CN109734352B

CN109734352B - 超缓凝自凝灰浆增强外加剂及制备方法

Info

Publication number: CN109734352B
Application number: CN201910075142.7A
Authority: CN
Inventors: 朱志刚; 孙晓伟; 刘可心; 屠柳青; 吴克雄; 孙武
Original assignee: Cccc Shec Wuhan Port New Materials Co ltd
Current assignee: Cccc Shec Wuhan Port New Materials Co ltd
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: CN109734352A

Abstract

本发明公开了超缓凝自凝灰浆增强外加剂及制备方法，以各组分的重量百分数计，包括：缓凝剂10～16％；阻泥剂3～6％；减水剂8～15％；抗分散剂0.02～0.04％；水性环氧树脂乳液10～20％；增强剂10～15％；增稠剂1～2％和水31～53％。本发明解决自凝灰浆抗压强度和抗渗性能与凝结时间相制约的问题。

Description

超缓凝自凝灰浆增强外加剂及制备方法

技术领域

本发明涉及水利地下防渗墙技术领域。更具体地说，本发明涉及一种超缓凝自凝灰浆增强外加剂及其制备方法。

背景技术

环境问题制约着经济的发展，影响着人们的健康生活。近年来，随着人们的生活消费水平的日益提高，随之产生的生活垃圾的数目及品种也日益庞杂。生活垃圾会对土壤、大气及水等人们赖以生存的生态环境造成损害，从而引出了一系列社会问题和经济问题。为此，如何处理生活垃圾，更好的“变废为宝”是我们十分关注的问题。生活垃圾的处理方式很多，其中，填埋法的容量大、效果佳，同时经济效益好。结合我国国情，填埋法成为了我国目前垃圾处理的重要方法。有研究表明，在我国，约70％以上的生活垃圾被运送到填埋场处理。在20世纪80年代中期，我国开始对废物进行填埋处置。目前对垃圾填埋场的防渗处理仍处于起步阶段，大多数早期建设的填埋场采取的防渗措施并不严格，甚至没有采取任何防渗措施。针对这样的填埋场，还有一些防渗措施不完善的旧填埋场需要进行防渗加强。对生活垃圾填埋场防渗处理的严格要求，既是生活垃圾填埋综合处理的需要，也是生态环境保护和水资源保护的要求。垂直防渗墙普遍应用在新建填埋场的防渗处理和已有填埋场的污染处理，尤其对于已有填埋场的污染处置，因目前对其基坑底部的防渗尚无办法，因此周边垂直防渗就有很重要的作用。

防渗墙在最初应用于水利水电工程中时，大多都采用高强度的混凝土和钢筋混凝土，在近几十年的发展中，各国的学者和专家对改良防渗墙的施工技术和改革墙体材料等方面进行了很多探究和研讨，探索出了很多的防渗墙墙体材料。

自凝灰浆防渗墙是一种垂直防渗墙。自凝灰浆是由水、水泥、膨润土和外加剂混合制成的，是一种低强度、低变形模量的柔性防渗材料，它的变形模量及强度和地基基础相近，能够较好地适应地基的变形。自凝灰浆是一种物理力学性质较为特殊的水基浆体。它既有泥浆的触变性的性质，可以固着孔壁和悬浮岩屑，又有别于泥浆而类似于混凝土，可自行固结成墙并具有一定的防渗性能和强度特性。

垃圾填埋场对隔离墙的防渗效果有很高的要求。《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889～2008)中规定，防渗墙的渗透系数一般应小于1×10^-7cm/s，而自凝灰浆防渗墙的渗透系数一般小于1×10^-6cm/s，尚未满足垃圾填埋场对防渗墙的较高要求；自凝灰浆配合比没有明确的规定，原材料的可选择性较多，在实际应用中，各个工程相差很远。

