CN106746895B - 一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，包括按重量份计的如下组分：过氧化钠10～20份、过氧化钙15份～25份、改性过氧化钠10份～25份、改性过氧化钙15份～30份、粉末沥青5份～30份及消泡剂5份～10份。本发明所述的复合膨胀剂在多种膨胀源和两种外加剂协同作用下能够有效补偿水泥基材料的整个塑性阶段的收缩，体积变化在塑性阶段为正向微膨胀。

Description

一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂

技术领域

本发明创造属于外加剂领域，尤其是涉及一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂。

背景技术

收缩变形是水泥基材料一个重要特性，在初凝阶段：水泥基灌浆材料、桥梁孔道压浆材料、装配式建筑中的套筒灌浆材料等在塑性阶段就产生了明显的体积收缩。塑性阶段收缩变形主要是由毛细管压力收缩、塑性沉降收缩、早期化学收缩和早期自收缩等引起。水泥基材料的塑性阶段的收缩会影响材料的充盈程度，影响灌浆性能，留下孔隙使设备或钢筋过早锈蚀，影响工程质量。

对于塑性阶段补偿收缩，目前有两种方式，其一是非产生气体方式，如生石灰或石膏类，但这类不是很稳定，膨胀效率也不高，对流动性能有影响。另一种就是靠产生气体方式。目前的塑性膨胀剂产生气体的速度和稳定性不能有效控制，因此无法有效的补偿水泥基材料整个塑性阶段的收缩。通常前期产生气体速度过快能够补偿水泥基材料的收缩，后期产生速度不能补偿材料的收缩，造成材料先膨胀后收缩的效果，无法满足水泥基材料对体积微膨胀性能的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的高性能复合膨胀剂，以克服现有技术的不足，采用多种膨胀源复合技术有效补偿水泥基材料整个塑性阶段的收缩。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，包括按重量份计的如下组分：过氧化钠10～20份、过氧化钙15份～25份、改性过氧化钠10份～25份、改性过氧化钙15份～30份。

进一步的，所述复合膨胀剂还包括粉末沥青5份～30份。

进一步的，所述复合膨胀剂还包括消泡剂5份～10份。

更进一步的，所述过氧化钠和所述过氧化钙的研磨细度为100～200目。

更进一步的，所述改性过氧化钠由过氧化钠及包覆于所述过氧化钠表面的改性材料组成；所述改性过氧化钙由过氧化钙及包覆于所述过氧化钙表面的改性材料制成；所述改性材料为聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醋酸酯、聚乙二醇、聚乙烯醇及聚甲基丙烯酸衍生物中的一种或几种。

更进一步的，所述粉末沥青为乳化沥青经喷雾干燥后形成的平均粒径为100μm的粉末。

更进一步的，所述消泡剂为硅聚醚类消泡剂。

进一步的，所述改性过氧化钠及所述改性过氧化钙的制备方法包括如下步骤：将过氧化钠或过氧化钙粉末加入到质量浓度为10％～20％的改性材料溶液中，加热至沸腾，回流20～50min后过滤干燥，得到目标产物；

其中，在制备改性过氧化钠或改性过氧化钙时，选用的改性材料溶液(如聚醋酸乙烯酯的乙酸乙酯溶液)的浓度不同，所制备的改性过氧化钠和改性过氧化钙在补偿水泥基材料塑性阶段收缩时产生气体的速度不同。

进一步的，所述改性材料溶液中的溶质和溶剂分别为聚醋酸乙烯酯和乙酸乙酯或聚乙二醇和甲醇。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂具有以下优势：

(1)本发明所述的复合膨胀剂含有多种膨胀源，利用多种膨胀源复合技术有效补偿水泥基材料整个塑性阶段的收缩。其中过氧化钠和过氧化钙用于补偿中前期塑性收缩，改性过氧化钠和改性过氧化钙用于补偿中后期收缩，多种膨胀源协同作用能够充分补偿水泥基材料整个塑性阶段的收缩。过氧化钠产生氧气的速度高于过氧化钙，因此一定目数和比例的两种物质协同作用可以用于补偿水泥基材料塑性阶段中前期阶段的体积收缩。改性过氧化钠和改性过氧化钙在水泥基材料中产生气体的速度远小于过氧化钠及过氧化钙，两种物质用于补偿水泥基材料中后期收缩。

(2)本发明所述的复合膨胀剂中采用的粉末沥青能够降低水泥基材料塑性阶段水分的挥发，在塑性阶段与过氧化钠和过氧化钙协同作用，可以有效的控制补偿水泥基材料塑性阶段的体积收缩，降低水泥基材料硬化后的弹性模量，增加耐腐蚀性能。

