CN109437622B - 一种高强度抗渗水泥及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水泥材料的技术领域，具体涉及一种高强度抗渗水泥，包括如下重量份的原料：石灰石80‑120份、黏土10‑20份、硅灰15‑30份、滑石粉10‑20份、硅藻土3‑8份、空心玻璃微珠2‑8份、耐碱玻璃纤维5‑10份、硅丙乳液1‑10份、膨胀剂1‑3份、分散剂1‑3份、消泡剂0.5‑2份和水100‑180份，所述耐碱玻璃纤维与空心玻璃微珠的重量份配比为1‑4，所述耐碱玻璃纤维的直径为2‑10μm，长度为8‑15mm，所述空心玻璃微珠的直径为50‑100μm；本发明还提供了上述高强度抗渗水泥的加工工艺，将空心玻璃微珠分三次加入，并以50‑80r/min的速度搅拌混合，制备得到，使空心玻璃微珠得以保证结构完整性，使水泥满足较高强度的同时，提高了抗渗性能。

Description

一种高强度抗渗水泥及其加工工艺

技术领域

本发明涉及水泥材料的技术领域，具体涉及一种高强度抗渗水泥及其加工工艺。

背景技术

水泥是现代建筑中最常用且强度较高的建筑材料，运用于楼房建设、地面道路修建等方面。作为抗压承重的载体，水泥的强度要求较高。在水泥的加工过程中，为了提高其结构强度，会在原料组分中加入具有较高强度的骨料作为强度支撑，增加的骨料越多，虽然可以使水泥的强度提高，但是水泥中各种大颗粒骨料由于相互之间的黏连性较大，导致分散相对不均匀；为了相对降低黏连性、提高分散性，会加入分散剂、表面活性剂、聚合物乳液等来提高骨料的分散均匀性，从而保证水泥可以达到随需强度。但是分散剂、表面活性剂、聚合物乳液等助剂的加入，会使搅拌混合的过程中，产生较多的气泡，从而使水泥骨料内部存在气孔或间隙，若不采取措施，硬化后会造成水泥极易在发泡处发生开裂等情况，一旦开裂则会使外界的水分通过裂缝渗入水泥层内部，使水泥制品的抗渗性能下降。

授权公告号为CN 106186751 B的发明专利申请公开了一种玻璃纤维增强水泥，由以下重量份数的原料组成：40～50份水泥熟料、5～10份耐碱耐碱玻璃纤维、1～5矿渣、1～5粉煤渣、5～10石灰石粉、1～5甲基硅酸钠憎水剂、1～5阴离子聚丙烯酰胺分散剂、1～5脂肪酸甘油酯表面活性剂和1～5丙烯酸乳液；通过在水泥原料中加入耐碱耐碱玻璃纤维，增强了水泥的耐碱性能与强度。但是，甲基硅酸钠憎水剂、银离子聚丙烯酰胺分散剂、脂肪酸甘油酯表面活性剂和丙烯酸乳液在搅拌混合过程中会产生大量气泡，因此，耐碱玻璃纤维在填充骨料的同时，会贯穿气泡并滋生出许多细小的气泡，这些细小气泡残留在水泥内部，虽然对各骨料的分散性影响较小，使水泥内部可以满足一定的紧密度，但是一旦水泥开裂或出现裂缝，则细小气泡之间会呈带状连锁，导致裂缝越来越长，从而影响水泥的抗渗性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种高强度抗渗水泥，可以保证水泥强度的同时，提高水泥的抗渗性能。

本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：

一种高强度抗渗水泥，包括如下重量份的原料：石灰石80-120份、黏土10-20份、硅灰15-30份、滑石粉10-20份、硅藻土3-8份、空心玻璃微珠2-8份、耐碱玻璃纤维5-10份、硅丙乳液1-10份、膨胀剂1-3份、分散剂1-3份、消泡剂0.5-2份和水100-180份，所述耐碱玻璃纤维与空心玻璃微珠的重量份配比为1-4，所述耐碱玻璃纤维的直径为2-10μm，长度为8-15mm，所述空心玻璃微珠的直径为50-100μm。

