一種高膨脹性能的水泥基材料及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于建筑材料范圍的一種高膨脹性能的水泥基材料及其應用，所述高膨脹性能的水泥基材料是以硅酸鹽水泥為基礎(chǔ)材料(分為水泥砂漿及混凝土兩大類)，以水泥質(zhì)量為基準添加各種添加劑，各添加劑占水泥的質(zhì)量百分比分別為：具有遇水或遇油膨脹功能的聚合物摻量為0.1％～50％；穩(wěn)定劑0％～10％；分散劑0％～5％；消泡劑0％～5％；水20％～100％。該高膨脹性水泥基材料可應用在各種灌漿與堵漏材料、地下防水工程、隧道壩堤建設(shè)等對耐久性要求高，人工修復難度大的工程項目中。當水泥基材料由于各種原因發(fā)生開裂滲漏后，由于聚合物遇水或遇油膨脹導致裂縫愈合，阻止?jié)B漏的進一步發(fā)展，延長結(jié)構(gòu)耐久性。
【專利說明】-種高膨化性能的水泥基材料及其應用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料范圍，特別涉及一種高膨脹性能的水泥基材料及其應用，具 體說可W應用在各種灌漿、封堵材料及大巧、地鐵、隧道建設(shè)等工程中。

【背景技術(shù)】
[0002] 水泥基材料的脆性及其易開裂性是其自身力學性能的重要缺陷。水泥基材料，女口 硬化水泥砂漿，混凝±等，由于在成型養(yǎng)護過程中的收縮變形及其本身較低的抗拉強度，極 易引起開裂產(chǎn)生裂縫；同時在水泥基材料服役過程中，由于各種有害介質(zhì)的侵蝕、鋼筋鎊 蝕、凍融循環(huán)等環(huán)境因素導致各種形式的水泥基材料的開裂破壞，大大降低了其耐久性和 服役性能，縮短了建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，極大的增加了維護成本及經(jīng)濟損失。因此如何保持 水泥基材料在使用過程中的完整性與耐久性是水泥基材料應用過程中一個亟待解決的問 題。
[0003] 工程施工中，常遇到隧洞涌水、基坑漏水等堵漏問題，或由于工程質(zhì)量缺陷和病險 水庫長時間運行等產(chǎn)生嚴重滲漏，因此堵漏灌漿技術(shù)越來越受到±木工程界的重視。水泥 基灌漿、堵漏砂漿是一類工程中常用的灌漿封堵材料，其主要功能是通過堵漏灌漿或結(jié)合 其他防滲加固手段，滿足工程施工及運行的需要，W達到良好的施工環(huán)境和保障工程正常 運行，大量的用于大型設(shè)備銷固，地鐵、隧道等地下工程等施工縫的嵌固，混凝±梁柱的加 固修補等。然而，在服役過程中，由于各種因素引起的堵漏灌漿材料開裂而重新發(fā)生滲漏 是一類常見的工程問題。本發(fā)明涉及的遇水（或遇油）高膨脹性砂漿，用于此類灌漿堵 漏工程中，當發(fā)生滲漏是，砂漿體積大幅度膨脹而阻塞裂縫，從而實現(xiàn)堵漏砂漿的自愈合。 CN102924019A公開了一種高強微膨脹灌漿材料及其制備方法，其原料為28d抗壓強度高 于42. 5MI^的娃酸鹽水泥，硫鉛酸鹽水泥或高鉛水泥中的一種，采用硫鉛酸巧類膨脹劑，填 料為石英砂、剛玉或鐵尾礦，有機娃類消泡劑，聚駿酸類減水劑，甲酸巧或碳酸裡，葡萄糖酸 軸，甲基纖維素離、輕丙基甲基纖維素離或輕己基甲基纖維素離。與現(xiàn)有灌漿材料相比，具 有早期強度高、流動性優(yōu)良、后期強度增長和耐久性好的特點；且具有微膨脹性、施工簡便 快捷，使用無毒無害。
[0004] 在技術(shù)工藝與膨脹原理上與本專利相比較，CN102924019A是通過在原料中加入無 機膨脹劑，實現(xiàn)水泥基材料早期膨脹，而本專利是通過在原料中加入遇水或遇油膨脹有機 聚合物材料，當水泥基材料開裂時水或油侵入裂縫，聚合物吸水或吸油膨脹進而導致水泥 基材料膨脹從而堵塞裂縫，與CN102924019A有本質(zhì)區(qū)別。
