CN108101472A - 一种绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂及其制备方法，其原料组成包括有快硬水泥、普通水泥、微硅粉、胶装石英砂、复合外加剂和水，其中复合外加剂由缓凝剂、聚羧酸减水剂、早强剂、增粘剂、消泡剂按比例组成。本发明的有益效果：①基于快硬水泥和普通水泥的复合，大幅提高绝缘子的生产效率；②克具有优异强度稳定性、抗渗性和耐久性；③同时采用合适增粘剂降低其水敏感性，调整水泥胶合剂的稠度，显著改善水泥胶合剂的可操作性；④大幅缩短胶装绝缘子的胶装时间，提高养护池的利用率；⑤本发明采用三步混合法，可以适当改变预混料和快硬水泥的比例，以保持水泥胶合剂的实际凝结时间和操作时间。

Description

一种绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂及其制备方法

技术领域

本发明属于新型建筑材料领域，涉及一种绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂及其制备方法。

背景技术

我国持续高速发展的电力工业对电瓷绝缘子的需求量越来越大，对其质量要求也越来越苛刻。而水泥胶合剂作为绝缘子中连接瓷件或玻璃件与金属附件的重要材料，其质量优劣将直接影响绝缘子的整体质量，而其水化硬化速度及强度发展速度直接绝缘子胶装的生产效率。

当前，绝缘子胶装用的水泥胶合剂多由高标号的硅酸盐水泥、石英砂及适量外加剂和水拌合而成，为获得较高的早期强度，绝缘子胶装完毕后往往需要通过热蒸汽养护和热水水浴养护相结合的养护方式，以减少养护用地，提高生产效率。如专利申请号201210216961.7，公开了一种超强度硅酸盐的水泥胶合剂及其制备方法，该胶合剂的养护方式是：成型后置于35℃养护箱蒸养，湿度不低于95％，4～12h脱模，脱模试体置于在水温45-80℃的热水中养护48-96h。其优势是具有良好的密实性、高强度，耐久性良好等优良性能。但是在养护过程中需要进行高温蒸养和热水中养护。这就需要绝缘子胶装厂配置锅炉，生产设备投资高，生产能耗高，且环境影响大。另外，高温蒸养与热水养护不仅会腐蚀绝缘子的钢脚、铁帽，而且极易造成胶合剂长期强度倒缩，影响绝缘子的长期使用性能。

专利申请号201610682216.X公开了一种高强电瓷水泥胶合剂及其制备方法，该水泥胶合剂由以下原料组成：硫铝酸盐水泥75-80％，萘系减水剂0.5-1％，膨胀剂3-7％，消泡剂0.5-1％，缓凝剂0.5-0.8％，水15-28％；其制备方法为先按照重量配比称取各原料，然后将称取后的萘系减水剂、膨胀剂、消泡剂和缓凝剂进行粉碎研磨至细度要求为500-600m²/Kg，按照重量配比加入硫铝酸盐水泥和水，充分搅拌混合，取出后立即成型。虽然该水泥胶合剂只需常温水养，但其制备过程需粉磨原料，生产设备要求高，增加了生产投资和生产能耗；胶合剂配方采用萘系减水剂，胶合剂在生产、搅拌及胶装使用过程散发浓重的工业萘气味，对操作工人的健康有所损害；另外，72h的养护时间仍较长，占用养护场地大，仍无法满足工厂“紧急订单”的生产需求。如能开发一种胶装后养护时间不超过24h即可进行半负荷试验并打包出厂的水泥胶合剂，对于提高绝缘子胶装效率和产量、降低生产能耗和设备投入、减少生产用地，具有重要意义。

综上，当前大量使用的水泥胶合剂由于选用原料和生产配方的缘故，存在凝结硬化慢、强度发展缓慢的弊病。当前为加快胶合剂的凝结和强度发展，或采用硫铝酸盐水泥为主材并经粉磨处理制备水泥胶合剂，或采用热水/热蒸汽养护胶装后的绝缘子，这些技术途径存在生产过程能耗高、设备投资高、生产效率提升不足、环境影响大等问题。因此有必要开发一种制作工艺简单、生产能耗低、环境影响小，且无需热水/蒸汽养护即可实现超高早期强度的水泥胶合剂。