我国的自凝灰浆防渗墙发展较迟缓。20世纪80年代中期，我国在大亚湾核电站的建设过程中第一次使用了自凝灰浆防渗墙。该墙的28d的抗压强度不低于0.2MPa，渗透系数为1×10^-6cm/s。直到2002年，我国才自己研制出了自凝灰浆防渗墙并成功取得应用。该段防渗墙的28d的抗压强度为0.42～0.47MPa，渗透系数为2.39～9.22×10^-7cm/s。此后，自凝灰浆防渗墙开始在我国大放异彩。

但对于一些超深防渗墙工程，在保证抗渗性能及抗压强度的基础上，需要初凝时间达到40h以上，终凝时间不超过80h，这无疑给材料制备要求提出巨大挑战，并且在国内外几乎没有相关技术报道，许多项目因为此类技术难题而不得选用其它成本高技术。因此，研究一种超缓凝自凝灰浆增强剂，在大大延长其凝结时间的基础上，保证混凝土的强度及抗渗性能，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供超缓凝自凝灰浆增强外加剂及其制备方法，解决自凝灰浆抗压强度和抗渗性能与凝结时间相制约的问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种超缓凝自凝灰浆增强外加剂，以各组分的重量百分数计，包括：

优选的是，所述缓凝剂为白糖与柠檬酸钠，其质量比为1:0.8～1。

优选的是，所述阻泥剂为带有阻尼功能支链的聚合物。

优选的是，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。

优选的是，所述抗分散剂为混凝土水下抗分散剂，主要成分为聚丙烯酰胺。

优选的是，所述水性环氧树脂乳液为EP-20水性环氧树脂乳液。

优选的是，所述增稠剂为生物胶改性材料，其平均相对分子质量为2×10⁶～1.5×10⁷，粘度250～350Pa·s。

优选的是，所述增强剂为超细活性矿物掺合料。

本发明还提供了一种超缓凝自凝灰浆增强外加剂的制备方法，包括以下步骤：

1)在温度为40±5℃的条件下，按重量配比在生产设备中先加入水，在转速500r/min搅拌条件下逐渐加入水性环氧树脂乳液，并搅拌5～8min；

2)加入增稠剂，搅拌4～5min；

3)加入缓凝剂、减水剂、抗分散剂，搅拌4～5min；

4)加入阻泥剂，搅拌4～5min；

5)然后加入增强剂，搅拌反应5～8min，搅拌至成品分散均匀，不见明显气泡，即得。

本发明还提供了一种添加有增强外加剂的超缓凝自凝灰浆的制备方法，包括以下步骤：

将钠基膨润土、纯碱和水混合，使用搅拌仪搅拌30min至膨润土颗粒与水充分反应，静置12h，使膨润土充分膨化呈泥浆状，将充分水化的泥浆再次使用搅拌仪搅拌10min，然后加入到水泥搅拌机中，并倒入已经称好的水泥和粉煤灰，搅拌10min，最后将增强外加剂倒入搅拌机中在2000r/min的转速下顺时针搅拌2-3min，再在转速为500r/min的转速下顺时针搅拌2-3min，即可。

本发明至少包括以下有益效果：

本申请的增强外加剂可大大延迟自凝灰浆初凝时间与终凝时间，提高自凝灰浆水下强度及均匀性，解决自凝灰浆强度和抗渗性能与凝结时间相互制约的矛盾，使自凝灰浆能更广泛地用于各种水利项目中地下防渗墙。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

超缓凝自凝灰浆增强外加剂，以各组分的重量百分数计，包括：

其中一个实施方式中，所述缓凝剂为白糖与柠檬酸钠，其质量比为1:0.8～1。

其中一个实施方式中，所述阻泥剂为带有阻泥功能支链的聚合物，阻泥剂的加入具有良好分散性与可溶性，改善泥土对聚羧酸系减水剂吸附作用。

其中一个实施方式中，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，武港院聚羧酸减水剂S06，其具有掺量低、减水率高，有利于混凝土强度的提高。

