CN107892531B - 隧道水泥砂浆的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道水泥砂浆的生产方法，所述隧道水泥砂浆的原料包括：砂骨料、快硬硫铝酸盐水泥、复合偶联剂、可分散乳胶粉、消泡剂、缓凝剂、纤维素醚、淀粉醚、抗裂纤维和减水剂，改善了砂浆固有的硬脆性的缺点，提高砂浆的抗开裂、抗渗漏、减少空鼓、增加粘接力等，使砂浆更适合机械化施工，并且具有添加量少，性价比高的优点，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，隧道水泥砂浆，高活性、高耐久性，提高砂浆的早期强度，明显改善砂浆的抗渗性和抗冻性，改善砂浆的工作性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及隧道水泥砂浆的生产方法。
背景技术
砂浆，建筑上砌砖使用的黏结物质，由一定比例的沙子和胶结材料(水泥、石灰膏、黏土等)加水和成，也叫灰浆，也作沙浆。砂浆是由胶凝材料(水泥、石灰、粘土等)和细骨料(砂)加水拌合而成。常用的有水泥砂浆、混合砂浆(或叫水泥石灰砂浆)、石灰砂浆和粘土砂浆。
砂浆是建筑工程中应用量大、使用面广的建筑材料之一，广泛应用于建筑物的砌筑与抹面等工程。我国当前的建筑工程中60％以上建筑物仍在沿用砖、砌块等墙体材料，砌筑、抹灰施工中使用的建筑砂浆仍以水泥砂浆或混合砂浆为主。然而，目前我国每年建筑用砂约需 6 亿 t 左右，绝大多数地区用的是天然河砂。天然河砂资源是一种地方资源，在短时间内不可再生且不宜长距离运输。同时由于天然河砂的过度开采会对生态环境造成破坏，随着环境保护政策的实施，我国不少地区开始限采或禁采天然河砂，现在，可用天然河砂资源减少，自然砂石很难满足人类的需要，越来越多的使用破碎的石灰石或机制砂用来替代河砂，所以研究出高质量、高品质的砂浆势在必行。
2001 年《铁道隧道设计规范》中提出“本规范将隧道结构的设计使用寿命为100年”，也就是说铁路隧道结构的使用寿命将超过100年，然而近年来混凝土结构因耐久性问题破坏的事例举不胜举，甚至国内很多重点工程在修建过程中就开始维修。据调查，我国1998年铁路隧道结构受腐蚀裂损的共有734座；90-97 年隧道修补费用达到了3.56亿左右。
在我国公路隧道大规模建设的今天，由于隧道穿越山体的工程地质及水文地质条件复杂多变，隧道是一个封闭空间，洞内空气湿度大、路面潮湿，污染较为严重，隧道受设计及施工技术条件的限制，隧道混凝土工程质量出现了不容忽视的问题。隧道混凝土的强度劣化、渗水、冻害，隧道的安全、养护和维修都面临严峻挑战。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种隧道水泥砂浆的生产方法，提高砂浆的抗开裂、抗渗漏、减少空鼓、增加粘接力，提高隧道水泥砂浆，高活性、高耐久性，提高砂浆的早期强度，改善砂浆的工作性能。
隧道水泥砂浆的生产方法，它包括以下重量份数的原料：
砂骨料 55 ～65份；
快硬硫铝酸盐水泥 35 ～45份；
复合偶联剂 2～4份；
可分散乳胶粉 0.3～0.5份；
消泡剂 0.5～0.8份；
缓凝剂 0.5～1份；
纤维素醚 0.1 ～ 0.4 份；
淀粉醚 0.02 ～ 0.05 份；
抗裂纤维 0.01 ～ 0.03 份；
减水剂 0.05 ～ 0.2 份；
所述砂骨料，即为石灰石机制砂浆，细度模数在1.5～1.8之间；
所述快硬硫铝酸盐水泥强度等级52.5，是由重量含量10～15%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（%）
| C<sub>2</sub>S | C<sub>4</sub>A<sub>3</sub>S | C<sub>4</sub>AF | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | CaO | MgO | SO<sub>3</sub> | |
| A | 18.02 | 60.45 | 17.36 | 6.28 | 34.03 | 5.71 | 40.19 | 1.18 | 9.46 |
| B | 19.06 | 57.29 | 16.66 | 5.99 | 32.30 | 5.48 | 41.14 | 1.49 | 9.68 |
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+0.658 K20) ≤0.65%；
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，为耐水型可分散乳胶粉；
所述消泡剂，为有机硅类和聚醚类；
所述缓凝剂，为无机缓凝剂、有机物类缓凝剂和聚合物类缓凝剂中任意一种或两种混合；