(3)本发明所述的复合膨胀剂中采用的硅聚醚类消泡剂可以有效的消除水泥基材料在搅拌过程中产生的气泡，消除部分过氧化钠、过氧化钙以及改性过氧化钠和改性过氧化钙产生的较大的气泡，确保产生气泡的均匀性及一致性。

附图说明

图1为实施例1～3及对比例1所述水泥基压浆材料在塑性阶段的时间-自由膨胀度曲线；

图2为实施例4及对比例2所述水泥基灌浆材料在塑性阶段的时间-竖向膨胀度曲线。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例来详细说明本发明创造。

实施例1

本发明涉及补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，本实施例典型应用为桥梁孔道压浆料，所述桥梁孔道压浆料由以下原料在常温下按重量百分比配制而成：P·O42.5普通硅酸盐水泥85％、CSA膨胀剂8％、复合膨胀剂1％、减水剂0.6％、重钙粉0.4％；加水量为材料总重量的28％；

其中，所述的复合膨胀剂，包括按重量份计的如下组分：200目的15份的过氧化钠与200目20份的过氧化钙混合后，加入10份改性过氧化钠，15份改性过氧化钙，30份粉末沥青，10份硅聚醚消泡剂；

所述改性过氧化钠是将过氧化钠加入到浓度为10％的聚醋酸乙烯酯的乙酸乙酯溶液中，加热至沸腾，回流30min后过滤干燥而得；所述改性过氧化钙是将过氧化钙加入到浓度为15％的聚醋酸乙烯酯的乙酸乙酯溶液中，加热至沸腾，回流30min后过滤干燥而得；

实施例2

本发明涉及补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，本实施例典型应用为桥梁孔道压浆料，所述桥梁孔道压浆料由以下原料在常温下按重量百分比配制而成：P·O42.5普通硅酸盐水泥85％、CSA膨胀剂8％、复合膨胀剂1％、减水剂0.6％、重钙粉0.4％；加水量为材料总重量的28％；

其中，所述复合膨胀剂包括按重量份计的如下组分：200目的15份的过氧化钠与200目20份的过氧化钙混合后，加入10份改性过氧化钠，15份改性过氧化钙，400目40份的重钙粉；

所述改性过氧化钠及改性过氧化钙的制备方法与实施例1中的相同。

实施例3

本发明涉及补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，本实施例典型应用为桥梁孔道压浆料，所述桥梁孔道压浆料由以下原料在常温下按重量百分比配制而成：P·O42.5普通硅酸盐水泥85％、CSA膨胀剂8％、复合膨胀剂1％、减水剂0.6％、重钙粉0.4％；加水量为材料总重量的28％；

其中，所述复合膨胀剂包括按重量份计的如下组分：200目15份的过氧化钠与200目20份的过氧化钙混合后，加入10份改性过氧化钠，15份改性过氧化钙，30份粉末沥青，400目10份的重钙粉；

所述改性过氧化钠及改性过氧化钙的制备方法与实施例1中的相同。

对比例1

本实施例典型应用为桥梁孔道压浆料，所述桥梁孔道压浆料由以下原料在常温下按重量百分比配制而成：P·O42.5普通硅酸盐水泥85％、CSA膨胀剂8％、复合膨胀剂1％、减水剂0.6％、重钙粉0.4％；加水量为材料总重量的28％；

其中，所述复合膨胀剂包括按重量份计的如下组分：200目25份的过氧化钠、200目35份的过氧化钙、400目的40份的重钙粉；所述重钙粉为配平用惰性填料。

在实施例1～3及对比例1中所述CSA膨胀剂为硫铝酸钙型混凝土膨胀剂，用于补偿孔道压浆料硬化后体积收缩；所述减水剂为聚羧酸型减水剂；所述重钙粉粒径为400目。

实施例1～3及对比例1的材料性能如表1所示：

表1

由表1可知，实施例1～3和对比例1均满足JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范要求，但膨胀效果不同。加入本发明所述的复合膨胀剂，对于除膨胀性能外的其他性能指标影响较小，不会对其他性能造成不利影响，保证成型后的压浆材料各项指标符合相关技术规范要求。

如图1所示，对比例1为过氧化钙和过氧化钠的复合膨胀剂，在补偿压浆材料整个塑性阶段的收缩过程中，呈现出中早期快速膨胀，然后体积有所倒缩后趋于稳定。虽然达到标准要求，但存在充盈度问题，容易造成施工质量问题；

实施例2为过氧化钠、过氧化钙以及改性过氧化钠和过氧化钙的复合膨胀剂，由图1可知，能够有效补偿压浆材料整个阶段的收缩，通过过氧化钠、过氧化钙以及改性过氧化钙和过氧化钠的协同作用，在中前期通过过氧化钠和过氧化钙补偿中前期收缩，在中后期通过改性的过氧化钠和过氧化钙补偿收缩；

