本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种防静电砂浆及其制备方法。
背景技术：
医药生产车间，化工产品生产车间、微电子、光电、太阳能、医药、生物工程、食品、化妆品、石油化工、军工等行业对静电微尘比较敏感和对洁净度要求比较高的行业；一旦产生静电，摩擦起火后果不堪设想，因此这些领域的地面、墙面均进行防火防静电处理。
防静电水泥砂浆对静电聚集有良好的导电能力，当使用适当的方法接地时，材料中可锻性的金属骨料和导电体提供地面一个高度防静电火花产生和导电能力，可传导地面的静电。在众多的导电材料中，碳粉或碳纤维最适宜作为水泥基材料的导电骨料。由于颜色较深，在树脂行业可采用导电云母粉作为骨料。铜、铁的电阻率极低，但由于水泥浆体呈强碱性，在金属表面形成氧化膜，其电阻率比金属大得多，所以不适于作为导电混凝土中的导电相材料。镍粉在水泥浆体中不会氧化，亦可作为导电水泥基材料的骨料，但成本高。但是现有的碳制材料、导电云母粉或镍粉加入胶凝材料后，严重影响浆体的流动性，碳纤维易于结团，制备的材料物理力学性能差；此外所需导电物掺量大，经济性差。
因此研究一种可以减少导电料的添加量，同时不影响防静电砂浆的防静电性能，改善防静电砂浆浆体的流动性，力学性能良好的防静电砂浆具有重大的现实意义和广阔的市场前景。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种防静电砂浆，在减少导电料添加量的同时不影响防静电砂浆的防静电性能，改善防静电砂浆浆体的流动性，物理力学性能良好。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种防静电砂浆，包括以下按重量份数计的原料：硅酸盐水泥5-20份、石英砂10-20份、防静电导电砂10-20份、改性碳纤维0.5-2.0份、可再分散乳胶粉0.5-2.0份、纤维素醚0.05-0.10份、减水剂0.15-0.25份、消泡剂0.2-0.5份、早强剂1.5-3.5份、缓凝剂0.05-0.10份、体积稳定剂1-2份，触变剂0.1-0.2份；
所述的体积稳定剂选自钙矾石类膨胀剂、氧化钙类膨胀剂或氧化镁类膨胀剂中一种或两种以上的混合物；所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂中的一种；
所述的改性碳纤维的制备方法如下：
将碳纤维的长纤维切断搅碎得到碳纤维短纤维，然后将碳纤维短纤维浸泡在70％的硝酸溶液中，室温超声处理5-8小时，过滤后真空干燥，再将干燥后的碳纤维短纤维加入含苯胺的盐酸溶液中，加入引发剂过硫酸铵，缓慢搅拌，控制温度5-10℃反应15-18小时，过滤洗涤干燥，得到聚苯胺包覆的改性碳纤维；
所述防静电导电砂的制备方法如下：
将石英砂粗砂颗粒与聚丙烯酸树脂在100-200r/min的混合机中混合均匀，使石英砂粗砂颗粒表面均匀粘附有聚丙烯酸树脂，然后加入石墨粉，转速提升到500-800r/min，搅拌直至石墨粉均匀粘附在颗粒上，静置待混合物硬化即得；其中，石英砂粗砂颗粒∶石墨粉∶聚丙烯酸树脂的质量比为1∶0.05～0.08∶0.07～0.1；所述石墨粉导电，颗粒大小为200-300目，所述防静电导电砂颗粒粒径为0.5-1.5mm。
首先，本发明通过对碳纤维进行改性处理，经表面处理改性后，碳纤维表面粗糙度提高，物理锚定作用以及空间位阻作用增强，从而提高了改性碳纤维与砂浆的粘结性，有效地改善了碳纤维的分散稳定性。此外，聚苯胺本身也可导电。其次，本发明制备了防静电导电砂，将导电石墨粉通过树脂包覆在石英砂颗粒表面，可在大幅降低导电石墨粉的添加量情况下依然拥有良好的电阻率。本领域周知，导电碳粉的添加量达到20％时才具有良好的电阻率。最后，本发明利用改性碳纤维和防静电导电砂的含量调整，两者在本发明砂浆中相互配合，并与其他功能助剂相互作用，使得本发明砂浆表面电阻范围满足不同工程的防静电使用要求，并确保具有良好的物理力学性能。
