CN105110734A - 一种低温度敏感性的路用改性水泥 - Google Patents

Abstract

本发明属于路面材料工程技术领域，具体公开了一种低温度敏感性的路用改性水泥，该路用改性水泥按质量百分比包括：水泥基体77~89%，负膨胀材料6~12%，膨胀协调剂4~8%，助剂1~3%。其中水泥基体为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和/或粉煤灰硅酸盐水泥，负膨胀材料为钨酸锆等，膨胀协调剂为磷酸锆钠，助剂为HS250M。本发明的路用改性水泥能够有效地降低水泥在水化及变化温度场中的收缩与膨胀量，减小环境变化引起的温度应力，适用于水泥混凝土路面，以及受位移限制的水泥混凝土构件。

Description

一种低温度敏感性的路用改性水泥

技术领域

本发明涉及路面材料工程技术领域，具体涉及到一种低温度敏感性的路用改性水泥。

背景技术

沥青路面和水泥混凝土路面是两种最为常见的路面类型，水泥混凝土路面具有承载能力高，使用寿命较长的特点。现阶段水泥、钢筋一直保持着较低的价格，推广应用水泥混凝土路面对节省工程初期建设费用，延长道路使用寿命都具有重要意义。如今，全面范围内水泥混凝土路面应用范围越来越小，只有部分特殊路段和乡村道路才采用。追究水泥混凝土路面应用较少的原因主要是，水泥混凝土路面的开裂问题，水泥混凝土在成型硬化初期就会产生微小裂缝，在后期使用过程中环境荷载(温缩)作用下微小裂缝将进一步扩展，致使雨水渗透至路基范围内，引起路面承载力不足，以及其他的板底脱空、挤泥等问题。水泥混凝土初期裂缝及后期裂缝扩展主要是由其材料性能引起，水泥在初期水化及后期环境温度变化中热胀冷缩现象极为明显，如若能够解决水泥及水泥混凝土的热胀冷缩问题，将从根本上解决缓减水泥混凝土路面的裂缝问题，保证路面的耐久性和承载能力，促进水泥混凝土路面的推广应用。现有技术主要是采用发泡水泥添加剂、和吸水水泥添加剂，通过增加水泥混凝土内部的空隙来达到缓解水泥混凝土收缩的特性，然而此项技术对水泥混凝土的强度和耐久性均有不利的影响。

为此，本申请的发明人拟从改善水泥热胀冷缩性能方面入手，开发出一种具有低温度敏感性的路用改性水泥，从根本上解决水泥混凝土热胀冷缩的问题，争取实现水泥在温变环境中零收缩，建设更加耐久、廉价的高性能路面。

发明内容

本发明将要解决的技术问题为：开发一种具有低温度敏感性的路用改性水泥，能够有效地降低水泥在水化及后期温变环境下的体积收缩性，同时保持水泥原有的路用性能，确保水泥混凝土具有较好的抗裂性能，实现无裂缝水泥混凝土路面的建设与推广。

为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：

将负膨胀材料添加到水泥基体中得到改性水泥，对水泥水化、不同温度变化下的水泥体积安定性进行系统分析，得到负膨胀材料对水泥膨胀性能的影响规律，为低温度敏感性的路用改性水泥的应用奠定基础。

最终确定的技术方案如下：

一种低温度敏感性的路用改性水泥，由下述质量百分比的原料制成：

所述各原料的质量百分比之和为100％。

所述水泥基体为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和/或粉煤灰硅酸盐水泥；

所述负膨胀材料为钨酸锆(Z_rW₂O₈)；

所述膨胀协调剂为磷酸锆钠(NaZr₂P₃O₁₂)；

所述助剂为“膜之素”系列产品中的HS250M。

优选的，所述低温度敏感性的路用改性水泥，由下述质量百分比的原料制成：

最优的，所述低温度敏感性的路用改性水泥，由下述质量百分比的原料制成：

所述低温度敏感性的路用改性水泥的制备方法，步骤如下：

(1)、表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂的制备：将负膨胀材料、膨胀协调剂在100±2℃干燥1h，然后将助剂与干燥的负膨胀材料、膨胀协调剂三者在60℃环境下混合、搅拌至均匀，充分干燥，得到表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂；

(2)、准备水泥基体：烧制水泥熟料，然后将烧制成型的水泥熟料充分降温至室温，加入不同类型水泥基体需要的混合材，得到水泥基体；

向所述水泥熟料中加入不同类型水泥基体需要的混合材，可分别得到普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥；

