CN112279554B - 一种水泥外加剂及其制备方法及用于透水性地基防渗的复合水泥浆 - Google Patents
一种水泥外加剂及其制备方法及用于透水性地基防渗的复合水泥浆 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及一种水泥外加剂及其制备方法及用于透水性地基防渗的复合水泥浆，其包括如下重量份数的组分：速凝剂8‑12份；膨润土3‑6份；微胶囊A10‑14份；所述微胶囊A中芯材为聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂和壁材的重量比为4：（1‑2）。本申请具有在保持水泥浆强度不变情况下，提升水泥浆的流动性。
Description
技术领域
本申请属于围堰施工技术领域，尤其是涉及一种水泥外加剂及其制备方法及用于防渗的复合水泥浆。
背景技术
围堰是指在水利工程建设中，为建筑永久性水利设施修建的临时性围护结构，其作用是防止水和土进入建筑物的修建位置，以便在围堰内排水，开挖基坑，修筑建筑物。
对于河床坚实、透水性较小，并且流速小于3.0m/s的围堰施工环境，可以采用毛石、卵石和抛石进行堆石围堰或砼预制块围堰，堆石围堰或者砼预制围堰结构牢固、使用年限长，在施工过程中，需要对堆石或砼预制块的缝隙进行封堵，以防止水流从缝隙间流出。
现有的封堵技术通常采用高压旋喷灌浆工艺进行封堵，但常因水头压力高，流速快，渗流量大，浆液的扩散半径较大，浆液的扩散半径较大而导致灌浆材料流失，浪费较大，提高了施工成本。所以，通常需要在水泥浆中添加外加剂，使得水泥浆在高压泵送时具有一定的强度，从而减少水泥浆离开泵管后就被水流冲散。
但是，由于水泥浆具有一定的强度，导致泵管容易堵塞，影响缝隙封堵施工。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一为了在保持水泥浆强度不变情况下，提升水泥浆的流动性，本申请提供一种水泥外加剂；
本发明的目的二在于提供一种水泥外加剂的制备方法，其用于制备上述水泥外加剂；
本发明的目的三在于提供一种用于透水性地基防渗的复合水泥浆。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种水泥外加剂，包括如下重量份数的组分：速凝剂8-12份；膨润土3-6份；微胶囊A10- 14份；所述微胶囊A中芯材为聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂和壁材的重量比为4：(1- 2)。
通过采用上述技术方案，速凝剂的加入，能够加快水泥浆的水化反应，使得水泥浆呈凝胶状；同时速凝剂提高了水泥浆的凝固速度，当其注入水中后能够快速凝固，从而避免水泥浆被水冲散；
膨润土是一类吸水膨胀而形成触变性的凝胶矿物，在水中能释放出带电微粒，从而增大水泥浆的黏度。同时，利用膨润土的润滑性，粘结密封性，增稠性及胶凝性，使得水泥浆能够渗入堆石或砼预制块的缝隙之间进行封堵，从而避免围堰渗水的情况发生；
由于膨润土对聚羧酸减水剂具有较强的吸附性，通过以聚羧酸减水剂为芯材，在聚羧酸减水剂外包覆有壁材，避免聚羧酸减水剂被膨润土吸附，使得聚羧酸减水剂能够均匀分散在混凝土中，达到提高水泥浆流动性的效果。
优选的，所述壁材为乙基纤维素。
通过采用上述技术方案，乙基纤维素在水泥浆中能够增加水溶液的黏度，乙基纤维素使得水泥浆中自由水被约束，导致水泥粒子间的间隙得以保存，粒子间摩阻力减小，从而提高了水泥浆的粘稠度，改变了水泥浆的流变性。
优选的，所述微胶囊A的制备方法包括如下步骤：1)将乙基纤维素加入N,N二甲基环己胺中，搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到乙基纤维素溶液；2)将聚羧酸减水剂粉末加入乙基纤维素溶液中，搅拌至分散均匀；3)在搅拌速度保持不变的情况下，加入环己烷至步骤2)溶液中，使乙基纤维素从乙基纤维素溶液中析出，并包覆在聚羧酸减水剂的表面，制备成微胶囊悬浮液；4)对微胶囊悬浮液进行真空抽滤，得到滤饼，冷冻干燥后得到微胶囊A。
