CN111848070A - 一种铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆，由以下重量份数的原料制备而成：石英砂52‑56份、铝酸盐水泥38‑40份、水12‑14份、减水剂0.02‑0.08份、消泡剂0.01‑0.04份、缓凝剂0.02‑0.08份、可分散乳胶粉0.05‑0.1份、早强剂0.01‑0.04份、稳定剂0.2‑0.4份。本发明铸管内衬铝酸盐水泥砂浆可用于夏季高温环境下铸管内衬施工使用，对施工时间、内衬成型强度均有明显改善，能够提高铸管内衬铝酸盐砂浆尤其在高温环境下的性能，降低铸铁管铝酸盐水泥砂浆内衬的缺陷率。

Description

一种铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆及其制备方法。
背景技术
球墨铸铁管具有强度高、韧性好、重量轻、耐压、抗震能力大、耐腐蚀、使用时间长、运输安装方便等优点，可广泛应用于冶金、化工、城建、城市供排水工程、煤气和输油管道等诸多工业及民用领域，尤其在给排水工程中，球墨铸铁管主导地位已经确立。
球墨铸铁管内衬主要为普通硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥内衬的成型工艺已经成熟。然而使用普通硅酸盐水泥砂浆内衬的污水管道在长期应用过程中面临着非常严重的腐蚀问题，污水管道主要是生物源硫酸腐蚀，普通硅酸盐的水化产物氢氧化钙在弱酸环境中很容易被分解，造成内衬的腐蚀和破坏。铝酸盐水泥产品因其不溶于弱酸、中和酸能力强、能抑制硫杆菌繁殖生长及耐磨等特性，可以有效抵抗污水管网里的生物源硫酸腐蚀，因此逐渐被应用于铸铁管道内衬。
由于在铸铁管应用中铝酸盐水泥没有成熟的工艺技术支撑，铸铁管内衬砂浆为离心成型，离心过程中会出现分层现象，内衬截面物料分布不均匀，对铝酸盐砂浆的物理性能会造成影响，且铝酸盐水化机理和性能与普通硅酸盐水泥不同，应用中存在许多问题。砂浆内衬在离心成型养护后，存在表层起皮、粘结力差、裂纹、强度低等缺陷。尤其在夏季气温较高环境下，由于铝酸盐水泥的水化速度加快,造成砂浆工作时间凝结及强度达不到标准，使球墨铸铁管的铝酸盐水泥砂浆内衬缺陷率大幅提升。
目前，球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆的性能未有较多的研究，其施工工艺也无成熟的标准化制度大多处于试验摸索。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆及其制备方法，能够提高铸管内衬铝酸盐砂浆尤其在高温环境下的性能，降低铸铁管铝酸盐水泥砂浆内衬的缺陷率。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆，由以下重量份数的原料制备而成：石英砂52-56份、铝酸盐水泥38-40份、水12-14份、减水剂0.02-0.08份、消泡剂0.01-0.04份、缓凝剂0.02-0.08份、可分散乳胶粉0.05-0.1份、早强剂0.01-0.04份、稳定剂0.2-0.4份。
优选的，所述铝酸盐水泥的物相及化学成分重量含量为：
Figure BDA0002625188900000021
采用的铝酸盐水泥中，CA/CA2的组成比由约为1～2，在水泥水化过程中一方面可以抑制减缓水泥水化产物C3AH6的形成，防止高温环境下凝结时间过短影响砂浆施工成型，另一方面会形成更多的AH3铝胶，减缓了水泥水化收缩过快造成的气孔率增加，提高了水泥水化致密度和抗侵蚀能力。CA2物相的增加进一步降低了水泥水化产物中Ca(OH)2的存在，进一步提高抗污水侵蚀能力。
优选的，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，具体为聚乙二醇甲基丙烯酸酯。减水剂的加入和特种铝酸盐水泥会造成砂浆成型后早期强度形成变慢，通过引入碳酸锂或氢氧化锂，提高砂浆成型后早期强度，提高粘结强度降低磨脱。
优选的，所述消泡剂为聚醚改性有机硅。通过添加消泡剂，可以排除添加剂的引入及离心成型工艺在砂浆内部的气泡，提高砂浆成型致密度。
