CN111807779A - 高强度耐水土体固结剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及高强度耐水土体固结剂，包括硅酸盐水泥、复合超细微粉、速凝剂、高分子纤维素、改性聚丙烯和无碱玻璃纤维。与现有技术相比，本发明提出的高强度耐水土体固结剂，将土壤固结后的固化产物具有较大的毛体积密度，进一步了促进复合超细微粉参与水化反应复合；超细微粉和无碱玻璃纤维的掺入在水泥固结土内部发挥填充效应，降低水泥固结土的渗透性，改善了水泥固结土的干缩性能，高分子纤维素和改性聚丙烯的掺入可有效缓解和降低水泥固结土的腐蚀速度，抑制、阻止和延缓钢筋锈蚀的电化学反应，从而延长水泥固结土结构的使用寿命，后期强度稳定发展，且随着龄期增长，其增长率也明显优于普通固结土。

Description

高强度耐水土体固结剂
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及高强度耐水土体固结剂。
背景技术
混凝土，是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，按照胶凝材料可分为无机胶凝材料混凝土和有机胶凝材料混凝土，无机胶凝材料混凝土包括石灰硅质胶凝材料混凝土、硅酸盐水泥系混凝土、钙铝水泥系混凝土、石膏混凝土、镁质水泥混凝土、硫磺混凝土、水玻璃氟硅酸钠混凝土和金属混凝土等，有机胶凝材料混凝土主要有沥青混凝土和聚合物水泥混凝土、树脂混凝土、聚合物浸渍混凝土等。
长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程，在海洋附近的建筑工程和盐渍地区的建筑工程中，经过较长时间的积累，混凝土孔隙中盐溶液浓缩，加快了对水泥的化学腐蚀，同时盐类在孔隙中结晶膨胀，会导致水泥制成的混凝土建筑物膨胀开裂，严重影响了建筑物的安全性和使用寿命。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高强度耐水土体固结剂，可以实现改变混凝土建筑物的内部组成，降低混凝土的渗透性，从而阻隔化学离子对混凝土的化学腐蚀，提高混凝土建筑物的安全性和使用寿命。
本发明采用的技术方案如下：
高强度耐水土体固结剂，关键在于包括以下重量份的原料：硅酸盐水泥50-82份、复合超细微粉17-38份、速凝剂2-9份、高分子纤维素10-16份、改性聚丙烯21-24份、无碱玻璃纤维6-10份；
所述复合超细微粉由质量比为(20-30)：(10-22)：(10-15)：(5-8)：(12-18)：(40-60)的矿渣微粉、粉煤灰、脱硫石膏、偏高岭土、煤矸石和聚二甲基硅氧烷制成。
优选的，所述复合超细微粉的料粒径D50达到8μm以下，粒径D95达到20μm以下，比表面积为850～900m2/kg。
优选的，所述改性聚丙烯采用如下方法制备：将质量体积比为(0.5-6)g：(2-9)g：100ml的4-羟基-2-丁酮、三乙胺和丁酮投入反应釜中，边搅拌边滴加质量浓度为(150-200)g/L的β-苯基丙烯酰氯的乙醚溶液，滴完后反应2-5h，将反应产物过滤，用乙醚洗涤，收集滤液，再用质量分数为5％的NaOH溶液洗涤滤液，然后用去离子水洗涤，最后用乙醚萃取，蒸发溶剂，将产物在60℃的真空中干燥直至恒重，得到改性剂；将质量比为(0.5-1.8)：(1-5)100的改性剂、过氧化二异丙苯和聚丙烯树脂投入反应釜中，在70℃下交联反应15-20h，制得改性聚丙烯树脂。
优选的，所述高分子纤维素为质量比为5：(2-12)的羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇纤维。
优选的，所述高分子纤维素的粘度为15-20万mPa.s。