通过采用上述技术方案，空心玻璃微珠是微小的球体，球型率大，具有很小的比表面积，它在水泥骨料混合物中能够具有良好的分散性，很容易被压紧密实，因此它具有很高的填充性能；空心玻璃微珠内含有气体具有较好的抗冷热收缩性，从而增强水泥的抗温变性能，减少水泥因受热胀冷缩影响而引起开裂，从而可以提高水泥的抗渗性能。耐碱玻璃纤维，即AR玻璃纤维，耐碱性好，能有效抵抗水泥中高碱物质的侵蚀，握裹力强，弹性模量、抗冲击、抗拉、抗弯强度极高，不燃、抗冻、耐温度、湿度变化能力强，抗裂、抗渗性能卓越，具有可设计性强，易成型等特点，耐碱耐碱玻璃纤维是广泛应用在高性能增强(水泥)混凝土中的一种新型的绿色环保型增强材料。硅丙乳液是将含有不饱和键的有机硅单体与丙烯酸类单体加入合适的助剂，通过核壳包覆聚合工艺聚合而成的乳液，结合了有机硅耐高温性、耐候性、耐化学品性，疏水、表面能低不易污染性和丙烯酸类树脂的高保色性、柔韧性、附着性，是一种高耐候、高耐水、抗污染的环保型建筑用乳液。本发明中通过在骨料石灰石、黏土、硅灰、滑石粉和硅藻土中添加耐碱玻璃纤维与空心玻璃微珠，并控制两者的添加配比，使耐碱玻璃纤维穿插在骨料中形成空间立体架构，耐碱玻璃纤维的长度为8-15mm，空心玻璃微珠的直径为50-100μm，使空心玻璃微珠得以交叉填筑在耐碱玻璃纤维构成的空间架构内，从而形成空间的网络结构；通过分散剂，使骨料更加均匀的分散填充在网络结构内，通过膨胀剂，填充在网络结构的间隙内后相对膨大而使相邻的空间网构内的骨料可以相互紧密堆积，塞满空心玻璃微珠、耐碱玻璃纤维与骨料形成的缝隙孔道，从而使水泥内部紧密密实；同时，空心玻璃微珠将水泥中产生的气泡封堵使气泡闭孔，减少水泥内部的气泡，使水泥内部结构更加紧密，增强了水泥的强度，降低了水泥的开裂率，从而增强了水泥的抗渗性能。

作为优选，包括如下重量份的原料：石灰石90-110份、黏土12-18份、硅灰18-25份、滑石粉12-18份、硅藻土5-7份、空心玻璃微珠4-6份、耐碱玻璃纤维6-8份、硅丙乳液3-8份、膨胀剂1.5-2.5份、分散剂1.5-2.5份、消泡剂1-1.5份和水130-150份，所述耐碱玻璃纤维与空心玻璃微珠的重量份配比为1-4，所述耐碱玻璃纤维的直径为2-10μm，长度为8-15mm，所述空心玻璃微珠的直径为50-100μm。

通过采用上述技术方案，优化各组分含量，使水泥具有更好的抗渗性能。

作为优选，所述硅藻土与黏土的粒径均为900-1000目，所述硅藻土于950℃下煅烧制得。

作为优选，所述石灰石的粒径为220-250目。

通过采用上述技术方案，降低骨料的粒径，在保证骨料可以满足水泥强度的基础上，进一步提高骨料在水泥内的分散均匀性，从而进一步提高水泥内部的紧密度。

作为优选，所述膨胀剂为钙镁质膨胀剂，由重量配比为2∶1的氧化镁和氧化钙组成。

通过采用上述技术方案，膨胀剂指的是一种化学外加剂，加在水泥中，当水泥凝结硬化时，随之体积膨胀，起补偿收缩和张拉钢筋产生预应力以及充分填充水泥间隙的作用。选用钙镁质膨胀剂，具有较好的膨胀性能，可以更好的膨胀填充水泥间隙，配合耐碱玻璃纤维与空心玻璃微珠，可以提高水泥的强度。