发明内容

本发明提供一种低能耗超早强水泥胶合剂及其制备方法，旨在快速提高绝缘子胶装后水泥胶合剂的早期强度，提高生产效率，同时水泥胶合剂的制备简单方便、灵活，可根据具体绝缘子的型号、吨位，灵活配制水泥胶合剂，便于控制产品质量和成本；此外，其原材料无需经过粉磨或其他特殊处理，绝缘子胶装后也无需用蒸汽养护或热水水浴养护，降低生产能耗。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂，其原料组成包括有快硬水泥、普通水泥、微硅粉、胶装石英砂、复合外加剂和水，所述各原料按重量份数的比例组成：

其中复合外加剂由缓凝剂、聚羧酸减水剂、早强剂、增粘剂、消泡剂按重量份数比100：(30-40)：(8-10)：(10-20)：(10-20)的比例组成。

按上述方案，所述快硬水泥为强度等级为42.5Mpa及以上的快硬硫铝酸盐水泥。

按上述方案，所述普通水泥为52.5Mpa的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥。

按上述方案，所述微硅粉为活性指数不低于90％的微硅粉。

按上述方案，所述胶装石英砂为40目～100目的级配砂。

按上述方案，所述缓凝剂为硼酸、葡萄糖酸钠或酒石酸中的一种或两种的组合；所述聚羧酸减水剂为引气率低的粉状聚羧酸系减水剂，其减水率≥25％；所述早强剂为碳酸锂或硫酸锂的一种或两种的组合；所述增粘剂为羟丙基甲基纤维素醚或淀粉醚；所述消泡剂为聚硅氧烷类干粉砂浆专用消泡剂。

所述的绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂的制备方法，其特征在于：

S1按比例称量原材料后，将普通水泥和复合外加剂搅拌混合均匀制成预混料；

S2将快硬水泥、预混料、微硅粉按次序投入搅拌均匀制成水泥胶合剂干粉，待用；

S3绝缘子胶装时，将水泥胶合剂干粉、胶装石英砂与水按比例搅拌均匀即可使用。

下面针对本发明各组分的作用及制备方法进行逐一说明：

快硬水泥具有早强、高强、抗渗、抗冻、耐蚀和低碱度等优良特性，但其长期强度不稳定，易发生表面粉化和强度倒缩；而普通水泥长期强度稳定，具有优异耐久性，但其水化硬化慢，早期强度低。本发明将上述两种水泥按合适比例配合，可以充分发挥两者优点，使得水泥胶合剂既有强度发展快，小时强度高的特性，也克服了快硬水泥表面粉化和后期强度倒缩的弊病，具有超高长期强度和优异耐久性。微硅粉颗粒的粒径远小于水泥颗粒粒径，可填充于水泥及其水化产物的堆积空隙，能有效提高胶合剂硬化体的密实度，提高胶合剂的耐久性；同时微硅粉具有很高的反应活性，可显著提高水泥胶合剂强度。

快硬水泥和普通水泥复合后，凝结时间会显著缩短，水泥胶合剂的操作时间随之缩短，甚至会导致水泥胶合剂硬化太快而无法胶装，因此必须掺入合适的缓凝剂。缓凝剂可以调控水泥胶合剂凝结时间，延缓其的水化速率，使之具备合适操作时间。

早强剂可促进水泥胶合剂终凝后的强度发展，使之具有超高早期强度，实现绝缘子胶装后短时间(12h～18h)内即可进行半负荷试验。

聚羧酸减水剂可减少水泥胶合剂干粉的拌和用水量，有效减少浆体中自由水的比例，有效提高水泥胶合剂的强度，同时减少由于多余水分蒸发而造成的毛细孔隙，使结构致密，提高固结体的抗渗性。相比于萘系减水剂，聚羧酸减水剂在使用过程不挥发刺激性气体，更环保安全；但其减水率更高，水敏性更高，使含有聚羧酸减水剂的水泥胶合剂不易控制自身稠度，影响绝缘子胶装作业，因此必须同时使用适量的增粘剂。