优选的，所述硅酸盐水泥是由硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥混合而成的复配水泥，硫铝酸盐水泥占水泥总质量的7～9％，余量为普通硅酸盐水泥。
优选的，所述无碱玻璃纤维为直径：9～13μm，长度：30～50μm的粉末。
优选的，所述速凝剂是由质量比为1：1：0.8的铝酸钠、碳酸钠和氧化钙配制而成。
与现有技术相比，本发明提出的高强度耐水土体固结剂，将土壤固结后的固化产物具有较大的毛体积密度，力学、耐久性能优于采用水泥或二灰固结的产物，其硬化水泥浆中的Ca(OH)2和二次水化形成的氢氧化钙对复合超细微粉具有碱激发的作用，进一步了促进复合超细微粉参与水化反应复合；超细微粉和无碱玻璃纤维的掺入在水泥固结土内部发挥填充效应，促使混凝土结构变得更加致密，降低水泥固结土的渗透性，改善了水泥固结土的干缩性能，高分子纤维素和改性聚丙烯的掺入可有效缓解和降低水泥固结土的腐蚀速度，便于在钢筋表面形成致密的保护层，当有害离子侵入混凝土中，抑制、阻止和延缓钢筋锈蚀的电化学反应，从而延长水泥固结土结构的使用寿命，后期强度稳定发展，且随着龄期增长，其增长率也明显优于普通固结土，本发明的抗压强度F7d≥21MPa，F28d≥48.5Mpa；抗折强度F7d≥4MPa，F28d≥7Mpa；28天干缩率不大于0.1％。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附表和具体实施方式对本发明作详细说明。
实施例1
硅酸盐水泥50份、复合超细微粉17份、速凝剂2份、高分子纤维素10份、改性聚丙烯21份、无碱玻璃纤维6份；所述复合超细微粉由质量比为20：10：10：5：12：40的矿渣微粉、粉煤灰、脱硫石膏、偏高岭土、煤矸石和聚二甲基硅氧烷制成，其料粒径D50达到8μm以下，粒径D95达到20μm以下，比表面积为850～900m2/kg；
其中，高分子纤维素为质量比为5：2的羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇纤维；所述硅酸盐水泥是由硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥混合而成的复配水泥，硫铝酸盐水泥占水泥总质量的7～9％，余量为普通硅酸盐水泥；所述无碱玻璃纤维为直径：9～13μm，长度：30～50μm的粉末；所述速凝剂是由质量比为1：1：0.8的铝酸钠、碳酸钠和氧化钙配制而成；所述改性聚丙烯采用如下方法制备：将质量体积比为0.5g：2g：100ml的4-羟基-2-丁酮、三乙胺和丁酮投入反应釜中，边搅拌边滴加质量浓度为150g/L的β-苯基丙烯酰氯的乙醚溶液，滴完后反应2-5h，将反应产物过滤，用乙醚洗涤，收集滤液，再用质量分数为5％的NaOH溶液洗涤滤液，然后用去离子水洗涤，最后用乙醚萃取，蒸发溶剂，将产物在60℃的真空中干燥直至恒重，得到改性剂；将质量比为0.5：1：100的改性剂、过氧化二异丙苯和聚丙烯树脂投入反应釜中，在70℃下交联反应15-20h制得。
实施例2
硅酸盐水泥82份、复合超细微粉38份、速凝剂9份、高分子纤维素16份、改性聚丙烯24份、无碱玻璃纤维10份；所述复合超细微粉由质量比为30：22：15：8：18：60的矿渣微粉、粉煤灰、脱硫石膏、偏高岭土、煤矸石和聚二甲基硅氧烷制成，其料粒径D50达到8μm以下，粒径D95达到20μm以下，比表面积为850～900m2/kg；