作为优选，所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺。

作为优选，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

通过采用上述技术方案，乙烯基双硬脂酰胺亦称乙撑双硬脂酰胺(EBS)，该化合物为硬而脆的白色高熔点蜡，其工业品为呈略带黄色的细小颗粒，无毒，对人体无副作用，加入水泥中，能够减少冷温塑性流动，在不变脆的前提下，增加水泥的耐水、耐酸及耐盐水喷雾等性能。有机硅消泡剂(英文名称organic silicon defoamer)白色粘稠的乳液，其主要组分为硅油有机硅成分，硅油常温下是不挥发的油状液体，在水、动植物油及矿物油中不溶，或溶解度很小，既能耐高温，也能耐低温。

本发明的第二个目的是提供一种上述高强度抗渗水泥的制备方法，制备得到具有高强度且抗渗性能好的水泥。

本发明的第二个目的通过如下技术方案来实现：

一种高强度抗渗水泥的加工工艺，包括如下操作步骤：

将石灰石、黏土、硅灰、滑石粉与硅藻土加入1/3水总量的水，混合搅拌得到混合料A；

将硅丙乳液、耐碱玻璃纤维、消泡剂、分散剂和1/3水总量的水，混合搅拌得到混合料B；向余量水中加入膨胀剂和空心玻璃微珠，其中，空心玻璃微珠分三次加入，第一次加入空心玻璃微珠总量的1/2，第二次加入空心玻璃微珠总量的1/4，第三次加入空心玻璃微珠总量的1/4，每次加入空心玻璃微珠后均以50-80r/min的速度搅拌3-5min，得到混合料C；

将混合料A、混合料B加入混合料C中，以50-80r/min的速度搅拌5-10min，得到高强度水泥。

通过采用上述技术方案，将石灰石、黏土、硅灰、滑石粉与硅藻土加水混合搅拌，得到骨料一，即混合料A；将硅丙乳液、耐碱玻璃纤维、消泡剂、分散剂加水搅拌混合均匀，得到骨料二，即混合料B；空心玻璃微珠分三次加入至余量水与膨胀剂中，逐步加入，能很好的避免空心玻璃微珠漂浮聚集到水泥内某一部位，从而使分散更完全；加入空心玻璃微珠时控制在温和的搅拌速度下，保证空心玻璃微珠的结构完整性，从而保证其可以发挥强度支撑与封孔作用。将混合料A、混合料B加入混合料C中，温和的搅拌速度下，使骨料分散均匀，骨料和膨胀剂填塞在空心玻璃微珠与耐碱玻璃纤维形成的缝隙孔道内，最终制备得到内部紧密且具有抗渗性能的高强度水泥。

作为优选，所述混合料A的制备过程中，于300-500r/min的速度搅拌混合15-25min后进行球磨，球磨10-20min后得到混合料A。

作为优选，所述混合料B的制备过程中，于300-500r/min的速度搅拌混合25-40min，得到混合料B。

通过采用上述技术方案，使搅拌混合得到的混合料A和混合料B颗粒大小更加均匀，利于分散均匀。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

(1)通过向原料中加入空心玻璃微珠与耐碱玻璃纤维，配合膨胀剂与其他助剂，使水泥骨料紧密填充在空心玻璃微珠与耐碱玻璃纤维形成的空间架构的间隙内，空心玻璃微珠将水泥内部的气泡封堵闭孔，使本发明的水泥的抗渗性能和抗压强度均达到II型，28d的抗渗压力最高达到3.4Mpa，抗压强度最高达58.0Mpa，吸水率最低降至2.1％；

(2)通过控制空心玻璃微珠与耐碱玻璃纤维的配比，使本发明水泥的各项检测结果均达到II型的优良性能；

(3)通过控制空心玻璃微珠分批次加入，且控制搅拌速度，使空心玻璃微珠可以保持完整的结构，从而使其得以发挥作用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步的说明。

