一种高膨胀性能的水泥基材料及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了属于建筑材料范围的一种高膨胀性能的水泥基材料及其应用，所述高膨胀性能的水泥基材料是以硅酸盐水泥为基础材料(分为水泥砂浆及混凝土两大类)，以水泥质量为基准添加各种添加剂，各添加剂占水泥的质量百分比分别为：具有遇水或遇油膨胀功能的聚合物掺量为0.1％～50％；稳定剂0％～10％；分散剂0％～5％；消泡剂0％～5％；水20％～100％。该高膨胀性水泥基材料可应用在各种灌浆与堵漏材料、地下防水工程、隧道坝堤建设等对耐久性要求高，人工修复难度大的工程项目中。当水泥基材料由于各种原因发生开裂渗漏后，由于聚合物遇水或遇油膨胀导致裂缝愈合，阻止渗漏的进一步发展，延长结构耐久性。
【专利说明】-种高膨化性能的水泥基材料及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料范围，特别涉及一种高膨胀性能的水泥基材料及其应用，具 体说可W应用在各种灌浆、封堵材料及大巧、地铁、隧道建设等工程中。
【背景技术】
[0002] 水泥基材料的脆性及其易开裂性是其自身力学性能的重要缺陷。水泥基材料，女口 硬化水泥砂浆，混凝±等，由于在成型养护过程中的收缩变形及其本身较低的抗拉强度，极 易引起开裂产生裂缝；同时在水泥基材料服役过程中，由于各种有害介质的侵蚀、钢筋镑 蚀、冻融循环等环境因素导致各种形式的水泥基材料的开裂破坏，大大降低了其耐久性和 服役性能，缩短了建筑结构的使用寿命，极大的增加了维护成本及经济损失。因此如何保持 水泥基材料在使用过程中的完整性与耐久性是水泥基材料应用过程中一个亟待解决的问 题。
[0003] 工程施工中，常遇到隧洞涌水、基坑漏水等堵漏问题，或由于工程质量缺陷和病险 水库长时间运行等产生严重渗漏，因此堵漏灌浆技术越来越受到±木工程界的重视。水泥 基灌浆、堵漏砂浆是一类工程中常用的灌浆封堵材料，其主要功能是通过堵漏灌浆或结合 其他防渗加固手段，满足工程施工及运行的需要，W达到良好的施工环境和保障工程正常 运行，大量的用于大型设备销固，地铁、隧道等地下工程等施工缝的嵌固，混凝±梁柱的加 固修补等。然而，在服役过程中，由于各种因素引起的堵漏灌浆材料开裂而重新发生渗漏 是一类常见的工程问题。本发明涉及的遇水（或遇油）高膨胀性砂浆，用于此类灌浆堵 漏工程中，当发生渗漏是，砂浆体积大幅度膨胀而阻塞裂缝，从而实现堵漏砂浆的自愈合。 CN102924019A公开了一种高强微膨胀灌浆材料及其制备方法，其原料为28d抗压强度高 于42. 5MI^的娃酸盐水泥，硫铅酸盐水泥或高铅水泥中的一种，采用硫铅酸巧类膨胀剂，填 料为石英砂、刚玉或铁尾矿，有机娃类消泡剂，聚駿酸类减水剂，甲酸巧或碳酸裡，葡萄糖酸 轴，甲基纤维素離、轻丙基甲基纤维素離或轻己基甲基纤维素離。与现有灌浆材料相比，具 有早期强度高、流动性优良、后期强度增长和耐久性好的特点；且具有微膨胀性、施工简便 快捷，使用无毒无害。
[0004] 在技术工艺与膨胀原理上与本专利相比较，CN102924019A是通过在原料中加入无 机膨胀剂，实现水泥基材料早期膨胀，而本专利是通过在原料中加入遇水或遇油膨胀有机 聚合物材料，当水泥基材料开裂时水或油侵入裂缝，聚合物吸水或吸油膨胀进而导致水泥 基材料膨胀从而堵塞裂缝，与CN102924019A有本质区别。
