CN113024136A - 水硬性胶凝组合物及水硬性胶凝剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及水硬性胶凝组合物及水硬性胶凝剂的制备方法，具体而言，所述水硬性胶凝组合物包括CaSO₄·1/2H₂O、CaSO₄、CaHPO₄·2H₂O、ZnSO₄和Ca(OH)₂；其中，所述CaSO₄·1/2H₂O+CaSO₄的总重量与CaHPO₄·2H₂O的重量比例即(CaSO₄·1/2H₂O+CaSO₄)/CaHPO₄·2H₂O为4～50。本申请能够有效的获取抗压强度适宜、粘结强度适宜、初凝时间长、终凝时间短的水硬性胶凝剂。

Description

水硬性胶凝组合物及水硬性胶凝剂的制备方法

技术领域

本申请涉及水硬性胶凝组合物及水硬性胶凝剂的制备方法，具体而言，尤其涉及一种CaSO₄基的水硬性胶凝组合物及水硬性胶凝剂的制备方法。

背景技术

水硬性胶凝组合物所使用的主体填料通常会采用例如CaCO₃、二水合硫酸钙、半水合硫酸钙；前两者为主体填料制成的水硬性胶凝组合物通常属于干燥型混合料；后者为主体填料制成的水硬性胶凝组合物通常属于凝固型混合料。干燥型混合料相比于凝固型混合料通常具有更多的收缩性，也因此导致，干燥型混合料较难获得光滑表面，同时也需要在涂层彻底干燥后才可施加其他的面层；这一点上来讲，凝固型混合料具有内在较低的收缩性，可允许凝固后再涂覆，允许更快的构建。

水泥属于水硬性胶凝材料中的一种，其并不是纯粹的石膏或CaCO₃单独作为主体填料，其大多是含有Ca、Si、Al、Fe等多种成分组成的混合料；但目前水硬性胶凝材料的研究更偏向于以石膏基，尤其是以半水合硫酸钙作为主体填料，再辅以其他辅助成分的混合料作为水硬性胶凝组合物。

例如在专利CN110668720A中，其公布的水硬性胶凝材料中，以石膏和石灰作为主体填料，所得水硬性胶凝材料的抗压强度可达到5.5～8.5MPa，布氏硬度可达1.0～2.0×10⁷Pa。

发明内容

本申请的目的在于提供一种水硬性胶凝组合物及水硬性胶凝剂的制备方法，其能够有效的获取抗压强度适宜、粘结强度适宜、初凝时间长、终凝时间短的水硬性胶凝剂，尤其是以半水合硫酸钙做主体填料之一的水硬性胶凝剂，其在实际应用中尤其是建筑施工中可以起到便于施工与造型、且粘结强度高的效果。

本申请所提供的第一种方案为：

水硬性胶凝组合物，所述水硬性胶凝组合物包括以下重量百分比的组分或由以下按重量百分比组成的成分：

70～85％的CaSO₄˙1/2H₂O；

2～25％的CaSO₄；

1～20％的CaHPO₄˙2H₂O；

1～5％的ZnSO₄；

1～5％的Ca(OH)₂；

其中，所述CaSO₄˙1/2H₂O+CaSO₄的总重量与CaHPO₄˙2H₂O的重量比例即(CaSO₄˙1/2H₂O+CaSO₄)/CaHPO₄˙2H₂O为4～50。

在上述方案的优选方案中，所述水硬性胶凝组合物还包括按重量百分比为0～2％的乳胶粉。

可选的，所述乳胶粉是聚乙二醇。

在上述方案的优选方案中，所述水硬性胶凝组合物还包括按重量百分比为0～0.5％的羧甲基丙基纤维素。

在上述方案的优选方案中，所述水硬性胶凝组合物还包括按重量百分比为0～0.5％的纳基膨润土。

在上述方案的优选方案中，所述水硬性胶凝组合物还包括按重量百分比为0～1％的聚羧酸减水剂。

可选的，所述聚羧酸减水剂是三聚磷酸三钠二钾。

在上述方案的优选方案中，所述水硬性胶凝组合物还包括按重量百分比为0.7～1％的有机硅憎水剂。

本申请还提供第二种方案，即水硬性胶凝剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将各成分CaSO₄˙1/2H₂O、CaSO₄、CaHPO₄˙2H₂O、ZnSO₄、Ca(OH)₂研磨至一定细度，按比例调配混合后，加热至50～60℃进行活化以获得相应的水硬性胶凝剂。

