CN104926238A - 一种纳米水泥浆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种纳米水泥浆；所述纳米水泥浆的质量份组成如下：硅酸盐水泥40-60份、改性纳米二氧化硅12-28份、纳米氧化镁10-18份、缓凝剂羟乙叉二膦酸0.08-0.24份、消泡剂磷酸三丁酯0.8-1.8份、烟灰4-12份、聚丙烯纤维0.8-2.4份、玻璃纤维0.2-0.8份、防气窜剂4-8份、早强剂2-6份。本发明的纳米水泥浆的稠化时间及凝结时间能够满足深井挤水泥施工安全性要求；本发明提高了纳米水泥的穿透能力，实现对深部地层的有效封堵。本发明将亲水基纳米材料引入水泥浆的制备过程中，利用纳米材料对水泥浆液的改性作用，改善水泥浆液流变特性，提高了水泥浆液中后期强度。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种纳米水泥浆。
背景技术
目前，水泥浆液一般结石体强度较高、耐久性较好、材料来源丰富、浆液配制方便、操作简单、成本较低，但凝胶时间较长，扩散不易控制。化学浆材流动性好，浆液粘度低，凝胶可控、抗渗性及耐久性能好，能注入到细微裂隙中，但是一般的化学浆液都具有毒性并且价格昂贵，强度比较低。为了缩短水泥浆液的凝胶时间，多采用速凝剂对水泥浆液的凝胶时间进行控制。目前常用速凝剂例如水玻璃，多为碱性或者弱碱性，加入速凝剂后，水泥浆液的凝固时间可在数十秒至半小时可控。由于水泥速凝浆液凝固时间缩短，水泥结石初期强度迅速提高，一般为普通浆液的数倍，但由于速凝剂碱性作用，水泥结石中后期强度下降明显，后期强度平均只能达到普通浆液的一半左右。
在大量水利或隧道等防渗加固工程中，经常会采用速凝剂材料加速水泥浆液的凝固，控制其扩散范围。长期观测表明，加入碱性速凝剂后，虽然浆液的扩散范围和水泥结石初期强度都有所改善，但是水泥结石中后期强度衰减幅度较大，严重时降幅超过40％，给水利或隧道工程留下了巨大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种致密性强、使用寿命长、配比合理、成本低的纳米水泥浆。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种纳米水泥浆，所述纳米水泥浆的质量份组成如下：硅酸盐水泥40-60份、改性纳米二氧化硅12-28份、纳米氧化镁10-18份、缓凝剂羟乙叉二膦酸0.08-0.24份、消泡剂磷酸三丁酯0.8-1.8份、烟灰4-12份、聚丙烯纤维0.8-2.4份、玻璃纤维0.2-0.8份、防气窜剂4-8份、早强剂2-6份。
进一步的，所述防气窜剂的质量份组成如下：丁苯乳胶6-10份、羧基丁苯乳胶5-12份、AMPS-AM-AA聚合物0.02-0.08份、壬基酚聚氧乙烯醚4-8份、乙二醇2-8份、水10-18份。
进一步的，所述防气窜剂的质量份组成如下：丁苯乳胶8份、羧基丁苯乳胶6.8份、AMPS-AM-AA聚合物0.05份、壬基酚聚氧乙烯醚6份、乙二醇5份、水15份。
进一步的，所述早强剂选用液体二氧化硅、甲酸钙、三异丙醇胺中的一种或几种。
更进一步的，所述早强剂选用液体二氧化硅。
更进一步的，所述液体二氧化硅的粒径大小为20-40nm。
进一步的，所述改性纳米二氧化硅采用以下方法制得：将氨水、乙醇和水混合得到溶液A，将正硅酸乙酯与乙醇混合得到溶液B，再将溶液B快速加入溶液A中，磁力搅拌1-1.5min，然后密封反应1.5-3h，离心用乙醇洗涤3次得到改性纳米二氧化硅。
进一步的，所述氨水的浓度为28％，所述溶液A中水、乙醇和水的体积比为1:1.5-1.8:2.7，所述B溶液中正硅酸乙酯与乙醇的体积比为1:8-12。
更进一步的，所述溶液A中水、乙醇和水的体积比为1:1.6:2.7，所述B溶液中正硅酸乙酯与乙醇的体积比为1:10。
进一步的，所述纳米水泥浆的质量份组成如下：硅酸盐水泥50份、改性纳米二氧化硅20份、纳米氧化镁14份、缓凝剂羟乙叉二膦酸0.16份、消泡剂磷酸三丁酯1.5份、烟灰8份、聚丙烯纤维1.6份、玻璃纤维0.5份、防气窜剂6份、早强剂4份。
