CN110698097A - 一种抗裂增强型水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗裂增强型水泥及其制备方法，该抗裂增强型水泥利用耐碱性玻璃纤维作为原料，通过间苯新戊二醇型不饱和聚酯树脂、脱氢乙酸、1‑3丙二醇在硅烷偶联剂KH570中进行改性，得到的改性耐碱性玻璃纤维作为原料与短切碳纤维以及硅微粉混合后与水泥熟料、矿渣、粉煤灰、氟石膏、石英砂以及相关助剂混合后制备；其制备时先将水泥熟料、矿渣、粉煤灰、氟石膏、石英砂混合后煅烧，然后将煅烧后的半成品水泥放入搅拌桶中与水、增强材料以及助剂一同进行高速搅拌混合后热风干燥、再粉碎至粉末状，得到成品水泥。本发明制备的水泥强度高、稳定性好，并能在相同条件下有效抵御裂缝产生和发展，延长水泥砌筑结构的使用寿命。

Description

一种抗裂增强型水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及水泥的制备工艺技术领域，尤其涉及一种抗裂增强型水泥及其制备方法。

背景技术

水泥作为建筑行业三大基础材料之一，是用量最多的建筑材料，其使用广，用量大，作为一种粉状水硬性无机胶凝材料，水泥料通常是在加水搅拌后制成的砂浆或混凝土，被广泛应用于建筑工程、交通工程、海上平台等基建工程中。然而，普通的混凝土存在着脆性大、抗压强度小、水泥水化往往伴随着体积收缩等缺陷，极有可能导致混凝土出现裂缝、冻融效应、氯硫侵蚀或其它类型的腐蚀等，显著降低了混凝土的强度和使用性能。

在现在的水泥生产工艺中，一般都是采用石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，喂入水泥窑中煅烧成熟料，加入适量石膏磨细而成，这种水泥的原料及生产方式能耗高，环境污染严重，会给环境带来了沉重的负担；且在使用过程中随着混凝土材料龄期的增长，其结构在外界各种因素的作用下会发生不同程度的破坏，从而影响结构的整体性以及稳定性，导致大量混凝土结构面上出现自外而内产生的裂缝需要进行修补，尤其在环境因素的影响下，混凝土结构易出现诸如裂缝、剥蚀、孔洞等问题，若不能及时的处理就有可能加重对结构的破坏，这样不仅会影响结构的稳定性，而且影响着结构整体的安全性能。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种抗裂增强型水泥及其制备方法，这种水泥利用处理过的增强材料进行加强，具有生产成本低、高强度、抗碱抗裂和耐久性能的优点，可用以解决现有技术中的技术缺陷。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种抗裂增强型水泥，包括以下质量份的原料：

水泥熟料 60~80份

矿渣 25~35份

粉煤灰 20~30份

氟石膏 10~15份

石英砂 10~15份

增强材料 5~8份

助剂 0.8~3份

其中，所述增强材料为改性耐碱性玻璃纤维与短切碳纤维以及硅微粉的比例混合物，且该比例混合物中改性耐碱性玻璃纤维与短切碳纤维的的体积比10:1~15:1，而硅微粉的加入量为增强材料质量的8%~10%；而所述改性耐碱性玻璃纤维的改性方式为将耐碱性玻璃纤维与间苯新戊二醇型不饱和聚酯树脂、脱氢乙酸、1-3丙二醇按照60:5:5:1的比例混合均匀后静置保持30~40min，然后一同加入硅烷偶联剂KH570中混合搅拌60~90min后，热风烘干即得到改性处理后的耐碱性玻璃纤维。

作为进一步限定，所述改性耐碱性玻璃纤维中采用的耐碱性玻璃纤维原料优选采用ZrO₂的百分比含量为12.5wt%~14wt%的耐碱性玻璃纤维。

作为进一步限定，所述水泥熟料为低碱度硫铝酸盐水泥或者低碱度硫铝酸盐水泥与磷酸镁水泥按照质量比6:1~8:1的比例制备的混合物水泥熟料。

作为进一步限定，所述石英砂为模数为2.4～2.8的石英砂。

作为进一步限定，所述助剂中包括30~40%的纤维素醚、0~30%的消泡剂、0~30%的减水剂、15~20%的氢氧化铝、5~15%的憎水剂以及10~15%的碳酸镁。其中，纤维素醚为乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种；消泡剂为聚醚类消泡剂；消泡剂为有机硅氧烷；憎水剂为甲基硅酸钠憎水剂。

