CN107721332A - 海工水泥建筑物砂浆的生产方法 - Google Patents

海工水泥建筑物砂浆的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海工水泥建筑物砂浆的生产方法,所述海工水泥建筑物砂浆的原料包括石灰石机制砂、快硬硫铝酸盐水泥、石英粉、复合偶联剂、可分散乳胶粉、纤维素醚、淀粉醚、减水剂、矿渣粉和白炭黑,本发明的海工水泥建筑物砂浆,可以提高海工砂浆抵抗有害介质渗透的能力,具有很好的抗渗、抗海水侵蚀、早强、低水化热等性能,改善海工砂浆的综合性能,减缓锈蚀,提高了砂浆抗渗性、抗冻性,具有很高的抗氯离子扩散性及很高的抗硫酸盐侵蚀性,满足海洋工程建设的需要。

Description

海工水泥建筑物砂浆的生产方法
技术领域
[0001] 本发明涉及建筑材料技术领域,具体涉及海工水泥建筑物砂浆的生产方法。
背景技术
[0002] 从20世纪后半期开始,世界人口和经济迅速膨胀,对蛋白质、能源的需求量也急剧 增加,随着开采大陆架海域的石油与天然气,以及海洋资源开发和空间利用规模不断扩大, 与之相适应的近海工程成为近30年来发展最迅速的工程之一。
[0003] 现今的海洋工程建设中使用的海工用水泥由于海水的不停冲刷,而富含有氯离 子以及硫酸盐的海水很容易侵蚀使用海工用水泥建设的海洋工程。根据海工水泥技术指标 的特殊性,主要在于对氯离子扩散系数和抗硫酸盐侵蚀系数的要求,尤其是因应用于海洋 工程,满足抗氯离子侵蚀成为技术的关键。现有的海工用水泥不仅强度低,而且抗氯离子侵 蚀能力和抗硫酸盐侵蚀能力也比较低。
[0004] 伴随国民经济的发展,大型海洋工程日益增多,然而中国海区面临台风威胁,现有 技术,无法满足设计和施工需求,砂浆收缩率高、体积稳定性差、早期水化反应剧烈、凝结速 度快、黏度大等特性存在诸多矛盾。
发明内容
[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种海工水泥建筑物砂浆的生产方 法,具有很好的抗渗、抗海水侵蚀、早强、低水化热等性能,改善海工砂浆的综合性能,减缓 锈蚀,进而提高海工砂浆的使用寿命。
[0006] 海工水泥建筑物砂浆的生产方法,它包括以下重量份数的原料: 石灰石机制砂 25〜40份; 快硬硫铝酸盐水泥 35〜45份; 石英粉 35〜50份; 复合偶联剂 2〜4份; 可分散乳胶粉 0.3〜0.5份; 纤维素醚 0.1〜0.4份; 淀粉醚 0.02〜0.05份; 减水剂 0.05〜0.2份; 矿渣粉 5〜10份; 白炭黑 1〜4份; 所述石灰石机制砂,细砂粒径为1.18mm以下,规格是0.6mm〜1.18mm ; 所述快硬硫铝酸盐水泥强度等级52.5,是由重量含量5〜10%的铁炉废渣与硫铝酸盐熟 料组成, 硫铝酸盐熟料的矿物组成及化学成分重量含量(%)
Figure CN107721332AD00031
Figure CN107721332AD00041