优选的，所述缓凝剂为酒石酸、磷酸盐和硼酸中任意一种或两种的混合。通过添加特定量的缓凝剂和减水剂降低溶液中晶胚生成速度，控制水化和硬化过程，使铝酸盐水泥砂浆在高温环境下具有良好的施工时间，另外，铸管内衬离心成型会使水泥和水在表层比例增加，表层砂浆水灰比和水泥含量增高，减水剂可降低砂浆水灰比，防止表层水灰比过高造成内衬强度不够或磨脱现象。
优选的，所述可分散乳胶粉为醋酸乙烯酯-乙烯共聚物。可分散乳胶在干燥后砂浆内形成聚合膜，可以提高砂浆的强度、粘结性和防水性。
优选的，所述早强剂为锂盐，优选为碳酸锂和/或氢氧化锂。早强剂的主要作用在于加速水泥水化速度，促进混凝土早期强度的发展，既具有早强功能，又具有一定减水增强功能。
优选的，所述稳定剂为纤维素醚和淀粉醚的混合物。添加合适的纤维素醚和淀粉醚调整稠性减弱离心成型骨浆分离对内衬材料的性能影响，另外纤维素醚可以增加保水性能改善砂浆粘结性能和强度，防止分层离析。
本发明还涉及一种球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆的制备方法，包括下列步骤：
(1)按照上述配比选取原料，将铝酸盐水泥与各添加剂在混料机中混合均匀；
(2)将石英砂与步骤(1)所得的粉料在搅拌机中搅拌1分钟，再加入水调整砂浆稠度，继续搅拌3-5分钟即得本发明的铝酸盐砂浆。
本发明的有益效果在于：
本发明的水泥砂浆可以改善铸管内衬铝酸盐水泥砂浆在高温环境下施工问题，提高砂浆内衬强度及耐久性。本发明中的水泥砂浆具有耐高温、结构强度高的优点，解决了城市排水管道铸铁管砂浆内衬成型过程中易形成缺陷及普通硅酸盐水泥砂浆易被污水腐蚀经常修补的问题。
本发明中的水泥砂浆制备方法通过改变水泥砂浆的配料、控制铝酸盐水泥熟料中物相形成，并加入添加剂，得到高温施工且性能良好的铸铁内衬用铝酸盐水泥砂浆，使水泥的水化成型可控。
本发明所制得的产品与普通的水泥砂浆在相同条件下性能对比，结果显示本发明铸铁管道内衬用铝酸盐水泥砂浆的物理化学性能有明显提高。有效提高了砂浆在高温环境下的可工作时间，配合组分中各种添加剂的综合作用，使砂浆具有高温作业时间无凝结、粘结强度高、耐腐蚀的性能。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。
实施例1：一种球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆，由以下重量份数的原料制备而成：石英砂54份、铝酸盐水泥40份、水12-14份、聚乙二醇甲基丙烯酸酯0.06份、聚醚改性有机硅0.02份、酒石酸0.04份、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物0.07份、碳酸锂0.03份、纤维素醚0.15份、淀粉醚0.05份。
制备方法具体包括以下步骤:
(1)先将以上份量的铝酸盐水泥与各添加剂在混料机中混合均匀；(2)将石英砂与步骤(1)的粉料在搅拌机中搅拌1分钟，加入水12-14份调整砂浆稠度，继续搅拌3-5分钟即得本发明的铝酸盐砂浆。
参照《聚合物水泥防水砂浆》JC/T984-2011中的检测方法，模拟高温施工环境，使用成型养护条件为38℃，对实施例1中的砂浆性能进行测试，所得砂浆性能为：初凝时间72min，终凝时间94min；1天抗折强度6.2MPa，耐压强度53.9MPa；3天抗折强度7.3MPa，耐压强度62.7MPa；28天干缩率-0.061％；28天拉拔强度6.3MPa；28天抗铝酸盐侵蚀系数1.01。
实施例2：一种球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆，由以下重量份数的原料制备而成：石英砂56份、铝酸盐水泥38份、水12-14份、聚乙二醇甲基丙烯酸酯0.08份、聚醚改性有机硅0.03份、酒石酸0.03份、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物0.1份、碳酸锂0.04份、纤维素醚0.2份、淀粉醚0.1份。
制备方法具体包括以下步骤:
(1)先将以上份量的铝酸盐水泥与各添加剂在混料机中混合均匀；(2)将石英砂与步骤(1)的粉料在搅拌机中搅拌1分钟，加入水12-14份调整砂浆稠度，继续搅拌3-5分钟即得本发明的铝酸盐砂浆。
