CN114773011A - 一种基于工业固废的界面接缝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于工业固废的界面接缝材料及其制备方法，涉及建筑用界面接缝材料领域。按重量份计，原料包括矿渣硅酸盐水泥80‑130份，偏高岭土80‑130份，工业固废80‑130份，硅酸钠25‑35份，碱8‑12份，丙烯酸盐30‑36份，三乙烯基醚类化合物1‑3份，无机亚硫酸盐1‑3份，过硫酸盐1‑3份，减水剂3‑6份，水60‑80份。本发明基于工业固废的界面接缝材料适用于不同成分的混凝土界面，粘结性好，强度高，同时具有可泵送、快硬、早强、微膨胀、高延性的优点。本发明掺加了工业固废，提高了工业固废在建筑用接缝材料中的利用率，对于工业固废的循环再利用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及建筑用界面接缝材料领域，特别是涉及一种基于工业固废的界面接缝材料及其制备方法。
背景技术
在海洋环境中施工的混凝土结构，其模板采用掺加纤维的UHPC混凝土预制板，在施工完成后模板不进行拆除。因此在施工过程中需要向混凝土结构与模板之间注入工程用界面接缝材料，使混凝土结构与模板形成一体化，增加二者的界面粘结性以及腐蚀防护性能。
目前常用的建筑用界面接缝材料按成分进行分类，可以分为无机接缝材料和有机接缝材料两大类。无机接缝材料主要是水泥基接缝材料，有机接缝材料主要是丙烯酸盐类接缝材料。水泥基接缝材料制备工艺较简单、材料来源较广，但是其后期干缩性大、易开裂、无法起到长久填充和加固的目的。丙烯酸盐类接缝材料相较早期的丙烯酰胺化学接缝材料更加安全环保，且没有水泥基接缝材料后期干缩性大的缺陷，但是其强度较低、易氧化而发脆。
对于在海洋环境中施工的混凝土结构，其混凝土结构与模板之间注入用接缝材料，无论是水泥基接缝材料还是丙烯酸盐类接缝材料均不适用，这一方面是因为模板表面非常光滑，接缝材料不容易对其进行粘结，另一方面是因为混凝土结构与模板在成分上存在差异，接缝材料难以同时对两种不同成分的材料进行粘结。
因此，有必要开发一种适用于两种不同混凝土界面的早强型界面接缝材料。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于工业固废的界面接缝材料及其制备方法，对不同成分的混凝土界面具有良好的粘结性，能够适用于海洋环境建筑工程中混凝土结构与模板之间的注浆使用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明技术方案之一，一种基于工业固废的界面接缝材料，按重量份计，原料包括矿渣硅酸盐水泥80-130份，偏高岭土80-130份，工业固废80-130份，硅酸钠25-35份，碱8-12份，丙烯酸盐30-35份，三乙烯基醚类化合物1-3份，无机亚硫酸盐1-3份，过硫酸盐1-3份，减水剂3-6份，水60-80份；
所述工业固废为矿渣：炉渣：粉煤灰质量比＝30:30:40的混合物。
碱不仅起到激发偏高岭土、工业固废等无机材料形成地聚合物的作用，还起到促进界面接缝材料硬化的作用。
进一步地，按重量份计，原料包括矿渣硅酸盐水泥100份，偏高岭土100份，工业固废100份，硅酸钠30份，碱10份，丙烯酸盐30份，三乙烯基醚类化合物3份，无机亚硫酸盐3份，过硫酸盐3份，减水剂5份，水70份。
进一步地，所述矿渣硅酸盐水泥的标号为P·S·A 32.5；所述粉煤灰为I级粉煤灰。
进一步地，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾；所述丙烯酸盐为丙烯酸镁与丙烯酸钙质量比5:1的混合物。
进一步地，所述三乙烯基醚类化合物为三聚氰酸三乙烯酯或三羟基丙烷三乙烯基醚。
进一步地，所述无机亚硫酸盐为亚硫酸钠或亚硫酸钾。
