比例将水泥、硅砂、白汉玉砂、金刚砂、硅酸铝纤维、莫来石纤维、1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐、1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物、三聚磷酸钠和岩藻聚糖硫酸酯预拌55秒，然后加入水继续搅拌至均匀，得到浆料；
步骤s2、将经过步骤s1制得的浆料放入模具中振动成型，后再常温下养护1.8天后脱模，再经过83℃的热水养护2.9天即可。
实施例5
一种高强耐磨砂浆，包括如下重量份的各组分制成：铝酸盐水泥60份、硅砂40份、白汉玉砂30份、金刚砂20份、硅酸铝纤维1.5份、莫来石纤维3份、1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐10份、1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物3份、三聚磷酸钠0.4份、岩藻聚糖硫酸酯0.3份、纳米晶钨合金0.3份、水30份。
所述1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐的制备方法，包括如下步骤：将1-氯甲基-2,4-二异氰基苯100g、n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐111g加入到四氢呋喃1000g中，在60℃下搅拌反应10小时，后旋蒸除去四氢呋喃，加入二氯甲烷提取产物，过滤取滤液，旋蒸除去二氯甲烷，得到1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐。
所述1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物的制备方法，包括如下步骤：将1,3-二环氧甘油醚甘油100g、双端氨基硅油100g加入到n,n-二甲基甲酰胺1000g中，再向其中加入碳酸钾50g，在90℃下搅拌反应8小时，继续加n,n-二甲基甲酰胺稀释产物，然后过滤除去不溶物，再旋蒸除去n,n-二甲基甲酰胺，得到1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物；所述稀释的倍数为3倍。
一种所述高强耐磨砂浆的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1、按比例将铝酸盐水泥、硅砂、白汉玉砂、金刚砂、硅酸铝纤维、莫来石纤维、1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐、1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物、三聚磷酸钠和岩藻聚糖硫酸酯预拌60秒，然后加入水继续搅拌至均匀，得到浆料；
步骤s2、将经过步骤s1制得的浆料放入模具中振动成型，后再常温下养护2天后脱模，再经过85℃的热水养护3天即可。
对比例1
一种高强耐磨砂浆，配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加硅砂和白汉玉砂。
对比例2
一种高强耐磨砂浆，配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加金刚砂和莫来石纤维。
对比例3
一种高强耐磨砂浆，配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加1-氯甲基-2,4-二异氰基苯离子化改性n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐。
对比例4
一种高强耐磨砂浆，配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加1,3-二环氧甘油醚甘油/双端氨基硅油缩聚物和三聚磷酸钠。
对比例5
一种高强耐磨砂浆，配方和制备方法与实施例1基本相同，不同的是没有添加岩藻聚糖硫酸酯和纳米晶钨合金。
为了进一步说明本发明实施例的有益技术效果，分别就本发明实施例1-5及对比例1-5的各高强耐磨砂浆进行性能测试，测试方法和测试结果见表1。
表1
从表1可以看出，本发明实施例公开的高强耐磨砂浆具有更加优异的耐磨性能和强度，且粘结性能更好，抗裂性能更佳；这是各原料组分协同作用的结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。