CN105271919B - 一种徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂及其制备方法，具体涉及在水泥基胶凝材料拌合物失去塑性阶段前，能持续产生一定膨胀补偿水泥基胶凝材料早期收缩的一种塑性膨胀剂。本发明的一种徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂，其原料包括如下重量份的组分：脂肪族偶氮化合物：30‑50份；N‑亚硝基化合物：20‑40份；发泡助剂：5‑20份；泡沫稳定剂：5‑15份。本发明与聚羧酸系、萘系、脂肪族减水剂复合使用时，对水泥基胶凝材料拌合物的粘度有轻微增大效应，对拌合物和易性有改善作用，并产生微膨胀，可一定程度上弥补水泥基胶凝材料拌合物的早期收缩。

Description

一种徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及水泥基胶凝材料化工技术领域，具体涉及一种水泥基胶凝材料拌合物失去塑性阶段前能持续产生一定膨胀补偿水泥基胶凝材料早期收缩的徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂及其制备方法。

背景技术

铁道部于2008年颁布的TB/T3192-2008《铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件》明确提出禁止使用高碱性膨胀剂或以铝粉为膨胀源的膨胀剂，即限制了氧化钙类膨胀剂和铝粉在压浆料中的使用。目前常使用的铝酸盐、硫铝酸盐、氧化镁类膨胀剂膨胀效应较为滞后，在24h内基本没自由膨胀，无法弥补压浆料的塑性收缩，用于压浆料的膨胀剂必须在早期塑性阶段具有为膨胀性能，补偿浆体的塑性收缩，确保压浆料在孔道内的充盈度性能指标。此外，塑性收缩也关乎于水泥基材料的耐久性问题，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。塑性膨胀剂的组分设计和开发，在防止混凝土结构开裂，确保混凝土体积稳定性上，具有重要的研究意义。

在水泥基胶凝材料塑性阶段1～3h内，采用市面常见的膨胀剂，即使是复合高膨胀型铝酸钙-硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂也不能弥补水泥浆体塑性阶段的化学收缩、自收缩等收缩问题；而传统金属粉末类膨胀剂由于反应速度快，发气量大、气孔大，发气不均匀，使其内部形成微小的裂纹，不利于混凝土强度及耐久性发展。

CN 101240163A公开了一种油井水泥膨胀剂，是通过加入70％轻钙和30％偶氮化合物反应而成的。CN 102491669 A公开了一种水泥基灌浆料专用塑性膨胀剂，其重量百分比组分为：塑性膨胀源：3.0％～5.0％；硬脂酸酯：0.05％～0.15％；催化剂:5.0～10.0％；生石灰：25.0％～50.0％；保水剂：35.0％～60.0％。CN 102491667 A公开一种新型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。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种可有效的维持水泥基材料的体积稳定性或可控的对水泥基胶凝材料收缩进行补偿膨胀；可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；可充分保证灌浆施工所需时间，能满足不同气候条件施工的徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂及其制备方法。

本发明目的的实现方式为，一种徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂及其制备方法，由下述重量份数的原料制成：

脂肪族偶氮化合物：35-45份；

N-亚硝基化合物：30-40份；

发泡助剂：10-20份；

泡沫稳定剂：5-15份；

所述脂肪族偶氮化合物为偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸二乙酯或偶氮二异丁腈；

所述N-亚硝基化合物为N,N’-二亚硝基五次甲基四胺或N,N’-二甲基-N,N’-二亚硝基对苯二甲酰胺；

所述发泡助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硼砂、丙三醇、乙酸锌、二乙二醇中的一种或几种；

所述泡沫稳定剂为甲基丙烯酸异丁酯、硅油、不饱和聚醚聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种或几种。

一种徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂的制备方法，具体步骤如下：

1)将质量份数为5-20份发泡助剂和5-15份泡沫稳定剂中的液体组分混合在一起，

所述发泡助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硼砂、丙三醇、乙酸锌、二乙二醇中的一种或几种；

所述泡沫稳定剂为甲基丙烯酸异丁酯、硅油、不饱和聚醚聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种或几种；

2)在小型球磨机加入30-50份脂肪族偶氮化合物、20-40份N-亚硝基化合物和步骤1)中的发泡助剂和泡沫稳定剂中的固体组分；

所述脂肪族偶氮化合物为偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸二乙酯或偶氮二异丁腈；

所述N-亚硝基化合物为N,N’-二亚硝基五次甲基四胺或N,N’-二甲基-N,N’-二亚硝基对苯二甲酰胺；

3)在步骤2)的粉磨过程中加入步骤1)的液体混合组分，待两种组分粉磨均匀后，控制粒度小于80μm，即得到徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂。