实施例3所用的复合膨胀剂在实例2的基础上加入粉末沥青，由图1可知，对压浆材料在塑性阶段的收缩补偿较实施例2更为平稳，粉末沥青的加入减少了塑性阶段的水分挥发，在相同的塑性源膨胀剂条件下，具有更好的补偿效应；

实施例1所用的复合膨胀剂在实例3基础上加入了硅聚醚消泡剂，在对塑性阶段收缩的补偿中，膨胀过程更加平稳，硅聚醚消泡剂消除了搅拌过程产生的气泡和塑性膨胀源产生的部分的气泡，使得压浆材料整个塑性阶段的微膨胀更加均匀一致，在图1中呈现出线条平缓上升后趋于稳定。

实施例4

本实例典型应用为装配式建筑用套筒灌浆材料，所述装配式建筑用套筒灌浆材料由以下原料在常温下按重量比配制而成：P·O42.5硅酸盐水泥45％、0.6以下连续级配石英砂50％、CSA膨胀剂3％、复合膨胀剂0.6％、减水剂0.4％、重钙粉为1％。加水量为材料总重量的12.5％。

其中，所述的复合膨胀剂，包括按重量份计的如下组分：200目的15份的过氧化钠与200目20份的过氧化钙混合后，加入10份改性过氧化钠，15份改性过氧化钙，30份粉末沥青，10份硅聚醚消泡剂；

所述改性过氧化钠是将过氧化钠加入到浓度为10％的聚醋酸乙烯酯的乙酸乙酯溶液中，加热至沸腾，回流30min后过滤干燥而得；所述改性过氧化钙是将过氧化钙加入到浓度为15％的聚醋酸乙烯酯的乙酸乙酯溶液中，加热至沸腾，回流30min后过滤干燥而得；

所述CSA膨胀剂为硫铝酸钙型混凝土膨胀剂，用于补偿孔道灌浆料硬化后体积收缩；所述减水剂为聚羧酸型减水剂；所述重钙粉的粒径为400目。

对比例2

本实例典型应用为水泥基灌浆材料，所述水泥基灌浆材料由以下原料在常温下按重量比配制而成：P·O42.5普通硅酸盐水泥45％、4.75以下连续级配石英砂50％、UEA型膨胀剂4％、复合膨胀剂0.5％、减水剂0.3％、重钙粉为0.2％。加水量为材料总重量的12％；

其中，所述的复合膨胀剂，包括按重量份计的如下组分：200目25份的过氧化钠、200目35份的过氧化钙、400目的40份的重钙粉；所述重钙粉为配平用惰性填料；

所述UEA型膨胀剂为市售混凝土膨胀剂，用于补偿水泥基灌浆材料硬化后体积收缩；所述减水剂为聚羧酸型减水剂；所述重钙粉粒径为400目。

实施例4及对比例2的材料性能如表2所示：

表2

由表2可知，实施例4和对比例2均满足GB/T 50448-2015水泥基灌浆材料应用技术规范。加入本发明所述的复合膨胀剂，不会对其他性能造成不利影响，保证成型后的压浆材料各项指标符合相关技术规范要求。

如图2所示，对比例2的膨胀源为过氧化钠和过氧化钙混合物，在补偿灌浆材料整个塑性阶段的收缩过程中，呈现出中早期快速膨胀，然后体积有所倒缩后趋于稳定，其中，在40分钟左右达到最大膨胀数值0.61％，然后体积发生收缩，3h的竖向膨胀率为0.46％，水泥基灌浆材料中的UEA膨胀剂发生反应补偿后期非塑性收缩，24h于3h的竖向膨胀率的差值为0.02％。虽然达到了规范要求，但由于存在体积倒缩现象导致灌浆料填充不够密实，充盈度存在问题；

实施例4的膨胀源额外加入了改性过氧化钙、改性过氧化钠、粉末沥青和消泡剂两种助剂，在多种膨胀源和两种外加剂的作用下，不仅仅达到了规范要求，同时对水泥基灌浆材料的整个塑性阶段的收缩都能够进行有效的补偿，体积变化呈现微膨胀正向增加的变化趋势，在图2中呈现随时间增加，竖向膨胀平缓上升后趋于稳定，膨胀过程均匀、平稳，补偿效应更好。

实施例5

本实施例涉及一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，典型应用为桥梁孔道压浆料，所述桥梁孔道压浆料由以下原料在常温下按重量百分比配制而成：P·O42.5普通硅酸盐水泥85％、CSA膨胀剂8％、复合膨胀剂1％、减水剂0.6％、重钙粉为0.4％；加水量为材料总重量的28％；

