CN102491667B - 一种水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，具体涉及一种不仅在塑性阶段产生膨胀来补偿水泥基材料塑性阶段收缩，且在硬化阶段也持续产生一定膨胀补偿水泥基材料后期收缩开裂的一种水泥基材料收缩补偿用混凝土膨胀剂。本发明的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，其原料包括如下重量份的组分：海带粉或海藻粉2～30份；硫铝酸钙膨胀剂5～35份；引气剂0.005～0.5份；新戊二醇0.2～1份；微细合成纤维0～1.2份；磨细矿渣粉10～40份；膨润土5～30份。本发明塑性膨胀剂可广泛应用于水泥砂浆、混凝土、灌浆材料、修补砂浆等水泥基材料中，可在水利、电力、建筑、交通等领域的混凝土工程中应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，具体涉及一种不仅在塑性阶段产生膨胀来补偿水泥基材料塑性阶段收缩，且在硬化阶段也持续产生一定膨胀补偿水泥基材料后期收缩开裂的一种水泥基材料收缩补偿用混凝土膨胀剂，其可广泛应用于水泥砂浆、混凝土、灌浆材料等水泥基材料中，可在水利、电力、建筑、交通等领域的混凝土工程中应用。
背景技术
水泥基材料，如水泥砂浆、混凝土及灌浆材料、水泥基自流平材料等特种砂浆的本质特性之一就是在其凝结硬化过程中产生一定的收缩，尤其在塑性阶段。近年来，随着水泥基材料的应用越来越广泛，水泥基材料的耐久性问题却一直是困扰工程界的一大难题，尤其是水泥基材料的收缩引起的体积非稳定性已成为水泥基材料耐久性劣化的根本原因之一。水泥基材料的收缩引起的开裂，必将加速水泥基材料的劣化进程，从而引起结构耐久性的降低。如果降低水泥基材料的收缩，防止混凝土结构开裂具有重要的研究意义。
目前解决水泥基材料收缩裂缝问题的基本技术路线主要有两种方法，其中之一就是在水泥基材料中添加一定量的膨胀剂来补充水泥的收缩。现阶段使用的膨胀剂按化学成分可以分五类：硫铝酸钙类；氧化镁类；石灰类；氧化铁类；复合类。从作用机理可以看出，这几类膨胀剂都是通过在水泥基材料硬化后期通过产生体积膨胀的物质来补偿收缩。而研究表明：在水泥基材料成型或浇注后但尚未终凝之前其弹性模量很小，强度尚未完全发展，此时水泥基材料的表面水分的蒸发引起的收缩及它内部的约束而在表面出现裂缝或由于水泥基材料的沉降在表面形成一个凹面。而且当产生的塑性收缩受到来自基层、钢筋、模板及自身结构等约束条件的限制时，水泥基材料内部或在界面处产生拉应力。当拉应力超过一定界限后，更很容易出现早期沉降和开裂，大大影响水泥基材料的性能和界面性能。因此，如有效防止水泥基材料的收缩开裂，应从水泥基材料的凝结硬化全过程(包括早期塑性阶段和后期硬化阶段)对其进行收缩匹配补偿。
目前，工程上应用的膨胀剂主要从水泥基材料硬化后期的收缩考虑，而现在应用较广泛的灌浆材料、压浆剂等水泥基材料在早期塑性阶段就要求体积稳定或微膨胀。因此，研发出一种在早期塑性阶段和后期硬化阶段都可以产生一定膨胀的膨胀剂具有重要的实际意义。
本发明从水泥基材料的收缩原理出发，研究水泥基材料在各个不同时间段的体积变化规律，开发出一种与水泥基材料不同阶段收缩匹配补偿的塑性膨胀剂，可以有效的保持水泥基材料的体积稳定或微膨胀，对提高水泥基材料的耐久性及其扩大水泥基材料的应用范围具有重要的实际意义。
发明内容
针对水泥基材料在工程应用中需要保持体积稳定或微膨胀的性能需求。本发明的目的在于提供一种与水泥基材料的收缩在时间上和膨胀率上相匹配的塑性膨胀剂，既可以在早期塑性阶段产生膨胀来补偿水泥基材料塑性阶段收缩，避免水泥基材料的早期沉降与开裂的效果，也可以在硬化后期产生膨胀，防止水泥基材料后期的收缩开裂，确保水泥基材料从施工阶段到硬化阶段均无收缩的一种特种混凝土膨胀剂。
本发明的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，主要由早期膨胀组分、引气组分、复合颗粒匹配矿物相、抗裂、后期微膨胀组分和减缩组分组成，其原料包括如下重量份的组分：
海带粉或海藻粉 2～30重量份；
硫铝酸钙膨胀剂 5～35重量份；
引气剂 0.005～0.5重量份；
新戊二醇 0.2～1重量份；
微细合成纤维 0～1.2重量份；
磨细矿渣粉 10～40重量份；
膨润土 5～30重量份。
较佳的，本发明所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，其原料包括如下重量份的组分：
海藻粉 5～20重量份；
硫铝酸钙膨胀剂 10～30重量份；
引气剂 0.01～0.2重量份；
新戊二醇 0.2～1重量份；
聚丙烯纤维 0.1～1重量份；
磨细矿渣粉 10～35重量份；
膨润土 10～30重量份。