在制备防静电导电砂时，采用的聚丙烯酸树脂为本领域常规使用的聚丙烯酸树脂。优选地，所述聚丙烯酸树脂的固含量为30-35％，粘度为12.0-13.0pa·s，颗粒尺寸为100-150nm。上述聚丙烯酸树脂对粗砂颗粒的粘性适中，既能良好的粘附表面又不至于导致粗砂颗粒团结。本发明设置石英砂粗砂颗粒∶石墨粉∶聚丙烯酸树脂的质量比为1∶0.05～0.08∶0.07～0.1，在这个比例范围内，石墨粉可以较好的粘附在粗砂颗粒表面，且体系分散性好不会造成大量的粗砂颗粒团结在一起。
优选地，所述防静电砂浆由以下按重量份数计的原料组成：硅酸盐水泥5-20份、石英砂10-20份、防静电导电砂10-20份、改性碳纤维0.5-2.0份、可再分散乳胶粉0.5-2.0份、纤维素醚0.05-0.10份、减水剂0.15-0.25份、消泡剂0.2-0.5份、早强剂1.5-3.5份、缓凝剂0.05-0.10份、体积稳定剂1-2份，触变剂0.1-0.2份。上述原料的成分选择和含量配比，是发明人经过长期的实验调整获得，制备的防静电砂浆满足不同工程的防静电使用要求，并确保具有良好的物理力学性能。
进一步优选地，所述防静电砂浆由以下按重量份数计的原料组成：硅酸盐水泥15份、石英砂16份、防静电导电砂18份、改性碳纤维1.5份、可再分散乳胶粉1.0份、纤维素醚0.08份、减水剂0.20份、消泡剂0.3份、早强剂3份、缓凝剂0.07份、体积稳定剂1.5份，触变剂0.16份。发明人经过多次试验，发现在上述组分的含量情况下，获得的砂浆性能最优。
在本发明中，所述的体积稳定剂的作用为减小材料硬化后的收缩，避免开裂。所述的体积稳定剂优选自钙矾石类膨胀剂、氧化钙类膨胀剂或氧化镁类膨胀剂中一种或两种以上的混合物；更优选钙矾石类膨胀剂。
在本发明中，所述触变剂为改性膨润土、蒙脱石或硅酸镁铝的层状硅酸盐矿物中的一种或多种。上述触变剂应用于本发明砂浆体系中，与其他原料配合好，触变性优良。所述缓凝剂为葡萄糖酸钠。
优选地，所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物，颗粒大小为150-200目。
在本发明中，所述早强剂选自锂盐早强剂、氯盐早强剂、硫酸钠、硅酸钠、偏硅酸钠、甲酸钙、硫酸铝溶液、混凝土速凝剂中的一种或两种以上的混合物。
在本发明中，所述石英砂颗粒大小为20-100目。
在本发明中，优选地，所述消泡剂为有机硅类消泡剂或聚醚类消泡剂。本发明所述防静电砂浆在预拌使用时，水与防静电砂浆的质量比为0.3-0.5∶1。
本发明还提供上述防静电砂浆的制备方法，包括如下步骤：
按照原料配比，将改性碳纤维、可再分散乳胶粉、纤维素醚、减水剂、消泡剂、早强剂、缓凝剂、体积稳定剂和触变剂混合均匀，然后再把上述混合物与硅酸盐水泥、石英砂、防静电导电砂混合均匀，得到防静电砂浆。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明通过对碳纤维进行改性处理，经表面处理改性后，表面粗糙度提高，物理锚定作用以及空间位阻作用增强，从而提高了改性碳纤维与砂浆的粘结性，有效地改善了碳纤维的分散稳定性。
2、本领域周知，在防静电砂浆中，导电碳粉的添加量达到20％时才具有良好的电阻率。本发明制备了防静电导电砂，将导电石墨粉通过树脂包覆在石英砂颗粒表面，可在大幅降低导电石墨粉的添加量情况下依然拥有良好的电阻率。
3、本发明通过原材料的选择和含量调整，尤其是利用改性碳纤维和防静电导电砂的含量调整，两者在本发明砂浆中相互配合，并与其他功能助剂相互作用，使得本发明砂浆表面电阻范围满足不同工程的防静电使用要求，并确保具有良好的物理力学性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明，但本发明要求的保护范围并不局限于实施例。
下述实施例所采用的原料均为市售。
其中，可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物，颗粒大小为150-200目。防静电导电砂的制备中使用的聚丙烯酸树脂的固含量为30-35％，粘度为12.0-13.0pa·s，颗粒尺寸为100-150nm。砂浆制备过程中使用到的石英砂颗粒大小为20-100目。