其中，高分子纤维素为质量比为5：12的羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇纤维；所述硅酸盐水泥是由硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥混合而成的复配水泥，硫铝酸盐水泥占水泥总质量的7～9％，余量为普通硅酸盐水泥；所述无碱玻璃纤维为直径：9～13μm，长度：30～50μm的粉末；所述速凝剂是由质量比为1：1：0.8的铝酸钠、碳酸钠和氧化钙配制而成；所述改性聚丙烯采用如下方法制备：将质量体积比为6g：9g：100ml的4-羟基-2-丁酮、三乙胺和丁酮投入反应釜中，边搅拌边滴加质量浓度为200g/L的β-苯基丙烯酰氯的乙醚溶液，滴完后反应2-5h，将反应产物过滤，用乙醚洗涤，收集滤液，再用质量分数为5％的NaOH溶液洗涤滤液，然后用去离子水洗涤，最后用乙醚萃取，蒸发溶剂，将产物在60℃的真空中干燥直至恒重，得到改性剂；将质量比为1.8：5：100的改性剂、过氧化二异丙苯和聚丙烯树脂投入反应釜中，在70℃下交联反应15-20h制得。
实施例3
硅酸盐水泥65份、复合超细微粉20份、速凝剂6份、高分子纤维素13份、改性聚丙烯22份、无碱玻璃纤维8份；所述复合超细微粉由质量比为22：12：12：6：15：45的矿渣微粉、粉煤灰、脱硫石膏、偏高岭土、煤矸石和聚二甲基硅氧烷制成，其料粒径D50达到8μm以下，粒径D95达到20μm以下，比表面积为850～900m2/kg；
其中，高分子纤维素为质量比为5：8的羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇纤维；所述硅酸盐水泥是由硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥混合而成的复配水泥，硫铝酸盐水泥占水泥总质量的7～9％，余量为普通硅酸盐水泥；所述无碱玻璃纤维为直径：9～13μm，长度：30～50μm的粉末；所述速凝剂是由质量比为1：1：0.8的铝酸钠、碳酸钠和氧化钙配制而成；所述改性聚丙烯采用如下方法制备：将质量体积比为2g：5g：100ml的4-羟基-2-丁酮、三乙胺和丁酮投入反应釜中，边搅拌边滴加质量浓度为200g/L的β-苯基丙烯酰氯的乙醚溶液，滴完后反应2-5h，将反应产物过滤，用乙醚洗涤，收集滤液，再用质量分数为5％的NaOH溶液洗涤滤液，然后用去离子水洗涤，最后用乙醚萃取，蒸发溶剂，将产物在60℃的真空中干燥直至恒重，得到改性剂；将质量比为1.0：2：100的改性剂、过氧化二异丙苯和聚丙烯树脂投入反应釜中，在70℃下交联反应15-20h制得。
实施例4
硅酸盐水泥77份、复合超细微粉28份、速凝剂4份、高分子纤维素15份、改性聚丙烯23份、无碱玻璃纤维8份；所述复合超细微粉由质量比为28：17：12：8：16：55的矿渣微粉、粉煤灰、脱硫石膏、偏高岭土、煤矸石和聚二甲基硅氧烷制成，其料粒径D50达到8μm以下，粒径D95达到20μm以下，比表面积为850～900m2/kg；
其中，高分子纤维素为质量比为5：10的羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇纤维；所述硅酸盐水泥是由硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥混合而成的复配水泥，硫铝酸盐水泥占水泥总质量的7～9％，余量为普通硅酸盐水泥；所述无碱玻璃纤维为直径：9～13μm，长度：30～50μm的粉末；所述速凝剂是由质量比为1：1：0.8的铝酸钠、碳酸钠和氧化钙配制而成；所述改性聚丙烯采用如下方法制备：将质量体积比为5g：8g：100ml的4-羟基-2-丁酮、三乙胺和丁酮投入反应釜中，边搅拌边滴加质量浓度为180g/L的β-苯基丙烯酰氯的乙醚溶液，滴完后反应2-5h，将反应产物过滤，用乙醚洗涤，收集滤液，再用质量分数为5％的NaOH溶液洗涤滤液，然后用去离子水洗涤，最后用乙醚萃取，蒸发溶剂，将产物在60℃的真空中干燥直至恒重，得到改性剂；将质量比为1.2：3：100的改性剂、过氧化二异丙苯和聚丙烯树脂投入反应釜中，在70℃下交联反应15-20h制得。
对比例1
选用普通水泥(标号P.O.425)
对比例2
选用二灰(石灰粉煤灰的混合物，商品二灰混合物)
