CN1283580C - 用环氧乳液改性水泥精细混凝土制作板材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用环氧乳液改性水泥精细混凝土制作板材的方法，应用该方法制作板材，在对水泥混凝土进行改性时，环氧能在水泥水化早期就交联、固化成膜，可使水泥精细混凝土形成环氧网络插层状结构，从而使板材的抗折强度、防水防渗透等功能可达到理想的设计要求。该方法是先按聚灰比为20∶100至45∶100、水灰比为33∶100的比例将环氧乳液及水掺入水泥、精细骨料、珍珠岩粉等中进行搅拌混合后，形成环氧水泥浆体；再将在水泥加成过的室温型胺类固化剂加入到环氧水泥浆体中充分搅拌，使水泥混凝土形成膏状环氧网络插层状结构的水泥石；然后将所述膏状的水泥石加工制成板材。本发明广泛用于制作水泥混凝土板材等领域。

Description

用环氧乳液改性水泥精细混凝土制作板材的方法

                         技术领域

本发明涉及一种用环氧乳液改性水泥精细混凝土制作板材的方法。

                         背景技术

目前在制作水泥混凝土板材等制品的过程中，均需对水泥混凝土进行改性以提高其制品的综合性能。关于改性水泥砂浆或混凝土的方法，国内外业界提出过许多模型，其中最著名的是Ohamam模型、Konietzko模型、Puterman模型及Malorny模型。它们均是将聚合物、固化剂混合后再掺入水泥精细混凝土中，聚合物是在水泥砂浆或混凝土失去水份的情况下形成薄膜，从而提高水泥精细混凝土的抗折强度、防水防渗透等功能。中国专利公开号CN1267649，公开日2000年9月27日，公开了一种名称为“用三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物对水泥混凝土改性的方法”的改性水泥混凝土的方法，它是以三聚氰胺磺酸(三羟乙基甲基季铵)盐甲醛缩聚物为外加剂来对水泥混凝土进行改性的，目的在于增强水泥制品制作过程的流动性能。但是，同前述多种模型一样，它也存在下述问题：将聚合物、固化剂混合后再掺入水泥精细混凝土进行改性时，只有在水泥水化反应的后期失去水份时才能成膜，水泥精细混凝土交联固化速度不宜掌握、固化效果不好、体系粘度大，使其抗折强度、防水防渗透等功能达不到理想的设计要求，也不能大规模工业化生产及施工。

                         发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用环氧乳液改性水泥精细混凝土制作板材的方法，应用该方法进行水泥混凝土改性时，环氧能在水泥水化早期就交联、固化成膜，交联固化速度易于掌握、固化效果好，可使水泥精细混凝土形成环氧网络插层状结构，从而使根据该方法制作的板材抗折强度、防水防渗透等功能可达到理想的设计要求，具有轻质、防水、防霉、耐腐蚀、防火、防冻融、不掉粉渣、透水蒸气、隔热保温等多功能性，并能大规模工业化生产。

本发明所采用的技术方案是，本发明是按照下述步骤进行的：

(1)确定原料及其重量组份：

以水泥100份、聚灰比为20∶100至45∶100、水灰比为33∶100来确定原料及其重量组份，所述水泥包括用于制作环氧水泥浆体的水泥I和用于加成固化剂的水泥II，所述固化剂为室温固化型的胺类或室温固化型改性胺类，所述固化剂与所述水泥II的加成比例为1∶3，所述聚灰比表示环氧乳液中环氧的固含量与所述固化剂的总和与水泥之间的重量比，其中所述环氧乳液中环氧的固含量与所述固化剂的比例为120∶50，所述环氧乳液是固含量为50％的非离子型环氧乳液，所述水灰比表示所述环氧乳液中的水与补充水之和与所述水泥之间的重量比，所述环氧水泥浆体中所述水泥I∶精细骨料∶珍珠岩粉∶抗碱玻纤为100∶80∶5.7∶1.9，由上述参数确定出各原料组份为：