通过采用上述技术方案，用乙基纤维素将聚羧酸减水剂进行包裹，从而避免聚羧酸减水剂被膨润土吸附住，通过搅拌使得聚羧酸减水剂能够均匀分散在水泥浆中。
优选的，所述乙基纤维素、聚羧酸减水剂、N,N二甲基环己胺和环烷油重量比为1：(2-3)：(100-120)：(100-120)。
通过采用上述技术方案，控制乙基纤维素、聚羧酸减水剂、N,N二甲基环己胺和环烷油的重量比，能够使得乙基纤维素充分包裹在聚羧酸减水剂上。
优选的，所述N,N二甲基环己胺和环己烷的重量比为1：1。
通过采用上述技术方案，N,N二甲基环己胺和环己烷的用量相同，能够充分将乙基纤维素从乙基纤维素溶液中析出，控制环己烷用量，达到减少生产成本的目的。
优选的，所述速凝剂、膨润土和微胶囊A的重量比为1：0.8:1.2。
通过采用上述技术方案，根据实施例中实验数据可知，当速凝剂、膨润土和微胶囊A 的重量比为1：0.8:1.2时，水泥浆的流动性和强度均处于最优值。
优选的，所述速凝剂为水玻璃。
通过采用上述技术方案，水玻璃的加入，不仅能够起到快干的作用，而且能够使得水泥浆成型后混凝土具有良好的物理性能和较高的抗压强度；同时水玻璃可以作为固体粘结剂，使得水泥浆与堆石或砼预制块形成混凝土的强度更高。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：
一种水泥外加剂的制备方法，将相应重量份数的速凝剂、膨润土和微胶囊A混合搅拌，即可得到水泥外加剂。
通过采用上述技术方案，将水泥外加剂中速凝剂、膨润土和微胶囊A混合均匀，将其加入水泥浆内，能够便于水泥外加剂在水泥浆内进行分散，使其效果得到充分发挥。
为实现上述目的三，本发明提供了如下技术方案：
一种添加有如权利要求1-6的水泥外加剂的复合水泥浆，包括水泥浆和水泥外加剂，所述水泥浆和水泥外加剂的重量比为1000:(3-10)。
通过采用上述技术方案，加入水泥外加剂，使得水泥浆强度保持不变甚至有所提高的前提下，提高了水泥浆的流动性，使得水泥浆能够顺畅的通过泵管进行封堵。
优选的，水泥浆中水灰比为0.8。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.由于膨润土对聚羧酸减水剂具有较强的吸附性，通过以聚羧酸减水剂为芯材，在聚羧酸减水剂外包覆有壁材，避免聚羧酸减水剂被膨润土吸附，使得聚羧酸减水剂能够均匀分散在混凝土中，达到提高水泥浆流动性的效果；
2.通过壁材为乙基纤维素，乙基纤维素在水泥浆中能够增加水溶液的黏度，乙基纤维素使得水泥浆中自由水被约束，导致水泥粒子间的间隙得以保存，粒子间摩阻力减小，从而提高了水泥浆的粘稠度，改变了水泥浆的流变性；
3.通过水玻璃的加入，不仅能够起到快干的作用，而且能够使得水泥浆成型后混凝土具有良好的物理性能和较高的抗压强度；同时水玻璃可以作为固体粘结剂，使得水泥浆与堆石或砼预制块形成混凝土的强度更高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述。
下述实施例和制备例的原料来源如表1所示：
| 原料名称 | 原料来源地 |
| 速凝剂 | 唐山市古冶区世赫硅酸钠厂 |
| 膨润土 | 锦州金泰膨润土有限公司 |
| 聚羧酸减水剂 | 四川省世纪泓光科技有限公司 |
| 乙基纤维素 | 上海赫力思特化工有限公司 |
表1
制备例1：一种水泥外加剂，通过如下步骤制备获得：
1、微胶囊A的制备；
1)将1g乙基纤维素加入100gN,N二甲基环己胺中，搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到乙基纤维素溶液；
2)将2g聚羧酸减水剂粉末加入乙基纤维素溶液中，搅拌速率为300r/min下搅拌至分散均匀；
