專利名稱：一種水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑及其制備和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，具體涉及一種不僅在塑性階段產生膨脹來補償水泥基材料塑性階段收縮，且在硬化階段也持續產生一定膨脹補償水泥基材料后期收縮開裂的一種水泥基材料收縮補償用混凝土膨脹劑，其可廣泛應用于水泥砂漿、混凝土、灌漿材料等水泥基材料中，可在水利、電力、建筑、交通等領域的混凝土工程中應用。
背景技術：
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特性之一就是在其凝結硬化過程中產生一定的收縮，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程，從而引起結構耐久性的降低。如果降低水泥基材料的收縮，防止混凝土結構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充水泥的收縮。現階段使用的膨脹劑按化學成分可以分五類硫鋁酸鈣類；氧化鎂類；石灰類；氧化鐵類；復合類。從作用機理可以看出， 這幾類膨脹劑都是通過在水泥基材料硬化后期通過產生體積膨脹的物質來補償收縮。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，強度尚未完全發展，此時水泥基材料的表面水分的蒸發引起的收縮及它內部的約束而在表面出現裂縫或由于水泥基材料的沉降在表面形成一個凹面。而且當產生的塑性收縮受到來自基層、鋼筋、模板及自身結構等約束條件的限制時，水泥基材料內部或在界面處產生拉應力。當拉應力超過一定界限后，更很容易出現早期沉降和開裂，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，應從水泥基材料的凝結硬化全過程(包括早期塑性階段和后期硬化階段)對其進行收縮匹配補償。目前，工程上應用的膨脹劑主要從水泥基材料硬化后期的收縮考慮，而現在應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定或微膨脹。因此， 研發出一種在早期塑性階段和后期硬化階段都可以產生一定膨脹的膨脹劑具有重要的實際意義。本發明從水泥基材料的收縮原理出發，研究水泥基材料在各個不同時間段的體積變化規律，開發出一種與水泥基材料不同階段收縮匹配補償的塑性膨脹劑，可以有效的保持水泥基材料的體積穩定或微膨脹，對提高水泥基材料的耐久性及其擴大水泥基材料的應用范圍具有重要的實際意義。

發明內容
針對水泥基材料在工程應用中需要保持體積穩定或微膨脹的性能需求。本發明的
4目的在于提供一種與水泥基材料的收縮在時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生膨脹來補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。 本發明的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，主要由早期膨脹組分、引氣組分、復合顆粒匹配礦物相、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；
微細合成纖維0 1. 2重量份；
磨細礦渣粉10 40重量份；
膨潤土5 30 ,量份。
較佳的，本發明所述的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，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；
磨細礦渣粉10 35重量份；
膨潤土10 30重量份。優選的，所述海帶粉為細度大于200目的磨細的海帶粉體，所述海藻粉為細度大于200目的磨細的海藻粉體，且海帶粉和海藻粉的含水量均小于0. 2%。優選的，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。優選的，所述引氣劑為鋁粉，其細度應大于1000目。優選的，所述新戊二醇為粒徑< 500微米的工業級粉劑。優選的，所述微細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；進一步的，所述微細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。優選的，所述磨細礦渣粉為S95級或S95級以上，比表面積彡4000cm2/g的磨細礦渣粉，可從市場上直接購買。優選的，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的鈉基膨潤土。
本發明所述的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑產生膨脹的時間及其膨脹率可以與水泥基材料的收縮相匹配，從而達到對水泥基材料進行收縮匹配補償的作用，可以有效的保持水泥基材料的體積穩定或微膨脹。其主要特點是發揮膨脹作用的時間范圍較廣， 從塑性階段開始一直作用到硬化后期至整個服役期間；產生膨脹的時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，體積一直處于穩定或微膨脹狀態，有效的防止了裂縫的產生，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。本發明所述的水泥基材料收縮補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合成纖維外的其他組分倒入攪拌機進行攪拌，最后加入聚丙烯纖維，攪拌3-10分鐘至混合均勻即可。本發明所述的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑在應用時，按常規摻量摻入水泥砂漿混凝土、水泥基灌漿材或水泥基修補砂漿中即可。一般而言，本發明的水泥基材料收縮補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砂漿中膠凝材料質量的5-10%。本發明所述的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑可以廣泛應用于土木、交通、水利和海洋等領域的各類混凝土工程中，也可以用于工程修補與加固用高性能水泥基灌漿材料、水泥基修補砂漿等特種水泥基材料中。