水泥I     82.35～60.29份     水泥II  17.65～39.71份

精细骨料  65.88～48.23份     珍珠岩粉  4.69～3.44份

抗碱玻纤    1.56～1.15份     环氧乳液  28.24～63.52份

固化剂     5.88～13.24份     补充水  18.88～1.24份

(2)按步骤(1)所述的重量份将所述环氧乳液及所述补充水掺入到所述水泥I、所述精细骨料、所述珍珠岩粉及所述抗碱玻纤中并进行搅拌，经过30至60分钟的混合后，形成所述环氧水泥浆体；

(3)按步骤(1)所述的重量份将所述固化剂在所述水泥II的加成下经过30至60分钟充分混合；

(4)将加成过的所述固化剂加入到所述环氧水泥浆体中，经过10至15分钟充分搅拌，使水泥混凝土形成膏状的环氧网络插层状结构的水泥石；

(5)将所述膏状的环氧网络插层状结构的水泥石加工制成板材。所述精细骨料为石英粉。

本发明的有益效果是：由于本发明先将环氧乳液按一定的水灰比、聚灰比掺入水泥、精细骨料、轻质材料中并进行搅拌，形成环氧水泥浆体，然后将经过吸水性精细填充料加成过的固化剂加入到聚合物水泥浆体中，经充分搅拌后，使水泥混凝土形成膏状的环氧网络插层状结构的水泥石，再将所述膏状的环氧网络插层状结构的水泥石加工制成板材，故能产生以下效果：

环氧能在水泥水化早期就交联、固化成膜，为水泥制品早期成型、脱模、大型工程堵漏、防水、修补、装饰材料施工中作为胶黏剂粘贴、防腐、表面装饰和保护等带来更为先进的实施方法；

环氧能在水泥水化早期成膜，它能先期封闭水泥砂浆或混凝土中的毛细孔，使体系中水份不易被挥发，从而较长期的保持水泥的水化反应，从而有利于硅酸盐制品后期强度的促成；

环氧能在水泥水化早期成膜，而随着水泥水化的反应，水份越来越少，在一定的时间内就能结成三维的网状结构，节约环氧的添加量，从而使水泥结构保持优良的耐水性并仍然具有一定的透气性，同时发挥环氧树脂的高强性能大大提高水泥制品的抗折强度、抗压强度；

本发明环氧乳液的固含量是根据所需产品的功能来设计，由水灰比及聚灰比来确定的，固化剂也由其来确定，能根据不同设计要求使多种配料达到科学的配方，从而节约了能源。

因此，应用本发明改性水泥精细混凝土制做的板材具有轻质、防水、防霉、耐腐蚀、防火、防冻融、不掉粉渣、透水蒸气、隔热保温等多功能性，并能大规模工业化生产。

                           附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

                         具体实施方式

本发明是在用环氧乳液对水泥精细混凝土改性制做板材时，将环氧乳液和适当的固化剂分为不同的两个单元，按一定比例的设计分别与水泥、精细骨料、轻质材料、精细吸水材料充分混合搅拌，然后再汇合搅拌制作的方法，本发明将其简称“二元共混”法。采用二元共混法的环氧改性水泥精细混凝土形态结构的模型，称作“二元共混”模型，其结构形成过程分为以下几个阶段：