3)在40℃，搅拌速率为200r/min下，将100g环己烷缓慢加入步骤2)溶液中，使乙基纤维素从乙基纤维素溶液中析出，并包覆在聚羧酸减水剂的表面，制备成微胶囊悬浮液；
4)对微胶囊悬浮液进行真空抽滤，得到滤饼，冷冻干燥后得到微胶囊A；
2、水泥外加剂的制备；
依次将8g水玻璃、3g膨润土和10g微胶囊A加入搅拌机中，在搅拌速率为20r/min下搅拌均匀，得到水泥外加剂。
制备例2：一种水泥外加剂，通过如下步骤制备获得：
1、微胶囊A的制备；
1)将1g乙基纤维素加入110gN,N二甲基环己胺中，搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到乙基纤维素溶液；
2)将2.5g聚羧酸减水剂粉末加入乙基纤维素溶液中，搅拌速率为300r/min下搅拌至分散均匀；
3)在40℃，搅拌速率为200r/min下，将110g环己烷缓慢加入步骤2)溶液中，使乙基纤维素从乙基纤维素溶液中析出，并包覆在聚羧酸减水剂的表面，制备成微胶囊悬浮液；
4)对微胶囊悬浮液进行真空抽滤，得到滤饼，冷冻干燥后得到微胶囊A；
2、水泥外加剂的制备；
依次将10g水玻璃、4.5g膨润土和12g微胶囊A加入搅拌机中，在搅拌速率为20r/min下搅拌均匀，得到水泥外加剂。
制备例3：一种水泥外加剂，通过如下步骤制备获得：
1、微胶囊A的制备；
1)将1g乙基纤维素加入120gN,N二甲基环己胺中，搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到乙基纤维素溶液；
2)将3g聚羧酸减水剂粉末加入乙基纤维素溶液中，搅拌速率为300r/min下搅拌至分散均匀；
3)在40℃，搅拌速率为200r/min下，将120g环己烷缓慢加入步骤2)溶液中，使乙基纤维素从乙基纤维素溶液中析出，并包覆在聚羧酸减水剂的表面，制备成微胶囊悬浮液；
4)对微胶囊悬浮液进行真空抽滤，得到滤饼，冷冻干燥后得到微胶囊A；
2、水泥外加剂的制备；
依次将12g水玻璃、6g膨润土和14g微胶囊A加入搅拌机中，在搅拌速率为20r/min下搅拌均匀，得到水泥外加剂。
制备例4：一种水泥外加剂，通过如下步骤制备获得：
1、微胶囊A的制备；
1)将1g乙基纤维素加入120gN,N二甲基环己胺中，搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到乙基纤维素溶液；
2)将3g聚羧酸减水剂粉末加入乙基纤维素溶液中，搅拌速率为300r/min下搅拌至分散均匀；
3)在40℃，搅拌速率为200r/min下，将120g环己烷缓慢加入步骤2)溶液中，使乙基纤维素从乙基纤维素溶液中析出，并包覆在聚羧酸减水剂的表面，制备成微胶囊悬浮液；
4)对微胶囊悬浮液进行真空抽滤，得到滤饼，冷冻干燥后得到微胶囊A；
2、水泥外加剂的制备；
依次将10g水玻璃、8g膨润土和12g微胶囊A加入搅拌机中，在搅拌速率为20r/min下搅拌均匀，得到水泥外加剂。
制备例5：一种水泥外加剂，通过如下步骤制备获得：
1、微胶囊A的制备；
1)将1g乙基纤维素加入120gN,N二甲基环己胺中，搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到乙基纤维素溶液；
2)将3g聚羧酸减水剂粉末加入乙基纤维素溶液中，搅拌速率为350r/min下搅拌至分散均匀；
3)在40℃，搅拌速率为300r/min下，将120g环己烷缓慢加入步骤2)溶液中，使乙基纤维素从乙基纤维素溶液中析出，并包覆在聚羧酸减水剂的表面，制备成微胶囊悬浮液；
4)对微胶囊悬浮液进行真空抽滤，得到滤饼，冷冻干燥后得到微胶囊A；
2、水泥外加剂的制备；
依次将10g水玻璃、8g膨润土和12g微胶囊A加入搅拌机中，在搅拌速率为25r/min下搅拌均匀，得到水泥外加剂。
制备例6：一种水泥外加剂，通过如下步骤制备获得：