进一步地，所述过硫酸盐为过硫酸钾或过硫酸钠。
进一步地，所述减水剂为氨基磺酸盐减水剂或聚羧酸减水剂。
本发明技术方案之二，上述基于工业固废的界面接缝材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按重量份准确称取所述矿渣硅酸盐水泥、偏高岭土、工业固废、减水剂、丙烯酸盐、三乙烯基醚类化合物和无机亚硫酸盐，混合均匀得到混合物料A；
步骤2，按重量份准确称取硅酸钠、碱和二分之一总量的水进行混合，得到混合物料B，立即将混合物料B加入到所述混合物料A中，得到混合物料C；
步骤3，按重量份准确称取过硫酸盐和剩余全部水混合均匀得到混合物料D，将所述混合物料D加入到所述混合物料C中拌合均匀即得到所述基于工业固废的界面接缝材料。
步骤2中将硅酸钠、碱和二分之一总量的水混合得到混合物料B后需要立即加入到混合物料A中，如果待混合物料B降温后再加入到混合物料A中会降低所制备的界面接缝材料的强度。
先将混合物料B加入到混合物料A中，能够对混合物料中的无机成分进行碱激发，形成地聚合物，之后将混合物料D加入到混合物料C中能够催化混合物料中的有机成分发生交联反应，形成三维网络结构，此时，地聚合物以及水泥成分均匀的分散于有机物形成三维网络结构，三者紧密结合，形成高延性的界面接缝材料。
本发明所制备的界面接缝材料由于具有有机成分——水溶性的丙烯酸盐，因此具有很多的极性基团，能与硅酸盐混凝土中的Ca2+、Si4+等形成大量氢键和分子间作用力，产生物理吸附作用，同时还能够与混凝土表面的Ca2+、Al3+等离子发生络合反应，形成化学吸附；同时丙烯酸盐所形成的交联结构具有吸水溶胀的特点，能够赋予界面接缝材料微膨胀的特性；水泥作为无机胶凝材料能够与有机材料共同作用增强界面接缝材料对不同混凝土界面的粘结性；地聚合物穿插在有机材料的三维网络结构中，能够克服有机接缝材料强度低的缺陷，增强界面接缝材料的强度，同时能够促进界面接缝材料凝固以及固化金属离子，赋予界面接缝材料快硬、早强性能的同时更加环保、安全。
本发明公开了以下技术效果：
本发明基于工业固废的界面接缝材料适用于不同成分的混凝土界面，粘结性好，强度高，同时具有可泵送、快硬、早强、微膨胀、高延性的优点。同时，本发明基于工业固废的界面接缝材料中掺加了矿渣、炉渣和粉煤灰(工业固废)，提高了工业固废在建筑用接缝材料中的利用率，对于工业固废的循环再利用具有重要意义。
附图说明
图1为本发明测定粘结强度的“8”字型模具；
图2为本发明测试粘结强度所用的拉伸粘结强度试验机。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
本发明实施例所用原料如无特殊说明均自购买途径得到。
本发明实施例所用工业固废为矿渣：炉渣：粉煤灰质量比＝30:30:40的混合物。其中，粉煤灰为I级粉煤灰；矿渣比表面积大于700m2/kg；炉渣为火力发电厂排放的炉渣，是在锅炉燃烧室底部收集到的炉渣，主要含有氧化硅、氧化铝和氧化铁等成分。
本发明实施例所用矿渣硅酸盐水泥的标号为P·S·A 32.5。
本发明抗弯强度测试方法：将界面接缝材料采用机械成型方法在40mm×40mm×160mm三联试模中成型三点抗弯试件，1d后拆模移入标准养护箱中养护。
本发明抗压强度测试方法：将界面接缝材料采用机械成型方法在70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试模中成型抗压强度试件，1d后拆模移入标准养护箱中养护。
