專利名稱：一種水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，具體涉及一種不僅在塑性階段產(chǎn)生膨脹來補(bǔ)償水泥基材料塑性階段收縮，且在硬化階段也持續(xù)產(chǎn)生一定膨脹補(bǔ)償水泥基材料后期收縮開裂的一種水泥基材料收縮補(bǔ)償用混凝土膨脹劑，其可廣泛應(yīng)用于水泥砂漿、混凝土、灌漿材料等水泥基材料中，可在水利、電力、建筑、交通等領(lǐng)域的混凝土工程中應(yīng)用。
背景技術(shù)：
水泥基材料，如水泥砂漿、混凝土及灌漿材料、水泥基自流平材料等特種砂漿的本質(zhì)特性之一就是在其凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生一定的收縮，尤其在塑性階段。近年來，隨著水泥基材料的應(yīng)用越來越廣泛，水泥基材料的耐久性問題卻一直是困擾工程界的一大難題，尤其是水泥基材料的收縮引起的體積非穩(wěn)定性已成為水泥基材料耐久性劣化的根本原因之一。水泥基材料的收縮引起的開裂，必將加速水泥基材料的劣化進(jìn)程，從而引起結(jié)構(gòu)耐久性的降低。如果降低水泥基材料的收縮，防止混凝土結(jié)構(gòu)開裂具有重要的研究意義。目前解決水泥基材料收縮裂縫問題的基本技術(shù)路線主要有兩種方法，其中之一就是在水泥基材料中添加一定量的膨脹劑來補(bǔ)充水泥的收縮。現(xiàn)階段使用的膨脹劑按化學(xué)成分可以分五類硫鋁酸鈣類；氧化鎂類；石灰類；氧化鐵類；復(fù)合類。從作用機(jī)理可以看出， 這幾類膨脹劑都是通過在水泥基材料硬化后期通過產(chǎn)生體積膨脹的物質(zhì)來補(bǔ)償收縮。而研究表明在水泥基材料成型或澆注后但尚未終凝之前其彈性模量很小，強(qiáng)度尚未完全發(fā)展，此時(shí)水泥基材料的表面水分的蒸發(fā)引起的收縮及它內(nèi)部的約束而在表面出現(xiàn)裂縫或由于水泥基材料的沉降在表面形成一個(gè)凹面。而且當(dāng)產(chǎn)生的塑性收縮受到來自基層、鋼筋、模板及自身結(jié)構(gòu)等約束條件的限制時(shí)，水泥基材料內(nèi)部或在界面處產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過一定界限后，更很容易出現(xiàn)早期沉降和開裂，大大影響水泥基材料的性能和界面性能。因此，如有效防止水泥基材料的收縮開裂，應(yīng)從水泥基材料的凝結(jié)硬化全過程(包括早期塑性階段和后期硬化階段)對其進(jìn)行收縮匹配補(bǔ)償。目前，工程上應(yīng)用的膨脹劑主要從水泥基材料硬化后期的收縮考慮，而現(xiàn)在應(yīng)用較廣泛的灌漿材料、壓漿劑等水泥基材料在早期塑性階段就要求體積穩(wěn)定或微膨脹。因此， 研發(fā)出一種在早期塑性階段和后期硬化階段都可以產(chǎn)生一定膨脹的膨脹劑具有重要的實(shí)際意義。本發(fā)明從水泥基材料的收縮原理出發(fā)，研究水泥基材料在各個(gè)不同時(shí)間段的體積變化規(guī)律，開發(fā)出一種與水泥基材料不同階段收縮匹配補(bǔ)償?shù)乃苄耘蛎泟梢杂行У谋３炙嗷牧系捏w積穩(wěn)定或微膨脹，對提高水泥基材料的耐久性及其擴(kuò)大水泥基材料的應(yīng)用范圍具有重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對水泥基材料在工程應(yīng)用中需要保持體積穩(wěn)定或微膨脹的性能需求。本發(fā)明的
4目的在于提供一種與水泥基材料的收縮在時(shí)間上和膨脹率上相匹配的塑性膨脹劑，既可以在早期塑性階段產(chǎn)生膨脹來補(bǔ)償水泥基材料塑性階段收縮，避免水泥基材料的早期沉降與開裂的效果，也可以在硬化后期產(chǎn)生膨脹，防止水泥基材料后期的收縮開裂，確保水泥基材料從施工階段到硬化階段均無收縮的一種特種混凝土膨脹劑。 本發(fā)明的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，主要由早期膨脹組分、引氣組分、復(fù)合顆粒匹配礦物相、抗裂、后期微膨脹組分和減縮組分組成，其原料包括如下重量份的組分海帶粉或海藻粉2 30 ,量份；
硫鋁酸鈣膨脹劑5 35 ,量份；
引氣劑0. 005 0. 5重量份；
新戊二醇0. 2 1重量份；
微細(xì)合成纖維0 1. 2重量份；
磨細(xì)礦渣粉10 40重量份；
膨潤土5 30 ,量份。
較佳的，本發(fā)明所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，其原料包括如下重量
份的組分海藻粉5 20重量份；