[0005] 混凝±作為一種主要的建筑材料，W其經(jīng)濟性、可德性、耐久性、用途的多樣性等 眾多優(yōu)點，廣泛應用于建筑工程中。但裂縫一直是混凝±結(jié)構(gòu)中存在的最大問題。工程調(diào) 查顯示，我國大部分混凝±建筑物都存在不同程度的裂縫，在全國水工混凝±建筑物耐久 性及病害處理調(diào)查報告中，所調(diào)查的32座大巧均存在不同程度的混凝±裂縫。由于混凝± 應用環(huán)境惡劣，即使采用優(yōu)質(zhì)原料，混凝±仍然極易開裂產(chǎn)生裂縫，導致有害物質(zhì)W水為載 體進入混凝±內(nèi)部，嚴重影響工程耐久性，造成重大的安全隱患及維修損失。因此，開發(fā)一 種遇水遇油高膨脹性混凝±，當混凝±開裂發(fā)生滲水滲油后，通過混凝±吸水吸油引起體 積膨脹堵塞裂縫，為保證建筑結(jié)構(gòu)耐久性，降低安全隱患，減少維護花費，具有重大的社會 與經(jīng)濟效益。CN102503307A公開了一種新型高強膨脹混凝±制備工藝，通過在配比中加入 鋼纖維和高吸水性樹脂得到一種強度較高，收縮率較小具有自養(yǎng)護功能的新型混凝±，其 原料配比為；水泥、水、石子、鋼纖維、河砂、膨脹劑、減水劑、高吸水性樹脂SAP質(zhì)量比為1:0 .33:2. 89:0. 24:0. 95:0. 1:0. 015:0. 0001。
[0006] 本發(fā)明請求保護的遇水遇油高膨脹混凝±與CN102503307A不同，本發(fā)明所制混 凝±-方面通過添加遇油膨脹聚合物使其在油中也具有高膨脹性能，另一方面通過聚合物 乳液與高吸水性聚合物復配使用，在賦予混凝±遇水高膨脹性能的同時提高了混凝±抗?jié)B 性能，可極大提高建筑結(jié)構(gòu)的耐久性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種高膨脹性能的水泥基材料及其應用；其特征在于，包 括：
[0008] 1)高膨脹性能的水泥基材料是W娃酸鹽水泥為基礎(chǔ)材料，W水泥的質(zhì)量為基準添 加各種添加劑，配制成一種高膨脹性能的水泥基材料；所述高膨脹性能的水泥基材料是W 娃酸鹽水泥為基礎(chǔ)材料，W水泥質(zhì)量為基準添加各種添加劑，所述水泥基材料按照砂子和 石子作為骨料的尺寸將水泥基材料劃分為水泥砂漿及混凝±兩大類，其中，骨料尺寸巧mm 的為水泥砂漿，骨料尺寸乂mm為混凝± ;各添加劑占水泥的質(zhì)量百分比分別為：
[0009] 具有遇油膨脹功能的聚合物慘量為0.1%?50% ;穩(wěn)定劑0%?10% ;分散劑 0%?5% ;消泡劑0%?5% ;水20%?100%。
[0010] 所述具有膨脹功能的聚合物具有高吸水或高吸油的特點，是粒徑為l〇nm-3mm的 粉末材料，包括聚醜胺類高聚物，聚丙帰酸類高聚物，丙帰酸-丙帰醜胺共聚物，聚己帰醇 類高聚物，纖維素離類高聚物，淀粉類高聚物，氯下膠，天然橡膠中的一種或幾種；或是粒徑 為lOnm-50 y m的水性分散液，又稱聚合物乳液或聚合物膠乳；包括下苯乳液，苯丙乳液，己 帰-醋酸己帰醋類乳液中的一種或幾種。
[0011] 所述穩(wěn)定劑為陰非離子乳化劑焼基酷硫酸軸與非離子乳化劑焼基酷聚氧己帰離 按質(zhì)量比2:1至1:2復配得到。
[0012] 所述分散劑為脂肪族類減水劑、蔡系減水劑或聚駿酸減水劑中的一種或幾種。
[0013] 所述消泡劑為高級脂肪醇類消泡劑或者有機娃消泡劑
[0014] 2)水泥砂漿中水泥與砂子的質(zhì)量比為1 ; (0. 5-3);混凝±中水泥、砂子和石子質(zhì) 量比為1 ; (0. 5-3) : (1-5);按照此比例，將稱量好的材料加水在攬拌機中攬拌3?IOmin后 即可應用。
[0015] 所述砂子為河砂，河砂細度模數(shù)為2. 2,顆粒級配為II區(qū)；其中砂的顆粒級配分為 H個區(qū)，是指不同粒徑的砂粒搭配比例；砂顆粒級配反映空隙率大小，其依據(jù)不同直徑的篩 子篩余質(zhì)量百分比確定。
