CN105621923A - 水泥基膨胀剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水泥基膨胀剂及其制备方法和使用，该膨胀剂包括按重量份计的如下组分：发气组分6～10份；改性增强组分20～35份；硫铝酸钙类1000～3500份；改性膨润土200～1000份。该膨胀剂的制备方法为：将发气组分和改性增强组分混合均匀后，再加入硫铝酸钙类和改性膨润土，混合均匀即可。该使用方法包括为：将所述水泥基膨胀剂与胶凝材料混合均匀后，加入水，进行施工。该膨胀剂专门用于水泥基体系，具体体现在水泥基材料在塑性阶段以及硬化后阶段的补偿收缩，其可广泛应用于压浆料(剂)、灌浆料、水泥砂浆、混凝土等水泥基材料中，可在公路桥梁、铁路、建筑等领域中广泛应用。

Description

水泥基膨胀剂及其制备方法和使用方法

技术领域

本发明涉及一种水泥基膨胀剂及其制备方法和使用，属于建筑材料技术领域，该膨胀剂专门用于水泥基体系，具体体现在水泥基材料在塑性阶段以及硬化后阶段的补偿收缩，其可广泛应用于压浆料(剂)、灌浆料、水泥砂浆、混凝土等水泥基材料中，可在公路桥梁、铁路、建筑等领域中广泛应用。

背景技术

水泥基材料由于其水化过程中和凝结后均会产生收缩，对应为塑性收缩和硬化后收缩。水泥水化其在塑性阶段当表面水分的蒸发速度大于内部水分的迁移速度就会产生塑性收缩甚至是塑性开裂，从而严重影响水泥基材料的应用性能，但目前为止，并未找到替代水泥这种胶凝材料的替代材料，从而塑性收缩及开裂一直是行业的难点。目前业内大都采用膨胀剂来补偿收缩，现在的膨胀剂主要分为：氧化钙类，UEA，硫铝酸钙类，石灰类，氧化铁类，复合类。但这几类膨胀剂的作用机理是水泥水化后产生的水化产物和这类物质想结合生成钙矾石类的物质从而产生膨胀。由此机理可见，此类膨胀剂均是在后期才会发生作用，无法解决水泥基材料在塑性阶段的收缩。行业一直缺少能够补偿水泥基材料在塑性阶段的收缩的塑性膨胀剂，早期有使用铝粉作为膨胀剂，但是铝粉产品的氢气对钢筋有腐蚀作用，并且因为发泡不均匀等问题已经被禁止使用。而在水泥水化硬化后其水化也会一直伴进行，因而其收缩也会一直伴随着整个过程，因而需要一种材料进行补偿收缩，目前传统上采用的还是钙矾石类膨胀剂。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利CN104692690公开了一种氧化钙类膨胀剂，该膨胀剂由长链脂肪酸和氧化钙类膨胀剂组成，且长链脂肪酸包裹于氧化钙类膨胀剂的表面，但是这类膨胀剂在后期会影响水泥或混凝土的整体强度，不能形成有效的体积膨胀。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种水泥基膨胀剂及其制备方法和使用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种水泥基膨胀剂，其包括按重量份计的如下组分：

作为优选方案，所述发气组分为偶氮化合物，如偶氮二甲基酰胺，偶氮二异丁腈，其细度为80～200目。此类发气组分在水中不溶解，在强碱性环境下才会分解出放出气体，因而在水泥基体系遇水后，水泥水化，产生强碱性环境，从而为其提供了反应所需要的必要条件。由于发气速度与气泡大小直接与组分的细度有关，根据多次试验结果，在此细度范围内的发气组分所产生气泡均匀细小，在0.01-10μm范围内，并且发气组分的时间控制在遇水4小时内，满足相应需求，若低于80目，产品发气过慢，不能达到塑性膨胀的需求，若高于200目，则产品发气过快，最终会损失一部分气泡，从而发气效果较差，因而选择此范围区间。

作为优选方案，所述改性增强组分选自酒石酸、硼酸、糖钠、柠檬酸一种或两种，所述改性增强组分的细度为80～200目。改性增强组分主要通过控制水泥材料的反应速度，从而起到调节控制发气速度，因而其细度直接反应了其反应速度，在此区间范围内，能够与发气组分相配合，达到气泡均匀细小，发气时间达到预先设计效果。