[0005] 混凝±作为一种主要的建筑材料，W其经济性、可德性、耐久性、用途的多样性等 众多优点，广泛应用于建筑工程中。但裂缝一直是混凝±结构中存在的最大问题。工程调 查显示，我国大部分混凝±建筑物都存在不同程度的裂缝，在全国水工混凝±建筑物耐久 性及病害处理调查报告中，所调查的32座大巧均存在不同程度的混凝±裂缝。由于混凝± 应用环境恶劣，即使采用优质原料，混凝±仍然极易开裂产生裂缝，导致有害物质W水为载 体进入混凝±内部，严重影响工程耐久性，造成重大的安全隐患及维修损失。因此，开发一 种遇水遇油高膨胀性混凝±，当混凝±开裂发生渗水渗油后，通过混凝±吸水吸油引起体 积膨胀堵塞裂缝，为保证建筑结构耐久性，降低安全隐患，减少维护花费，具有重大的社会 与经济效益。CN102503307A公开了一种新型高强膨胀混凝±制备工艺，通过在配比中加入 钢纤维和高吸水性树脂得到一种强度较高，收缩率较小具有自养护功能的新型混凝±，其 原料配比为；水泥、水、石子、钢纤维、河砂、膨胀剂、减水剂、高吸水性树脂SAP质量比为1:0 .33:2. 89:0. 24:0. 95:0. 1:0. 015:0. 0001。
[0006] 本发明请求保护的遇水遇油高膨胀混凝±与CN102503307A不同，本发明所制混 凝±-方面通过添加遇油膨胀聚合物使其在油中也具有高膨胀性能，另一方面通过聚合物 乳液与高吸水性聚合物复配使用，在赋予混凝±遇水高膨胀性能的同时提高了混凝±抗渗 性能，可极大提高建筑结构的耐久性。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种高膨胀性能的水泥基材料及其应用；其特征在于，包 括：
[0008] 1)高膨胀性能的水泥基材料是W娃酸盐水泥为基础材料，W水泥的质量为基准添 加各种添加剂，配制成一种高膨胀性能的水泥基材料；所述高膨胀性能的水泥基材料是W 娃酸盐水泥为基础材料，W水泥质量为基准添加各种添加剂，所述水泥基材料按照砂子和 石子作为骨料的尺寸将水泥基材料划分为水泥砂浆及混凝±两大类，其中，骨料尺寸巧mm 的为水泥砂浆，骨料尺寸乂mm为混凝± ;各添加剂占水泥的质量百分比分别为：
[0009] 具有遇油膨胀功能的聚合物惨量为0.1%?50% ;稳定剂0%?10% ;分散剂 0%?5% ;消泡剂0%?5% ;水20%?100%。
[0010] 所述具有膨胀功能的聚合物具有高吸水或高吸油的特点，是粒径为l〇nm-3mm的 粉末材料，包括聚醜胺类高聚物，聚丙帰酸类高聚物，丙帰酸-丙帰醜胺共聚物，聚己帰醇 类高聚物，纤维素離类高聚物，淀粉类高聚物，氯下胶，天然橡胶中的一种或几种；或是粒径 为lOnm-50 y m的水性分散液，又称聚合物乳液或聚合物胶乳；包括下苯乳液，苯丙乳液，己 帰-醋酸己帰醋类乳液中的一种或几种。
[0011] 所述稳定剂为阴非离子乳化剂焼基酷硫酸轴与非离子乳化剂焼基酷聚氧己帰離 按质量比2:1至1:2复配得到。
[0012] 所述分散剂为脂肪族类减水剂、蔡系减水剂或聚駿酸减水剂中的一种或几种。
[0013] 所述消泡剂为高级脂肪醇类消泡剂或者有机娃消泡剂
[0014] 2)水泥砂浆中水泥与砂子的质量比为1 ; (0. 5-3);混凝±中水泥、砂子和石子质 量比为1 ; (0. 5-3) : (1-5);按照此比例，将称量好的材料加水在揽拌机中揽拌3?IOmin后 即可应用。
[0015] 所述砂子为河砂，河砂细度模数为2. 2,颗粒级配为II区；其中砂的颗粒级配分为 H个区，是指不同粒径的砂粒搭配比例；砂颗粒级配反映空隙率大小，其依据不同直径的筛 子筛余质量百分比确定。
[0016] 所采用的石子为碎石，最大直径为40mm，连续级配为5?40mm。
[0017] 本发明的有益效果是：
[0018] 1、本发明所制硬化水泥砂浆与混凝±抗渗性能好，遇水或遇油膨胀能力强，且其 中所惨加的遇水遇油膨胀的添加剂对水泥基材料具有一定的增初抗裂效果，可W明显提高 硬化水泥砂浆与混凝±的抗开裂能力，及当裂缝产生后，聚合物吸水或吸油溶胀引起水泥 基材料膨胀，从而使裂缝愈合，具有自愈合能力，保证了建筑结构的完整性与耐久性。
[0019] 2、根据本发明所制硬化水泥砂浆与混凝±的优点，该发明可应用在地下防水工 程、巧堤建设等众多对结构耐久性要求高，人工维护困难等重大项目工程应用中，具有重大 的实际应用意义。
[0020] 3.应用领域包括大巧混凝±工程，地铁、隧道、地下车库等地下工程混凝±等。当 混凝±由于各种原因发生开裂渗漏后，由于膨胀导致混凝±裂缝愈合，阻止渗漏。