增粘剂一方面可增加水泥胶合剂内聚力，提高胶合剂与铁帽、钢脚及玻璃件的粘接强度，另一方面，可提高水泥胶合剂的保水性，使水泥胶合剂在低水灰比条件下与足够水发生水化；此外，增粘剂可降低水泥胶合剂的水敏性，可在较大用水量范围内调整胶合剂的稠度，使之具备良好操作性。

消泡剂可减少水泥胶合剂拌和过程产生的气泡，消除大部分大气泡和固结体内部的异常气泡，进一步提高水泥胶合剂的抗渗性和耐久性。

低能耗超早强水泥胶合剂采用三步混合法，在水泥胶合剂的生产与使用中，可调整预混料与快硬水泥的比例，以适应快硬水泥因批次变化、性能差异或使用环境气温发生变化时，保持胶合剂凝结时间基本不变、操作性能基本不变、保证强度迅速发展；也可调整水泥胶合剂干粉和胶装石英砂的比例，满足不同绝缘子产品对胶合剂的不同强度要求，控制产品质量和成本。

本发明的有益效果：

①基于快硬水泥和普通水泥的复合，并辅以多种外加剂的改性作用，该水泥胶合剂凝结凝结时间为30～40min，操作时间为15～25min，操作时间充足，稠度适中，便于胶装；在胶装8h～10h后，水泥胶合剂的抗压强度≥70MPa，16h～18h时，其抗压强度≥90MPa，满足绝缘子产品进行半负荷试验要求，且其3d抗压强度≥100MPa，这极大缩短胶装后绝缘子的养护时间，通常无需热养护仅需1天，减少养护占地，大幅提高绝缘子的生产效率；

②该水泥胶合剂采用快硬硫铝酸盐水泥和普通水泥的复合，并采用多种外加剂进行改性，克服了纯快硬硫铝酸盐水泥体系胶合剂存在的强度倒缩、表面粉化等弊端，具有优异强度稳定性、抗渗性和耐久性；

③该水泥胶合剂放弃对人体健康有损害的萘系减水剂，采用无刺激气味、减水率更高的聚羧酸系减水剂，生产过程无异味、更环保；同时采用合适增粘剂降低其水敏感性，调整水泥胶合剂的稠度，显著改善水泥胶合剂的可操作性；

④该水泥胶合剂的制备过程无需粉磨原材料，亦无需热水/热蒸汽养护，不仅无需配备粉磨机或锅炉等特殊生产设备，而且极大降低了绝缘子的生产能耗。同时，由于大幅缩短胶装绝缘子的胶装时间，提高养护池的利用率，可减少养护用地、提高绝缘子的生产能力；

⑤本发明采用三步混合法，在使用环境气温或快硬水泥批次发生变化时，可以适当改变预混料和快硬水泥的比例，以保持水泥胶合剂的实际凝结时间和操作时间；可以通过调整水泥胶合剂干粉和胶装石英砂的比例，满足不同吨位绝缘子对水泥胶合剂的强度要求，大吨位绝缘子可以多用水泥胶合剂干粉，少用胶装石英砂，小吨位绝缘子产品就可少用水泥胶合剂干粉，便于控制成本，降低水泥胶合剂成本，三步混合法提高了各预混料配方的普适性，也增加了生产的灵活性。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1