本发明粘结强度测试方法：根据《建筑砂浆基本性能试验方法标准》，粘结强度用“8”字型模具测量。试模：尺寸为78mm×22.5mm×22.5mm带底的“8”字型模具(如图1所示)，每组做三个试件；制作试件：将原材料包括水泥、硅灰、工业固废、砂、减水剂、石子、钢纤维等的UHPC混凝土或C40抗渗混凝土浇筑在带有中间隔片的“8”字型模具中，放在标准养护箱养护28d，取出“8”字型模具中一半基准试件放入“8”字型模具中，“8”字型模具另一边浇筑已配制的水泥胶砂材料；搅拌机搅拌；振动台振捣；将制作完成的带有试块试模静置1h，然后放入标准养护箱养护，养护1d后拆模，然后将试块分别编号，放入标准养护箱养护28d，养护箱基本特性为温度(18～22)℃，相对湿度为95％以上；每组试块测量三个强度值，若测得三个试块的强度值分别具有最大值、最小值和中间值时，分别用最大值或最小值与中间值做差，若差值与中间值的比值有一个大于15％时，则取中间值作为该试块的立方体抗折强度值；若分别用最大值和最小值与中间值做差，若差值与中间值的比值都大于15％时，则该组试验数据无效，重新做试块测量；若分别用最大值和最小值与中间值做差，若差值与中间值的比值都小于15％时，取三个试块数据的平均值作为该组试块的立方体抗折强度值(精确至0.1MPa)。界面接缝材料与UHPC混凝土的粘结强度记为粘结强度1；界面接缝材料与C40抗渗混凝土的粘结强度记为粘结强度2。
实施例1
按重量份准确称取原料：矿渣硅酸盐水泥100份，偏高岭土100份，工业固废100份，硅酸钠30份，氢氧化钠10份，丙烯酸镁25份，丙烯酸钙5份，三聚氰酸三乙烯酯3份，亚硫酸钠3份，过硫酸钠3份，聚羧酸减水剂5份，水70份。
制备方法：
步骤1，将上述重量份的矿渣硅酸盐水泥、偏高岭土、工业固废、聚羧酸减水剂、丙烯酸镁、丙烯酸钙、三聚氰酸三乙烯酯和亚硫酸钠，混合均匀得到混合物料A；
步骤2，将上述重量份的硅酸钠、氢氧化钠和35份的水进行混合，得到混合物料B，立即将混合物料B加入到混合物料A中，得到混合物料C；
步骤3，将上述重量份的过硫酸钠和35份的水混合均匀得到混合物料D，将混合物料D加入到混合物料C中拌合均匀即得到基于工业固废的界面接缝材料。
实施例2
按重量份准确称取原料：矿渣硅酸盐水泥80份，偏高岭土130份，工业固废130份，硅酸钠35份，氢氧化钠12份，丙烯酸镁30份，丙烯酸钙6份，三聚氰酸三乙烯酯2份，亚硫酸钠2份，过硫酸钠2份，聚羧酸减水剂6份，水80份。
制备方法：
步骤1，将上述重量份的矿渣硅酸盐水泥、偏高岭土、工业固废、聚羧酸减水剂、丙烯酸镁、丙烯酸钙、三聚氰酸三乙烯酯和亚硫酸钠，混合均匀得到混合物料A；
步骤2，将上述重量份的硅酸钠、氢氧化钠和40份的水进行混合，得到混合物料B，立即将混合物料B加入到混合物料A中，得到混合物料C；
步骤3，将上述重量份的过硫酸钠和40份的水混合均匀得到混合物料D，将混合物料D加入到混合物料C中拌合均匀即得到基于工业固废的界面接缝材料。
实施例3
按重量份准确称取原料：矿渣硅酸盐水泥130份，偏高岭土80份，工业固废80份，硅酸钠25份，氢氧化钾8份，丙烯酸镁25份，丙烯酸钙5份，三羟基丙烷三乙烯基醚1份，亚硫酸钾1份，过硫酸钾1份，氨基磺酸盐减水剂3份，水60份。
制备方法：
步骤1，将上述重量份的矿渣硅酸盐水泥、偏高岭土、工业固废、氨基磺酸盐减水剂、丙烯酸镁、丙烯酸钙、三羟基丙烷三乙烯基醚和亚硫酸钾，混合均匀得到混合物料A；
步骤2，将上述重量份的硅酸钠、氢氧化钾和30份的水进行混合，得到混合物料B，立即将混合物料B加入到混合物料A中，得到混合物料C；
步骤3，将上述重量份的过硫酸钾和30份的水混合均匀得到混合物料D，将混合物料D加入到混合物料C中拌合均匀即得到基于工业固废的界面接缝材料。
对比例1
与实施例1相同，区别仅在于，省略硅酸钠和氢氧化钠的添加。
对比例2
与实施例1相同，区别仅在于，省略丙烯酸镁和丙烯酸钙的添加。
对实施例1-3以及对比例1-2抗弯强度、抗压强度、粘结强度进行检测，结果如表1所示。
表1