本发明中的膨胀剂选自钙镁质膨胀剂，由重量配比为2∶1的氧化镁和氧化钙组成，按照专利公开号为CN102092976A中的方法制备得到，在此不再赘述。分散剂为乙烯基双硬脂酰胺，钼含量≥99％，粒度为5000目，牌号MP-1。硅丙乳液选自上海保立佳化工股份有限公司，固体含量为46±1wt％，pH 7-9。有机硅消泡剂选自江苏箭宇助剂科技有限公司的JY-810有机硅通用消泡剂。本发明中选用直径为2-10μm、长度为8-15mm尺寸的耐碱玻璃纤维，选用直径为50-100μm的空心玻璃微珠。

实施例1

一种高强度抗渗水泥，通过如下操作步骤加工得到：

原料预处理：将于950℃下煅烧制得(煅烧方法已是很成熟的现有技术，在此不再赘述)的硅藻土过900目网筛，筛选得到粒径为900目的硅藻土备用；将石灰石过220目网筛，筛选得到粒径为220目的石灰石备用。

骨料混合：按照表1中的添加量，将石灰石、黏土、硅灰、滑石粉与硅藻土加入1/3水总量的水，于300r/min的速度搅拌混合25min后，送入球磨机中进行球磨，球磨20min后得到混合料A。

助剂混合：按照表1中的添加量，将硅丙乳液、耐碱玻璃纤维、消泡剂、分散剂加入1/3水总量的水，于300r/min的速度搅拌混合40min后得到混合料B。

按照表1中的添加量，将向余量水中加入膨胀剂和空心玻璃微珠，其中，空心玻璃微珠分三次加入，第一次加入空心玻璃微珠总量的1/2，第二次加入空心玻璃微珠总量的1/4，第三次加入空心玻璃微珠总量的1/4，每次加入空心玻璃微珠后均以50r/min的速度搅拌5min，得到混合料C；

将混合料A、混合料B加入混合料C中，以50r/min的速度搅拌10min，得到高强度抗渗水泥。

实施例2

一种高强度抗渗水泥，通过如下操作步骤加工得到：

原料预处理：将于950℃下煅烧制得(煅烧方法已是很成熟的现有技术，在此不再赘述)的硅藻土过1000目网筛，筛选得到粒径为1000目的硅藻土备用；将石灰石过250目网筛，筛选得到粒径为250目的石灰石备用。

骨料混合：按照实施例1中的添加量，将石灰石、黏土、硅灰、滑石粉与硅藻土加入1/3水总量的水，于500r/min的速度搅拌混合15min后，送入球磨机中进行球磨，球磨10min后得到混合料A。

助剂混合：按照实施例1中的添加量，将硅丙乳液、耐碱玻璃纤维、消泡剂、分散剂加入1/3水总量的水，于500r/min的速度搅拌混合25min后得到混合料B。

按照表1中的添加量，将向余量水中加入膨胀剂和空心玻璃微珠，其中，空心玻璃微珠分三次加入，第一次加入空心玻璃微珠总量的1/2，第二次加入空心玻璃微珠总量的1/4，第三次加入空心玻璃微珠总量的1/4，每次加入空心玻璃微珠后均以80r/min的速度搅拌3min，得到混合料C；

将混合料A、混合料B加入混合料C中，以80r/min的速度搅拌5min，得到高强度抗渗水泥。

实施例3

一种高强度抗渗水泥，通过如下操作步骤加工得到：

原料预处理：将于950℃下煅烧制得(煅烧方法已是很成熟的现有技术，在此不再赘述)的硅藻土过960目网筛，筛选得到粒径为950目的硅藻土备用；将石灰石过240目网筛，筛选得到粒径为240目的石灰石备用。

骨料混合：按照表1中的添加量，将石灰石、黏土、硅灰、滑石粉与硅藻土加入1/3水总量的水，于400r/min的速度搅拌混合20min后，送入球磨机中进行球磨，球磨15min后得到混合料A。