低能耗超早强水泥胶合剂由快硬水泥、普通水泥、微硅粉、胶装石英砂、复合外加剂、水按以下重量比组成：

强度等级为52.5MPa的快硬硫铝酸盐水泥 100

P·O 52.5水泥 10

微硅粉 7.5

40目～100目胶装石英砂 65

复合外加剂 1.00

水 23

其中复合外加剂由硼酸、聚羧酸减水剂、碳酸锂、淀粉醚、聚硅氧烷类消泡剂按如下重量比100：35：10：20：20的比例组成。

低能耗超早强水泥胶合剂，其制备方法包括以下步骤：

采用三步混合法，即按比例称量原材料后，首先将普硅水泥和复合外加剂投入无重力混合机搅拌混合均匀制成预混料，包装待用；其次将称好的快硬水泥、预混料、硅灰按次序投入无重力混合机搅拌均匀制成水泥胶合剂干粉，包装待用；绝缘子胶装前，水泥胶合剂干粉与胶装石英砂、水按比例在砂浆搅拌机中搅拌均匀即可使用；绝缘子在胶装完成2h～3h后，送入养护池常温水浴养护，养护10h～16h即可进行半负荷试验检测产品质量，合格产品继续养护至24h即可出厂。

实施例2

低能耗超早强水泥胶合剂由快硬水泥、普通水泥、微硅粉、胶装石英砂、复合外加剂、水按以下重量比组成：

强度等级为42.5MPa的快硬硫铝酸盐水泥 100

P·O52.5水泥 5

微硅粉 6

40目～100目胶装石英砂 100

复合外加剂 0.55

水 25

其中复合外加剂由硼酸、聚羧酸减水剂、硫酸锂、羟丙基甲基纤维素醚、聚硅氧烷类消泡剂按如下重量比100：30：8：20：15的比例组成。

低能耗超早强水泥胶合剂，其制备方法见实施例1。

实施例3

低能耗超早强水泥胶合剂由快硬水泥、普通水泥、微硅粉、胶装石英砂、复合外加剂、水按以下重量比组成：

强度等级为52.5MPa的快硬硫铝酸盐水泥 100

P·O 52.5水泥 5.5

微硅粉 7.0

40目～100目胶装石英砂 70

复合外加剂 0.85

水 24

其中复合外加剂由硼酸、聚羧酸减水剂、碳酸锂、羟丙基甲基纤维素醚、聚硅氧烷类消泡剂按如下重量比100：40：9：15：20的比例组成。

低能耗超早强水泥胶合剂，其制备方法见实施例1。

实施例4

低能耗超早强水泥胶合剂由快硬水泥、普通水泥、微硅粉、胶装石英砂、复合外加剂、水按以下重量比组成：

强度等级为42.5MPa的快硬硫铝酸盐水泥 100

P·O 52.5水泥 5.5

微硅粉 6.5

40目～100目胶装石英砂 90

复合外加剂 0.60

水 24

其中复合外加剂由硼酸、聚羧酸减水剂、硫酸锂、淀粉醚、聚硅氧烷类消泡剂按如下重量比100：30：8：15：10的比例组成。

低能耗超早强水泥胶合剂，其制备方法见实施例1。

对于按照实施例1～4制备成的低能耗超早强水泥胶合剂，参照JB/T4307-2004《绝缘子胶装用水泥胶合剂》测定水泥基绝缘子胶合剂的相关性能，所得低能耗超早强水泥胶合剂的主要性能见表1。

对比例1(公开号CN102718452A)：一种超强度硅酸盐的水泥胶合剂的原料组成及其重量含量配比为52.5级硅酸盐水泥30.5％、石英砂35.2％、硅粉4.2％、矿渣12.7％、粉煤灰4.2％、减水剂0.9％、水12.3％；其制备方法为，先将水泥、微集料、减水剂和石英砂混拌均匀，然后再继续搅拌4分钟，取出后立即成型；成型后置于温度为45℃、湿度为98％的标准恒温恒湿养护箱内放置10h后脱模，取出试件放置在温度在65℃的恒温水浴养护72h，最后经测试合格后即得到所述超强度硅酸盐的水泥胶合剂。