[0016] 所采用的石子為碎石，最大直徑為40mm，連續(xù)級配為5?40mm。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：
[0018] 1、本發(fā)明所制硬化水泥砂漿與混凝±抗?jié)B性能好，遇水或遇油膨脹能力強，且其 中所慘加的遇水遇油膨脹的添加劑對水泥基材料具有一定的增初抗裂效果，可W明顯提高 硬化水泥砂漿與混凝±的抗開裂能力，及當裂縫產(chǎn)生后，聚合物吸水或吸油溶脹引起水泥 基材料膨脹，從而使裂縫愈合，具有自愈合能力，保證了建筑結(jié)構(gòu)的完整性與耐久性。
[0019] 2、根據(jù)本發(fā)明所制硬化水泥砂漿與混凝±的優(yōu)點，該發(fā)明可應用在地下防水工 程、巧堤建設(shè)等眾多對結(jié)構(gòu)耐久性要求高，人工維護困難等重大項目工程應用中，具有重大 的實際應用意義。
[0020] 3.應用領(lǐng)域包括大巧混凝±工程，地鐵、隧道、地下車庫等地下工程混凝±等。當 混凝±由于各種原因發(fā)生開裂滲漏后，由于膨脹導致混凝±裂縫愈合，阻止?jié)B漏。

【具體實施方式】：
[0021] 本發(fā)明提供一種高膨脹性能的水泥基材料及其應用。下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明 進一步說明；下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能W下述實施例來限定本發(fā)明的保 護范圍。
[0022] 實施例1 :
[0023] 一種遇油高膨脹性水泥砂漿，其原料構(gòu)成及慘入質(zhì)量分別為：
[0024] 普通娃酸鹽水泥500g，標準砂l(fā)OOOg，高吸油性苯丙乳液的慘量為水泥質(zhì)量10% ; 實驗室按照異下帰聚氧己帰離與丙帰酸的摩爾比1:4共聚得到的聚離類聚駿酸減水劑慘 量為水泥質(zhì)量0. 2%，陰非離子乳化劑0NIST-2836與非離子乳化劑OP-IO按質(zhì)量比1:1 復配的穩(wěn)定劑12. 5g，有機娃消泡劑DZ-1267慘量為水泥質(zhì)量的0. 40 %，按照標準JC/T 603-2004《水泥膠砂干縮實驗方法》制得水泥膠砂試樣，養(yǎng)護后拆模即得所需樣品。記錄初 始長度后放入油中浸泡，每隔一定時間后測定長度。
[00幼 實施例2
[0026] 一種遇油高膨脹性水泥砂漿，其原料構(gòu)成及慘入質(zhì)量分別為：
[0027] 普通娃酸鹽水泥500g，標準砂l(fā)OOOg，高吸油性下苯膠乳慘量為水泥質(zhì)量5%，賴 化丙麗甲酵縮合物減水劑慘量為水泥質(zhì)量0. 70%，陰非離子乳化劑0NIST-2836與非離子 乳化劑OP-IO按質(zhì)量比1:1復配的穩(wěn)定劑6. 25g，有機娃消泡劑DZ-1267慘量為水泥質(zhì)量 的0. 25%，按照標準JC/T 603-2004《水泥膠砂干縮實驗方法》制得水泥膠砂試樣，養(yǎng)護后 拆模即得所需樣品。記錄初始長度后放入油中浸泡，每隔一定時間后測定長度。
[002引 實施例3
[0029] -種遇水高膨脹性水泥砂漿，其原料構(gòu)成及慘入質(zhì)量分別為：
[0030] 普通娃酸鹽水泥500g，標準砂l(fā)OOOg，聚丙帰酸高吸水性樹脂顆粒慘量為水泥質(zhì) 量10 %，苯丙乳液（或下苯膠乳）慘量為水泥質(zhì)量10%，聚離類聚駿酸減水劑慘量為水泥 質(zhì)量0. 2%，陰非離子乳化劑0NIST-2836與非離子乳化劑OP-IO按質(zhì)量比1:1復配的穩(wěn)定 劑25. Og,有機娃消泡劑DZ-1267慘量為水泥質(zhì)量的0. 80 %，按照標準JC/T 603-2004《水 泥膠砂干縮實驗方法》制得水泥膠砂試樣，養(yǎng)護后拆模即得所需樣品。記錄初始長度后放入 水中浸泡，每隔一定時間后測定長度
[0031] 實施例4