无水硫铝酸钙(C4A3S) 46〜55%,硅酸二钙(C2S) 18〜23%,铁铝酸四钙(C4AF) 16〜22%, 化学成份中R2Na+0.658K2〇)彡0.65%; 所述的石英粉的二氧化娃含量>95%,平均粒径为0.3mm的类球形颗粒,能够保证砂 浆的强度与和易性; 所述复合偶联剂,由酞酸酯偶联剂和环氧硅烷复合而成,酞酸酯与环氧硅烷的重量比 为 1:2; 所述可分散乳胶粉,为丙烯酸胶粉; 所述纤维素醚,为甲基纤维素醚,羟乙基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚和羟乙基甲基 纤维素醚等纤维素醚的一种或几种混合,粘度在10000以下; 所述淀粉醚,为由马铃薯、玉米、木薯等改性而成的淀粉醚; 所述减水剂,为聚羧酸盐减水剂; 所述矿渣粉,比表面积为1000〜2000m2/kg,平均粒径小于等于2μηι; 所述白炭黑,为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑任意一种。
[0007] 海工水泥建筑物砂浆的生产方法,包括以下步骤: 首先将石灰石机制砂、高强超细快硬硫铝酸盐水泥和石英粉为胶凝材料和骨料,投入 磨机进行混合粉磨,用0.08mm水筛,将出磨的细度控制在20 ± 2%; 磨出的粉料的粉料中掺入复合偶联剂、粉状聚羧酸盐高效减水剂、可分散乳胶粉、纤维 素醚、淀粉醚、矿渣粉和白炭黑经高速混合均匀而成。
[0008] 与现有技术相比,本发明突出的实质性特点和显著的进步是: 1、石灰石机制砂 随着天然砂短缺的形势日益严峻,积极地开展石灰石机制砂替代河砂的技术,并在生 产实践中推广应用,已经成为建筑行业的趋势。目前,随着建筑市场的发展,人们对机制砂 已经有较为熟悉的认识,并通过各种技术手段改进机制砂的不足,扬长避短,因此石灰石机 制砂前景非常广阔。事实证明,级配良好、符合相关技术指标的石灰石机制砂完全能够满足 砂浆的性能要求,在实践中取得良好的效果,在保证质量的同时降低了生产成本,创造了经 济效益。
[0009] 2、快硬硫铝酸盐水泥 快硬硫铝酸盐水泥不仅有较高的早期强度,而且有不断增长的后期强度。同时具有满 足使用要求的凝结时间。随养护龄期的增长,强度不断增长。表现出极好的抗冻性,水泥石 结构较致密,耐久性较好,对海水、氯盐(NaCl、MgCl2)、硫酸盐(Na2S〇4、MgS〇4、(NH4) 2S〇4)、尤 其是它们的复合盐类(MgS04、NaCl)等,均具有极好的耐蚀性。抗渗、耐海水腐蚀性能大大 优于硅酸盐水泥,适用于海洋建筑工程。
[00 10] 3、石英粉 石英粉,又称硅微粉,是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物,其主要矿物成分 是SiO2,颜色为乳白色、或无色半透明状,硬度7,性脆无解理,贝壳状断口,油脂光泽,其化 学、热学和机械性能具有明显的异向性,不溶于酸,微溶于KOH溶液,熔点1650°C,细度超过 120 目。
[0011] 4、复合偶联剂 复合偶联剂由酞酸酯和环氧硅烷复合而成,由于水泥水化后产生酸根:硅酸根、铝酸 根、硫铝酸根或铁铝酸根,它们的活性基团与水泥水化后产生的酸根结合,形成交联,使建 筑材料与水泥浆料牢固粘结,这种粘结作用非常牢固,受使用环境因素较小,因而它能较持 久地粘结在基面上,并与基面形成满粘结构,水泥浆料与水发生水化反应,生成的水化产物 聚集在水泥颗粒的表面形成凝聚薄膜。表面形成可塑性的凝胶薄膜式水泥浆料,保证其具 有良好的流动性,能填补界面层微观上凹凸不平的缺陷,通过挤压使建筑材料和水泥浆料 之间形成微观上的完全润湿。过去也有人使用过偶联剂,但是,本发明设计的复合偶联剂与 过去的偶联剂有很大的不同,过去的偶联剂就如一个挂钩,勾住砂浆内部结构,使预拌砂浆 本身增加粘结力,而本发明设计的复合偶联剂就如同一座桥梁,即可以勾住乳胶,又可以它 们的活性基团与水泥水化后产生的酸根结合,形成交联,使建筑材料与水泥浆料牢固粘结。 所以两者的机理完全不同。