优选的，所述海带粉为细度大于200目的磨细的海带粉体，所述海藻粉为细度大于200目的磨细的海藻粉体，且海带粉和海藻粉的含水量均小于0.2％。
优选的，所述硫铝酸钙膨胀剂为低碱UEA膨胀剂，可从市场上直接购买。
优选的，所述引气剂为铝粉，其细度应大于1000目。
优选的，所述新戊二醇为粒径≤500微米的工业级粉剂。
优选的，所述微细合成纤维选自聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维和尼龙纤维中的同一品种纤维或不同品种纤维形成的混杂纤维；进一步的，所述微细合成纤维选自聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维和尼龙纤维中不同单丝长度的同一品种纤维或不同品种的混杂纤维。
更优选的，所述同一品种纤维中，聚丙烯纤维的单丝长度为6mm-9mm；聚丙烯腈纤维、聚酯纤维和尼龙纤维的单丝长度也均为6mm-9mm；所述不同品种纤维形成的混杂纤维中每种纤维的单丝长度均≤9mm。
优选的，所述磨细矿渣粉为S95级或S95级以上，比表面积≥4000cm2/g的磨细矿渣粉，可从市场上直接购买。
优选的，所述膨润土为钠基膨润土，其比表面积≥190000cm2/g；其中，钠基膨润土，如浙江省临安城北膨润土有限公司生产的钠基膨润土。
本发明所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂产生膨胀的时间及其膨胀率可以与水泥基材料的收缩相匹配，从而达到对水泥基材料进行收缩匹配补偿的作用，可以有效的保持水泥基材料的体积稳定或微膨胀。其主要特点是：发挥膨胀作用的时间范围较广，从塑性阶段开始一直作用到硬化后期至整个服役期间；产生膨胀的时间及其膨胀率与水泥收缩具有同步性，膨胀性能利用率更高，有效减少不利膨胀；在水泥基材料施工到服役期间，体积一直处于稳定或微膨胀状态，有效的防止了裂缝的产生，提高了水泥基材料的耐久性；各组分与水泥及其他外加剂具有良好的相容性。
本发明所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂的制备方法，包括如下步骤：
1)按照水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂原料的配比称量各原料组分；
2)将称量好的各组分中除微细合成纤维外的其他组分倒入搅拌机进行搅拌，最后加入聚丙烯纤维，搅拌3-10分钟至混合均匀即可。
本发明所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂在应用时，按常规掺量掺入水泥砂浆混凝土、水泥基灌浆材或水泥基修补砂浆中即可。一般而言，本发明的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂的掺量为水泥砂浆、混凝土、水泥基灌浆材或水泥基修补砂浆中胶凝材料质量的5-10％。
本发明所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂可以广泛应用于土木、交通、水利和海洋等领域的各类混凝土工程中，也可以用于工程修补与加固用高性能水泥基灌浆材料、水泥基修补砂浆等特种水泥基材料中。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
以下实施例的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，由海带粉或海藻粉、硫铝酸钙膨胀剂、引气剂、新戊二醇、磨细矿渣粉、聚丙烯纤维和膨润土组成。根据性能需求，通过调整各原料组分的配比，可以获得所需要的膨胀性能与强度性能。
其中，海带粉或海藻粉的细度大于200目，且含水量均小于0.2％；硫铝酸钙膨胀剂为低碱UEA膨胀剂；引气剂为细度大于1000目的铝粉；新戊二醇为粒径≤500微米的工业级粉剂；微细合成纤维选自聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维和尼龙纤维中的同一品种纤维或不同品种纤维形成的混杂纤维，且同一品种纤维的单丝长度为6mm，不同品种纤维形成的混杂纤维中每种纤维的单丝长度均≤9mm；磨细矿渣粉为S95级或S95级以上，比表面积≥4000cm2/g的磨细矿渣粉；膨润土为比表面积≥190000cm2/g的钠基膨润土。
实施例1
上述配比制备的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，按普通混凝土中胶凝材料用量的10％掺入C40混凝土中。该混凝土的早期塑性收缩率为0％、28d自由膨胀率达到0.15％、28天抗压强度与基准混凝土相比，提高5％。
实施例2