在上述方案的优选方案中，在活化后加入各项辅助成分并于50～60℃二次活化，以获得相应的水硬性胶凝剂。

本申请水硬性胶凝组合物及制备方法，采用特定的主体填料及相应配比，所得水硬性胶凝材料的抗压强度适宜、粘结强度适宜、初凝时间长、终凝时间短，其在实际应用中尤其是建筑施工中可以起到便于施工与造型、且粘结强度高的效果。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

本申请配方组分说明如下：

相比于现有技术，本申请采用的配方组分中涵盖有70～85％的CaSO₄˙1/2H₂O；2～25％的CaSO₄；1～20％的CaHPO₄˙2H₂O；1～5％的ZnSO₄；其中，所述CaSO₄˙1/2H₂O+CaSO₄的总重量与CaHPO₄˙2H₂O的重量比例即(CaSO₄˙1/2H₂O+CaSO₄)/CaHPO₄˙2H₂O为4～50。

在上述配方组分中，本申请配方中CaSO₄˙1/2H₂O起主体填料作用，即水硬性胶凝组合物在具体使用过程中所形成的主体胶凝部分；其成分上限为水硬性胶凝组合物总重量的85％，超过此上限，则所得水硬性胶凝剂初凝时间缩短；更优选的，CaSO₄˙1/2H₂O的上限还可以是84％、83％、82％、81％、80％。

另外，CaSO₄˙1/2H₂O的下限为水硬性胶凝组合物重量百分比的70％，低于此下限，则不利于水硬性胶凝剂的抗压强度维持；更优选的，CaSO₄˙1/2H₂O的下限还可以是71％、72％、73％、74％、75％。

在上述配方组分中，本申请配方中CaSO₄，即无水硫酸钙与前述半水合硫酸钙所起作用类似，同样是主体填料之一，但其成分上限为水硬性胶凝组合物总重量的25％，超过此上限，会更延长水硬性胶凝剂的初凝时间，且不利于水硬性胶凝剂的抗压强度维持。更优选的，该成分上限可进一步优选为23％、22％、20％、18％、15％、10％。

另外，CaSO₄的下限为水硬性胶凝组合物总重量的2％，低于此下限，会缩短水硬性胶凝剂的初凝时间。更优选的，该成分下限可进一步优选为5％、6％、7％、8％。

在上述配方组分中，组分之一的CaHPO₄˙2H₂O在一定程度上起到主体填料的作用，同时也在一定程度上可调节所得水硬性胶凝剂；该成分的上限选择为水硬性胶凝组合物总重量的20％，超过此上限，所得水硬性胶凝剂的抗压强度降低。更优选的，CaHPO₄˙2H₂O的上限还可以是18％、16％、15％、14％、12％、10％。

另外，CaHPO₄˙2H₂O的下限为水硬性胶凝组合物总重量的1％，低于此下限，不利于延长水硬性胶凝剂的初凝时间。更优选的，CaHPO₄˙2H₂O的下限还可以是2％、4％、5％、7％、8％。

在上述配方组分中，ZnSO₄作为助剂之一可以有效改善所得水硬性胶凝剂的各项性能，例如当其上限为水硬性胶凝组合物总重量的5％时，下限采用水硬性胶凝组合物总重量的1％时，可有效改善本申请配方的初凝时间和终凝时间；更优选的，所述上限还可选择是4.5％、4％、3％，所述下限还可选择是1.5％、2％。