[0012] 5、丙烯酸胶粉 丙烯酸胶粉相较常用EVA胶粉,有优异的耐水性能及耐老化性能,可以保证所得到的 砂浆拥有良好的粘接强度以及耐老化性能,通过优化其添加量,砂浆固化后丙烯酸胶粉可 以在其中形成连续的膜层,配合其它填料及石英砂,可以使得密实的防水层有优良的耐久 性能和防水抗渗性能。显著提高基底的粘结强度,降低砂浆的吸水性;改善拉拔强度以及耐 磨损性,减低干燥收缩性、抑制龟裂的发生,反复经过冷热作用后粘结强度显著提高。
[0013] 具有极突出的防水性能,粘结强度好,增加砂浆的弹性并有较长之开放时间,赋予 砂浆优良的耐碱性,改善砂浆的粘附性/粘合性、抗折强度、可塑性、耐磨性能和施工性外, 在柔性抗裂砂浆中更具有较强的柔韧性。
[0014] 6、纤维素醚 在预拌砂浆中,纤维素醚在砂浆中的重要作用主要有三个方面,一是优良的保水能力, 二是对砂浆稠度和触变性的影响,三是与水泥的相互作用。纤维素醚的保水作用,取决于基 层的吸水性,砂浆的组成,砂浆的层厚,砂浆的需水量,凝结材料的凝结时间。就纤维素醚本 身的保水性则来自于纤维素醚本身的溶解性和去水化作用。众所周知,纤维素分子链虽然 含有大量水化性很强的OH基,但其本身并不溶于水,这是因为纤维素结构有高度的结晶性。 单靠羟基的水化能力还不足以支付分子间强大的氢键和范德华力。所以在水中只溶胀不溶 解,当分子链中引入取代基时,不但取代基破坏了氢链,而且因相邻链间取代基楔入而破坏 链间氢键,取代基越大拉开分子间距离越大。破坏氢键效应越大,纤维素晶格膨化后,溶液 进入,纤维素醚成为水溶性,形成高粘度溶液。当温度升高时,高分子水化作用减弱,而链间 的水被逐出。当去水作用充分时,分子开始聚集,形成三维网状结构凝胶折出。良好的保水 能力使水泥水化更加完全,可以改善湿砂浆的湿粘性,提高砂浆的粘结强度,可调整时间。
[0015] 纤维素醚作为砂浆中的稳定剂,增加保水性并改善粘结性能,减少丢失水分的性 能,延缓了水分被多孔材料的吸收,有利于水泥水化及延长开放时间。在保水性与流动性共 同作用下,促进砂浆的粘结力和强度,从而防止分层离析和表皮形成并获得均匀一致的可 塑体。而且颗粒间的质地变得更滑,使砂浆批荡起来更顺畅,和易性提高,从而获得更好的 施工性能。
[0016] 7、淀粉醚 淀粉醚适用于各类(水泥、石膏、灰钙基)内外墙腻子、各类饰面砂浆抹灰砂浆。可作为 水泥基产品,石膏基产品及灰钙类产品的外加剂。淀粉醚与其它建筑、外加剂有很好的相容 性;特别适用于如砂浆,粘合剂,抹灰和滚抹料等建筑干混料。淀粉醚和甲基纤维素醚共同 用在建筑干混料中,可赋予较高的增稠性,更强的结构性,抗流挂性和易操作性。包含较高 甲基纤维素醚的砂浆,粘合剂,抹灰和滚抹料的粘性可以因为淀粉醚的添加而降低。
[0017] 8、聚羧酸盐减水剂 聚羧酸盐减水剂是典型的梳型分子结构,形成了更高效的三维立体分散系统,使得在 生产和使用过程中具有掺量小、减水率高、水泥适应性好、坍落度保持性能优异、氯离子含 量及碱含量低、收缩率小和耐久性能好等绿色环保优点。