参照《聚合物水泥防水砂浆》JC/T984-2011中的检测方法，模拟高温施工环境，使用成型养护条件为38℃，对实施例2中的砂浆性能进行测试，所得砂浆性能为：初凝时间83min，终凝时间102min；1天抗折强度6.9MPa，耐压强度56.1MPa；3天抗折强度8.3MPa，耐压强度67.7MPa；28天干缩率-0.059％；28天拉拔强度5.8MPa；28天抗铝酸盐侵蚀系数1.03。
比较例3：普通铸管内衬铝酸盐水泥砂浆，它包括以下重量份数的原料：石英砂56份、铝酸盐水泥(CA50)40份、水16份。
制备方法具体包括以下步骤:
将以上份量的铝酸盐水泥与石英砂在搅拌机中搅拌，加入水16份，继续搅拌3-5分钟即得普通铸管内衬铝酸盐砂浆。
参照《聚合物水泥防水砂浆》JC/T984-2011中的检测方法，模拟高温施工环境，使用成型养护条件为38℃，对比较例3中的砂浆性能进行测试，所得砂浆性能为：初凝时间31min，终凝时间57min；1天抗折强度4.8MPa，耐压强度33.4MPa；3天抗折强度6.2MPa，耐压强度41.8MPa；28天干缩率-0.089％；28天拉拔强度4.61MPa；28天抗铝酸盐侵蚀系数1.01。
实施例1和实施例2在38℃的凝结时间均可以满足施工要求，比较例3凝结时间较短，易造成施工时间不足砂浆提前凝结；实施例1和实施例2的强度及收缩均明显优于比较例3，采用实施例1和实施例2中水泥砂浆的内衬成型会有更高的成型强度，减少了出现内衬磨脱及裂纹的风险，由于铝酸盐水泥耐腐蚀特性，实施例1和实施例2的内衬抗污水酸腐蚀均有较好的表现，明显优于对比例3。
由实施例和对比例之间的比较可知，本发明的铸管内衬铝酸盐水泥砂浆可用于夏季高温环境下铸管内衬施工使用，对施工时间、内衬成型强度均有明显改善。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (9)

1.一种球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：石英砂52-56份、铝酸盐水泥38-40份、水12-14份、减水剂0.02-0.08份、消泡剂0.01-0.04份、缓凝剂0.02-0.08份、可分散乳胶粉0.05-0.1份、早强剂0.01-0.04份、稳定剂0.2-0.4份。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆，其特征在于，所述铝酸盐水泥的物相及化学成分重量含量为：
Figure FDA0002625188890000011
3.根据权利要求1所述的球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，具体为聚乙二醇甲基丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆，其特征在于，所述消泡剂为聚醚改性有机硅。
5.根据权利要求1所述的球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆，其特征在于，所述缓凝剂为酒石酸、磷酸盐和硼酸中任意一种或两种的混合。
6.根据权利要求1所述的球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆，其特征在于，所述可分散乳胶粉为醋酸乙烯酯-乙烯共聚物。
7.根据权利要求1所述的球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆，其特征在于，所述早强剂为锂盐，优选为碳酸锂和/或氢氧化锂。
8.根据权利要求1所述的球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆，其特征在于，所述稳定剂为纤维素醚和淀粉醚的混合物。
9.一种球墨铸铁管内衬用铝酸盐水泥砂浆的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)按照权利要求1中的配比选取原料，将铝酸盐水泥与各添加剂在混料机中混合均匀；
(2)将石英砂与步骤(1)所得的粉料在搅拌机中搅拌1分钟，再加入水调整砂浆稠度，继续搅拌3-5分钟即得本发明的铝酸盐砂浆。
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