在上述配方组分中，Ca(OH)₂作为助剂之一可以在本配方中有效改善抗压强度，其优选为水硬性胶凝组合物总重量的1～5％的范围。更优选的，所述上限还可选择是4.5％、4％、3％，所述下限还可选择是1.5％、2％。

本申请配方中成分CaSO₄˙1/2H₂O与成分CaSO₄的重量比，即CaSO₄˙1/2H₂O/CaSO₄可优选3～25；在此重量比范围内，可进一步调节所得水硬性胶凝剂的各项性能，尤其是抗压强度、初凝时间或终凝时间等。该重量比的上限还可选择是23、22、20、18、17、15、10，该重量比的下限还可选择是3.5、4、5、5.5、6。

CaSO₄˙1/2H₂O+CaSO₄的总重量与CaHPO₄˙2H₂O的重量比，即(CaSO₄˙1/2H₂O+CaSO₄)/CaHPO₄˙2H₂O可优选为4～50，在此重量比范围内，可进一步调节所得水硬性胶凝剂的各项性能，尤其是抗压强度、初凝时间或终凝时间等；该重量比的上限还可选择是48、45、40、37、35、30、25、20，该重量比的下限还可选择是5、7、10、13、15。

CaSO₄˙1/2H₂O的重量与ZnSO₄和Ca(OH)₂两者之和的总重量比，即CaSO₄˙1/2H₂O/(ZnSO₄+Ca(OH)₂)可优选为12～30；在此重量比范围内，可进一步调节所得水硬性胶凝剂的各项性能，尤其是抗压强度等。更优选的，重量比上限还可优选为28、25、23、20，下限还可优选为13、14、15、16。

另外，本申请配方在可选择或不影响本申请配方主要性能的前提下，还可选择添加其他各项辅助成分，例如添加所得水硬性胶凝剂总重量0～2％的乳胶粉(例如聚乙二醇)、和/或0～0.5％的羧甲基丙基纤维素、和/或0～0.5％的纳基膨润土、和/或0～1％的聚羧酸减水剂(例如三聚磷酸三钠二钾)、和/或0～1％的有机硅憎水剂。更优选可添加的比例为0.5～1％的乳胶粉(聚乙二醇)、和/或0.3～0.4％的羧甲基丙基纤维素、和/或0.3～0.4％的纳基膨润土、和/或0.6～0.7％的聚羧酸减水剂(三聚磷酸三钠二钾)、和/或0.7～1％的有机硅憎水剂。

本申请水硬性胶凝剂的制备说明如下：

本申请水硬性胶凝剂可以采用常规的制备方法，也可采用如下制备方法，即将各主体成分例如CaSO₄˙1/2H₂O、CaSO₄、CaHPO₄˙2H₂O、ZnSO₄、Ca(OH)₂研磨至一定细度后(例如过150μm筛网)，按比例调配混合后，加热至50～60℃进行活化，再加入各项辅助成分等并于50～60℃二次活化，以获得相应的水硬性胶凝剂。

所采用的制备设备等也可采用常规设备，同样也可采用例如导热床、烧制罐体等。

本申请所得水硬性胶凝剂的性能检测方法及各项性能说明如下：

抗压强度

在温度23±2℃，空气相对湿度为50±5％的环境条件下，称取1500±0.1g试样，按1000±0.1g加水，用料勺将料浆灌入预先装有一层脱模剂的试模内，试模充满后，将模子的两端分别抬起约10mm，突然使其落下，如此分别振动5此后用刮平刀刮平，待试件终凝后脱模。脱模后的试件在前述环境条件下静至24h，然后在40±2℃干燥箱中烘干至恒量(24h质量减少不大于1g即为恒量)，烘干后的试件应冷却至室温待用。抗压强度试验方法按GB/T17669.3-1999中第6章进行测定，但受压面积应为40.0mm×40.0mm，抗压强度按下式计算：