[0018] 9、矿渣粉 在现代混凝土技术中,经过一定质量控制的矿物掺合料已成为高性能混凝土不可或缺 的组分之一,矿物掺合料的应用、制备已牵涉到水泥基材料科学研究的各个方面。矿渣粉作 为微细粉体已明显不同于过去应用的普通细度的矿渣。由于粉体颗粒被充分细化,会显著 增加其表面能,由此产生的表面作用会赋予水泥和混凝土以新的性能,同时也使混凝土强 度和各种耐久性得以改善。混凝土中以矿渣粉等量代替部分水泥熟料,表面物化作用显著; 对流动性的影响主要依赖于粉体的表面吸水性,当与高效减水剂双掺时,矿渣粉能强烈吸 附高效减水剂,对水泥和混凝土具有分散效应,可显著增大浆体的流动性,并降低其屈服应 力和黏度值,适于配制低水灰比、大流动度的混凝土。在混凝土中掺入矿渣粉,显著提高了 混凝土的强度和密实性,相应地降低了混凝土的吸水率和氯离子扩散系统,改善混凝土的 抗渗性和对海水、酸及硫酸盐的抗化学侵蚀能力。另外,以合理的矿渣粉量置换水泥,能降 低混凝土中水泥水化的早期放热速度,抑制混凝土的温度升高,减少大体积混凝土早期的 温度拉应力。掺有矿渣粉的高性能混凝土作为优质结构建材,广泛用于大体积混凝土的水 工工程和海工工程、高强度大跨度的桥梁和高层建筑中,在我国经济建设中发挥着积极的 作用。
[0019] 1〇、白炭黑 白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称,主要是指沉淀二氧化 硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶,也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多 孔性物质,其组成可用SiO2 · ηΗ20表示,其中ηΗ20是以表面羟基的形式存在。能溶于苛性碱 和氢氟酸,不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外)。耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘 性。
[0020] 聚羧酸盐减水剂具有掺量低、分散性高等优点,目前已成为现代混凝土技术领域 研究的热点之一。聚羧酸盐减水剂分子链上具有羟基、羧基、铵根离子等活性基团,其最大 的特点是分子结构的可设计性强,进一步高性能化的空间大,最大的不足在于对水泥砂浆 和混凝土力学性能增强较弱,且与混凝土的原材料存在相容性问题。白炭黑即非晶态二氧 化硅,又名水合二氧化硅,是一种白色、无毒、无定型纳米粒子材料,具有多孔性、高分散、质 轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧和电绝缘性好等优异性能。在水泥中,白炭黑具有超级火 山灰活性效应,纳米级二氧化硅颗粒与水泥水化产生的Ca (OH) 2二次水化,能够消耗多余Ca (OH) 2生成C一S—H凝胶,因此能够改善水泥砂浆和混凝土的力学性能和耐久性。
[0021] 11、本发明的多种原料,通过合理粒径匹配,产生交互叠加效应,并相互补充,相互 增强,在不同阶段对海工砂浆的性能作出最有效的改善,同时在海工砂浆中形成良好的微 级配,在水化过程中相互填充,使得海工砂浆孔隙率降低,密实度大幅度提高,从而提高海 工砂浆抵抗有害介质渗透的能力,具有很好的抗渗、抗海水侵蚀、早强、低水化热等性能,改 善海工砂浆的综合性能,减缓锈蚀,进而提高海工砂浆的使用寿命。