硫鋁酸鈣膨脹劑10 30重量份
引氣劑0. 01 0.2重量份；
新戊二醇0. 2 --1重量份；
聚丙烯纖維0. 1 --1重量份；
磨細(xì)礦渣粉10 35重量份；
膨潤土10 30重量份。優(yōu)選的，所述海帶粉為細(xì)度大于200目的磨細(xì)的海帶粉體，所述海藻粉為細(xì)度大于200目的磨細(xì)的海藻粉體，且海帶粉和海藻粉的含水量均小于0. 2%。優(yōu)選的，所述硫鋁酸鈣膨脹劑為低堿UEA膨脹劑，可從市場上直接購買。優(yōu)選的，所述引氣劑為鋁粉，其細(xì)度應(yīng)大于1000目。優(yōu)選的，所述新戊二醇為粒徑< 500微米的工業(yè)級粉劑。優(yōu)選的，所述微細(xì)合成纖維選自聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚酯纖維和尼龍纖維中的同一品種纖維或不同品種纖維形成的混雜纖維；進(jìn)一步的，所述微細(xì)合成纖維選自聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚酯纖維和尼龍纖維中不同單絲長度的同一品種纖維或不同品種的混雜纖維。更優(yōu)選的，所述同一品種纖維中，聚丙烯纖維的單絲長度為6mm-9mm ；聚丙烯腈纖維、聚酯纖維和尼龍纖維的單絲長度也均為6mm-9mm ；所述不同品種纖維形成的混雜纖維中每種纖維的單絲長度均< 9mm。優(yōu)選的，所述磨細(xì)礦渣粉為S95級或S95級以上，比表面積彡4000cm2/g的磨細(xì)礦渣粉，可從市場上直接購買。優(yōu)選的，所述膨潤土為鈉基膨潤土，其比表面積> 190000cm2/g ；其中，鈉基膨潤土，如浙江省臨安城北膨潤土有限公司生產(chǎn)的鈉基膨潤土。
本發(fā)明所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑產(chǎn)生膨脹的時(shí)間及其膨脹率可以與水泥基材料的收縮相匹配，從而達(dá)到對水泥基材料進(jìn)行收縮匹配補(bǔ)償?shù)淖饔茫梢杂行У谋３炙嗷牧系捏w積穩(wěn)定或微膨脹。其主要特點(diǎn)是發(fā)揮膨脹作用的時(shí)間范圍較廣， 從塑性階段開始一直作用到硬化后期至整個(gè)服役期間；產(chǎn)生膨脹的時(shí)間及其膨脹率與水泥收縮具有同步性，膨脹性能利用率更高，有效減少不利膨脹；在水泥基材料施工到服役期間，體積一直處于穩(wěn)定或微膨脹狀態(tài)，有效的防止了裂縫的產(chǎn)生，提高了水泥基材料的耐久性；各組分與水泥及其他外加劑具有良好的相容性。本發(fā)明所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑的制備方法，包括如下步驟1)按照水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑原料的配比稱量各原料組分；2)將稱量好的各組分中除微細(xì)合成纖維外的其他組分倒入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，最后加入聚丙烯纖維，攪拌3-10分鐘至混合均勻即可。本發(fā)明所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑在應(yīng)用時(shí)，按常規(guī)摻量摻入水泥砂漿混凝土、水泥基灌漿材或水泥基修補(bǔ)砂漿中即可。一般而言，本發(fā)明的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑的摻量為水泥砂漿、混凝土、水泥基灌漿材或水泥基修補(bǔ)砂漿中膠凝材料質(zhì)量的5-10%。本發(fā)明所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑可以廣泛應(yīng)用于土木、交通、水利和海洋等領(lǐng)域的各類混凝土工程中，也可以用于工程修補(bǔ)與加固用高性能水泥基灌漿材料、水泥基修補(bǔ)砂漿等特種水泥基材料中。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。以下實(shí)施例的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，由海帶粉或海藻粉、硫鋁酸鈣膨脹劑、引氣劑、新戊二醇、磨細(xì)礦渣粉、聚丙烯纖維和膨潤土組成。根據(jù)性能需求，通過調(diào)整各原料組分的配比，可以獲得所需要的膨脹性能與強(qiáng)度性能。其中，海帶粉或海藻粉的細(xì)度大于200目，且含水量均小于0. 2% ；硫鋁酸鈣膨脹劑為低堿UEA膨脹劑；引氣劑為細(xì)度大于1000目的鋁粉；新戊二醇為粒徑< 500微米的工業(yè)級粉劑；微細(xì)合成纖維選自聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚酯纖維和尼龍纖維中的同一品種纖維或不同品種纖維形成的混雜纖維，且同一品種纖維的單絲長度為6mm，不同品種纖維形成的混雜纖維中每種纖維的單絲長度均< 9mm ；磨細(xì)礦渣粉為S95級或S95級以上，比表面積彡4000cm2/g的磨細(xì)礦渣粉；膨潤土為比表面積彡190000cm2/g的鈉基膨潤土。實(shí)施例1