采用本发明的技术方案的有益效果是：本发明的纳米水泥浆的稠化时间及凝结时间能够满足深井挤水泥施工安全性要求；本发明提高了纳米水泥的穿透能力，实现对深部地层的有效封堵。本发明将亲水基纳米材料引入水泥浆的制备过程中，利用纳米材料对水泥浆液的改性作用，改善水泥浆液流变特性，提高了水泥浆液中后期强度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种纳米水泥浆，所述纳米水泥浆的质量份组成如下：硅酸盐水泥40份、改性纳米二氧化硅12份、纳米氧化镁10份、缓凝剂羟乙叉二膦酸0.08份、消泡剂磷酸三丁酯0.8份、烟灰4份、聚丙烯纤维0.8份、玻璃纤维0.2份、防气窜剂4份、早强剂2份。
其中，所述防气窜剂的质量份组成如下：丁苯乳胶6份、羧基丁苯乳胶5份、AMPS-AM-AA聚合物0.02份、壬基酚聚氧乙烯醚4份、乙二醇2份、水10份。
其中，所述早强剂选用液体二氧化硅。
其中，所述液体二氧化硅的粒径大小为20nm。
其中，所述改性纳米二氧化硅采用以下方法制得：将氨水、乙醇和水混合得到溶液A，将正硅酸乙酯与乙醇混合得到溶液B，再将溶液B快速加入溶液A中，磁力搅拌1min，然后密封反应1.5h，离心用乙醇洗涤3次得到改性纳米二氧化硅。其中，所述氨水的浓度为28％，所述溶液A中水、乙醇和水的体积比为1:1.5:2.7，所述B溶液中正硅酸乙酯与乙醇的体积比为1:8。
实施例2
一种纳米水泥浆，所述纳米水泥浆的质量份组成如下：硅酸盐水泥45份、改性纳米二氧化硅15份、纳米氧化镁12份、缓凝剂羟乙叉二膦酸0.12份、消泡剂磷酸三丁酯1.2份、烟灰6份、聚丙烯纤维1.2份、玻璃纤维0.4份、防气窜剂5份、早强剂3份。
其中，所述防气窜剂的质量份组成如下：丁苯乳胶7份、羧基丁苯乳胶6份、AMPS-AM-AA聚合物0.03份、壬基酚聚氧乙烯醚5份、乙二醇3份、水12份。
其中，所述早强剂选用液体二氧化硅和甲酸钙。
其中，所述液体二氧化硅的粒径大小为30nm。
其中，所述改性纳米二氧化硅采用以下方法制得：将氨水、乙醇和水混合得到溶液A，将正硅酸乙酯与乙醇混合得到溶液B，再将溶液B快速加入溶液A中，磁力搅拌1.2min，然后密封反应1.8h，离心用乙醇洗涤3次得到改性纳米二氧化硅。其中，所述氨水的浓度为28％，所述溶液A中水、乙醇和水的体积比为1:1.6:2.7，所述B溶液中正硅酸乙酯与乙醇的体积比为1:9。
实施例3
一种纳米水泥浆，所述纳米水泥浆的质量份组成如下：硅酸盐水泥50份、改性纳米二氧化硅20份、纳米氧化镁14份、缓凝剂羟乙叉二膦酸0.16份、消泡剂磷酸三丁酯1.5份、烟灰8份、聚丙烯纤维1.6份、玻璃纤维0.5份、防气窜剂6份、早强剂4份。
其中，所述防气窜剂的质量份组成如下：丁苯乳胶8份、羧基丁苯乳胶6.8份、AMPS-AM-AA聚合物0.05份、壬基酚聚氧乙烯醚6份、乙二醇5份、水15份。
其中，所述早强剂选用液体二氧化硅。
其中，所述液体二氧化硅的粒径大小为40nm。
其中，所述改性纳米二氧化硅采用以下方法制得：将氨水、乙醇和水混合得到溶液A，将正硅酸乙酯与乙醇混合得到溶液B，再将溶液B快速加入溶液A中，磁力搅拌1.5min，然后密封反应2h，离心用乙醇洗涤3次得到改性纳米二氧化硅。其中，所述氨水的浓度为28％，所述溶液A中水、乙醇和水的体积比为1:1.6:2.7，所述B溶液中正硅酸乙酯与乙醇的体积比为1:10。
实施例4
一种纳米水泥浆，所述纳米水泥浆的质量份组成如下：硅酸盐水泥55份、改性纳米二氧化硅24份、纳米氧化镁16份、缓凝剂羟乙叉二膦酸0.18份、消泡剂磷酸三丁酯1.6份、烟灰10份、聚丙烯纤维2.1份、玻璃纤维0.7份、防气窜剂7份、早强剂5份。
其中，所述防气窜剂的质量份组成如下：丁苯乳胶9份、羧基丁苯乳胶10份、AMPS-AM-AA聚合物0.07份、壬基酚聚氧乙烯醚7份、乙二醇7份、水16份。
其中，所述早强剂选用液体二氧化硅。
其中，所述液体二氧化硅的粒径大小为30nm。
其中，所述改性纳米二氧化硅采用以下方法制得：将氨水、乙醇和水混合得到溶液A，将正硅酸乙酯与乙醇混合得到溶液B，再将溶液B快速加入溶液A中，磁力搅拌1.5min，然后密封反应3h，离心用乙醇洗涤3次得到改性纳米二氧化硅。其中，所述氨水的浓度为28％，所述溶液A中水、乙醇和水的体积比为1:1.7:2.7，所述B溶液中正硅酸乙酯与乙醇的体积比为1:10。
实施例5
