CN109455979B - 一种防水改性水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水泥材料的技术领域，具体涉及一种防水改性水泥，包括如下重量份的原料：石灰石60‑100份、粉煤灰5‑15份、蒙脱土5‑10份、硅藻土3‑8份、石英砂20‑45份、减水剂3‑8份、分散剂3‑6份、聚丙烯酸酯乳液30‑50份、空心玻璃微珠5‑10份和水60‑150份，所述聚丙烯酸酯乳液与空心玻璃微珠的重量份配比为5‑8；可以提高水泥的防水抗渗性能；本发明还提供了上述防水改性水泥的制备方法，将空心玻璃微珠分三次加入，并以50‑80r/min的速度搅拌混合，制备得到，使空心玻璃微珠得以保证结构完整性。

Description

一种防水改性水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及水泥材料的技术领域，具体涉及一种防水改性水泥及其制备方法。
背景技术
水泥是现代建筑中最常用且强度较高的建筑材料，运用于楼房建设、地面道路修建等方面。水泥加工过程中，为了提高各原料组分的均匀分散性，提高水泥的密实性及综合性能，会在搅拌混合的同时加入乳化剂、分散剂等助剂以及各种粒径不同的填料，颗粒状的固体与液体混合过程中，会产生气泡，若不采取措施，则会使水泥中残留较多的气泡而影响物料的分散均匀性，硬化后会造成水泥的整体强度下降，极易在发泡处发生开裂等情况，一旦开裂则会使外界的水分通过裂缝渗入水泥层内部，使水泥制品抗渗性能差。
现有技术中，为了克服水泥加工过程中的发泡情况，多采用加入消泡剂的方法来消除或减弱发泡率，虽然具有一定的效果，但是仍会有部分气泡残留在固化的水泥内而影响水泥的抗渗防水性能。
申请公布号为CN 107365139A的发明专利申请公开了一种高效防水改性水泥及其制备方法，按照重量份包括以下原料：水泥80～100份、石英砂30～50份、细砂20～40份、膨润土20～30份、滑石粉10～35份、改性丙烯酸丁酯乳液40～60份、二氧化硅10～20份、氢氧化钙15～20份、硅丙乳液8～10份、三硬脂酸甘油酯7～13份、消泡剂9～18份、添加剂5～15份、减水剂4～12份、防腐剂8～16份、分散剂5～10份、阻燃剂6～9份和水。加入的改性丙烯酸丁酯乳液能增强水泥内部的紧密度，严密封堵分子空隙，提高水泥的防水性，从而能防止水分渗透和开裂。但是，改性丙烯酸丁酯乳液及硅丙乳液自身与石英砂等固体颗粒在搅拌混合过程中就会产生大量气泡，因此，改性丙烯酸丁酯乳液在填充水泥内部空隙的同时，会随着与硅丙乳液的溶和在填充处滋生出许多细小的气泡，这些细小气泡残留在水泥内部，虽然对各骨料的分散性影响较小，使水泥内部可以满足一定的紧密度，但是一旦水泥开裂或出现裂缝，则细小气泡之间会呈带状连锁，导致裂缝越来越长，从而影响水泥的防水抗渗性能及强度。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种防水改性水泥，可以提高水泥的防水抗渗性能。
本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：
一种防水改性水泥，包括如下重量份的原料：石灰石60-100份、粉煤灰5-15份、蒙脱土5-10份、硅藻土3-8份、石英砂20-45份、减水剂3-8份、分散剂3-6份、聚丙烯酸酯乳液30-50份、空心玻璃微珠5-10份和水60-150份，所述聚丙烯酸酯乳液与空心玻璃微珠的重量份配比为5-8。