Rc＝P/Sc

式中：

Rc——抗压强度，单位为兆帕(MPa)；

P——破坏荷载，单位为牛顿(N)；

Sc——等于1600，承压面积，单位为平方毫米(mm²)。

试验结果计算精确至0.1MPa。

粘结强度

将成型框放在混凝土板成型面上，称取500±0.1g试样，按3:2重量比添加水支撑料浆，约330g水；将制备好的料浆导入成型框中，抹平，放置24h后出模，10个试件为一组。脱模后的试件在40±2℃干燥箱中烘干48h，取出试件并冷却至室温待用。用砂纸打磨表面的浮浆，然后用适宜的高强粘接剂将拉拔接头粘结在试样成型面上，继续放置24h后，用拉伸粘结强度试验机进行测定，拉伸粘结强度计算按下式计算：

P＝F/S

式中：

P——拉伸粘结强度，单位为兆帕(MPa)

F——最大破坏荷载，单位为牛顿(N)

S——等于2500，粘结面积，单位为平方毫米(mm²)

试验结果计算精确至0.01MPa，计算10个数据的平均值。

初凝时间和终凝时间

称取300±0.1g试样，搅拌过程加入180±0.1g水，将试样在5s内均匀撒入水中，搅拌机低速搅拌1min，得到均匀的石膏料浆。迅速将料浆导入环形试膜，捣实刮平，按GB/T17669.4-1999第7章进行测定，测定时间间隔为1min。

在上述检测方式下，将本申请配方按照以下表1～表2的各具体成分配比下进行检测，各成分均以水硬性胶凝组合物的重量百分比配制，所得检测结果可参考表3。

表1-数据单位/％

表2

上述实施例1-16在经过前述检测方式后，所得各项性能参数如下表。

表3

以上实施例1-16以及前述说明均清楚且完整的表明本申请所提供的水硬性胶凝组合物能够有效的获取抗压强度适宜、粘结强度适宜、初凝时间长、终凝时间短的水硬性胶凝剂，其在实际应用中尤其是建筑施工中可以起到便于施工与造型、且粘结强度高的效果。

本申请水硬性胶凝组合物所得水硬性胶凝剂在抗压强度上尤其可达到10～12MPa，在粘结强度上也可达到1.5～2MPa，同时其初凝时间可达到100～120min、终凝时间可达到80～90min，初凝/终凝的时间比可控制在1.15～1.48的范围。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.水硬性胶凝组合物，其特征在于：所述水硬性胶凝组合物包括以下重量百分比的组分：

70～85％的CaSO₄·1/2H₂O；

2～25％的CaSO₄；

1～20％的CaHPO₄·2H₂O；

1～5％的ZnSO₄；

1～5％的Ca(OH)₂；

其中，所述CaSO₄·1/2H₂O+CaSO₄的总重量与CaHPO₄·2H₂O的重量比例即(CaSO₄·1/2H₂O+CaSO₄)/CaHPO₄·2H₂O为4～50。

2.根据权利要求1所述的水硬性胶凝组合物，其特征在于，还包括按重量百分比为0～2％的乳胶粉。

3.根据权利要求1所述的水硬性胶凝组合物，其特征在于，还包括按重量百分比为0～0.5％的羧甲基丙基纤维素。

4.根据权利要求1所述的水硬性胶凝组合物，其特征在于，还包括按重量百分比为0～0.5％的纳基膨润土。

5.根据权利要求1所述的水硬性胶凝组合物，其特征在于，还包括按重量百分比为0～1％的聚羧酸减水剂。

6.根据权利要求1所述的水硬性胶凝组合物，其特征在于，还包括按重量百分比为0～1％的有机硅憎水剂。

7.水硬性胶凝剂的制备方法，其特征在于：所述将各成分CaSO₄·1/2H₂O、CaSO₄、CaHPO₄·2H₂O、ZnSO₄、Ca(OH)₂研磨至一定细度，按权1所述重量比例调配混合后，加热至50～60℃进行活化以获得相应的水硬性胶凝剂。