作为优选方案，所述硫铝酸钙类膨胀组分为钙矾石类膨胀剂，负责对后期膨胀起到主要作用。经过前期试验，钙矾石类膨胀剂膨胀稳定，膨胀产物强度高，是目前最常用的膨胀剂之一。

作为优选方案，所述改性膨润土为钠基改性膨润土、钙基改性膨润土，所述改性膨润土的细度为80～200目。钠基、钙基改性膨润土，能够提高产品的整体性，使产品适应性加强。而其细度区间主要考虑到材料整体混合不分层等方面因素。

第二方面，本发明提供了一种如前述的水泥基膨胀剂的制备方法，其包括如下步骤：

将发气组分和改性增强组分混合均匀后，再加入硫铝酸钙类和改性膨润土，混合均匀即可。

第三方面，本发明还提供了一种如前述的水泥基膨胀剂的使用方法，其包括如下步骤：

将所述水泥基膨胀剂与胶凝材料混合均匀后，加入水，进行施工。

作为优选方案，所述水泥基膨胀剂的用量为胶凝材料重量的6～10％。

掺量若低于6％则膨胀不足，不能达到有效补偿水泥收缩，若掺量高于10％，则膨胀量过大，会引起水泥基材料孔隙过大，强度低等缺陷。

在按照上述掺量，与水泥等原材料混合后，在遇水60min后开始产生均匀细小的气泡，开始塑性阶段的膨胀，主要集中在遇水60～180min阶段内，主要由发气组分和改性增强组分承担。

按照上述掺量在水泥基材料硬化阶段，膨胀逐步产生，并不断补偿水泥水化产生的收缩，主要由硫铝酸钙和改性膨润土组分完成。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明是为了解决水泥基材料在塑性阶段和后期的补偿收缩，合理配置出能够在水泥水化后塑性阶段和硬化阶段均能产生膨胀的物质。

在塑性阶段，水泥水化产生氢氧化钙的时候，本发明的塑性膨胀组分与之反应生成均匀而细小的气泡，这些气泡孔径在0.01～10μm，从而使水泥基材料在塑性阶段形成膨胀，由于其中气泡微小，即便消泡剂也不能消除掉这些微小气泡，因而使水泥基材料在塑性阶段完成膨胀并且因气泡微小在水泥硬化后形成封闭的气孔并在后期并不影响整体强度。

在硬化阶段，本法明中的硬化阶段的膨胀组分可以与水泥水化产物生成钙矾石，从而形成有效的体积膨胀，从而达到补偿收缩的目的。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

以下实施例中涉及的偶氮二甲基酰胺可选购于上海士锋生物科技有限公司、宁夏电化厂精细化工厂、青岛润兴光电材料有限公司、上海恒远生物科技有限公司、或台州凯信化工有限公司等。

酒石酸和硼酸均为市售产品。

硫铝酸钙类为C-S-A膨胀剂，市售产品。

改性膨润土钠基改性膨润土，生产厂家为信阳市平桥区新光膨润土厂、新疆雪山化工有限责任公司、辽西粘土科技开发有限公司(原富山石粉厂)、绵阳市光华福利企业有限责任公司、四川三台光华膨润土有限公司、河南省信阳申光膨润土有限公司、成都市胜迪膨润土有限公司等。

实施例1

本实施例提供了一种水泥基膨胀剂，其包括按重量份计的如下组分：

该水泥基膨胀剂的制备方法为：

将发气组分和改性增强组分混合均匀后，再加入硫铝酸钙类和改性膨润土，混合均匀即可。

实施例2

本实施例涉及的一种水泥基膨胀剂，其包括按重量份计的如下组分：

其制备方法与实施例1相同。

实施例3

本实施例涉及的一种水泥基膨胀剂，其包括按重量份计的如下组分：

其制备方法与实施例1相同。

实施例4

本实施例涉及的一种水泥基膨胀剂，其包括按重量份计的如下组分：

其制备方法与实施例1相同。

实施例5

本实施例涉及一种预应力管道压浆剂(料)在公路桥涵施工技术规范(JTG/TF50-2011)中明确规定3h的自由膨胀率为0～2‰，24h的自由膨胀率为0-3‰。采用本发明，掺量为胶凝材料的8％.，具体配比为水泥2700克，减水剂8克，消泡剂1克，膨胀剂216克，流变剂2.0，粉煤灰,3克,用水量840。得到的数据结果详见表1所示。