本发明参照《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F 50-2011)标准，开发一种以无机与有机高分子材料复合而成，同时添加各种特殊功能性组份的塑性膨胀剂产品，要求总碱量和氯离子含量低，不含铝粉类膨胀剂，对提高水泥浆防腐、耐久、抗渗具有显著的作用。产品能有效补偿浆体在塑性和硬化阶段的收缩，在低水胶比状态下大幅提高浆体的流动性能，具有一定程度抗沉降、抗离析和防止泌水效果。

本发明的塑性膨胀剂在一定的温度和水泥浆的碱性条件下开始发气，且由于稳定剂的作用，产生的气体形成微小气泡并均匀稳定地存在于水泥浆中，不相互聚结运移；可有效的维持水泥基材料的体积稳定性或可控的对水泥基胶凝材料收缩进行补偿膨胀，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。

本产品具有以下特点：

1.脂肪族偶氮化合物、N-亚硝基化合物发气组分中的气体中含有氨气，释放后溶解于浆体中，转变为粘度触变组分，在保证浆高流动性的基础上，合理改善浆体体系的粘度，进而提高浆体抗离析和泌水的能力，提高了拌合物的和易性；

2、本发明的塑性膨胀剂含脂肪族偶氮化合物、N-亚硝基化合物双效膨胀源，可使浆体在塑性及硬化阶段均产生适度膨胀，以补偿水泥浆体的早期收缩和自身体积变形。浆体早期不产生收缩，24h膨胀率＞0.4％，28d后膨胀率＜0.07％，可确保后期体积的稳定性；

3、发泡助剂、泡沫稳定剂中的醇类物质具有适度缓凝功能，可充分保证灌浆施工所需时间，其缓凝时间可据季节做相应调整，故能满足不同气候条件施工的需要。

具体实施方式

本发明的徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂由下述重量份数的原料制成：

脂肪族偶氮化合物：35-45份；

N-亚硝基化合物：30-40份；

发泡助剂：10-20份；

泡沫稳定剂：5-15份；

所述脂肪族偶氮化合物为偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸二乙酯或偶氮二异丁腈的一种；

所述脂肪族偶氮化合物优选为35-45份偶氮二甲酰胺，该物质具有较强的反应突发性，在水泥基胶凝材料水化浆液中，其预见反应式如下：

所述脂肪族偶氮化合物优选为25-35份N,N’-二亚硝基五次甲基四胺，该物质具有较强的反应突发性，在水泥基胶凝材料水化浆液中，其预见反应式如下：

所述N-亚硝基化合物为N,N’-二亚硝基五次甲基四胺或N,N’-二甲基-N,N’-二亚硝基对苯二甲酰胺；

所述发泡助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硼砂、丙三醇、乙酸锌、二乙二醇中的一种或几种；

所述发泡助剂优选为为10份硬脂酸钙和5份二乙二醇的组合物。

所述泡沫稳定剂为甲基丙烯酸异丁酯、硅油、不饱和聚醚聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种或几种。

所述泡沫稳定剂优选为为5份甲基丙烯酸异丁酯和2份硅油的组合物。

本发明的徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂在水泥砂浆、混凝土、水泥基灌浆材料或水泥基修补砂浆中的掺入量为水泥基胶凝材料质量的0.1-0.5‰。

下面用具体实施例详述本发明。

实施例1

1)将质量份数为10份硬脂酸钙和5份二乙二醇，5份甲基丙烯酸异丁酯和2份硅油中的固体组分和液体组分分别混合均匀；

2)在小型球磨机加入45份偶氮二甲酰胺、33份N,N’-二亚硝基五次甲基四胺和步骤1)中的发泡助剂和泡沫稳定剂中的预先混合均匀的固体组分；

3)在步骤2)的在粉磨过程中加入步骤1)的液体混合组分，待两种组分粉磨均匀后，控制粒度小于80μm，即得到徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂。

本实施例制备的徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂，按普通混凝土中胶凝材料用量的0.2‰，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0.10％，28天抗压强度与基准混凝土相比提高3.5％。

实施例2

1)准备好质量份数为10份硬脂酸锌和10份硼砂，6份硅油中的固体组分和液体组分分别混合均匀；

2)在小型球磨机加入34份偶氮二甲酰胺、40份N,N’-二亚硝基五次甲基四胺和步骤1)中的发泡助剂和泡沫稳定剂中的预先混合均匀的固体组分；

3)在步骤2)的在粉磨过程中加入步骤1)的液体混合组分，待两种组分粉磨均匀后，控制粒度小于80μm，即得到徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂。

本实施例制备的徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂，按普通混凝土中胶凝材料用量的0.1‰，掺入C30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0.05％，28天抗压强度与基准混凝土相比提高2.0％。

实施例3

1)将质量份数为10份硬脂酸锌和5份丙三醇，5份甲基丙烯酸异丁酯和2份硅油中的固体组分和液体组分分别混合均匀；

2)在小型球磨机加入40份偶氮二甲酰胺、35份N,N’-二亚硝基五次甲基四胺和步骤1)中的发泡助剂和泡沫稳定剂中的预先混合均匀的固体组分；

3)在步骤2)的在粉磨过程中加入步骤1)的液体混合组分，待两种组分粉磨均匀后，控制粒度小于80μm，即得到徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂。