[0032] -種遇水高膨脹性水泥砂漿，其原料構(gòu)成及慘入質(zhì)量分別為：
[0033] 普通娃酸鹽水泥500g，標準砂l(fā)OOOg，聚丙帰醜胺水凝膠慘量為水泥質(zhì)量10%， 苯丙乳液（或下苯膠乳）折固慘量為水泥質(zhì)量5%，聚離類聚駿酸減水劑慘量為水泥質(zhì)量 0. 15%，陰非離子乳化劑0NIST-2836與非離子乳化劑OP-IO按質(zhì)量比1:1復配的穩(wěn)定劑 6. 25g，有機娃消泡劑DZ-1267慘量為水泥質(zhì)量的0. 60%。按照標準JC/T 603-2004《水泥 膠砂干縮實驗方法》制得水泥膠砂試樣，養(yǎng)護后拆模即得所需樣品。記錄初始長度后放入水 中浸泡，每隔一定時間后測定長度
[0034] 實施例5
[00巧]一種遇油高膨脹性混凝±，其原料構(gòu)成及慘入質(zhì)量分別為：
[0036] 每立方米混凝±所用原料為；普通娃酸鹽水泥用量52化g，河砂75化g，碎石 105化g，水15化g，聚離類聚駿酸減水劑2. 08kg，高吸油性苯丙乳液慘量為水泥質(zhì)量10%， 陰非離子乳化劑0NIST-2836與非離子乳化劑OP-IO復配穩(wěn)定劑13kg，有機娃消泡劑 DZ-1267為4.化g,倒入尺寸為100mm*100mm*400mm模具中，養(yǎng)護一定時間后，用補償混凝± 收縮膨脹儀測定初始原長及泡入水中后縱向長度變化。
[0037] 實施例6
[0038] -種遇油高膨脹性混凝±，其原料構(gòu)成及慘入質(zhì)量分別為：
[0039] 每立方米混凝±所用原料為；普通娃酸鹽水泥用量52化g，河砂75化g，碎石 105化g，水15化g，賴化丙麗甲酵縮合物減水劑7. 80kg，高吸油性下苯膠乳慘量為水泥質(zhì)量 5 %，陰非離子乳化劑0NIST-2836與非離子乳化劑OP-IO復配穩(wěn)定劑6. 75kg，有機娃消泡劑 DZ-1267為2.化g，倒入尺寸為100mm*100mm*400mm模具中，養(yǎng)護一定時間后，用補償混凝± 收縮膨脹儀測定初始原長及泡入水中后縱向長度變化。
[0040] 實施例7
[0041] 一種遇水高膨脹性混凝±，其原料構(gòu)成及慘入質(zhì)量分別為：
[0042] 每立方米混凝±所用原料為；普通娃酸鹽水泥用量52化g，河砂75化g，碎石 105化g，水15化g，聚離類聚駿酸減水劑2. 08kg，聚丙帰酸高吸水性樹脂顆粒慘量為水泥質(zhì) 量10 %，苯丙乳液（或下苯膠乳）慘量為水泥質(zhì)量10 %，陰非離子乳化劑0NIST-2836與非 離子乳化劑OP-IO按質(zhì)量比1:1復配的穩(wěn)定劑26kg，有機娃消泡劑DZ-1267為8.化g，倒入 尺寸為100mm*100mm*400mm模具中，養(yǎng)護一定時間后，用補償混凝±收縮膨脹儀測定初始 原長及泡入水中每隔一定時間后縱向長度變化。
[004引 實施例8
[0044] -種遇水高膨脹性混凝±，其原料構(gòu)成及慘入質(zhì)量分別為：
[0045] 每立方米混凝±所用原料為；普通娃酸鹽水泥用量52化g，河砂75化g，碎石 105化g，水15化g，聚離類聚駿酸減水劑1. 56kg，聚丙帰醜胺水凝膠慘量為水泥質(zhì)量10%， 苯丙乳液（或下苯膠乳）慘量為水泥質(zhì)量5%，陰非離子乳化劑0NIST-2836與非離子乳化 劑OP-IO按質(zhì)量比1:1復配的穩(wěn)定劑6. 75kg，有機娃消泡劑DZ-1267為6.化g，倒入尺寸為 100mm*100mm*400mm模具中，養(yǎng)護一定時間后，用補償混凝±收縮膨脹儀測定初始原長及泡 入水中每隔一定時間后縱向長度變化。
[0046] 下面通過對比例來驗證本發(fā)明的使用效果：
[0047] 對比例1與2 ;普通水泥砂漿