第一阶段：当环氧乳液作为“二元共混”法的一元按一定的聚灰比、水灰比与水泥、精细骨料、轻质材料等掺入搅拌，经过30至60分钟(或加强力搅拌可缩短时间)的混合后，乳液中的环氧颗粒均匀分布在水泥浆体中，形成环氧水泥浆体。在这一体系中，随着水泥的水化，水泥凝胶逐渐形成，环氧乳液促进一些笔直的、平行的、片状的或纤维状结构形成(如CaSO₄·2H₂O晶体、Ca(OH)₂晶体，也可能是乳液与水泥水化产物)。此时液相中的Ca(OH)₂达到饱和状态，同时环氧颗粒沉积在水泥凝胶(凝胶内可含着未水化水泥)颗粒的表面，另液相中的Ca(OH)₂与矿料表面的硅酸盐反应形成一层硅酸钙凝胶的同时，矿料表面也吸附着一些环氧颗粒。(此时制做成形的制品如板材强度是极低的，吸水性等同于普通混凝土，但整个体系中物料是分层的。)

第二阶段：随着体系中水泥水化不断的进行，水量在逐渐减少，水泥凝胶结构发展到一定的量态，环氧有部分颗粒被限制在水泥浆体的毛细孔中，混合物中较大的孔隙被有粘结性的环氧颗粒所填充(一般的水泥浆体中的毛细孔隙尺寸在0.2至2um之间，而环氧颗粒尺寸一般在0.05至0.5um之间)。同时作为“二元共混”法中的另一元——固化剂在吸水性精细填充料的加成下经过30至60分钟充分的混合，它们之间相互作用，固化剂中的活性基团极性增强，由于填充吸水材料的效果，增加了活性基团的比表面积，为与环氧颗粒混合交联、固化打下基础。此时将加成过的固化剂加入环氧水泥浆体中，经过10至15分钟充分的搅拌使体系中发生了很大的化学反应：当加成过的固化剂遇水后，固化剂变为更活泼的颗粒，同时加成固化剂的精细吸水填料吸收了粘附着环氧颗粒界面的水，从而使该界面暂处于失水状态，则该界面中的环氧与固化剂迅速交联成大分子及反应成膜；更由于水泥水化时处于放热阶段，促使界面中的温度达到或超过环氧颗粒与固化剂交联、固化成膜的温度，使之成膜；整个体系中不断地反应，不断地成膜。反过来由于交联、固化反应，乳液中的水更多的被分离出来，被水泥吸收进而水化反应，形成更多的凝胶；部分遇水变为活泼颗粒的固化剂(遇水后游离出来的胺)、引发剂进入水泥浆体较大孔隙中，与限制在毛细孔中的环氧颗粒交联、固化反应，从而成膜封闭孔隙。

第三阶段：由于水化过程的连续进行，体系中的水逐渐被全部吸收到水泥水化过程的化学结合水中去，促成了更多凝胶生成，同时环氧颗粒与固化剂游离出来的胺离子也不断的发生交联最终形成固化后的三维连续网结构。这种结构把水泥水化物相互联结，它们之间也是相互纠结缠绕在一起，并且硬化水泥浆体最终也形成连续结构，它们这种相互纠缠的网结构把矿料填充物凝结在一起形成改善了的水泥石结构形态。

第四阶段：水泥硬化初时，体系中的环氧三维连续网结构强于水泥凝胶网连续结构，此时成膜的环氧网络封闭了砂浆、混凝土的表面，使水泥砂浆和混凝土体系中含有水份，继续进行水化反应，直至完全硬化形成环氧网络插层状的水泥石结构形态。

如图1所示，本发明利用上述原理，将所需原料按下述步骤制成膏状的环氧网络插层状结构的水泥石：

(1)确定原料及其重量组份：以水泥100份、聚灰比为20∶100至45∶100、水灰比为33∶100来确定原料及其重量组份，所述水泥包括用于制作环氧水泥浆体的水泥I和用于加成固化剂的水泥II，所述固化剂为室温固化型的胺类或室温固化型改性胺类，所述固化剂与所述水泥II的加成比例为1∶3，所述聚灰比表示环氧乳液中环氧的固含量与所述固化剂的总和与水泥之间的重量比，其中所述环氧乳液中环氧的固含量与所述固化剂的比例为120∶50，所述环氧乳液是固含量为50％的非离子型环氧乳液，所述水灰比表示所述环氧乳液中的水与补充水之和与所述水泥之间的重量比，所述环氧水泥浆体中所述水泥I∶精细骨料∶珍珠岩粉∶抗碱玻纤为100∶80∶5.7∶1.9，由上述参数确定出各原料组份为：