对比例2(公开号CN106242447A)：一种高强电瓷水泥胶合剂，包括按重量配比的以下组分，硫铝酸盐水泥75％，萘系减水剂0.5％，膨胀剂3％，消泡剂1％，缓凝剂0.8％，水19.7％；水泥胶合剂的制备方法：按照重量配比称取萘系减水剂，膨胀剂，消泡剂和缓凝剂的添加量，然后将称取后的萘系减水剂，膨胀剂，消泡剂和缓凝剂进行粉碎研磨，粉碎研磨的细度要求为500-600M²/Kg，按照重量配比加入硫铝酸盐水泥和水，充分搅拌混合，搅拌混合的时间为7-9分钟，取出后立即成型，进行常温水养护。常温水养护方式为3-4小时后，进行第一次养护，养护方式为淋水保湿养护，经过两小时后再进行第二次养护，养护方式为转移至水浴池进行常温水水浴养护，养护时间为三天。

表1的数据表明，实施例1～4试件的18h抗折强度均大于12.0MPa，高于绝缘子胶装用水泥胶合剂标准要求的10.5MPa，其18h抗压强度均大于90MPa，也高于绝缘子胶装用水泥胶合剂标准要求的83.5MPa，实例1～4的压蒸膨胀率均小于0.1％，完全满足绝缘子胶装用水泥胶合剂的标准要求。其它参考技术指标如异常气孔数、吸水率、干缩率、抗冻融循环次数均满足绝缘子胶装用水泥胶合剂标准要求。

对比例1虽然强度很高，但其制备过程需要45℃的热蒸汽和65℃的热水水浴养护，无法实现常温养护，且养护时间长达82小时以上，造成生产能耗高，生产效率低。对比例2，虽然可实现常温养护，但养护周期也需3天以上，强度发展较慢，其72小时强度才达到实施例18小时强度的水平，且其制备过程繁琐，须经过原料粉磨等工序，增加了设备投资和生产能耗。

表1由实施例1～4及对比例制备而成的水泥胶合剂的主要性能

Claims (7)

1.一种绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂，其原料组成包括有快硬水泥、普通水泥、微硅粉、胶装石英砂、复合外加剂和水，所述各原料按重量份数的比例组成：

快硬水泥 100 普通水泥 5-15

微硅粉 4-8 胶装石英砂 60-120

复合外加剂 0.5-1.5 水 20-25；

其中复合外加剂由缓凝剂、聚羧酸减水剂、早强剂、增粘剂、消泡剂按重量份数比100：(30-40)：(8-10)：(10-20)：(10-20)的比例组成。

2.根据权利要求1所述的绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂，其特征在于：所述快硬水泥为强度等级为42.5Mpa及以上的快硬硫铝酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂，其特征在于：所述普通水泥为52.5Mpa的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥。

4.根据权利要求1所述的绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂，其特征在于：所述微硅粉为活性指数不低于90％的微硅粉。

5.根据权利要求1所述的绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂，其特征在于：所述胶装石英砂为40目～100目的级配砂。

6.根据权利要求1所述的绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂，其特征在于：所述缓凝剂为硼酸、葡萄糖酸钠或酒石酸中的一种或两种的组合；所述聚羧酸减水剂为引气率低的粉状聚羧酸系减水剂，其减水率≥25％；所述早强剂为碳酸锂或硫酸锂的一种或两种的组合；所述增粘剂为羟丙基甲基纤维素醚或淀粉醚；所述消泡剂为聚硅氧烷类干粉砂浆专用消泡剂。

7.权利要求1-6中任一项所述的绝缘子胶装用低能耗超早强水泥胶合剂的制备方法，其特征在于：

S1按比例称量原材料后，将普通水泥和复合外加剂搅拌混合均匀制成预混料；

S2将快硬水泥、预混料、微硅粉按次序投入搅拌均匀制成水泥胶合剂干粉，待用；

S3绝缘子胶装时，将水泥胶合剂干粉、胶装石英砂与水按比例搅拌均匀即可使用。