上述配比制备的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，按普通混凝土中胶凝材料用量的10％掺入C40混凝土中。该混凝土的早期塑性收缩率为-0.11％、28d自由膨胀率达到0.10％、28天抗压强度与基准混凝土相比，下降15％。
实施例3
上述配比制备的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，按普通混凝土中胶凝材料用量的10％掺入C40混凝土中。该混凝土的早期塑性收缩率为-0.05％、28d自由膨胀率达到0.15％、28天抗压强度与基准混凝土相比，下降18％。
实施例4
上述配比制备的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，按普通混凝土中胶凝材料用量的10％掺入水泥基灌浆材料中。该水泥基灌浆材料的早期塑性收缩率为-0.07％、28d自由膨胀率达到0.2％、28天抗压强度与基准混凝土相比，提高3％。
实施例5
上述配比制备的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，按普通混凝土中胶凝材料用量的10％掺入C40混凝土中。该混凝土的早期塑性收缩率为0.01％、28d自由膨胀率达到0.15％、28天抗压强度与基准混凝土相比，提高5％。
实施例6
上述配比制备的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，按普通混凝土中胶凝材料用量的10％掺入C40混凝土中。该混凝土的早期塑性收缩率为0.02％、28d自由膨胀率达到0.14％、28天抗压强度与基准混凝土相比，提高4.9％。
Claims (9)
1.一种水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，其原料包括如下重量份的组分：
2.如权利要求1所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，其特征在于，所述海带粉为细度大于200目的磨细的海带粉体，所述海藻粉为细度大于200目的磨细的海藻粉体，且海带粉和海藻粉的含水量均小于0.2%。
3.如权利要求1所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，其特征在于，所述硫铝酸钙膨胀剂为低碱UEA膨胀剂；所述引气剂为铝粉，其细度大于1000目。
4.如权利要求1所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，其特征在于，所述新戊二醇为粒径≤500微米的工业级粉剂。
5.如权利要求1所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，其特征在于，所述微细合成纤维选自聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维和尼龙纤维中的同一品种纤维或不同品种纤维形成的混杂纤维。
6.如权利要求5所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，其特征在于，所述同一品种纤维中，聚丙烯纤维的单丝长度为6mm-9mm；聚丙烯腈纤维、聚酯纤维和尼龙纤维的单丝长度也均为6mm-9mm；所述不同品种纤维形成的混杂纤维中每种纤维的单丝长度均≤9mm。
7.如权利要求1所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂，其特征在于，所述磨细矿渣粉为S95级或S95级以上，比表面积≥4000cm2/g的磨细矿渣粉；所述膨润土为钠基膨润土，其比表面积≥190000cm2/g。
8.如权利要求1-7任一项所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂的制备方法，包括如下步骤：
1）按照水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂原料的配比称量各原料组分；
2）将称量好的各组分中除微细合成纤维外的其他组分倒入搅拌机进行搅拌，最后加入聚丙烯纤维，搅拌3-10分钟至混合均匀即可。
9.如权利要求1-7任一项所述的水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂在水泥砂浆、混凝土、水泥基灌浆材料和水泥基修补砂浆中的应用，其特征在于，所述水泥基材料收缩补偿用塑性膨胀剂在水泥砂浆、混凝土、水泥基灌浆材或水泥基修补砂浆中的掺入量为水泥砂浆、混凝土、水泥基灌浆材料或水泥基修补砂浆中胶凝材料质量的5-10%。
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