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；
所述抗裂纤维，为PAN抗裂纤维、聚丙烯抗裂纤维、聚丙烯腈抗裂纤维、聚酯抗裂纤维中任意一种；
所述减水剂，为聚羧酸减水剂。
隧道水泥砂浆的生产方法，包括以下步骤：
首先将石灰石机机制砂为骨料，水泥为胶凝材料，砂骨料细度模数在1.5～1.8之间，水泥为胶凝材料，掺入复合偶联剂、耐水型可分散乳胶粉、消泡剂、缓凝剂、纤维素醚、淀粉醚、抗裂纤维、聚羧酸减水剂混合均匀而成。
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。
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（Na2SO4、MgSO4、(NH4)2SO4）、尤其是它们的复合盐类（MgSO4、NaCl）等，均具有极好的耐蚀性。
3、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,使隧道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，通过挤压使隧道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,使隧道与水泥浆料牢固粘结。所以两者的机理完全不同。
4、耐水型可分散乳胶粉
可再分散乳胶粉是由聚合物乳液经喷雾干燥制成，与砂浆中的水混合后，遇水乳化分散，重新形成稳定的聚合乳液，可再分散乳胶粉在水中分散后，水分蒸发，在干燥后砂浆内形成聚合物膜，改善砂浆各项性能。可再分散乳胶粉与水泥干混砂浆等混合使用，可以提高砂浆的强度、粘结性能、防水等性能。
5、消泡剂
消泡剂（defoamer)，又称为抗泡剂，水泥砂浆搅拌过程中起泡，在水泥砂浆体系中分散性好、消泡迅速，用量少，效率高。在砂浆中使用的消泡剂，同时要具有化学惰性，尽可能不影响砂浆的其它性能。
在砂浆中加入消泡剂，可以使砂浆流动性增大、改善砂浆硬化后的表现状态、增大砂浆的湿密度，从而使得砂浆硬化后的抗压、抗折强度等级显著提高，适当延长湿砂浆的静置时间，可以有效提高砂浆的消泡能力，使得硬化后的砂浆的表现状态得到进一步改善。选择合适的消泡剂，对砂浆综合性能的提高有很大帮助。
6、缓凝剂
缓凝剂是一种能推迟水泥水化反应，从而延长砂浆的凝结时间，使新拌砂浆较长时间保持塑性，方便浇注，提高施工效率，同时对砂浆后期各项性能不会造成不良影响的外加剂。
有机类缓凝剂大多对水泥颗粒以及水化产物新相表面具有较强的活性作用，吸附于固体颗粒表面，延缓了水泥和浆体结构的形成。无机类缓凝剂，往往是在水泥颗粒表面形成一层难溶的薄膜，对水泥颗粒的水化起屏障作用，阻碍了水泥的正常水化。这些作用都会导致水泥的水化速度减慢，延长水泥的凝结时间。缓凝剂对水泥缓凝的理论主要包括吸附理论、生成络盐理论、沉淀理论和控制氢氧化钙结晶生产理论。多数有机缓凝剂有表面活性，它们在固液界面产生吸附，改变固体粒子表面性质，即亲水性。由于吸附作用，它们分子中的羟基在水泥粒子表面，阻碍水泥水化过程，使晶体相互接触受到屏蔽，改变了结构形成过程。
缓凝剂分子在水泥离子上的吸附层的存在，使分子间的作用力保持在厚的水化层表面上，使水泥悬浮体也有分散作用。它们不但在原胶凝物质的粒子表面吸附，而且在水化和硬化过程中吸附在新相的晶胚上，并使其稳定。这种稳定作用组织结构形成过程，并降低早期强度。缓凝剂不仅由于在原化合物和最终化合物上的吸附作用，而且由于改变了饱和溶液中晶胚生成的速度，因此控制了胶凝物上的吸附作用，而且由于改变了饱和溶液中晶胚生成的速度，因此控制了胶凝物的水化和硬化过程。无论是使用何种缓凝剂，在水泥水化继续进行过程中，由于水泥粒子的膨胀引起吸附层分子之间的空隙扩大或膜层破裂，因此水化作用可照常进行。这样对后期强度的发展几乎没有坏的影响。
7、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。
8、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。
9、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。
10、抗裂纤维
砂浆、水泥混凝土之所以开裂，是因为结构变形开裂和无荷载变形裂缝，结构变形裂缝则被分为外荷载引起的裂缝，地基变形、路基变形、桥基变形(差异沉降及差异膨胀)引起的裂缝，结构温差引起的裂缝;无荷载变形裂缝则被分为收缩裂缝、塑性裂缝、混凝土腐蚀裂缝、混凝土中钢筋锈蚀裂缝、碱-骨料反应裂缝、震动疲劳和惯性震动引起的剪切裂缝。
抗裂纤维作用于砂浆、水泥混凝土中，靠其独特的抗拉强度，分散性，熔点燃点，耐酸碱性等性能，能够有效防止砂浆、水泥混凝土的维系裂缝的产生和发展。
11、聚羧酸减水剂