6海藻粉2重量份硫鋁酸鈣膨脹劑30 1■量份引氣劑0.01重量份新戊二醇0.2；重量份聚丙烯纖維1重量份磨細(xì)礦渣粉40 ；重量份膨潤土30重量份。上述配比制備的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，按普通混凝土中膠凝材料用量的10%摻入C40混凝土中。該混凝土的早期塑性收縮率為0%、28d自由膨脹率達(dá)到 0. 15%,28天抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相比，提高5%。實(shí)施例2
海藻粉30重量份硫鋁酸鈣膨脹劑5重量份引氣劑0.05重量份新戊二醇0.2重量份聚丙烯纖維0.5重量份磨細(xì)礦渣粉25重量份膨潤土30重量份。上述配比制備的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，按普通混凝土中膠凝材料用量的10%摻入C40混凝土中。該混凝土的早期塑性收縮率為-0. ll%、28d自由膨脹率達(dá)到 0. 10%,28天抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相比，下降15%。實(shí)施例3
海藻粉
硫鋁酸鈣膨脹劑引氣劑新戊二醇聚丙烯纖維
磨細(xì)礦渣粉膨潤土
10重量份 30重量份 0.5重量份 0.2重量份 0.1重量份
40重量份 30重量份。 上述配比制備的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，按普通混凝土中膠凝材料用量的10%摻入C40混凝土中。該混凝土的早期塑性收縮率為-0. 05%、28d自由膨脹率達(dá)到0. 15%,28天抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相比，下降18%。實(shí)施例4
海藻粉 ο i量份硫鋁酸鈣膨脹劑35 量份引氣劑0.2 1■量份新戊二醇0.5 1■量份聚丙烯纖維0.5重量份磨細(xì)礦渣粉35 1■量份膨潤土30重量份。上述配比制備的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，按普通混凝土中膠凝材料用量的10%摻入水泥基灌漿材料中。該水泥基灌漿材料的早期塑性收縮率為-0. 07%,28d自由膨脹率達(dá)到0. 2%、觀天抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相比，提高3%。實(shí)施例5
海帶粉20重量份
硫鋁酸鈣膨脹劑10重量份
引氣劑0.2重量份
新戊二醇1重量份
聚丙烯纖維和聚丙烯腈纖維 0.5重量份磨細(xì)礦渣粉10重量份
膨潤土10重量份。上述配比制備的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，按普通混凝土中膠凝材料用量的10%摻入C40混凝土中。該混凝土的早期塑性收縮率為0. 01%,28d自由膨脹率達(dá)到 0. 15%,28天抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相比，提高5%。實(shí)施例6
海藻粉2重量份硫鋁酸鈣膨脹劑30 I■量份引氣劑0.01重量份新戊二醇0.2:藍(lán)量份磨細(xì)礦渣粉40 藍(lán)量份膨潤土30重量份。 上述配比制備的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，按普通混凝土中膠凝材料用量的10%摻入C40混凝土中。該混凝土的早期塑性收縮率為0. 02%,28d自由膨脹率達(dá)到 0. 14%,28天抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相比，提高4. 9%。
權(quán)利要求
1.一種水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，其原料包括如下重量份的組分海帶粉或海藻粉2 30重量份； 硫鋁酸鈣膨脹劑 5 35重量份； 引氣劑 0. 005 0. 5重量份； 新戊二醇 0. 2 1重量份微細(xì)合成纖維 0 1. 2重量份磨細(xì)礦渣粉 10 40重量份膨潤土 5 30重量份。