通过采用上述技术方案，空心玻璃微珠是微小的球体，球型率大，具有最小的比表面积，它在水泥骨料混合物中能够具有良好的分散性，很容易被压紧密实，因此它具有很高的填充性能；空心玻璃微珠内含有气体具有较好的抗冷热收缩性，从而增强水泥的抗温变性能，减少水泥因受热胀冷缩影响而引起开裂，从而可以提高水泥的抗渗性能。聚丙烯酸酯乳液(NBS共聚体)，是丙烯酸酯共聚乳液，是一种高分子聚合物的水分散体，加入水泥砂浆中后形成聚合物水泥砂浆，使砂浆具有优异的粘结、抗裂、抗冻、防渗、防腐、抗氯离子渗透、耐老化和耐蚀性能。本发明中通过在骨料石灰石、粉煤灰、蒙脱土、硅藻土及石英砂中添加聚丙烯酸酯乳液与空心玻璃微珠，并控制两者的添加配比，空心玻璃微珠将水泥中产生的气泡封堵使气泡闭孔，聚丙烯酸酯乳液可改善骨料之间的粘接性能，使结构更加密实并与水泥浆体互穿基质，聚合物填塞在空心玻璃微珠与骨料形成的缝隙孔道内，提高了水泥内部的紧密性。聚丙烯酸酯乳液与空心玻璃微珠配合，将水泥骨料内部形成闭孔结构，在无需使用消泡剂的情况下，即可减少水泥内部的气泡，使水泥内部结构更加紧密，增强了水泥的强度，降低了水泥的开裂率，从而增强了水泥的抗渗防水性能。
作为优选，包括如下重量份的原料：石灰石70-90份、粉煤灰8-12份、蒙脱土5-8份、硅藻土3-5份、石英砂25-40份、减水剂3-5份、分散剂3-5份、聚丙烯酸酯乳液30-40份、空心玻璃微珠5-8份和水70-100份，所述聚丙烯酸酯乳液与空心玻璃微珠的重量份配比为6-8。
通过采用上述技术方案，优化各组分含量，使水泥具有更好的防水抗渗性能。
作为优选，所述硅藻土的粒径为900-1000目，于950℃下煅烧制得。
作为优选，所述石灰石与石英砂的粒径均为220-250目。
通过采用上述技术方案，降低骨料的粒径，在保证骨料可以满足水泥强度的基础上，进一步提高骨料在水泥内的分散均匀性，从而进一步提高水泥内部的紧密度。
作为优选，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
通过采用上述技术方案，聚羧酸系高性能减水剂，由于真正做到了依据分散水泥作用机理设计有效的分子结构，具有超分散型，能防止混凝土坍落度损失而不引起明显缓凝，低掺量下发挥较高的塑化效果，流动性保持性好、分子构造上自由度大，对混凝土增强效果显著，能降低混凝土收缩，有害物质含量极低等技术性能特点，赋予了混凝土优良的耐久性。聚羧酸系高性能减水剂具有良好的综合技术性能优势及环保特点，符合现代化混凝土工程的需要。
作为优选，所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺。
通过采用上述技术方案，乙烯基双硬脂酰胺亦称乙撑双硬脂酰胺(EBS)，该化合物为硬而脆的白色高熔点蜡，其工业品为呈略带黄色的细小颗粒，无毒，对人体无副作用，加入水泥中，能够减少冷温塑性流动，在不变脆的前提下，增加水泥的耐水、耐酸及耐盐水喷雾等性能。
本发明的第二个目的是提供一种上述防水改性水泥的制备方法，制备得到具有抗渗防水性能的改性水泥。
本发明的第二个目的通过如下技术方案来实现：
一种防水改性水泥的制备方法，包括如下操作步骤：
将石灰石、粉煤灰与蒙脱土加入1/3水总量的水，混合搅拌得到混合料A；
将硅藻土、石英砂与减水剂加入1/3水总量的水，混合搅拌得到混合料B；
将聚丙烯酸酯乳液和余量的水混合均匀，分三次加入空心玻璃微珠，第一次加入1/2总量的空心玻璃微珠，第二次加入1/4总量的空心玻璃微珠，第三次加入1/4总量的空心玻璃微珠，每次加入空心玻璃微珠后均以50-80r/min的速度搅拌3-5min，得到混合料C；
将分散剂、混合料A、混合料B加入混合料C中，以50-80r/min的速度搅拌5-10min，得到防水改性水泥。