(3)、得到水泥基体后，立即加入干燥的表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂，与水泥基体一起进行粉磨，得到低温度敏感性的路用改性水泥；

(4)、装袋或装罐，准备出场。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)可以有效减少水泥的热胀冷缩性能，通过调整好的配比可以控制水泥材料的体积安定性。

(2)膨胀协调剂，具有较好的网格空间结构，其晶体键的震动幅度有效地协调水泥基体由于结团、分散不均匀造成的局部膨胀、收缩不协调等现象，确保水泥材料良好的体积稳定性，可以在高温差地区道路、房建工程等特殊范围使用。

(3)本发明的低温度敏感性的路用改性水泥，由于体积膨胀性小，保证了水泥混凝土能以较为密实的结构硬化、成型，结构强度得以保障；同时，较小的体积变化致使其空隙率变化不明显，对于抗冻、抗腐蚀等性能都有不同程度的提升，应用耐久性明显提高。

(4)负膨胀材料加入助剂处理，助剂通过交联等作用方式，在负膨胀材料表面形成具有一定结合强度的涂层，在不改变原材料强度等本体性质的条件下，对其表面改性。改性后的原材料具备了亲水性表面，涂覆牢度较强，不易脱落。有助于长期保持性能稳定。

总之，本发明充分考虑了水泥材料的热胀冷缩性能和负膨胀材料的热缩冷胀特性，二者结合相互补充，性能良好。本发明产品可以用于水泥混凝土路面修筑、旧水泥混凝土构件裂缝填补等恶劣环境的水泥实体。

具体实施方式

下面结合实施例对本专利申请技术方案进行进一步说明，但本发明不限于这些实施例。

以下实施例1-7中所用负膨胀材料均为钨酸锆(Z_rW₂O₈)；

所用膨胀协调剂均为磷酸锆钠(NaZr₂P₃O₁₂)；

所用助剂均为“膜之素”系列产品中的HS250M，来自深圳市华苏科技发展有限公司。

实施例1

以制备低温度敏感性的路用改性水泥100Kg为例，所用的原料质量配比如下：

水泥基体(普通硅酸盐水泥)83Kg

钨酸锆9Kg

磷酸锆钠6Kg

HS250M2Kg

上述原料配比的低温度敏感性的路用改性水泥的制备方法的步骤如下：

(1)、表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂的制备：将9Kg钨酸锆、6Kg磷酸锆钠在100±2℃干燥1h，然后将2KgHS250M与干燥的钨酸锆、磷酸锆钠在60℃环境下混合、搅拌至均匀，充分干燥，得到表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠；

(2)、准备水泥基体：采用干法转窑工艺将石灰石、粘土等生料烧制成水泥熟料，将烧制成型的水泥熟料充分降温至室温，加入混合材，得到水泥基体普通硅酸盐水泥；

(3)、得到水泥基体后，取83Kg，立即加入干燥的表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠，与水泥基体一起按照生产所需进行粉磨，形成一定级配的颗粒；得到低温度敏感性的路用改性水泥；

(4)、装袋或装罐，准备出场。

实施例2

以制备低温度敏感性的路用改性水泥100Kg为例，所用的原料质量配比如下：

水泥基体(普通硅酸盐水泥)89Kg

钨酸锆6Kg

磷酸锆钠4Kg

HS250M1Kg

上述原料配比的低温度敏感性的路用改性水泥的制备方法的步骤如下：

(1)、表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂的制备：将6Kg钨酸锆、4Kg磷酸锆钠在100±2℃干燥1h，然后将1KgHS250M与干燥的钨酸锆、磷酸锆钠在60℃环境下混合、搅拌至均匀，充分干燥，得到表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠；

(2)、准备水泥基体：采用干法转窑工艺将石灰石、粘土等生料烧制成水泥熟料，将烧制成型的水泥熟料充分降温至室温，加入混合材，得到水泥基体普通硅酸盐水泥；

(3)、得到水泥基体后，取89Kg，立即加入干燥的表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠，与水泥基体一起按照生产所需进行粉磨，形成一定级配的颗粒；得到低温度敏感性的路用改性水泥；