其中一个实施方式中，所述抗分散剂为比表面积大的混凝土水下抗分散剂，主要成分为聚丙烯酰胺，高比表面积，能够增加自凝灰浆的粘聚性和絮凝作用，达到良好分散效果。(选用焦作亿生化工生产的YSA5010抗分散剂)。

其中一个实施方式中，所述水性环氧树脂乳液为EP-20水性环氧树脂乳液。

其中一个实施方式中，所述增稠剂为生物胶改性材料，其平均相对分子质量为2×10⁶～1.5×10⁷，粘度250～350Pa·s。

其中一个实施方式中，所述增强剂为超细活性矿物掺合料。具有高活性能够提高凝胶材料固结。

增强剂采用中交武汉港湾新材料公司提供的增强剂SF01，主要成分为SiO₂含量不低于92％的硅粉。

超缓凝自凝灰浆增强外加剂的制备方法，包括以下步骤：

1)在温度为40±5℃的条件下，按重量配比在生产设备中先加入水，在转速500r/min搅拌条件下逐渐加入水性环氧树脂乳液，并搅拌5～8min；水性环氧乳液可高速搅拌、研磨而不破乳，具有优异的物理机械性能，且成膜性好。

2)加入增稠剂，搅拌4～5min；

3)加入缓凝剂、减水剂、抗分散剂，搅拌4～5min；

4)加入阻泥剂，搅拌4～5min；

实施例1

增强外加剂由以下质量分数的组分构成：

5％的白糖与5％的柠檬酸钠组成，3％的阻泥剂(中交武汉港湾新材料公司ZN01阻泥剂，阻泥剂的加入具有良好分散性与可溶性，改善泥土对聚羧酸系减水剂吸附作用)，10％的6C聚羧酸减水剂减水剂(武港院聚羧酸减水剂S06，其具有掺量低、减水率高，有利于混凝土强度的提高)，0.02％的抗分散剂(焦作亿生化工生产的YSA5010抗分散剂，)，13％的EP-20水性环氧树脂乳液，1％的增稠剂(生物胶改性材料，其平均相对分子质量为2×10⁶～1.5×10⁷，粘度250～350Pa·s)，10％的增强剂(中交武汉港湾新材料公司提供的增强剂SF01，主要成分为SiO₂含量不低于92％的硅粉)，52.98％的水。

制备方法：

在温度为42℃的条件下，按上述配比在生产设备中先加入水，在转速500r/min搅拌条件下逐渐加入EP-20水性环氧树脂乳液，并搅拌5～8min；加入增稠剂，搅拌4min；加入缓凝剂、减水剂、抗分散剂，搅拌4min；然后加入阻泥剂，搅拌4min；最后加入增强剂，搅拌反应5～8min，搅拌至成品分散均匀，不见明显气泡。

实施例1的自凝灰浆配合比如下：

自凝灰浆的制备方法：

量取1000g水待用，按配合比方案秤取相应质量的钠基膨润土与纯碱；将钠基膨润土与纯碱和水混合，使用搅拌仪搅拌30min至膨润土颗粒与水充分反应，静置12h，使膨润土充分膨化呈泥浆状，将充分水化的泥浆再次使用搅拌仪搅拌10min，然后加入到水泥搅拌机中，并倒入已经称好的水泥(常规PO42.5水泥即可)和粉煤灰，搅拌10min，最后将增强外加剂倒入搅拌机中搅拌5min，得到自凝灰浆浆液；将得到的试模放入标养箱中，测试其凝结时间，抗压试块与抗渗试块24h内应该不停补浆，保证浆液填充满试模，温度设置为20℃，湿度为95％～100％，标养至7d和28d时取出，测试混凝土抗压强度与抗渗性能，测试结果如表1。