1、微胶囊A的制备；
1)将1g乙基纤维素加入120gN,N二甲基环己胺中，搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到乙基纤维素溶液；
2)将3g聚羧酸减水剂粉末加入乙基纤维素溶液中，搅拌速率为400r/min下搅拌至分散均匀；
3)在40℃，搅拌速率为400r/min下，将120g环己烷缓慢加入步骤2)溶液中，使乙基纤维素从乙基纤维素溶液中析出，并包覆在聚羧酸减水剂的表面，制备成微胶囊悬浮液；
4)对微胶囊悬浮液进行真空抽滤，得到滤饼，冷冻干燥后得到微胶囊A；
2、水泥外加剂的制备；
依次将10g水玻璃、8g膨润土和12g微胶囊A加入搅拌机中，在搅拌速率为30r/min下搅拌均匀，得到水泥外加剂。
实施例1-6，一种用于透水性地基防渗的复合水泥浆，包括水泥浆和制备例1-6中水泥外加剂，其中水泥浆和水泥外加剂的重量比为1000:3。
实施例7-12，一种用于透水性地基防渗的复合水泥浆，包括水泥浆和制备例1-6中水泥外加剂，其中水泥浆和水泥外加剂的重量比为1000:6。
实施例13-18，一种用于透水性地基防渗的复合水泥浆，包括水泥浆和制备例1-6中水泥外加剂，其中水泥浆和水泥外加剂的重量比为1000:10。
对比例1，一种水泥浆，包括水泥浆和水泥外加剂，其中水泥外加剂包括10g水玻璃、 8g膨润土。
对比例2，一种水泥浆，包括水泥浆和水泥外加剂，其中水泥外加剂包括10g水玻璃、 8g膨润土和12g聚羧酸减水剂。
水泥浆性能测试：
通过ANSI/API RP10B-2-2005固井水泥试验的推荐实施规程对实施例1-18和对比例1-2进行检测，结果如表2所示。
表2
参照表2，实施例1-18的强度略大于对比例1-2中水泥的强度，实施例1-18的流动性大于对比例1-2中水泥浆的流动性，说明本申请中制备的水泥浆强度略大于现有水泥浆强度的同时，提高了水泥浆的流动性，使得水泥浆能够从灌浆枪的出口流出。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种水泥外加剂，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
速凝剂 8-12份；
膨润土 3-6份；
微胶囊A 10-14份；
所述微胶囊A中芯材为聚羧酸减水剂，壁材为乙基纤维素，所述聚羧酸减水剂和壁材的重量比为4：（1-2）；
所述微胶囊A的制备方法包括如下步骤：
1）将乙基纤维素加入N,N二甲基环己胺中，搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到乙基纤维素溶液；
2）将聚羧酸减水剂粉末加入乙基纤维素溶液中，搅拌至分散均匀；
3）在搅拌速度保持不变的情况下，加入环己烷至步骤2）溶液中，使乙基纤维素从乙基纤维素溶液中析出，并包覆在聚羧酸减水剂的表面，制备成微胶囊悬浮液；
4）对微胶囊悬浮液进行真空抽滤，得到滤饼，冷冻干燥后得到微胶囊A；
微胶囊A中，所述乙基纤维素、聚羧酸减水剂、N,N二甲基环己胺和环己烷重量比为1：（2-3）：（100-120）：（100-120）。
2.根据权利要求1所述的水泥外加剂，其特征在于：所述N,N二甲基环己胺和环己烷的重量比为1：1。
3.根据权利要求1所述的一种水泥外加剂，其特征在于：所述速凝剂为水玻璃。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种水泥外加剂的制备方法，其特征在于：将相应重量份数的速凝剂、膨润土和微胶囊A混合搅拌，即可得到水泥外加剂。
5.一种添加有如权利要求1-3任一所述的水泥外加剂的复合水泥浆，其特征在于：包括水泥浆和水泥外加剂，所述水泥浆和水泥外加剂的重量比为1000:（3-10）。
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