通过采用上述技术方案，将石灰石、粉煤灰与蒙脱土加水混合搅拌，得到骨料一，即混合料A；硅藻土与石英砂配合减水剂搅拌混合均匀，得到骨料二，即混合料B；空心玻璃微珠分三次加入至聚丙烯酸酯乳液中，逐步加入，能很好的避免空心玻璃微珠漂浮聚集到水泥内某一部位，从而使分散更完全，并且空心玻璃微珠将聚丙烯酸酯乳液的气泡封孔；加入空心玻璃微珠时控制在温和的搅拌速度下，保证空心玻璃微珠的结构完整性，从而保证其可以发挥强度支撑与封孔作用。将分散剂、混合料A、混合料B加入混合料C中，温和的搅拌速度下，使骨料分散均匀，聚丙烯酸酯乳液填塞在空心玻璃微珠与骨料形成的缝隙孔道内，最终制备得到内部紧密且具有抗渗性能的防水改性水泥。
作为优选，所述混合料A的制备过程中，于300-500r/min的速度搅拌混合15-25min后进行球磨，球磨10-20min后得到混合料A。
作为优选，所述混合料B的制备过程中，于300-500r/min的速度搅拌混合10-20min后进行球磨，球磨10-15min后得到混合料B。
通过采用上述技术方案，使搅拌混合得到的混合料A和混合料B颗粒大小更加均匀，利于分散均匀。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
(1)通过向原料中加入空心玻璃微珠与聚丙烯酸酯乳液，两者协同配合发挥作用，使本发明的防水改性水泥的抗渗性能和抗压强度达到II型，28d的抗渗压力最高达到2.2Mpa，抗压强度最高达54.0Mpa，吸水率最低降至2.8％；
(2)通过控制空心玻璃微珠与聚丙烯酸酯乳液的配比，使本发明改性水泥的各项检测结果均达到II型的优良性能；
(3)通过控制空心玻璃微珠分批次加入，且控制搅拌速度，使空心玻璃微珠可以保持完整的结构，从而使其得以发挥作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步的说明。
本发明中的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，选自南通润丰石油化工有限公司，固含量20±2％，密度1.08±0.02g/ml，pH 6-7，氯离子＜0.05，水泥净浆流动度，W/C＝0.29≥250mm。分散剂为乙烯基双硬脂酰胺，钼含量≥99％，粒度为5000目，牌号MP-1。聚丙烯酸酯乳液选自北京佳合天成新技术有限公司，TH型号。
实施例1
一种防水改性水泥，通过如下操作步骤制备得到：
原料预处理：将于950℃下煅烧制得(煅烧方法已是很成熟的现有技术，在此不再赘述)的硅藻土过900目网筛，筛选得到粒径为900目的硅藻土备用；将石灰石与石英砂过220目网筛，筛选得到粒径为220目的石灰石与石英砂备用。
骨料混合：按照表1中的添加量，将石灰石、粉煤灰与蒙脱土加入1/3水总量的水，于300r/min的速度搅拌混合25min后，送入球磨机中进行球磨，球磨20min后得到混合料A。
骨料混合：按照表1中的添加量，将硅藻土、石英砂与减水剂加入1/3水总量的水，于300r/min的速度搅拌混合20min后，送入球磨机中进行球磨，球磨15min后得到混合料B。
按照表1中的添加量，将聚丙烯酸酯乳液和余量的水(即1/3水总量)混合均匀，分三次加入空心玻璃微珠，第一次加入1/2总量的空心玻璃微珠，第二次加入1/4总量的空心玻璃微珠，第三次加入1/4总量的空心玻璃微珠，每次加入空心玻璃微珠后均以50r/min的速度搅拌5min，得到混合料C。
按照表1中的添加量，将分散剂、混合料A、混合料B加入混合料C中，以50r/min的速度搅拌10min，得到防水改性水泥。
实施例2
一种防水改性水泥，通过如下操作步骤制备得到：
原料预处理：将于950℃下煅烧制得(煅烧方法已是很成熟的现有技术，在此不再赘述)的硅藻土过1000目网筛，筛选得到粒径为1000目的硅藻土备用；将石灰石与石英砂过250目网筛，筛选得到粒径为250目的石灰石与石英砂备用。