水泥I     82.35～60.29份     水泥II  17.65～39.71份

精细骨料  65.88～48.23份     珍珠岩粉  4.69～3.44份

抗碱玻纤    1.56～1.15份     环氧乳液  28.24～63.52份

固化剂     5.88～13.24份     补充水  18.88～1.24份

(2)按步骤(1)所述的重量份将所述环氧乳液及所述补充水掺入到所述水泥I、所述精细骨料、所述珍珠岩粉及所述抗碱玻纤中并进行搅拌，经过30至60分钟的混合后，形成所述环氧水泥浆体；

(3)按步骤(1)所述的重量份将所述固化剂在所述水泥II的加成下经过30至60分钟充分混合；

(4)将加成过的所述固化剂加入到所述环氧水泥浆体中，经过10至15分钟充分搅拌，使水泥混凝土形成膏状的环氧网络插层状结构的水泥石；

再利用板材成型机将所述膏状的环氧网络插层状结构的水泥石挤出成型，经室温24至48小时即脱模板，室温五至七天后即可按要求规格整裁、包装出厂。

上述水泥采用425#普通硅酸盐水泥，精细骨料采用200目以上的石英粉，珍珠岩粉采用150目以上的珍珠岩粉，抗碱玻纤采用5cm长的抗碱玻纤，环氧乳液采用固含量为50％非离子型E₄₄乳液或E₅₁乳液，本发明采用固含量为50％的非离子型E₄₄乳液。

利用本发明制作的板材具有轻质(约陶瓷重量的3/5)、防水(浸泡72小时吸水≤3％)、防霉、耐腐蚀、防火、防冻融、不掉粉渣、透水蒸气、隔热保温等多功能性，可用于多种用途。

实施例1：

取水泥100公斤、聚灰比20∶100、水灰比33∶100，由此确定：水泥I为82.35公斤、水泥II为17.65公斤、石英粉为65.88公斤、珍珠岩粉为4.69公斤、抗碱玻纤为1.56公斤、环氧乳液为28.24公斤、固化剂为5.88公斤、补充水为18.88公斤。将环氧乳液及补充水掺入到水泥I、石英粉、珍珠岩粉及抗碱玻纤中并进行搅拌，经过30分钟的混合后，形成环氧水泥浆体；将固化剂在水泥II的加成下经过30分钟充分混合；将所述加成过的固化剂加入到所述环氧水泥浆体中，经过15分钟充分搅拌，使水泥混凝土形成膏状的环氧网络插层状结构的水泥石；再通过板材成型机制成板材，室温(25℃)48小时脱模板，5至7天养护后按规格整裁，可出厂使用。

按照此配方生产的板材密度为1.54g/cm³，含水率3.28％，吸水率15％，断裂模数4.32MPa，抗拉性能4.51MPa，温涨率9.81％，干缩率0.08％。

实施例2：

取水泥100公斤、聚灰比45∶100、水灰比33∶100，由此确定：水泥I为60.29公斤、水泥II为39.71公斤、石英粉为48.23公斤、珍珠岩粉为3.44公斤、抗碱玻纤为1.15公斤、环氧乳液为63.52公斤、固化剂为13.24公斤、补充水为1.24公斤。将环氧乳液及补充水掺入到水泥I、石英粉、珍珠岩粉及抗碱玻纤中并进行搅拌，经过30分钟的混合后，形成环氧水泥浆体；将固化剂在水泥II的加成下经过30分钟充分混合；将所述加成过的固化剂加入到所述环氧水泥浆体中，经过10分钟充分搅拌，使水泥混凝土形成膏状的环氧网络插层状结构的水泥石；再通过板材成型机制成板材，室温(25℃)48小时脱模板，5至7天养护后按规格整裁，可出厂使用。