(4)、装袋或装罐，准备出场。

实施例3

以制备低温度敏感性的路用改性水泥100Kg为例，所用的原料质量配比如下：

水泥基体(普通硅酸盐水泥)77Kg

钨酸锆12Kg

磷酸锆钠8Kg

HS250M3Kg

上述原料配比的低温度敏感性的路用改性水泥的制备方法的步骤如下：

(1)、表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂的制备：将12Kg钨酸锆、8Kg磷酸锆钠在100±2℃干燥1h，然后将3KgHS250M与干燥的钨酸锆、磷酸锆钠在60℃环境下混合、搅拌至均匀，充分干燥，得到表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠；

(2)、准备水泥基体：采用干法转窑工艺将石灰石、粘土等生料烧制成水泥熟料，将烧制成型的水泥熟料充分降温至室温，加入混合材，得到水泥基体普通硅酸盐水泥；

(3)、得到水泥基体后，取77Kg，立即加入干燥的表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠，与水泥基体一起按照生产所需进行粉磨，形成一定级配的颗粒；得到低温度敏感性的路用改性水泥；

(4)、装袋或装罐，准备出场。

实施例4

以制备低温度敏感性的路用改性水泥100Kg为例，所用的原料质量配比如下：

水泥基体(普通硅酸盐水泥)85Kg

钨酸锆8Kg

磷酸锆钠5Kg

HS250M2Kg

上述原料配比的低温度敏感性的路用改性水泥的制备方法的步骤如下：

(1)、表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂的制备：将8Kg钨酸锆、5Kg磷酸锆钠在100±2℃干燥1h，然后将2KgHS250M与干燥的钨酸锆、磷酸锆钠在60℃环境下混合、搅拌至均匀，充分干燥，得到表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠；

(2)、准备水泥基体：采用干法转窑工艺将石灰石、粘土等生料烧制成水泥熟料，将烧制成型的水泥熟料充分降温至室温，加入混合材，得到水泥基体普通硅酸盐水泥；

(3)、得到水泥基体后，取85Kg，立即加入干燥的表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠，与水泥基体一起按照生产所需进行粉磨，形成一定级配的颗粒；得到低温度敏感性的路用改性水泥；

(4)、装袋或装罐，准备出场。

实施例5

以制备低温度敏感性的路用改性水泥100Kg为例，所用的原料质量配比如下：

水泥基体(矿渣硅酸盐水泥)85Kg

钨酸锆8Kg

磷酸锆钠5Kg

HS250M2Kg

上述原料配比的低温度敏感性的路用改性水泥的制备方法的步骤如下：

(1)、表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂的制备：将8Kg钨酸锆、5Kg磷酸锆钠在100±2℃干燥1h，然后将2KgHS250M与干燥的钨酸锆、磷酸锆钠在60℃环境下混合、搅拌至均匀，充分干燥，得到表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠；

(2)、准备水泥基体：采用干法转窑工艺将石灰石、粘土等生料烧制成水泥熟料，将烧制成型的水泥熟料充分降温至室温，加入混合材，得到水泥基体矿渣硅酸盐水泥；

(3)、得到水泥基体后，取85Kg，立即加入干燥的表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠，与水泥基体一起按照生产所需进行粉磨，形成一定级配的颗粒；得到低温度敏感性的路用改性水泥；

(4)、装袋或装罐，准备出场。

实施例6

以制备低温度敏感性的路用改性水泥100Kg为例，所用的原料质量配比如下：

水泥基体(火山灰质硅酸盐水泥)85Kg

钨酸锆8Kg

磷酸锆钠5Kg

HS250M2Kg

上述原料配比的低温度敏感性的路用改性水泥的制备方法的步骤如下：

(1)、表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂的制备：将8Kg钨酸锆、5Kg磷酸锆钠在100±2℃干燥1h，然后将2KgHS250M与干燥的钨酸锆、磷酸锆钠在60℃环境下混合、搅拌至均匀，充分干燥，得到表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠；

(2)、准备水泥基体：采用干法转窑工艺将石灰石、粘土等生料烧制成水泥熟料，将烧制成型的水泥熟料充分降温至室温，加入混合材，得到水泥基体火山灰质硅酸盐水泥；

(3)、得到水泥基体后，取85Kg，立即加入干燥的表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠，与水泥基体一起按照生产所需进行粉磨，形成一定级配的颗粒；得到低温度敏感性的路用改性水泥；