一种抗裂增强型水泥的制备方法，其主要生产流程包括：

S1、将上述重量份数的水泥熟料、矿渣、粉煤灰、氟石膏、石英砂混合、粉碎后在900~1100℃的温度条件下煅烧3~5h后得到半成品水泥；

S2、将半成品水泥放入搅拌桶中，加入水、增强材料以及助剂进行高速搅拌，搅拌速率为800～1000rpm，时间为30～45min，将搅拌完成后的混合料进行热风干燥，待物料干燥后，再粉碎至粉末状，得到成品水泥。

在步骤S2中进行物料热风干燥时，干燥的热风温度为110～130℃，时间为20～30min。

有益效果：本发明的水泥制品由含低碱度硫酸盐水泥的水泥熟料作为基材，配合经过改性处理的耐碱性玻璃纤维、短切碳纤维和硅微粉作为增强材料制备，提高了水泥成型后的稳定性和强度，使得产品具有质轻、高强、耐腐蚀的特点，同时其成型后的水泥内部体系稳定，早期和后期的抗压强度和抗弯强度均表现优异，提高了材料的延展性和剪切强度，使材料在冲击和循环加载时具有更大的损伤容限和能量吸收能力，极大地提高了材料的尺寸稳定性。。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例一：

在实施例一中抗裂增强型水泥由以下组分的原料制备：

水泥熟料800kg、矿渣350kg、粉煤灰200kg、氟石膏150kg、石英砂150kg、增强材料80kg、助剂10kg。

其中：水泥熟料为低碱度硫铝酸盐水泥；石英砂为模数为2.6～2.8的石英砂；增强材料包括纤维物以及硅微粉，其中，纤维物中改性耐碱性玻璃纤维的体积含量为92%，由ZrO₂的百分比含量为14wt%的耐碱性玻璃纤维改性制成，其改性方式为改性方式为将耐碱性玻璃纤维与间苯新戊二醇型不饱和聚酯树脂、脱氢乙酸、1-3丙二醇按照60:5:5:1的比例混合均匀后静置保持30min，然后一同加入硅烷偶联剂KH570中混合搅拌90min后，热风烘干即得到改性处理后的耐碱性玻璃纤维，而另一纤维组分为短切短切碳纤维，其体积含量为8%；硅微粉的加入量则为增强材料总质量的8%。

而助剂中包括30%的纤维素醚、20%的消泡剂、10%的减水剂、15%的氢氧化铝、10%的憎水剂以及15%的碳酸镁。其中，纤维素醚为乙基甲基纤维素醚；消泡剂为甘油聚醚消泡剂；消泡剂为有机硅氧烷；憎水剂为甲基硅酸钠憎水剂。

制备时，将上述重量份数的水泥熟料、矿渣、粉煤灰、氟石膏、石英砂混合、粉碎后在900℃的温度条件下煅烧5h后自然冷却得到半成品水泥；然后将上述半成品水泥放入搅拌桶中，加入水、增强材料以及助剂进行高速搅拌，搅拌速率为1000rpm，时间为30min，将搅拌完成后的混合料进行热风干燥，烘干时保持烘干温度为130℃，烘干20min。待物料干燥后，再粉碎至粉末状，得到成品水泥。

实施例二：

在实施例二中抗裂增强型水泥由以下组分的原料制备：

水泥熟料700kg、矿渣300kg、粉煤灰250kg、氟石膏120kg、石英砂120kg、增强材料60kg、助剂20kg。

其中：水泥熟料为低碱度硫铝酸盐水泥与磷酸镁水泥按照质量比7:1的比例制备的混合物水泥熟料；石英砂为模数为2.4～2.6的石英砂；增强材料包括纤维物以及硅微粉，其中，纤维物中改性耐碱性玻璃纤维的体积含量为91.5%，由ZrO₂的百分比含量为13.6wt%的耐碱性玻璃纤维改性制成，其改性方式为改性方式为将耐碱性玻璃纤维与间苯新戊二醇型不饱和聚酯树脂、脱氢乙酸、1-3丙二醇按照60:5:5:1的比例混合均匀后静置保持35min，然后一同加入硅烷偶联剂KH570中混合搅拌75min后，热风烘干即得到改性处理后的耐碱性玻璃纤维，而另一纤维组分为短切短切碳纤维，其体积含量为8.5%；硅微粉的加入量则为增强材料总质量的9%。