【具体实施方式】：
[0021] 本发明提供一种高膨胀性能的水泥基材料及其应用。下面结合实施例，对本发明 进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能W下述实施例来限定本发明的保 护范围。
[0022] 实施例1 :
[0023] 一种遇油高膨胀性水泥砂浆，其原料构成及惨入质量分别为：
[0024] 普通娃酸盐水泥500g，标准砂lOOOg，高吸油性苯丙乳液的惨量为水泥质量10% ; 实验室按照异下帰聚氧己帰離与丙帰酸的摩尔比1:4共聚得到的聚離类聚駿酸减水剂惨 量为水泥质量0. 2%，阴非离子乳化剂0NIST-2836与非离子乳化剂OP-IO按质量比1:1 复配的稳定剂12. 5g，有机娃消泡剂DZ-1267惨量为水泥质量的0. 40 %，按照标准JC/T 603-2004《水泥胶砂干缩实验方法》制得水泥胶砂试样，养护后拆模即得所需样品。记录初 始长度后放入油中浸泡，每隔一定时间后测定长度。
[00幼 实施例2
[0026] 一种遇油高膨胀性水泥砂浆，其原料构成及惨入质量分别为：
[0027] 普通娃酸盐水泥500g，标准砂lOOOg，高吸油性下苯胶乳惨量为水泥质量5%，賴 化丙丽甲酵缩合物减水剂惨量为水泥质量0. 70%，阴非离子乳化剂0NIST-2836与非离子 乳化剂OP-IO按质量比1:1复配的稳定剂6. 25g，有机娃消泡剂DZ-1267惨量为水泥质量 的0. 25%，按照标准JC/T 603-2004《水泥胶砂干缩实验方法》制得水泥胶砂试样，养护后 拆模即得所需样品。记录初始长度后放入油中浸泡，每隔一定时间后测定长度。
[002引 实施例3
[0029] -种遇水高膨胀性水泥砂浆，其原料构成及惨入质量分别为：
[0030] 普通娃酸盐水泥500g，标准砂lOOOg，聚丙帰酸高吸水性树脂颗粒惨量为水泥质 量10 %，苯丙乳液（或下苯胶乳）惨量为水泥质量10%，聚離类聚駿酸减水剂惨量为水泥 质量0. 2%，阴非离子乳化剂0NIST-2836与非离子乳化剂OP-IO按质量比1:1复配的稳定 剂25. Og,有机娃消泡剂DZ-1267惨量为水泥质量的0. 80 %，按照标准JC/T 603-2004《水 泥胶砂干缩实验方法》制得水泥胶砂试样，养护后拆模即得所需样品。记录初始长度后放入 水中浸泡，每隔一定时间后测定长度
[0031] 实施例4
[0032] -种遇水高膨胀性水泥砂浆，其原料构成及惨入质量分别为：
[0033] 普通娃酸盐水泥500g，标准砂lOOOg，聚丙帰醜胺水凝胶惨量为水泥质量10%， 苯丙乳液（或下苯胶乳）折固惨量为水泥质量5%，聚離类聚駿酸减水剂惨量为水泥质量 0. 15%，阴非离子乳化剂0NIST-2836与非离子乳化剂OP-IO按质量比1:1复配的稳定剂 6. 25g，有机娃消泡剂DZ-1267惨量为水泥质量的0. 60%。按照标准JC/T 603-2004《水泥 胶砂干缩实验方法》制得水泥胶砂试样，养护后拆模即得所需样品。记录初始长度后放入水 中浸泡，每隔一定时间后测定长度
[0034] 实施例5
[00巧]一种遇油高膨胀性混凝±，其原料构成及惨入质量分别为：
[0036] 每立方米混凝±所用原料为；普通娃酸盐水泥用量52化g，河砂75化g，碎石 105化g，水15化g，聚離类聚駿酸减水剂2. 08kg，高吸油性苯丙乳液惨量为水泥质量10%， 阴非离子乳化剂0NIST-2836与非离子乳化剂OP-IO复配稳定剂13kg，有机娃消泡剂 DZ-1267为4.化g,倒入尺寸为100mm*100mm*400mm模具中，养护一定时间后，用补偿混凝± 收缩膨胀仪测定初始原长及泡入水中后纵向长度变化。
[0037] 实施例6
[0038] -种遇油高膨胀性混凝±，其原料构成及惨入质量分别为：