按照此配方生产的板材密度为1.72g/cm³，含水率2.87％，吸水率1.32％，断裂模数21.11MPa，抗拉性能22.34MPa，无温涨率，干缩率0.28％，抗冻融25次冻融循环后无出现起层和龟裂现象。

实施例3：

取水泥100公斤、聚灰比33∶100、水灰比33∶100，由此确定：水泥I为70.88公斤、水泥II为29.12公斤、石英粉为56.7公斤、珍珠岩粉为4公斤、抗碱玻纤为1.35公斤、环氧乳液为46.6公斤、固化剂为9.7公斤、补充水为9.7公斤。将环氧乳液及补充水掺入到水泥I、石英粉、珍珠岩粉及抗碱玻纤中并进行搅拌，经过30分钟的混合后，形成环氧水泥浆体；将固化剂在水泥II的加成下经过30分钟充分混合；将所述加成过的固化剂加入到所述环氧水泥浆体中，经过15分钟充分搅拌，使水泥混凝土形成膏状的环氧网络插层状结构的水泥石；再通过板材成型机制成板材，室温(25℃)48小时脱模板，5至7天养护后按规格整裁，可出厂使用。

按照此配方生产的板材密度为1.66g/cm³，含水率3.28％，吸水率4.18％，断裂模数8.51MPa，抗拉性能8.66MPa，温涨率0.188％，干缩率0.194％，内照射指数小于0.09，外照射指数小于0.11达到A级，抗冻性25次冻融循环后无出现起层和龟裂现象。

Claims (2)

1、一种用环氧乳液改性水泥精细混凝土制作板材的方法，其特征在于，它是按照下述步骤进行的：

(1)定原料及其重量组份：

以水泥100份、聚灰比为20∶100至45∶100、水灰比为33∶100来确定原料及其重量组份，所述水泥包括用于制作环氧水泥浆体的水泥I和用于加成固化剂的水泥II，所述固化剂为室温固化型的胺类或室温固化型改性胺类，所述固化剂与所述水泥II的加成比例为1∶3，所述聚灰比表示环氧乳液中环氧的固含量与所述固化剂的总和与水泥之间的重量比，其中所述环氧乳液中环氧的固含量与所述固化剂的比例为120∶50，所述环氧乳液是固含量为50％的非离子型环氧乳液，所述水灰比表示所述环氧乳液中的水与补充水之和与所述水泥之间的重量比，所述环氧水泥浆体中所述水泥I∶精细骨料∶珍珠岩粉∶抗碱玻纤为100∶80∶5.7∶1.9，由上述参数确定出各原料组份为：

水泥I 82.35～60.29份    水泥II 17.65～39.71份

精细骨料 65.88～48.23份    珍珠岩粉 4.69～3.44份

抗碱玻纤 1.56～1.15份    环氧乳液 28.24～63.52份

固化剂 5.88～13.24份    补充水 18.88～1.24份

(2)按步骤(1)所述的重量份将所述环氧乳液及所述补充水掺入到所述水泥I、所述精细骨料、所述珍珠岩粉及所述抗碱玻纤中并进行搅拌，经过30至60分钟的混合后，形成所述环氧水泥浆体；

(3)按步骤(1)所述的重量份将所述固化剂在所述水泥II的加成下经过30至60分钟充分混合；

(4)将加成过的所述固化剂加入到所述环氧水泥浆体中，经过10至15分钟充分搅拌，使水泥混凝土形成膏状的环氧网络插层状结构的水泥石；

(5)将所述膏状的环氧网络插层状结构的水泥石加工制成板材。

2、根据权利要求1所述的用环氧乳液改性水泥精细混凝土制作板材的方法，其特征在于：所述精细骨料为石英粉。

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