本实施例制备的徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂，按普通混凝土中胶凝材料用量的0.1‰，掺入C80管桩混凝土中。该混凝土的早期塑性收缩率为0％，28d自由膨胀率达到0.02％，28天抗压强度与基准混凝土相比提高3.0％。

实施例4

1)将质量份数为10份硬脂酸钙，10份不饱和聚醚聚氧乙烯聚氧丙烯醚和5份硅油中的固体组分和液体组分分别混合均匀；

2)在小型球磨机加入25份偶氮二甲酰胺、20份偶氮二甲酸二异丙酯、30份N,N’-二甲基-N,N’-二亚硝基对苯二甲酰胺和步骤1)中的发泡助剂和泡沫稳定剂中的预先混合均匀的固体组分；

3)在步骤2)的在粉磨过程中加入步骤1)的液体混合组分，待两种组分粉磨均匀后，控制粒度小于80μm，即得到徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂。

本实施例制备的徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂，按普通混凝土中胶凝材料用量的0.15‰，掺入C80管桩混凝土中。该混凝土的早期塑性收缩率为0％，28d自由膨胀率达到0.01％，28天抗压强度与基准混凝土相比提高2.8％。

实施例5

1)准备好质量份数为6份乙酸锌和6份二乙二醇，10份不饱和聚醚聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的固体组分和液体组分分别混合均匀；

2)在小型球磨机加入20份偶氮二甲酰胺、20份偶氮二异丁腈、20份N,N’-二亚硝基五次甲基四胺、18份N,N’-二亚硝基五次甲基四胺和步骤1)中的发泡助剂和泡沫稳定剂中的预先混合均匀的固体组分；

3)在步骤2)的在粉磨过程中加入步骤1)的液体混合组分，待两种组分粉磨均匀后，控制粒度小于80μm，即得到徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂。

本实施例制备的徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂，按普通混凝土中胶凝材料用量的0.2‰，掺入C30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0.03％，28天抗压强度与基准混凝土相比提高2.5％。

实施例6

1)准备好质量份数为5份硬脂酸钙、5份乙酸锌和2份二乙二醇，12份不饱和聚醚聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的固体组分和液体组分分别混合均匀；

2)在小型球磨机加入38份偶氮二异丁腈、38份N,N’-二亚硝基五次甲基四胺和步骤1)中的发泡助剂和泡沫稳定剂中的预先混合均匀的固体组分；

3)在步骤2)的在粉磨过程中加入步骤1)的液体混合组分，待两种组分粉磨均匀后，控制粒度小于80μm，即得到徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂。

本实施例制备的徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂，按普通混凝土中胶凝材料用量的0.25‰，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0.02％，28天抗压强度与基准混凝土相比提高3.2％。

Claims (4)

1.一种徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂，其特征在于：由下述重量份数的原料制成：

脂肪族偶氮化合物：35-45份；

N-亚硝基化合物：30-40份；

发泡助剂：10-20份；

泡沫稳定剂：5-15份；

所述脂肪族偶氮化合物为偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸二乙酯或偶氮二异丁腈；

所述N-亚硝基化合物为N,N’-二亚硝基五次甲基四胺或N,N’-二甲基-N,N’-二亚硝基对苯二甲酰胺；

所述发泡助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硼砂、丙三醇、乙酸锌、二乙二醇中的一种或几种；

所述泡沫稳定剂为甲基丙烯酸异丁酯、硅油、不饱和聚醚聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的一种徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂，其特征在于：发泡助剂及质量份数为10份硬脂酸钙和5份二乙二醇的组合物。

3.根据权利要求1所述的一种徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂，其特征在于：泡沫稳定剂及质量份数为5份甲基丙烯酸异丁酯和2份硅油的组合物。

4.权利要求1所述的一种徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

1）将质量份数为10-20份发泡助剂和5-15份泡沫稳定剂中的固体组分和液体组分分别混合均匀，

所述发泡助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硼砂、丙三醇、乙酸锌、二乙二醇中的一种或几种；

所述泡沫稳定剂为甲基丙烯酸异丁酯、硅油、不饱和聚醚聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种或几种；

2）在小型球磨机加入35-45份脂肪族偶氮化合物、30-40份N-亚硝基化合物和步骤1）中的发泡助剂和泡沫稳定剂中的固体组分；

所述脂肪族偶氮化合物为偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸二乙酯或偶氮二异丁腈；

所述N-亚硝基化合物为N,N’-二亚硝基五次甲基四胺或N,N’-二甲基-N,N’-二亚硝基对苯二甲酰胺；

3）在步骤2）的粉磨过程中加入步骤1）的液体混合组分，待两种组分粉磨均匀后，控制粒度小于80μm，即得到徐放型水泥基胶凝材料用塑性膨胀剂。