骨料混合：按照实施例1中的添加量，将石灰石、粉煤灰与蒙脱土加入1/3水总量的水，于500r/min的速度搅拌混合20min后，送入球磨机中进行球磨，球磨10min后得到混合料A。
骨料混合：按照实施例1中的添加量，将硅藻土、石英砂与减水剂加入1/3水总量的水，于500r/min的速度搅拌混合10min后，送入球磨机中进行球磨，球磨10min后得到混合料B。
按照实施例1中的添加量，将聚丙烯酸酯乳液和余量的水(即1/3水总量)混合均匀，分三次加入空心玻璃微珠，第一次加入1/2总量的空心玻璃微珠，第二次加入1/4总量的空心玻璃微珠，第三次加入1/4总量的空心玻璃微珠，每次加入空心玻璃微珠后均以80r/min的速度搅拌3min，得到混合料C。
按照实施例1中的添加量，将分散剂、混合料A、混合料B加入混合料C中，以80r/min的速度搅拌5min，得到防水改性水泥。
实施例3
一种防水改性水泥，通过如下操作步骤制备得到：
原料预处理：将于950℃下煅烧制得(煅烧方法已是很成熟的现有技术，在此不再赘述)的硅藻土过960目网筛，筛选得到粒径为960目的硅藻土备用；将石灰石与石英砂过240目网筛，筛选得到粒径为240目的石灰石与石英砂备用。
骨料混合：按照实施例1中的添加量，将石灰石、粉煤灰与蒙脱土加入1/3水总量的水，于400r/min的速度搅拌混合15min后，送入球磨机中进行球磨，球磨10min后得到混合料A。
骨料混合：按照实施例1中的添加量，将硅藻土、石英砂与减水剂加入1/3水总量的水，于400r/min的速度搅拌混合15min后，送入球磨机中进行球磨，球磨12min后得到混合料B。
按照实施例1中的添加量，将聚丙烯酸酯乳液和余量的水(即1/3水总量)混合均匀，分三次加入空心玻璃微珠，第一次加入1/2总量的空心玻璃微珠，第二次加入1/4总量的空心玻璃微珠，第三次加入1/4总量的空心玻璃微珠，每次加入空心玻璃微珠后均以66r/min的速度搅拌3min，得到混合料C。
按照实施例1中的添加量，将分散剂、混合料A、混合料B加入混合料C中，以70r/min的速度搅拌5min，得到防水改性水泥。
实施例4-9
实施例4-9的防水改性水泥的制备方法与实施例3完全相同，区别在于各原料组分的添加量不同，具体添加量见表1。
表1实施例1-9中制备防水改性水泥的各原料组分的添加量
Figure BDA0001904538880000061
对比例1
对比例1与实施例3的区别在于：对比例1中的原料中无空心玻璃微珠，其余与实施例3的一致。
对比例2
对比例2与实施例3的区别在于：对比例2中的原料中无聚丙烯酸酯乳液，其余与实施例3一致。
对比例3
对比例3与实施例3的区别在于：对比例3中的原料中无聚丙烯酸酯乳液和空心玻璃微珠，其余与实施例3一致。
对比例4
对比例4与实施例3的区别在于：对比例4中的原料中聚丙烯酸酯乳液与空心玻璃微珠的重量份配比为4，其余与实施例3一致。
对比例5
对比例5与实施例3的区别在于：对比例5中的原料中聚丙烯酸酯乳液与空心玻璃微珠的重量份配比为9，其余与实施例3一致。
对比例6
对比例6与实施例3的区别在于：对比例6中的混合料C的制得过程中，空心玻璃微珠一次性全部加入，并以66r/min的速度搅拌3min，得到混合料C，其余与实施例3一致。
对比例7
对比例7与对比例6的区别在于：对比例7中的混合料C的制得过程中，空心玻璃微珠一次性全部加入后，以100r/min的速度搅拌3min，得到混合料C，其余与实施例3一致。
对照组申请公布号为CN 107365139 A的发明专利申请中，实施例2制得的高效防水改性水泥。
对比例1-7的防水改性水泥的各原料组分的添加量，具体如下表2所示。
表2对比例1-7中制备防水改性水泥的各原料组分的添加量
Figure BDA0001904538880000071
性能检测