实施例1:
改性碳纤维的制备：将碳纤维的长纤维切断搅碎得到碳纤维短纤维，长度为2mm-5mm，然后将碳纤维短纤维浸泡在70％的硝酸溶液中，室温超声处理5小时，过滤后真空干燥，得到活化的碳纤维短纤维；再将活化的碳纤维短纤维加入含苯胺的盐酸溶液中，加入引发剂过硫酸铵，缓慢搅拌，控制温度8-10℃反应15小时，过滤冲洗，烘干得到聚苯胺包覆的改性碳纤维；
防静电导电砂的制备：将石英砂粗砂颗粒与聚丙烯酸树脂在100r/min的混合机中混合均匀，使石英砂粗砂颗粒表面均匀粘附有聚丙烯酸树脂，然后加入石墨粉，转速提升到500r/min，搅拌直至石墨粉均匀粘附在颗粒上，静置待混合物硬化即得；其中，石英砂粗砂颗粒∶石墨粉∶聚丙烯酸树脂的质量比为1∶0.05∶0.07，所述石墨粉导电，颗粒大小为200-300目。所述防静电导电砂颗粒粒径为1.0-1.5mm。
砂浆制备：
按照原料配比，将改性碳纤维0.5kg、可再分散乳胶粉0.5kg、纤维素醚0.05kg、聚羧酸减水剂0.15kg、有机硅类消泡剂0.2kg、锂盐早强剂1.5kg、葡萄糖酸钠0.05kg、钙矾石类膨胀剂1kg和触变剂改性膨润土0.1kg混合均匀，然后再把上述混合物与硅酸盐水泥5kg、石英砂10kg、防静电导电砂10kg混合均匀，得到防静电砂浆。制备的防静电砂浆在预拌使用时，水与防静电砂浆的质量比为0.3∶1。
实施例2:
改性碳纤维的制备：将碳纤维的长纤维切断搅碎得到碳纤维短纤维，长度为3mm-6mm，然后将碳纤维短纤维浸泡在70％的硝酸溶液中，室温超声处理8小时，过滤后真空干燥，得到活化的碳纤维短纤维；再将活化的碳纤维短纤维加入含苯胺的盐酸溶液中，加入引发剂过硫酸铵，缓慢搅拌，控制温度5-8℃反应18小时，过滤冲洗，烘干得到聚苯胺包覆的改性碳纤维；
防静电导电砂的制备：将石英砂粗砂颗粒与聚丙烯酸树脂在200r/min的混合机中混合均匀，使石英砂粗砂颗粒表面均匀粘附有聚丙烯酸树脂，然后加入石墨粉，转速提升到800r/min，搅拌直至石墨粉均匀粘附在颗粒上，静置待混合物硬化即得；其中，石英砂粗砂颗粒∶石墨粉∶聚丙烯酸树脂的质量比为1∶0.08∶0.1，所述石墨粉导电，颗粒大小为200-300目。所述防静电导电砂颗粒粒径为0.5-1.0mm。
砂浆制备：
按照原料配比，将改性碳纤维2.0kg、可再分散乳胶粉2.0kg、纤维素醚0.10kg、萘系减水剂0.25kg、聚醚类消泡剂0.5kg、氯盐早强剂3.5kg、葡萄糖酸钠0.10kg、钙矾石类膨胀剂2kg和蒙脱石0.2kg混合均匀，然后再把上述混合物与硅酸盐水泥20kg、石英砂20kg、防静电导电砂20kg混合均匀，得到防静电砂浆。制备的防静电砂浆在预拌使用时，水与防静电砂浆的质量比为0.5∶1。
实施例3:
改性碳纤维的制备：将碳纤维的长纤维切断搅碎得到碳纤维短纤维，长度为4mm-6mm，然后将碳纤维短纤维浸泡在70％的硝酸溶液中，室温超声处理7小时，过滤后真空干燥，得到活化的碳纤维短纤维；再将活化的碳纤维短纤维加入含苯胺的盐酸溶液中，加入引发剂过硫酸铵，缓慢搅拌，控制温度6-8℃反应17小时，过滤冲洗，烘干得到聚苯胺包覆的改性碳纤维；
防静电导电砂的制备：将石英砂粗砂颗粒与聚丙烯酸树脂在150r/min的混合机中混合均匀，使石英砂粗砂颗粒表面均匀粘附有聚丙烯酸树脂，然后加入石墨粉，转速提升到700r/min，搅拌直至石墨粉均匀粘附在颗粒上，静置待混合物硬化即得；其中，石英砂粗砂颗粒∶石墨粉∶聚丙烯酸树脂的质量比为1∶0.06∶0.08，所述石墨粉导电，颗粒大小为200-300目。所述防静电导电砂颗粒粒径为1.2-1.5mm。
砂浆制备：
按照原料配比，将改性碳纤维1.5kg、可再分散乳胶粉1.0kg、纤维素醚0.08kg、聚羧酸减水剂0.20kg、有机硅类消泡剂0.3kg、甲酸钙3kg、葡萄糖酸钠0.07kg、钙矾石类膨胀剂1.5kg和硅酸镁铝的层状硅酸盐矿物0.16kg混合均匀，然后再把上述混合物与硅酸盐水泥15kg、石英砂16kg、防静电导电砂18kg混合均匀，得到防静电砂浆。制备的防静电砂浆在预拌使用时，水与防静电砂浆的质量比为0.4∶1。