2.如權(quán)利要求1所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，其特征在于，其原料包括如下重量份的組分吩5 20重量份；30重量份； 0. 2重量份； -1重量份 -1重量份 35重量份 30重量份。
3.如權(quán)利要求1或2所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，其特征在于，所述海帶粉為細(xì)度大于200目的磨細(xì)的海帶粉體，所述海藻粉為細(xì)度大于200目的磨細(xì)的海藻粉體， 且海帶粉和海藻粉的含水量均小于0. 2%。
4.如權(quán)利要求1或2所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，其特征在于，所述硫鋁酸鈣膨脹劑為低堿UEA膨脹劑；所述引氣劑為鋁粉，其細(xì)度大于1000目。
5.如權(quán)利要求1或2所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，其特征在于，所述新戊二醇為粒徑< 500微米的工業(yè)級粉劑。
6.如權(quán)利要求1或2所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，其特征在于，所述微細(xì)合成纖維選自聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚酯纖維和尼龍纖維中的同一品種纖維或不同品種纖維形成的混雜纖維。
7.如權(quán)利要求6所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，其特征在于，所述同一品種纖維中，聚丙烯纖維的單絲長度為6mm-9mm ；聚丙烯腈纖維、聚酯纖維和尼龍纖維的單絲長度也均為6mm-9mm ；所述不同品種纖維形成的混雜纖維中每種纖維的單絲長度均< 9mm。
8.如權(quán)利要求1或2所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，其特征在于，所述磨細(xì)礦渣粉為S95級或S95級以上，比表面積> 4000cm2/g的磨細(xì)礦渣粉；所述膨潤土為鈉基膨潤土，其比表面積彡190000cm7g。
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑的制備方法，包括如下步驟1)按照水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑原料的配比稱量各原料組分；2)將稱量好的各組分中除微細(xì)合成纖維外的其他組分倒入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，最后加入聚丙烯纖維，攪拌3-10分鐘至混合均勻即可。
10.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑在水泥砂漿、混凝土、水泥基灌漿材料和水泥基修補(bǔ)砂漿中的應(yīng)用，其特征在于，所述水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑在水泥砂漿、混凝土、水泥基灌漿材或水泥基修補(bǔ)砂漿中的摻入量為水泥砂漿、混凝土、水泥基灌漿材料或水泥基修補(bǔ)砂漿中膠凝材料質(zhì)量的5-10%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，具體涉及一種不僅在塑性階段產(chǎn)生膨脹來補(bǔ)償水泥基材料塑性階段收縮，且在硬化階段也持續(xù)產(chǎn)生一定膨脹補(bǔ)償水泥基材料后期收縮開裂的一種水泥基材料收縮補(bǔ)償用混凝土膨脹劑。本發(fā)明的水泥基材料收縮補(bǔ)償用塑性膨脹劑，其原料包括如下重量份的組分海帶粉或海藻粉2～30份；硫鋁酸鈣膨脹劑5～35份；引氣劑0.005～0.5份；新戊二醇0.2～1份；微細(xì)合成纖維0～1.2份；磨細(xì)礦渣粉10～40份；膨潤土5～30份。本發(fā)明塑性膨脹劑可廣泛應(yīng)用于水泥砂漿、混凝土、灌漿材料、修補(bǔ)砂漿等水泥基材料中，可在水利、電力、建筑、交通等領(lǐng)域的混凝土工程中應(yīng)用。
文檔編號C04B24/02GK102491667SQ201110380079
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者蔣正武, 鄧子龍, 黎良青 申請人:同濟(jì)大學(xué)