按照JC/T984-2011的检测标准及检测方法，对实施例1-9、对比例1-7以及对照组的改性水泥进行性能测定，具体检测结果分别见表3和表4所示。
表3实施例1-9中制备的防水改性水泥的性能测试结果
Figure BDA0001904538880000072
Figure BDA0001904538880000081
由表3中的检测结果表明，利用本发明的配方与制备方法制得的防水改性水泥，28d的抗渗压力最高达到2.2Mpa，抗压强度最高达54.0Mpa，吸水率最低降至2.8％，此外，凝结时间、粘结强度、抗冻性、收缩率也均达到检测标准中的II型指标，达到了优良的性能。
表4对比例1-7及对照组中的防水改性水泥的性能测试结果
Figure BDA0001904538880000082
由表4中的检测结果表明，本发明制备的防水改性水泥的各项性能均优于对照组专利中的高效防水改性水泥的性能。本发明的配方与制备方法对防水改性水泥的抗渗性能具有较大的影响。通过对比例1-5可知，本发明中的聚丙烯酸酯乳液和空心玻璃微珠对本发明的防水改性水泥的抗渗性能、抗压强度具有很大的影响，若去掉空心玻璃微珠(对比例1)，则改性水泥的28d的抗渗压力降低到1.4Mpa，抗压强度由II型降低至I型，21Mpa，吸水率升至4.9％，抗渗防水性能大大下降，且强度也下降；若去掉聚丙烯酸酯乳液(对比例2)抗压强度、抗渗压力、凝结时间、粘结强度、抗冻性、吸水率、收缩率的效果均降低；若去掉聚丙烯酸酯乳液和空心玻璃微珠(对比例3)，则改性水泥的28d的抗渗压力降低到1.0Mpa，抗压强度由II型降低至I型，15Mpa，吸水率升至5.3％，抗渗防水性能下降严重，并且其他性能也均下降明显；由对比例4和对比例5可知，本发明中聚丙烯酸酯乳液和空心玻璃微珠的配比，对最终得到的改性水泥的防水抗渗性能具有一定的影响，若不在本发明范围内，则抗渗压力、抗压强度、吸水率与收缩率均由II型降低至I型。由对比例6和对比例7的结果表明，本发明的制备方法中，空心玻璃微珠加入的时间和搅拌速度对空心玻璃微珠发挥作用起到关键的作用，若将空心玻璃微珠一次性全部加入，则会导致空心玻璃微珠分散不均匀，影响最终改性水泥的性能；若加入后搅拌速度过快，则会破坏空心玻璃微珠结构完整性，降低其对改性水泥的支撑强度，从而降低改性水泥的抗压强度等性能。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种防水改性水泥，其特征在于，包括如下重量份的原料：石灰石60-100份、粉煤灰5-15份、蒙脱土5-10份、硅藻土3-8份、石英砂20-45份、减水剂3-8份、分散剂3-6份、聚丙烯酸酯乳液30-50份、空心玻璃微珠5-10份和水60-150份，所述聚丙烯酸酯乳液与空心玻璃微珠的重量份配比为5-8。
2.根据权利要求1所述的防水改性水泥，其特征在于，包括如下重量份的原料：石灰石70-90份、粉煤灰8-12份、蒙脱土5-8份、硅藻土3-5份、石英砂25-40份、减水剂3-5份、分散剂3-5份、聚丙烯酸酯乳液30-40份、空心玻璃微珠5-8份和水70-100份，所述聚丙烯酸酯乳液与空心玻璃微珠的重量份配比为6-8。
3.根据权利要求1所述的防水改性水泥，其特征在于：所述硅藻土的粒径为900-1000目，于950℃下煅烧制得。
4.根据权利要求1所述的防水改性水泥，其特征在于：所述石灰石与石英砂的粒径均为220-250目。
5.根据权利要求1所述的防水改性水泥，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
6.根据权利要求1所述的防水改性水泥，其特征在于：所述分散剂为乙烯基双硬脂酰胺。
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