一种纳米水泥浆，所述纳米水泥浆的质量份组成如下：硅酸盐水泥60份、改性纳米二氧化硅28份、纳米氧化镁18份、缓凝剂羟乙叉二膦酸0.24份、消泡剂磷酸三丁酯1.8份、烟灰12份、聚丙烯纤维2.4份、玻璃纤维0.8份、防气窜剂8份、早强剂6份。
其中，所述防气窜剂的质量份组成如下：丁苯乳胶10份、羧基丁苯乳胶12份、AMPS-AM-AA聚合物0.08份、壬基酚聚氧乙烯醚8份、乙二醇8份、水18份。
其中，所述早强剂选用液体二氧化硅、甲酸钙和三异丙醇胺。
其中，所述液体二氧化硅的粒径大小为40nm。
其中，所述改性纳米二氧化硅采用以下方法制得：将氨水、乙醇和水混合得到溶液A，将正硅酸乙酯与乙醇混合得到溶液B，再将溶液B快速加入溶液A中，磁力搅拌、1.5min，然后密封反应3h，离心用乙醇洗涤3次得到改性纳米二氧化硅。其中，所述氨水的浓度为28％，所述溶液A中水、乙醇和水的体积比为1:1.8:2.7，所述B溶液中正硅酸乙酯与乙醇的体积比为1:12。
实验：
按照GB/T19139-2003油井水泥试验方法标准对本发明中实施例2和实施例3中制得的的水泥浆进行常规性能检测。检测结果见表1。
注：(1)水泥浆密度1.60g/cm3；
(2)抗压强度实验条件为24h×20.7Mpa，滤失量实验条件为30min×6.9Mpa；
实施例3为优选实施方式。
尽管上述实施例已对本发明的技术方案进行了详细地描述，但是本发明的技术方案并不限于以上实施例，在不脱离本发明的思想和宗旨的情况下，对本发明的技术方案所做的任何改动都将落入本发明的权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种纳米水泥浆，其特征在于，所述纳米水泥浆的质量份组成如下：硅酸盐水泥40-60份、改性纳米二氧化硅12-28份、纳米氧化镁10-18份、缓凝剂羟乙叉二膦酸0.08-0.24份、消泡剂磷酸三丁酯0.8-1.8份、烟灰4-12份、聚丙烯纤维0.8-2.4份、玻璃纤维0.2-0.8份、防气窜剂4-8份、早强剂2-6份。
2.根据权利要求1所述的一种纳米水泥浆，其特征在于，所述防气窜剂的质量份组成如下：丁苯乳胶6-10份、羧基丁苯乳胶5-12份、AMPS-AM-AA聚合物0.02-0.08份、壬基酚聚氧乙烯醚4-8份、乙二醇2-8份、水10-18份。
3.根据权利要求2所述的一种纳米水泥浆，其特征在于，所述防气窜剂的质量份组成如下：丁苯乳胶8份、羧基丁苯乳胶6.8份、AMPS-AM-AA聚合物0.05份、壬基酚聚氧乙烯醚6份、乙二醇5份、水15份。
4.根据权利要求1所述的一种纳米水泥浆，其特征在于：所述早强剂选用液体二氧化硅、甲酸钙、三异丙醇胺中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的一种纳米水泥浆，其特征在于：所述早强剂选用液体二氧化硅。
6.根据权利要求5所述的一种纳米水泥浆，其特征在于：所述液体二氧化硅的粒径大小为20-40nm。
7.根据权利要求1所述的一种纳米水泥浆，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅采用以下方法制得：将氨水、乙醇和水混合得到溶液A，将正硅酸乙酯与乙醇混合得到溶液B，再将溶液B快速加入溶液A中，磁力搅拌1-1.5min，然后密封反应1.5-3h，离心用乙醇洗涤3次得到改性纳米二氧化硅。
8.根据权利要求1所述的一种纳米水泥浆，其特征在于：所述氨水的浓度为28％，所述溶液A中水、乙醇和水的体积比为1:1.5-1.8:2.7，所述B溶液中正硅酸乙酯与乙醇的体积比为1:8-12。
9.根据权利要求8所述的一种纳米水泥浆，其特征在于：所述溶液A中水、乙醇和水的体积比为1:1.6:2.7，所述B溶液中正硅酸乙酯与乙醇的体积比为1:10。
10.根据权利要求1所述的一种纳米水泥浆，其特征在于，所述纳米水泥浆的质量份组成如下：硅酸盐水泥50份、改性纳米二氧化硅20份、纳米氧化镁14份、缓凝剂羟乙叉二膦酸0.16份、消泡剂磷酸三丁酯1.5份、烟灰8份、聚丙烯纤维1.6份、玻璃纤维0.5份、防气窜剂6份、早强剂4份。
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