表1膨胀剂在压料中的应用

实施例6

水泥基灌浆料在《水泥基灌浆材料应用技术规范》GB/T50448-2008中明确规定3h的属相膨胀率以及24h与3h的膨胀率之差。采用本发明，掺量为胶凝材料的10％，具体配比为普硅P.O52.5400克，膨胀剂40克，硫铝20克，减水剂1.5克，消泡剂0.5克，流变剂0.5砂子(4.75mm以下连续级配河砂)537.5克，用水量125克。所获得数据结果详见表2。

表2膨胀剂在灌浆料中的应用

实施例7

本实施例涉及一种预应力管道灌浆剂(料)在最新规范JT/T946-2014中不仅明确规定3h的自由膨胀率为0～1‰，24h的自由膨胀率为0-2‰，而且明确规定限制水中7d膨胀率为0.03-0.1。本发明对比了传统的膨胀剂和单纯的塑性膨胀剂以及本发明的对比效果，详见表3。其中传统膨胀剂掺量为掺量为胶凝材料的10％，具体配比为水泥2700克，减水剂8克，消泡剂1克，膨胀剂270克，粉煤灰21克,用水量840；掺加塑性膨胀剂掺量为体系的0.33‰，具体配比为水泥2700克，减水剂8克，消泡剂1克，塑性膨胀剂1克，粉煤灰290克,用水量840；采用本发明，掺量为胶凝材料的8％.，具体配比为水泥2700克，减水剂8克，消泡剂1克，膨胀剂216克，粉煤灰75克，用水量840。

表3不同种类膨胀剂在预应力管道灌浆料中的的对比结果

由上表可知，传统C-S-A膨胀剂和塑性膨胀剂均存在一定程度的缺陷，或是塑性阶段膨胀不能达到，或是硬化后缺乏后续膨胀，本发明在不影响流动度和外加剂的相容性的基础上，能够在水泥基材料塑性阶段和硬化后期均能提供补偿收缩，因而能够在此体系中得到广泛应用。

综上所述，本发明是为了解决水泥基材料在塑性阶段和后期的补偿收缩，合理配置出能够在水泥水化后塑性阶段和硬化阶段均能产生膨胀的物质。在塑性阶段，水泥水化产生氢氧化钙的时候，本发明的塑性膨胀组分与之反应生成均匀而细小的气泡，这些气泡孔径在0.01～10μm，从而使水泥基材料在塑性阶段形成膨胀，由于其中气泡微小，即便消泡剂也不能消除掉这些微小气泡，因而使水泥基材料在塑性阶段完成膨胀并且因气泡微小在水泥硬化后形成封闭的气孔并在后期并不影响整体强度。在硬化阶段，本法明中的硬化阶段的膨胀组分可以与水泥水化产物生成钙矾石，从而形成有效的体积膨胀，从而达到补偿收缩的目的。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种水泥基膨胀剂，其特征在于，包括按重量份计的如下组分：

2.如权利要求1所述的水泥基膨胀剂，其特征在于，所述发气组分的细度为80～200目。

3.如权利要求1或2所述的水泥基膨胀剂，其特征在于，所述发气组分为偶氮化合物。

4.如权利要求1所述的水泥基膨胀剂，其特征在于，所述改性增强组分的细度为80～200目。

5.如权利要求1或4所述的水泥基膨胀剂，其特征在于，所述改性增强组分选自酒石酸、硼酸、糖钠、柠檬酸中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的水泥基膨胀剂，其特征在于，所述改性膨润土的细度为80～200目。

7.如权利要求1所述的水泥基膨胀剂，其特征在于，所述改性膨润土为钠基改性膨润土，钙基改性膨润土中的一种或两种。

8.一种如权利要求1所述的水泥基膨胀剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将发气组分和改性增强组分混合均匀后，再加入硫铝酸钙类和改性膨润土，混合均匀即可。

9.一种如权利要求1所述的水泥基膨胀剂的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述水泥基膨胀剂与胶凝材料混合均匀后，加入水，进行施工。

10.如权利要求9所述的水泥基膨胀剂的使用方法，其特征在于，所述水泥基膨胀剂的用量为胶凝材料重量的6～10％。