而助剂中包括35%的纤维素醚、10%的消泡剂、10%的减水剂、18%的氢氧化铝、12%的憎水剂以及15%的碳酸镁。其中，纤维素醚为羧甲基纤维素醚；消泡剂为甘油聚醚消泡剂；消泡剂为有机硅氧烷；憎水剂为甲基硅酸钠憎水剂。

制备时，将上述重量份数的水泥熟料、矿渣、粉煤灰、氟石膏、石英砂混合、粉碎后在1000℃的设定温度条件下煅烧4h后自然冷却得到半成品水泥；然后将上述半成品水泥放入搅拌桶中，加入水以及助剂进行高速搅拌，搅拌速率为900rpm，时间为40min，将搅拌完成后的混合料进行热风干燥，烘干时保持烘干温度为120℃，烘干25min。待物料干燥后，再粉碎至粉末状，得到成品水泥。

在实施例一与实施例二制备的成品水泥相对于传统的混凝土其使用效果具有明显的改善，其采用耐碱性玻璃纤维作为原料的基础上，对其进行改性，并在改性后中加入短切碳纤维以及硅微粉，通过粉煤灰和硅微粉对玻璃纤维增强水泥（GRC）的老化问题进行缓解，利用短切碳纤维进行辅助加强，配合耐碱性玻璃纤维能有效提高材料的延展性和剪切强度，使材料在冲击和循环加载时具有更大的损伤容限和能量吸收能力,极大地提高了材料的尺寸稳定性，可极大限制成型后水泥的裂缝面积和最大裂缝长度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种抗裂增强型水泥，其特征在于，包括以下质量份的原料：

水泥熟料 60~80份

矿渣 25~35份

粉煤灰 20~30份

氟石膏 10~15份

石英砂 10~15份

增强材料 5~8份

助剂 0.8~3份

其中，所述增强材料为改性耐碱性玻璃纤维与短切碳纤维以及硅微粉的比例混合物，且该比例混合物中改性耐碱性玻璃纤维与短切碳纤维的的体积比10:1~15:1，而硅微粉的加入量为增强材料质量的8%~10%；而所述改性耐碱性玻璃纤维的改性方式为将耐碱性玻璃纤维与间苯新戊二醇型不饱和聚酯树脂、脱氢乙酸、1-3丙二醇按照60:5:5:1的比例混合均匀后静置保持30~40min，然后一同加入硅烷偶联剂KH570中混合搅拌60~90min后，热风烘干即得到改性处理后的耐碱性玻璃纤维。

2.根据权利要求1所述的抗裂增强型水泥，其特征在于，所述改性耐碱性玻璃纤维中采用的耐碱性玻璃纤维原料优选采用ZrO₂的百分比含量为12.5wt%~14wt%的耐碱性玻璃纤维。

3.根据权利要求1所述的抗裂增强型水泥，其特征在于，所述水泥熟料为低碱度硫铝酸盐水泥。

4.根据权利要求1所述的抗裂增强型水泥，其特征在于，所述水泥熟料为低碱度硫铝酸盐水泥与磷酸镁水泥按照质量比6:1~8:1的比例制备的混合物水泥熟料。

5.根据权利要求1所述的抗裂增强型水泥，其特征在于，所述石英砂为模数为2.4～2.8的石英砂。

6.根据权利要求1所述的抗裂增强型水泥，其特征在于，所述助剂中包括30~40%的纤维素醚、0~30%的消泡剂、0~30%的减水剂、15~20%的氢氧化铝、5~15%的憎水剂以及10~15%的碳酸镁。

7.根据权利要求6所述的抗裂增强型水泥，其特征在于，所述纤维素醚为乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种。

8.根据权利要求6所述的抗裂增强型水泥，其特征在于，所述消泡剂为聚醚类消泡剂。

9.根据权利要求6所述的抗裂增强型水泥，其特征在于，所述憎水剂为甲基硅酸钠憎水剂。

10.一种抗裂增强型水泥的制备方法，其特征在于，利用权利要求1~8中任一一种玻璃纤维复合水泥的原料进行制备，其生产流程包括：

S1、将上述重量份数的水泥熟料、矿渣、粉煤灰、氟石膏、石英砂混合、粉碎后在900~1100℃的温度条件下煅烧3~5h后得到半成品水泥；

S2、将半成品水泥放入搅拌桶中，加入水、增强材料以及助剂进行高速搅拌，搅拌速率为800～1000rpm，时间为30～45min，将搅拌完成后的混合料在温度110～130℃的条件下热风干燥20～30min后，再粉碎至粉末状，得到成品水泥。