实施例4:
改性碳纤维的制备：将碳纤维的长纤维切断搅碎得到碳纤维短纤维，长度为2mm-5mm，然后将碳纤维短纤维浸泡在70％的硝酸溶液中，室温超声处理5-8小时，过滤后真空干燥，得到活化的碳纤维短纤维；再将活化的碳纤维短纤维加入含苯胺的盐酸溶液中，加入引发剂过硫酸铵，缓慢搅拌，控制温度5-10℃反应15-18小时，过滤冲洗，烘干得到聚苯胺包覆的改性碳纤维；
防静电导电砂的制备：将石英砂粗砂颗粒与聚丙烯酸树脂在100-200r/min的混合机中混合均匀，使石英砂粗砂颗粒表面均匀粘附有聚丙烯酸树脂，然后加入石墨粉，转速提升到500-800r/min，搅拌直至石墨粉均匀粘附在颗粒上，静置待混合物硬化即得；其中，石英砂粗砂颗粒∶石墨粉∶聚丙烯酸树脂的质量比为1∶(0.05～0.08)∶0.07～0.1，所述石墨粉导电，颗粒大小为200-300目。所述防静电导电砂颗粒粒径为0.5-1.5mm。
砂浆制备：
按照原料配比，将改性碳纤维1.0kg、可再分散乳胶粉1.2kg、纤维素醚0.06kg、脂肪族减水剂0.23kg、聚醚类消泡剂0.4kg、氯盐早强剂2kg、葡萄糖酸钠0.08kg、钙矾石类膨胀剂1.3kg和蒙脱石0.15kg混合均匀，然后再把上述混合物与硅酸盐水泥12kg、石英砂14kg、防静电导电砂15kg混合均匀，得到防静电砂浆。制备的防静电砂浆在预拌使用时，水与防静电砂浆的质量比为0.5∶1。
对比例1：
与实施例1相比，配方中采用同规格的碳纤维替换改性碳纤维，其它操作与实施例1相同。
对比例2：
与实施例1相比，配方中不含有防静电导电砂，而是分别添加与实施例1等量的石英砂粗砂和石墨粉，其它操作与实施例1相同。
对比例3：
与实施例1相比，配方中改性碳纤维5kg，防静电导电砂5kg，其它操作与实施例1相同。
对比例4：
与实施例1相比，砂浆的成分相同，但各成分含量不同于实施例1，其它操作与实施例1相同。本对比例的成分含量如下：
改性碳纤维0.5kg、可再分散乳胶粉0.5kg、纤维素醚0.05kg、聚羧酸减水剂0.15kg、有机硅类消泡剂0.2kg、锂盐早强剂1.5kg、葡萄糖酸钠0.05kg、钙矾石类膨胀剂1kg、触变剂改性膨润土0.1kg、硅酸盐水泥25kg、石英砂5kg和防静电导电砂10kg。
性能测试
测试实施例1-4和对比例1-4制备的砂浆的抗压强度、抗折强度、粘结强度，依据标准gb/t17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，强度试验的龄期分别为7天、28天，试件的尺寸均为40mm×40mm×160mm，粘接强度依据标准jc/t907-2002《混凝土界面处理剂》进行测试。收缩性能采用jc/t603《水泥胶砂干缩试验方法》中关于收缩率的测试方法。
测试实施例1-4和对比例1-4制备的砂浆的自流平性和防静电性能。检验依据：jc/t985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》，sj/t31469-2002《防静电地面施工标准及验收规范》。
测试结果如表1所示。
表1
由表1可看出，本发明防静电砂浆，其抗拉压性能好、粘结强度高，收缩率低，防静电性好。与本发明相比，配方中采用同规格的碳纤维替换改性碳纤维，力学强度有所降低，且防静电性能下降。与本发明相比，配方中不含有防静电导电砂，而是分别添加与本发明等量的石英砂粗砂和石墨粉，力学强度有所降低，防静电性能显著下降。与本发明相比，配方中改性碳纤维和防静电导电纱的含量配比改变，力学强度降低且防静电性能显著下降。最后，配方组分中各成分含量不同于本发明，制备得到的砂浆性能也明显低于本发明砂浆。
综上，本发明防静电砂浆通过原材料的选择和含量调整，尤其是利用改性碳纤维和防静电导电砂的含量调整，两者在本发明砂浆中相互配合，并与其他功能助剂相互作用，获得的砂浆满足不同工程的防静电使用要求，并确保具有良好的物理力学性能。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。