助剂混合：按照表1中的添加量，将硅丙乳液、耐碱玻璃纤维、消泡剂、分散剂加入1/3水总量的水，于400r/min的速度搅拌混合32min后得到混合料B。

按照表1中的添加量，将向余量水中加入膨胀剂和空心玻璃微珠，其中，空心玻璃微珠分三次加入，第一次加入空心玻璃微珠总量的1/2，第二次加入空心玻璃微珠总量的1/4，第三次加入空心玻璃微珠总量的1/4，每次加入空心玻璃微珠后均以65r/min的速度搅拌4min，得到混合料C；

将混合料A、混合料B加入混合料C中，以60r/min的速度搅拌7min，得到高强度抗渗水泥。

实施例4-9

实施例4-9的高强度抗渗水泥的加工工艺与实施例3完全相同，区别在于各原料组分的添加量不同，具体添加量见表1。

表1实施例1-9中制备高强度水泥的各原料组分的添加量

对比例1

对比例1与实施例3的区别在于：对比例1中的原料中无空心玻璃微珠，其余与实施例3的一致。

对比例2

对比例2与实施例3的区别在于：对比例2中的原料中无耐碱玻璃纤维，其余与实施例3一致。

对比例3

对比例3与实施例3的区别在于：对比例3中的原料中无耐碱玻璃纤维和空心玻璃微珠，其余与实施例3一致。

对比例4

对比例4与实施例3的区别在于：对比例4中的原料中耐碱玻璃纤维与空心玻璃微珠的重量份配比为0.6，其余与实施例3一致。

对比例5

对比例5与实施例3的区别在于：对比例5中的原料中耐碱玻璃纤维与空心玻璃微珠的重量份配比为5，其余与实施例3一致。

对比例6

对比例6与实施例3的区别在于：对比例6中的混合料C的制得过程中，空心玻璃微珠一次性全部加入，其余与实施例3一致。

对比例7

对比例7与对比例6的区别在于：对比例7中的混合料C的制得过程中，空心玻璃微珠一次性全部加入后，以100r/min的速度搅拌3min，得到混合料C，其余与实施例3一致。

对照组授权公告号为CN 106186751 B的发明专利申请中，实施例1制得的玻璃纤维增强水泥。

对比例1-7的抗渗水泥的各原料组分的添加量，具体如下表2所示。

表2对比例1-7中制备抗渗水泥的各原料组分的添加量

性能检测

按照JC/T984-2011的检测标准及检测方法，对实施例1-9、对比例1-7以及对照组的水泥进行性能测定，具体检测结果分别见表3和表4所示。

表3实施例1-9中加工的高强度抗渗水泥的性能测试结果

由表3中的检测结果表明，利用本发明的配方与加工工艺制得的高强度抗渗水泥，28d的抗渗压力最高达到3.4Mpa，抗压强度最高达58.0Mpa，吸水率最低降至2.1％，此外，凝结时间、粘结强度、抗冻性、收缩率也均达到检测标准中的II型指标，达到了优良的性能，满足了具有高强度的同时，具有较好的抗渗性能。