聚羧酸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。
12、改善了砂浆固有的硬脆性的缺点，提高砂浆的抗开裂、抗渗漏、减少空鼓、增加粘接力等，使砂浆更适合机械化施工，并且具有添加量少，性价比高的优点，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，高活性、高耐久性，提高砂浆的早期强度，改善砂浆的工作性能，明显改善砂浆的抗渗性和抗冻性以及耐水性。
具体实施方式
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。
实施例1
隧道水泥砂浆的生产方法，它包括以下重量份数的原料：砂骨料65份，快硬硫铝酸盐水泥35份，复合偶联剂2份，可分散乳胶粉0.3份，聚硅氧烷消泡剂0.5份，缓凝剂0.5份，甲基纤维素醚0.1份，马铃薯淀粉醚0.02份，聚丙烯抗裂纤维0.01份，聚羧酸减水剂0.05份。
隧道水泥砂浆的生产方法，包括以下步骤：
首先将石灰石机机制砂为骨料，水泥为胶凝材料，砂骨料细度模数在1.5～1.8之间，水泥为胶凝材料，掺入复合偶联剂、耐水型可分散乳胶粉、消泡剂、缓凝剂、纤维素醚、淀粉醚、抗裂纤维、减水剂混合均匀而成。
实施例2
隧道水泥砂浆的生产方法，它包括以下重量份数的原料：砂骨料70份，快硬硫铝酸盐水泥40份，复合偶联剂3份，可分散乳胶粉0.4份，聚硅氧烷消泡剂0.6份，缓凝剂0.7份，羟丙基甲基纤维素醚0.2份，玉米淀粉醚0.03份，聚酯抗裂纤维0.02份，聚羧酸减水剂 0.1份。
隧道水泥砂浆的生产方法，包括以下步骤：
首先将石灰石机机制砂为骨料，水泥为胶凝材料，砂骨料细度模数在1.5～1.8之间，水泥为胶凝材料，掺入复合偶联剂、耐水型可分散乳胶粉、消泡剂、缓凝剂、纤维素醚、淀粉醚、抗裂纤维、减水剂混合均匀而成。
实施例3
隧道水泥砂浆的生产方法，它包括以下重量份数的原料：砂骨料75份，快硬硫铝酸盐水泥45份，复合偶联剂4份，可分散乳胶粉0.5份，聚硅氧烷消泡剂0.7份，缓凝剂0.9份，羟乙基纤维素醚0.3份，木薯淀粉醚0.04份，聚丙烯抗裂纤维0.03份，聚羧酸减水剂 0.15份。
隧道水泥砂浆的生产方法，包括以下步骤：
首先将石灰石机机制砂为骨料，水泥为胶凝材料，砂骨料细度模数在1.5～1.8之间，水泥为胶凝材料，掺入复合偶联剂、耐水型可分散乳胶粉、消泡剂、缓凝剂、纤维素醚、淀粉醚、抗裂纤维、减水剂混合均匀而成。
实施例4
隧道水泥砂浆的生产方法，它包括以下重量份数的原料：砂骨料55份，快硬硫铝酸盐水泥45份，复合偶联剂4份，可分散乳胶粉0.5份，聚硅氧烷消泡剂0.8份，缓凝剂1份，羟乙基甲基纤维素醚0.4份，木薯淀粉醚0.05份，聚丙烯抗裂纤维0.03份，聚羧酸减水剂0.2份。
隧道水泥砂浆的生产方法，包括以下步骤：
首先将石灰石机机制砂为骨料，水泥为胶凝材料，砂骨料细度模数在1.5～1.8之间，水泥为胶凝材料，掺入复合偶联剂、耐水型可分散乳胶粉、消泡剂、缓凝剂、纤维素醚、淀粉醚、抗裂纤维、减水剂混合均匀而成。
本发明人经过反复实验，得出南方内墙水泥砂浆的检测数据如下所示：
Claims (3)
1.隧道水泥砂浆的生产方法，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：
砂骨料 55～65份；
快硬硫铝酸盐水泥 35～45份；
复合偶联剂 2～4份；
可分散乳胶粉 0.3～0.5份；
消泡剂 0.5～0.8份；
缓凝剂 0.5～1份；
纤维素醚 0.1～0.4份；
淀粉醚 0.02～0.05份；
抗裂纤维 0.01～0.03份；
减水剂 0.05～0.2份；
所述的隧道水泥砂浆的生产方法，步骤如下：
将砂骨料与快硬硫铝酸盐水泥，掺入复合偶联剂、可分散乳胶粉、消泡剂、缓凝剂、纤维素醚、淀粉醚、抗裂纤维、减水剂混合均匀而成；
所述砂骨料，为石灰石机制砂，细度模数在1.5～1.8之间；
所述快硬硫铝酸盐水泥强度等级52.5，是由重量含量10～15%的铁炉废渣与硫铝酸盐熟料组成；
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，为耐水型可分散乳胶粉；所述减水剂，为聚羧酸减水剂；
所述消泡剂，为有机硅类和聚醚类；
所述缓凝剂，为无机缓凝剂、有机物类缓凝剂和聚合物类缓凝剂中任意一种或两种混合；
所述淀粉醚，为由马铃薯、玉米、木薯改性而成的淀粉醚。
2.根据权利要求1所述的隧道水泥砂浆的生产方法，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。
3.根据权利要求1所述的隧道水泥砂浆的生产方法，其特征在于，所述抗裂纤维为PAN抗裂纤维、聚丙烯抗裂纤维、聚丙烯腈抗裂纤维、聚酯抗裂纤维中任意一种。
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