表1凝结时间、抗压强度及抗渗性能测试结果

测试结果表明：随着增强外加剂掺量的增加，抗压强度、凝结时间与抗渗性能均提高。增强剂掺量由0增加到1.3kg/m³，1.6kg/m³，1.9kg/m³，其7d抗压强度由0.2MPa增加到0.4MPa、0.5MPa和0.6MPa，强度分别提高了100％、150％和200％，28d抗压强度从0.4MPa增加到0.7MPa、1.2MPa和1.3MPa，强度分别提高了75％、200％、225％。初凝凝结时间由23h延长至37h、49h与51h，终凝时间由33h延长至52h、65h与69h。透水系数由15.1×10^-7cm/s减小至11.3×10^-7cm/s、9.7×10^-7cm/s与8.6×10^-7cm/s。说明本发明的超缓凝增强剂能够在有效延长自凝灰浆的初凝时间与终凝时间的同时，提高混凝土的强度与抗渗性能。

实施例2

增强外加剂由以下质量分数的组分构成：

8％的白糖与8％的柠檬酸钠组成，4％的阻泥剂(中交武汉港湾新材料公司ZN01阻泥剂)，15％的6C聚羧酸减水剂减水剂(武港院聚羧酸减水剂S06)，0.04％的抗分散剂(焦作亿生化工生产的YSA5010抗分散剂)，18％的EP-20水性环氧树脂乳液，2％的增稠剂(生物胶改性材料，其平均相对分子质量为2×10⁶～1.5×10⁷，粘度250～350Pa·s。)，13％的增强剂(中交武汉港湾新材料公司提供的增强剂)，31.96％的水。

增强外加剂的制备方法同实施例1中记载的方法。

实施例2的自凝灰浆配合比如下：

用实施例1所示的试验材料、搅拌方式、成型方法、养护条件和试验仪器，测试透水混凝土抗压强度、凝结时间与抗渗性能，测试结果如表2。

表2凝结时间、抗压强度及抗渗性能测试结果

测试结果表明：实施例2较实施例1水泥用量增加了40kg/m³，对比例1中所以抗压性能与透水性能得到了提升，但凝结时间缩短。随着增强外加剂掺量的增加，抗压强度、凝结时间与抗渗性能均提高。增强剂掺量由0增加到1.3kg/m³，1.6kg/m³，1.9kg/m³，其7d抗压强度由0.3MPa增加到0.5MPa、0.6MPa和0.5MPa，强度分别提高了66.7％、100％和66.7％，28d抗压强度从0.7MPa增加到1.2MPa、1.5MPa和1.7MPa，强度分别提高了71.4％、114.3％、142.9％。初凝凝结时间由21h延长至53h、64h与70h，终凝时间由30h延长至71h、84h与97h。透水系数由12.6×10^-7cm/s减小至9.3×10^-7cm/s、7.9×10^-7cm/s与6.8×10^-7cm/s。

对比强度还发现随着掺量从1.6kg/m³增加到1.9kg/m³时，7d强度还出现了降低，28d强度增加并不是特别明显。总结以上实验结果可知，本发明的增强外加剂能够在有效延长自凝灰浆的初凝时间与终凝时间的同时，提高混凝土的强度与抗渗性能，但应根据实际工程需要控制其具体用量，保证经济性。

实施例3

调节白糖与柠檬酸的配比来制备增强剂，10％的缓凝剂，其他组分与实施例1中增强外加剂的组分相同，3％的阻泥剂、10％的6C聚羧酸减水剂、0.02％的抗分散剂、13％的EP-20水性环氧树脂乳液、1％的增稠剂、10％的增强剂、52.98％的水，制备方法同实施例1。

编号	白糖/％	柠檬酸/％
			a	10	0
b	8	2
			c	5	5
d	4	6

自凝灰浆配合比如下：

编号

水

水泥

粉煤灰

钠基膨润土

纯碱

增强外加剂

1

1000kg/m3

190kg/m3

80kg/m3

65kg/m3

2kg/m3

1.6kg/m3

用实施例1所示的试验材料、搅拌方式、成型方法、养护条件和试验仪器，测试透水混凝土抗压强度、凝结时间，测试结果如表3。

测试结果表明：实施例3中，通过调节白糖和柠檬酸钠的比例，可知，当柠檬酸钠和白糖比例为1:1时，初凝时间显著延长，但当柠檬酸钠的比例高于白糖时，初凝时间还出现了降低。由此可知，柠檬酸钠具有提高缓凝剂白糖缓凝效果的作用，最佳配比为1:1。