具體實施例方式下面結合具體實施例進一步闡述本發明，應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的保護范圍。以下實施例的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，由海帶粉或海藻粉、硫鋁酸鈣膨脹劑、引氣劑、新戊二醇、磨細礦渣粉、聚丙烯纖維和膨潤土組成。根據性能需求，通過調整各原料組分的配比，可以獲得所需要的膨脹性能與強度性能。其中，海帶粉或海藻粉的細度大于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；引氣劑為細度大于1000目的鋁粉；新戊二醇為粒徑< 500微米的工業級粉劑；微細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 ；磨細礦渣粉為S95級或S95級以上，比表面積彡4000cm2/g的磨細礦渣粉；膨潤土為比表面積彡190000cm2/g的鈉基膨潤土。實施例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自由膨脹率達到 0. 15%,28天抗壓強度與基準混凝土相比，提高5%。實施例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自由膨脹率達到 0. 10%,28天抗壓強度與基準混凝土相比，下降15%。實施例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自由膨脹率達到0. 15%,28天抗壓強度與基準混凝土相比，下降18%。實施例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自由膨脹率達到0. 2%、觀天抗壓強度與基準混凝土相比，提高3%。實施例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自由膨脹率達到 0. 15%,28天抗壓強度與基準混凝土相比，提高5%。實施例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:藍量份磨細礦渣粉40 藍量份膨潤土30重量份。 上述配比制備的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，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自由膨脹率達到 0. 14%,28天抗壓強度與基準混凝土相比，提高4. 9%。
權利要求
1.一種水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，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重量份微細合成纖維 0 1. 2重量份磨細礦渣粉 10 40重量份膨潤土 5 30重量份。
2.如權利要求1所述的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，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.如權利要求1或2所述的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，其特征在于，所述海帶粉為細度大于200目的磨細的海帶粉體，所述海藻粉為細度大于200目的磨細的海藻粉體， 且海帶粉和海藻粉的含水量均小于0. 2%。
4.如權利要求1或2所述的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，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，其細度大于1000目。
5.如權利要求1或2所述的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，其特征在于，所述新戊二醇為粒徑< 500微米的工業級粉劑。
6.如權利要求1或2所述的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，其特征在于，所述微細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.如權利要求6所述的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，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.如權利要求1或2所述的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，其特征在于，所述磨細礦渣粉為S95級或S95級以上，比表面積> 4000cm2/g的磨細礦渣粉；所述膨潤土為鈉基膨潤土，其比表面積彡190000cm7g。
9.如權利要求1-8任一項所述的水泥基材料收縮補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合成纖維外的其他組分倒入攪拌機進行攪拌，最后加入聚丙烯纖維，攪拌3-10分鐘至混合均勻即可。
10.如權利要求1-8任一項所述的水泥基材料收縮補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砂漿中的應用，其特征在于，所述水泥基材料收縮補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砂漿中膠凝材料質量的5-10%。
全文摘要
本發明涉及一種新型的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，具體涉及一種不僅在塑性階段產生膨脹來補償水泥基材料塑性階段收縮，且在硬化階段也持續產生一定膨脹補償水泥基材料后期收縮開裂的一種水泥基材料收縮補償用混凝土膨脹劑。本發明的水泥基材料收縮補償用塑性膨脹劑，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；微細合成纖維0～1.2份；磨細礦渣粉10～40份；膨潤土5～30份。本發明塑性膨脹劑可廣泛應用于水泥砂漿、混凝土、灌漿材料、修補砂漿等水泥基材料中，可在水利、電力、建筑、交通等領域的混凝土工程中應用。
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 優先權日2011年11月25日
發明者蔣正武, 鄧子龍, 黎良青 申請人:同濟大學