所述复合膨胀剂包括按重量份计的如下组分：200目的15份的过氧化钠与200目20份的过氧化钙混合后，加入10份改性过氧化钠，15份改性过氧化钙，30份粉末沥青，10份硅聚醚消泡剂；

所述改性过氧化钠是将过氧化钠加入到浓度为10％的聚乙二醇的甲醇溶液中，加热至沸腾，回流30min后过滤干燥而得；所述改性过氧化钙是将过氧化钙加入到浓度为15％的聚乙二醇的甲醇溶液中，加热至沸腾，回流30min后过滤干燥而得。

实施例6

本实施例涉及一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，典型应用为桥梁孔道压浆料，所述桥梁孔道压浆料由以下原料在常温下按重量百分比配制而成：P·O42.5普通硅酸盐水泥85％、CSA膨胀剂8％、复合膨胀剂1％、减水剂0.6％、重钙粉为0.4％；加水量为材料总重量的28％；

所述复合膨胀剂包括按重量份计的如下组分：200目的15份的过氧化钠与200目20份的过氧化钙混合后，加入15份改性过氧化钠，20份改性过氧化钙，30份粉末沥青，10份硅聚醚消泡剂；所述改性过氧化钠及所述改性过氧化钙与实施例5中的相同。

实施例7

本实施例涉及一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，典型应用为桥梁孔道压浆料，所述桥梁孔道压浆料由以下原料在常温下按重量百分比配制而成：P·O42.5普通硅酸盐水泥85％、CSA膨胀剂8％、复合膨胀剂1％、减水剂0.6％、重钙粉为0.4％；加水量为材料总重量的28％；

所述复合膨胀剂包括按重量份计的如下组分：200目的15份的过氧化钠与200目20份的过氧化钙混合后，加入25份改性过氧化钠，30份改性过氧化钙，20份粉末沥青，10份硅聚醚消泡剂；

所述改性过氧化钠及所述改性过氧化钙与实施例5中的相同。

实施例8

本实施例涉及一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，典型应用为桥梁孔道压浆料，所述桥梁孔道压浆料由以下原料在常温下按重量百分比配制而成：P·O42.5普通硅酸盐水泥85％、CSA膨胀剂8％、复合膨胀剂1％、减水剂0.6％、重钙粉为0.4％；加水量为材料总重量的28％；

所述复合膨胀剂包括按重量份计的如下组分：200目的15份的过氧化钠与200目20份的过氧化钙混合后，加入10份改性过氧化钠，15份改性过氧化钙，30份粉末沥青，10份硅聚醚消泡剂；

所述改性过氧化钠是将过氧化钠加入到浓度为15％的聚乙二醇的甲醇溶液中，加热至沸腾，回流30min后过滤干燥而得；所述改性过氧化钙是将过氧化钙加入到浓度为20％的聚乙二醇的甲醇溶液中，加热至沸腾，回流30min后过滤干燥而得。

经检测实施例5～8中的性能指标均满足JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范要求(检测数据与表1及图1中实施例1结果相近，此处不再列出)，同时均能够有效补偿压浆材料整个塑性阶段的收缩，整个塑性阶段的微膨胀平缓而均匀。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，其特征在于：包括按重量份计的如下组分：过氧化钠10～20份、过氧化钙15份～25份、改性过氧化钠10份～25份、改性过氧化钙15份～30份；所述改性过氧化钠由过氧化钠及包覆于所述过氧化钠表面的改性材料组成；所述改性过氧化钙由过氧化钙及包覆于所述过氧化钙表面的改性材料制成；所述改性材料为聚醋酸乙烯酯、聚乙二醇、聚乙烯醇及聚甲基丙烯酸衍生物中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，其特征在于：所述复合膨胀剂还包括粉末沥青5份～30份。

3.根据权利要求1所述的一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，其特征在于：所述复合膨胀剂还包括消泡剂5份～10份。

4.根据权利要求1到3任一项所述的一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，其特征在于：所述过氧化钠和所述过氧化钙的研磨细度为100～200目。

5.根据权利要求2所述的一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，其特征在于：所述粉末沥青为乳化沥青经喷雾干燥后形成的平均粒径为100μm的粉末。

6.根据权利要求3所述的一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，其特征在于：所述消泡剂为硅聚醚类消泡剂。

7.根据权利要求1到3任一项所述的一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，其特征在于：所述改性过氧化钠及所述改性过氧化钙的制备方法包括如下步骤：将过氧化钠或过氧化钙粉末加入到质量浓度为10％～20％的改性材料溶液中，加热至沸腾，回流20～50min后过滤干燥。

8.根据权利要求7所述的一种补偿水泥材料塑性阶段收缩的复合膨胀剂，其特征在于：所述改性材料溶液中的溶质和溶剂分别为聚醋酸乙烯酯和乙酸乙酯或聚乙二醇和甲醇。