实施例4

增强外加剂由以下质量分数的组分构成：

增强外加剂制备方法：

自凝灰浆配合比如下：

水	水泥	粉煤灰	钠基膨润土	纯碱	增强外加剂
						1000kg/m<sup>3</sup>	190kg/m<sup>3</sup>	80kg/m<sup>3</sup>	65kg/m<sup>3</sup>	2kg/m<sup>3</sup>	1.6kg/m<sup>3</sup>

将钠基膨润土、纯碱和水混合，使用搅拌仪搅拌30min至膨润土颗粒与水充分反应，静置12h，使膨润土充分膨化呈泥浆状，将充分水化的泥浆再次使用搅拌仪搅拌10min，然后加入到水泥搅拌机中，并倒入已经称好的水泥(常规PO42.5水泥即可)和粉煤灰，搅拌10min，最后将增强外加剂倒入搅拌机中在2000r/min的转速下顺时针搅拌2-3min，再在转速为500r/min的转速下顺时针搅拌2-3min，得到自凝灰浆浆液。经检测透水系数为3.2*10^- ⁷cm/s。

对比例1

其与实施例4中增强外加剂的配方制备方法、自凝灰浆配合比均相同，不同点在于自凝灰浆的制备方法不同。制备方法为：

将钠基膨润土与纯碱和水混合，使用搅拌仪搅拌30min至膨润土颗粒与水充分反应，静置12h，使膨润土充分膨化呈泥浆状，将充分水化的泥浆再次使用搅拌仪搅拌10min，然后加入到水泥搅拌机中，并倒入已经称好的水泥(常规PO42.5水泥即可)和粉煤灰，搅拌10min，最后将增强外加剂倒入搅拌机中搅拌5min，得到自凝灰浆浆液。经检测透水系数为9.7*10^-7cm/s。通过对比例1和实施例4检测透水系数可知，在缓凝灰浆制备过程中加入增强外加剂时通过改变搅拌速度，能够改变增强外加剂和灰浆之间的颗粒、孔隙的形状，从而达到降低透水系数的目的。

实施例4和对比例1中自凝灰浆制备过程中所处的环境温度为26℃。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims

1.超缓凝自凝灰浆增强外加剂，其特征在于，以各组分的重量百分数计，包括：

所述增稠剂为生物胶改性材料，其平均相对分子质量为2×10⁶～1.5×10⁷，粘度250～350Pa·s。

2.如权利要求1所述的超缓凝自凝灰浆增强外加剂，其特征在于，所述缓凝剂为白糖与柠檬酸钠，其质量比为1:0.8～1。

3.如权利要求1所述的超缓凝自凝灰浆增强外加剂，其特征在于，所述阻泥剂为带有阻泥功能支链的聚合物。

4.如权利要求1所述的超缓凝自凝灰浆增强外加剂，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。

5.如权利要求1所述的超缓凝自凝灰浆增强外加剂，其特征在于，所述抗分散剂为混凝土水下抗分散剂，主要成分为聚丙烯酰胺。

6.如权利要求1所述的超缓凝自凝灰浆增强外加剂，其特征在于，所述水性环氧树脂乳液为EP-20水性环氧树脂乳液。

7.如权利要求1所述的超缓凝自凝灰浆增强外加剂，其特征在于，所述增强剂为超细活性矿物掺合料。

8.如权利要求1～7中任意一项所述的超缓凝自凝灰浆增强外加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)加入增稠剂，搅拌4～5min；

3)加入缓凝剂、减水剂、抗分散剂，搅拌4～5min；

4)加入阻泥剂，搅拌4～5min；

9.添加有如权利要求1～7中任意一项所述的增强外加剂的超缓凝自凝灰浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：