(4)、装袋或装罐，准备出场。

实施例7

以制备低温度敏感性的路用改性水泥100Kg为例，所用的原料质量配比如下：

水泥基体(粉煤灰硅酸盐水泥)85Kg

钨酸锆8Kg

磷酸锆钠5Kg

HS250M2Kg

上述原料配比的低温度敏感性的路用改性水泥的制备方法的步骤如下：

(1)、表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂的制备：将8Kg钨酸锆、5Kg磷酸锆钠在100±2℃干燥1h，然后将2KgHS250M与干燥的钨酸锆、磷酸锆钠在60℃环境下混合、搅拌至均匀，充分干燥，得到表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠；

(2)、准备水泥基体：采用干法转窑工艺将石灰石、粘土等生料烧制成水泥熟料，将烧制成型的水泥熟料充分降温至室温，加入混合材，得到水泥基体粉煤灰硅酸盐水泥；

(3)、得到水泥基体后，取85Kg，立即加入干燥的表面改性的钨酸锆和磷酸锆钠，与水泥基体一起按照生产所需进行粉磨，形成一定级配的颗粒；得到低温度敏感性的路用改性水泥；

(4)、装袋或装罐，准备出场。

为确定本发明产品的低温度敏感性，采用OFITE水泥体积膨胀测试装置对本发明实施例1～7的改性水泥的热胀冷缩性能进行测试，并按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行基本性能试验。

1.膨胀系数测试

采用OFITE水泥体积膨胀测试装置通过测试水泥试件的体积变化，从-10℃升温到30℃进行测试，检测结果如下表所示。

表1

从表1可以明显看出，负膨胀材料对水泥的热胀冷缩性能具有明显的改善作用，可将水泥的热敏性减小到10％左右，效果明显。不同类型的水泥基体中加入负膨胀材料和膨胀协调剂，均能起到明显的热胀冷缩缓减效果。

2.基本性能测试

参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行基本性能试验，检测结果如下表所示。

表2基本性能

从表2可以明显看出，负膨胀材料对水泥的基本性能，都没有较大影响，基本指标没有大的变化。

本发明经过大量的研究和试验，结果表明，本发明的一种具有低温度敏感性的路用改性水泥能够改善水泥自身性能，具有降低水泥热胀冷缩特性的功效。本发明的低温度敏感性的路用改性水泥克服了传统发泡材料和吸水材料对水泥混凝土路用性能的影响，可作为一种功能性路面材料用于解决水泥混凝土路面裂缝发生与扩展等相关技术问题。

以上所述，仅是本发明的典型实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种低温度敏感性的路用改性水泥，由下述质量百分比的原料制成：

原料质量百分比

水泥基体77~89%

负膨胀材料6~12%

膨胀协调剂4~8%

助剂1~3%

所述各原料的质量百分比之和为100%；

所述负膨胀材料为钨酸锆；

所述膨胀协调剂为磷酸锆钠；

所述助剂为HS250M。

2.根据权利要求1所述的低温度敏感性的路用改性水泥，其特征在于：所述水泥基体为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和/或粉煤灰硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1或2所述的低温度敏感性的路用改性水泥，其特征在于，所述低温度敏感性的路用改性水泥由下述质量百分比的原料制成：

原料质量百分比

水泥基体80~86%

负膨胀材料8~10%

膨胀协调剂5~7%

助剂1~3%。

4.根据权利要求1或2所述的低温度敏感性的路用改性水泥，其特征在于，所述低温度敏感性的路用改性水泥由下述质量百分比的原料制成：

原料质量百分比

水泥基体83%

负膨胀材料9%

膨胀协调剂6%

助剂2%。

5.一种权利要求1-4中任一所述的低温度敏感性的路用改性水泥的制备方法，步骤如下：

（1）、表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂的制备：将负膨胀材料、膨胀协调剂在100±2℃干燥1h，然后将助剂与干燥的负膨胀材料、膨胀协调剂三者在60℃环境下混合、搅拌至均匀，充分干燥，得到表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂；

（2）、准备水泥基体：烧制水泥熟料，然后将烧制成型的水泥熟料充分降温至室温，加入不同类型水泥基体需要的混合材，得到水泥基体；

（3）、得到水泥基体后，立即加入干燥的表面改性的负膨胀材料和膨胀协调剂，与水泥基体一起进行粉磨，得到低温度敏感性的路用改性水泥；

（4）、装袋或装罐，准备出场。