[0022] 12、提高砂浆的强度,解决了砂浆干涩,不易批刮;粘结强度低,易出现空鼓、脱落 现象;收缩大,表面易开裂等问题,提高了砂浆的抗冻性、抗渗性以及耐水性。
[0023] 13、采用海工水泥砂浆配制的浆体结构具有很好的致密性和体积稳定性;提高了 砂浆抗渗性、抗冻性,具有很高的抗氯离子扩散性及很高的抗硫酸盐侵蚀性,满足海洋工程 建设的需要,解决海洋工程中受海水中k+、cr等盐类侵蚀和海水冲刷后出现建筑损毁、寿命 期短等破坏性强问题,克服硅酸盐水泥的早期水化速度较慢,强度低,水化后Ca (OH) 2含量 高等造成在抗渗和抗腐蚀方面的不足之处。
[0024] 14、本海工水泥的施工使用操作简便,易于控制质量,具有较好的经济和社会效 益。
具体实施方式
[0025] 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施 例,都属于本发明保护的范围。
[0026] 实施例1 海工水泥建筑物砂浆的生产方法,它包括以下重量份数的原料:石灰石机制砂25份,快 硬硫铝酸盐水泥35份,石英粉35份,复合偶联剂2份,丙烯酸胶粉0.3份,甲基纤维素醚0.1 份,马铃薯淀粉醚0.02份,聚羧酸盐减水剂0.05份,矿渣粉5份,沉淀法白炭黑1份; 海工水泥建筑物砂浆的生产方法,包括以下步骤: 首先将石灰石机制砂、高强超细快硬硫铝酸盐水泥和石英粉为胶凝材料和骨料,投入 磨机进行混合粉磨,用0.08mm水筛,将出磨的细度控制在20 ± 2%; 磨出的粉料的粉料中掺入复合偶联剂、粉状聚羧酸盐高效减水剂、可分散乳胶粉、纤维 素醚、淀粉醚、减水剂、矿渣粉和白炭黑经高速混合均匀而成。
[0027] 实施例2 海工水泥建筑物砂浆的生产方法,它包括以下重量份数的原料:石灰石机制砂30份,快 硬硫铝酸盐水泥40份,石英粉40份,复合偶联剂3份,丙烯酸胶粉0.4份,羟乙基纤维素醚0.2 份,玉米淀粉醚0.03份,聚羧酸盐减水剂0.1份,矿渣粉7份,气相法白炭黑2份; 海工水泥建筑物砂浆的生产方法,包括以下步骤: 首先将石灰石机制砂、高强超细快硬硫铝酸盐水泥和石英粉为胶凝材料和骨料,投入 磨机进行混合粉磨,用0.08mm水筛,将出磨的细度控制在20 ± 2%; 磨出的粉料的粉料中掺入复合偶联剂、粉状聚羧酸盐高效减水剂、可分散乳胶粉、纤维 素醚、淀粉醚、减水剂、矿渣粉和白炭黑经高速混合均匀而成。
[0028] 实施例3 海工水泥建筑物砂浆的生产方法,它包括以下重量份数的原料:石灰石机制砂35份,快 硬硫铝酸盐水泥45份,石英粉45份,复合偶联剂4份,丙烯酸胶粉0.5份,羟丙基甲基纤维素 醚0.3份,木薯淀粉醚0.04份,聚羧酸盐减水剂0.15份,矿渣粉8份,沉淀法白炭黑3份; 海工水泥建筑物砂浆的生产方法,包括以下步骤: 首先将石灰石机制砂、高强超细快硬硫铝酸盐水泥和石英粉为胶凝材料和骨料,投入 磨机进行混合粉磨,用0.08mm水筛,将出磨的细度控制在20 ± 2%; 磨出的粉料的粉料中掺入复合偶联剂、粉状聚羧酸盐高效减水剂、可分散乳胶粉、纤维 素醚、淀粉醚、减水剂、矿渣粉和白炭黑经高速混合均匀而成。