将实施例和对比例进行性能测试，所有对比试验数据如下表所示。
抗折强度试验：采用GB/T50082标准；
抗压强度试验：按照GB/T 50081-2002标准；
干缩率试验：采用GB/T50082标准。
土样回弹模量试验：采用10％固结剂去固化土体，选用《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51～2009)的顶面法进行；
土样侧限抗压强度试验：采用10％固结剂去固化土体，用静压法成型10cm*10cm的圆柱形试块。首先进行7天无侧限抗压强度试验。对成型好的试件进行标准养护6d，浸水养护24h，测试各试件的无侧限抗压强度，进行28天和90天无侧限抗压强度试验。对成型好的试件进行标准养护27d和89d，浸水养护24h，测试各试件的无侧限抗压强度。
Figure BDA0002531346480000071
Figure BDA0002531346480000081
参见上表中的数据，与采用水泥固化和二灰固化相比，本发明固结土壤在28d抗压强度和无侧限抗压强度上有了明显的增加。相反对比例中的试验数据出现了一定程度的下降。说明采用了本发明的固结剂所制备的固结土在很长的一段时间会保持力学性能的持续增长。本发明显著增强固化产物的抗压回弹模量和无侧限抗压强度，且相比普通固结材料，具有更长的力学性能增长时间。
最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.高强度耐水土体固结剂，其特征在于包括以下重量份的原料：硅酸盐水泥50-82份、复合超细微粉17-38份、速凝剂2-9份、高分子纤维素10-16份、改性聚丙烯21-24份、无碱玻璃纤维6-10份；
所述复合超细微粉由质量比为(20-30)：(10-22)：(10-15)：(5-8)：(12-18)：(40-60)的矿渣微粉、粉煤灰、脱硫石膏、偏高岭土、煤矸石和聚二甲基硅氧烷制成。
2.根据权利要求1所述的高强度耐水土体固结剂，其特征在于：所述复合超细微粉的料粒径D50达到8μm以下，粒径D95达到20μm以下，比表面积为850～900m2/kg。
3.根据权利要求1所述的高强度耐水土体固结剂，其特征在于：所述改性聚丙烯采用如下方法制备：将质量体积比为(0.5-6)g：(2-9)g：100ml的4-羟基-2-丁酮、三乙胺和丁酮投入反应釜中，边搅拌边滴加质量浓度为(150-200)g/L的β-苯基丙烯酰氯的乙醚溶液，滴完后反应2-5h，将反应产物过滤，用乙醚洗涤，收集滤液，再用质量分数为5％的NaOH溶液洗涤滤液，然后用去离子水洗涤，最后用乙醚萃取，蒸发溶剂，将产物在60℃的真空中干燥直至恒重，得到改性剂；将质量比为(0.5-1.8)：(1-5)：100的改性剂、过氧化二异丙苯和聚丙烯树脂投入反应釜中，在70℃下交联反应15-20h，制得改性聚丙烯。
4.根据权利要求1所述的高强度耐水土体固结剂，其特征在于：所述高分子纤维素为质量比为5：(2-12)的羟丙基甲基纤维素和聚乙烯醇纤维。
5.根据权利要求1所述的高强度耐水土体固结剂，其特征在于：所述高分子纤维素的粘度为15-20万mPa.s。
6.根据权利要求1所述的高强度耐水土体固结剂，其特征在于：所述硅酸盐水泥是由硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥混合而成的复配水泥，硫铝酸盐水泥占水泥总质量的7～9％，余量为普通硅酸盐水泥。
7.根据权利要求1所述的高强度耐水土体固结剂，其特征在于：所述无碱玻璃纤维为直径：9～13μm，长度：30～50μm的粉末。
8.根据权利要求1所述的高强度耐水土体固结剂，其特征在于：所述速凝剂是由质量比为1：1：0.8的铝酸钠、碳酸钠和氧化钙配制而成。
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