表4对比例1-7及对照组中的高强度水泥的性能测试结果

由表4中的检测结果表明，本发明制备的高强度抗渗水泥的各项性能均优于对照组专利中的玻璃纤维增强水泥的性能。本发明的配方与加工工艺对高强度水泥的抗渗性能具有较大的影响。通过对比例1-5可知，本发明中的耐碱玻璃纤维和空心玻璃微珠对本发明的高强度水泥的抗渗性能、抗压强度具有很大的影响，若去掉空心玻璃微珠(对比例1)，则水泥的28d的抗渗压力降低到1.4Mpa，抗压强度由II型降低至I型，20Mpa，吸水率升至5.0％，抗渗防水性能大大下降，且强度也下降；若去掉耐碱玻璃纤维(对比例2)抗压强度、抗渗压力、凝结时间、粘结强度、抗冻性、吸水率、收缩率的效果均降低；若去掉耐碱玻璃纤维和空心玻璃微珠(对比例3)，则水泥的28d的抗渗压力降低到1.0Mpa，抗压强度由II型降低至I型，16Mpa，吸水率升至5.8％，抗渗性能下降严重，并且其他性能也均下降明显；由对比例4和对比例5可知，本发明中耐碱玻璃纤维和空心玻璃微珠的配比，对最终得到的高强度水泥的抗渗性能具有一定的影响，若不在本发明范围内，则抗渗压力、抗压强度、吸水率与收缩率均由II型降低至I型。由对比例6和对比例7的结果表明，本发明的加工工艺中，空心玻璃微珠加入的时间和搅拌速度对空心玻璃微珠发挥作用起到关键的作用，若将空心玻璃微珠一次性全部加入，则会导致空心玻璃微珠分散不均匀，影响最终水泥的性能；若加入后搅拌速度过快，则会破坏空心玻璃微珠结构完整性，降低其对水泥的支撑强度，从而降低水泥的抗压强度等性能。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种高强度抗渗水泥，其特征在于，包括如下重量份的原料：石灰石80-120份、黏土10-20份、硅灰15-30份、滑石粉10-20份、硅藻土3-8份、空心玻璃微珠2-8份、耐碱玻璃纤维5-10份、硅丙乳液1-10份、膨胀剂1-3份、分散剂1-3份、消泡剂0.5-2份和水100-180份，所述耐碱玻璃纤维与空心玻璃微珠的重量份配比为1-4，所述耐碱玻璃纤维的直径为2-10μm，长度为8-15mm，所述空心玻璃微珠的直径为50-100μm。

2.根据权利要求1所述的高强度抗渗水泥，其特征在于，包括如下重量份的原料：石灰石90-110份、黏土12-18份、硅灰18-25份、滑石粉12-18份、硅藻土5-7份、空心玻璃微珠4-6份、耐碱玻璃纤维6-8份、硅丙乳液3-8份、膨胀剂1.5-2.5份、分散剂1.5-2.5份、消泡剂1-1.5份和水130-150份，所述耐碱玻璃纤维的直径为2-10μm，长度为8-15mm，所述空心玻璃微珠的直径为50-100μm。

3.根据权利要求1所述的高强度抗渗水泥，其特征在于：所述硅藻土与黏土的粒径均为900-1000目，所述硅藻土于950℃下煅烧制得。

4.根据权利要求1所述的高强度抗渗水泥，其特征在于：所述石灰石的粒径为220-250目。

5.根据权利要求1所述的高强度抗渗水泥，其特征在于：所述膨胀剂为钙镁质膨胀剂，由重量配比为2:1的氧化镁和氧化钙组成。

6.根据权利要求1所述的高强度抗渗水泥，其特征在于：所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺。

7.根据权利要求1所述的高强度抗渗水泥，其特征在于：所述消泡剂为有机硅消泡剂。

8.一种权利要求1-7任一项所述的高强度抗渗水泥的加工工艺，其特征在于，包括如下操作步骤：

将石灰石、黏土、硅灰、滑石粉与硅藻土加入1/3水总量的水，混合搅拌得到混合料A；

将硅丙乳液、耐碱玻璃纤维、消泡剂、分散剂和1/3水总量的水，混合搅拌得到混合料B；

向余量水中加入膨胀剂和空心玻璃微珠，其中，空心玻璃微珠分三次加入，第一次加入空心玻璃微珠总量的1/2，第二次加入空心玻璃微珠总量的1/4，第三次加入空心玻璃微珠总量的1/4，每次加入空心玻璃微珠后均以50-80r/min的速度搅拌3-5min，得到混合料C；

将混合料A、混合料B加入混合料C中，以50-80r/min的速度搅拌5-10min，得到高强度水泥。

9.根据权利要求8所述的加工工艺，其特征在于：所述混合料A的制备过程中，于300-500r/min的速度搅拌混合15-25min后进行球磨，球磨10-20min后得到混合料A。

10.根据权利要求8所述的加工工艺，其特征在于：所述混合料B的制备过程中，于300-500r/min的速度搅拌混合25-40min，得到混合料B。