由表1能够看出，省略硅酸钠和氢氧化钠的添加，对所制备的基于工业固废的界面接缝材料的强度影响较大，对于粘结强度的影响较小，这说明硅酸钠和氢氧化钠作为碱激发剂成功激发无机物料形成了地聚合物。而省略丙烯酸镁和丙烯酸钙的添加，对所制备的基于工业固废的界面接缝材料的强度影响较小，对于粘结强度的影响较大，这说明有机材料能够增强接缝材料的粘结性能，这与前面记载的有机材料的物理吸附以及化学吸附相吻合。并且，由表1还能够看出，本发明所制备的基于工业固废的界面接缝材料对表面光滑的掺加了纤维素醚的混凝土预制板表面以及表面光滑的C40抗渗混凝土结构表面均有较高的粘结强度，说明本发明制备的基于工业固废的界面接缝材料能够对两种不同成分的混凝土构件进行很好的粘结。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于工业固废的界面接缝材料，其特征在于，按重量份计，原料包括矿渣硅酸盐水泥80-130份，偏高岭土80-130份，工业固废80-130份，硅酸钠25-35份，碱8-12份，丙烯酸盐30-36份，三乙烯基醚类化合物1-3份，无机亚硫酸盐1-3份，过硫酸盐1-3份，减水剂3-6份，水60-80份；
所述工业固废为矿渣：炉渣：粉煤灰质量比＝30:30:40的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种基于工业固废的界面接缝材料，其特征在于，按重量份计，原料包括矿渣硅酸盐水泥100份，偏高岭土100份，工业固废100份，硅酸钠30份，碱10份，丙烯酸盐30份，三乙烯基醚类化合物3份，无机亚硫酸盐3份，过硫酸盐3份，减水剂5份，水70份。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于工业固废的界面接缝材料，其特征在于，所述矿渣硅酸盐水泥的标号为P·S·A 32.5；所述粉煤灰为I级粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的一种基于工业固废的界面接缝材料，其特征在于，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾；所述丙烯酸盐为丙烯酸镁与丙烯酸钙质量比5:1的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种基于工业固废的界面接缝材料，其特征在于，所述三乙烯基醚类化合物为三聚氰酸三乙烯酯或三羟基丙烷三乙烯基醚。
6.根据权利要求1所述的一种基于工业固废的界面接缝材料，其特征在于，所述无机亚硫酸盐为亚硫酸钠或亚硫酸钾。
7.根据权利要求1所述的一种基于工业固废的界面接缝材料，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸钾或过硫酸钠。
8.根据权利要求1所述的一种基于工业固废的界面接缝材料，其特征在于，所述减水剂为氨基磺酸盐减水剂或聚羧酸减水剂。
9.根据权利要求1所述的一种基于工业固废的界面接缝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按重量份准确称取所述矿渣硅酸盐水泥、偏高岭土、工业固废、减水剂、丙烯酸盐、三乙烯基醚类化合物和无机亚硫酸盐，混合均匀得到混合物料A；
步骤2，按重量份准确称取硅酸钠、碱和二分之一总量的水进行混合，得到混合物料B，立即将混合物料B加入到所述混合物料A中，得到混合物料C；
步骤3，按重量份准确称取过硫酸盐和剩余全部水混合均匀得到混合物料D，将所述混合物料D加入到所述混合物料C中拌合均匀即得到所述基于工业固废的界面接缝材料。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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