[0048] 普通娃酸鹽水泥500g，標準砂l(fā)OOOg，聚離類聚駿酸減水劑慘量為水泥質(zhì)量 0. 2%，陰非離子乳化劑0NIST-2836與非離子乳化劑OP-IO復配穩(wěn)定劑12. 5g，按照標準 JC/T 603-2004《水泥膠砂干縮實驗方法》制得水泥膠砂試樣，養(yǎng)護后拆模即得所需樣品。 記錄初始長度后然后放入油（對比例1)或水（對比例2)中浸泡，每隔一定時間測定長度。 [004引對比例3與4 ;普通混凝±
[0050] 每立方米混凝±所用原料為；普通娃酸鹽水泥用量52化g，河砂75化g，碎石 105化g,水15化g,聚離類聚駿酸減水劑2. 08kg,倒入尺寸為100mm*100mm*400mm模具中，養(yǎng) 護一定時間后，用補償混凝±收縮膨脹儀測定初始原長后放入油（對比例3)或水（對比例 4)中浸泡，每隔一定時間測定長度。
[0051] 表1實施例與對比例泡水泡油縱向微應變膨脹變化值
[0052]

【權(quán)利要求】
1. 一種高膨脹性能的水泥基材料，其特征在于，所述高膨脹性能的水泥基材料是以硅 酸鹽水泥為基礎(chǔ)材料，以水泥質(zhì)量為基準添加各種添加劑，所述水泥基材料按照砂子和石 子作為骨料的尺寸將水泥基材料劃分為水泥砂漿及混凝土兩大類，其中，骨料尺寸〈5_的 為水泥砂漿，骨料尺寸>5_為混凝土；各添加劑占水泥的質(zhì)量百分比分別為：具有遇水或 遇油膨脹功能的聚合物摻量為〇. 1 %?50% ;穩(wěn)定劑0%?10% ;分散劑0%?5% ;消泡 劑 0%?5% ;水 20%?100%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高膨脹性能的水泥基材料，其特征在于，所述具有膨脹功 能的聚合物具有高吸水或高吸油的特點，是粒徑為l〇nm-3mm的粉末材料，包括聚酰胺類高 聚物，聚丙烯酸類高聚物，丙烯酸-丙烯酰胺共聚物，聚乙烯醇類高聚物，纖維素醚類高聚 物，淀粉類高聚物，氯丁膠，天然橡膠中的一種或幾種；或是粒徑為10nm-50 μ m的水性分散 液，又稱聚合物乳液或聚合物膠乳；包括丁苯乳液，苯丙乳液，乙烯-醋酸乙烯酯類乳液中 的一種或幾種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高膨脹性能的水泥基材料，其特征在于，所述穩(wěn)定劑為陰 非離子乳化劑烷基酚硫酸鈉與非離子乳化劑烷基酚聚氧乙烯醚按質(zhì)量比2:1至1:2復配得 到。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高膨脹性能的水泥基材料，其特征在于，所述分散劑為脂 肪族類減水劑、萘系減水劑或聚羧酸減水劑中的一種或幾種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高膨脹性能的水泥基材料，其特征在于，所述消泡劑為高 級脂肪醇類消泡劑或者有機硅消泡劑。
6. -種權(quán)利要求1所述高膨脹性能的水泥基材料，其特征在于，水泥砂漿中水泥與 砂子的質(zhì)量份數(shù)比為1 :(0.5-3);混凝土中水泥、砂子和石子質(zhì)量份數(shù)比為1 :(0.5-3): (1-5);按照此比例，將稱量好的材料加水在攪拌機中攪拌3?lOmin后即可應用。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種高膨脹性能的水泥基材料，其特征在于，所述砂子為河砂， 河砂細度模數(shù)為2. 2,顆粒級配為II區(qū)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種高膨脹性能的水泥基材料，其特征在于，所采用的石子為 碎石，最大直徑為40mm，連續(xù)級配為5?40mm。
【文檔編號】C04B28/04GK104261749SQ201410430751
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】孔祥明, 盧子臣, 楊瑞芳, 蔣凌飛 申請人:清華大學