[0029] 实施例4 海工水泥建筑物砂浆的生产方法,它包括以下重量份数的原料:石灰石机制砂40份,快 硬硫铝酸盐水泥45份,石英粉50份,复合偶联剂4份,丙烯酸胶粉0.5份,羟乙基甲基纤维素 醚0.4份,木薯淀粉醚0.05份,聚羧酸盐减水剂0.2份,矿渣粉10份,气相法白炭黑4份; 海工水泥建筑物砂浆的生产方法,包括以下步骤: 首先将石灰石机制砂、高强超细快硬硫铝酸盐水泥和石英粉为胶凝材料和骨料,投入 磨机进行混合粉磨,用0.08mm水筛,将出磨的细度控制在20 ± 2%; 磨出的粉料的粉料中掺入复合偶联剂、粉状聚羧酸盐高效减水剂、可分散乳胶粉、纤维 素醚、淀粉醚、减水剂、矿渣粉和白炭黑经高速混合均匀而成。
[0030] 本发明人经过反复实验,得出海工水泥建筑物砂浆的检测数据如下所示:
Figure CN107721332AD00081

Claims (10)

1. 海工水泥建筑物砂浆的生产方法,其特征在于,它包括以下重量份数的原料: 石灰石机制砂 25〜40份; 快硬硫铝酸盐水泥 35〜45份; 石英粉 35〜50份; 复合偶联剂 2〜4份; 可分散乳胶粉 0.3〜0.5份; 纤维素醚 0.1〜0.4份; 淀粉醚 0.02〜0.05份; 减水剂 0.05〜0.2份; 矿渣粉 5〜10份; 白炭黑 1〜4份; 所述的海工水泥建筑物砂浆的生产方法,包括以下步骤: 首先将石灰石机制砂、高强超细快硬硫铝酸盐水泥和石英粉为胶凝材料和骨料,投入 磨机进行混合粉磨,用0.08mm水筛,将出磨的细度控制在20 ± 2%; 磨出的粉料的粉料中掺入复合偶联剂、粉状聚羧酸盐高效减水剂、可分散乳胶粉、纤维 素醚、淀粉醚、矿渣粉和白炭黑经高速混合均匀而成。
2. 根据权利要求1所述的海工水泥建筑物砂浆的生产方法,其特征在于,所述石灰石机 制砂,细砂粒径为1.18mm以下,规格是0.6mm〜1.18mm。
3. 根据权利要求1所述的海工水泥建筑物砂浆的生产方法,其特征在于,所述快硬硫铝 酸盐水泥强度等级52.5,是由重量含量5〜10%的铁炉废渣与硫铝酸盐熟料组成。
4. 根据权利要求1所述的海工水泥建筑物砂浆的生产方法,其特征在于,所述的石英粉 的二氧化硅含量>95%,平均粒径为0.3mm的类球形颗粒,能够保证砂浆的强度与和易性。
5. 根据权利要求1所述的海工水泥建筑物砂浆的生产方法,其特征在于,所述复合偶联 剂,由酞酸酯偶联剂和环氧硅烷复合而成,酞酸酯与环氧硅烷的重量比为1:2。
6. 根据权利要求1所述的海工水泥建筑物砂浆的生产方法,其特征在于,所述可分散乳 胶粉,为丙烯酸胶粉;所述减水剂,为聚羧酸盐减水剂。
7. 根据权利要求1所述的海工水泥建筑物砂浆的生产方法,其特征在于,所述纤维素 醚,为甲基纤维素醚,羟乙基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚和羟乙基甲基纤维素醚的一种 或几种混合,粘度在10000以下。
8. 根据权利要求1所述的海工水泥建筑物砂浆的生产方法,其特征在于,所述淀粉醚, 为由马铃薯、玉米、木薯改性而成的淀粉醚。
9. 根据权利要求1所述的海工水泥建筑物砂浆的生产方法,其特征在于,所述矿渣粉, 比表面积为1000〜2000m2/kg,平均粒径小于等于2μηι。
10. 根据权利要求1所述的海工水泥建筑物砂浆的生产方法,其特征在于,所述白炭黑 为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑任意一种。
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