[0039] 每立方米混凝±所用原料为；普通娃酸盐水泥用量52化g，河砂75化g，碎石 105化g，水15化g，賴化丙丽甲酵缩合物减水剂7. 80kg，高吸油性下苯胶乳惨量为水泥质量 5 %，阴非离子乳化剂0NIST-2836与非离子乳化剂OP-IO复配稳定剂6. 75kg，有机娃消泡剂 DZ-1267为2.化g，倒入尺寸为100mm*100mm*400mm模具中，养护一定时间后，用补偿混凝± 收缩膨胀仪测定初始原长及泡入水中后纵向长度变化。
[0040] 实施例7
[0041] 一种遇水高膨胀性混凝±，其原料构成及惨入质量分别为：
[0042] 每立方米混凝±所用原料为；普通娃酸盐水泥用量52化g，河砂75化g，碎石 105化g，水15化g，聚離类聚駿酸减水剂2. 08kg，聚丙帰酸高吸水性树脂颗粒惨量为水泥质 量10 %，苯丙乳液（或下苯胶乳）惨量为水泥质量10 %，阴非离子乳化剂0NIST-2836与非 离子乳化剂OP-IO按质量比1:1复配的稳定剂26kg，有机娃消泡剂DZ-1267为8.化g，倒入 尺寸为100mm*100mm*400mm模具中，养护一定时间后，用补偿混凝±收缩膨胀仪测定初始 原长及泡入水中每隔一定时间后纵向长度变化。
[004引 实施例8
[0044] -种遇水高膨胀性混凝±，其原料构成及惨入质量分别为：
[0045] 每立方米混凝±所用原料为；普通娃酸盐水泥用量52化g，河砂75化g，碎石 105化g，水15化g，聚離类聚駿酸减水剂1. 56kg，聚丙帰醜胺水凝胶惨量为水泥质量10%， 苯丙乳液（或下苯胶乳）惨量为水泥质量5%，阴非离子乳化剂0NIST-2836与非离子乳化 剂OP-IO按质量比1:1复配的稳定剂6. 75kg，有机娃消泡剂DZ-1267为6.化g，倒入尺寸为 100mm*100mm*400mm模具中，养护一定时间后，用补偿混凝±收缩膨胀仪测定初始原长及泡 入水中每隔一定时间后纵向长度变化。
[0046] 下面通过对比例来验证本发明的使用效果：
[0047] 对比例1与2 ;普通水泥砂浆
[0048] 普通娃酸盐水泥500g，标准砂lOOOg，聚離类聚駿酸减水剂惨量为水泥质量 0. 2%，阴非离子乳化剂0NIST-2836与非离子乳化剂OP-IO复配稳定剂12. 5g，按照标准 JC/T 603-2004《水泥胶砂干缩实验方法》制得水泥胶砂试样，养护后拆模即得所需样品。 记录初始长度后然后放入油（对比例1)或水（对比例2)中浸泡，每隔一定时间测定长度。 [004引对比例3与4 ;普通混凝±
[0050] 每立方米混凝±所用原料为；普通娃酸盐水泥用量52化g，河砂75化g，碎石 105化g,水15化g,聚離类聚駿酸减水剂2. 08kg,倒入尺寸为100mm*100mm*400mm模具中，养 护一定时间后，用补偿混凝±收缩膨胀仪测定初始原长后放入油（对比例3)或水（对比例 4)中浸泡，每隔一定时间测定长度。
[0051] 表1实施例与对比例泡水泡油纵向微应变膨胀变化值
[0052]
【权利要求】
1. 一种高膨胀性能的水泥基材料，其特征在于，所述高膨胀性能的水泥基材料是以硅 酸盐水泥为基础材料，以水泥质量为基准添加各种添加剂，所述水泥基材料按照砂子和石 子作为骨料的尺寸将水泥基材料划分为水泥砂浆及混凝土两大类，其中，骨料尺寸〈5_的 为水泥砂浆，骨料尺寸>5_为混凝土；各添加剂占水泥的质量百分比分别为：具有遇水或 遇油膨胀功能的聚合物掺量为〇. 1 %?50% ;稳定剂0%?10% ;分散剂0%?5% ;消泡 剂 0%?5% ;水 20%?100%。
2. 根据权利要求1所述一种高膨胀性能的水泥基材料，其特征在于，所述具有膨胀功 能的聚合物具有高吸水或高吸油的特点，是粒径为l〇nm-3mm的粉末材料，包括聚酰胺类高 聚物，聚丙烯酸类高聚物，丙烯酸-丙烯酰胺共聚物，聚乙烯醇类高聚物，纤维素醚类高聚 物，淀粉类高聚物，氯丁胶，天然橡胶中的一种或几种；或是粒径为10nm-50 μ m的水性分散 液，又称聚合物乳液或聚合物胶乳；包括丁苯乳液，苯丙乳液，乙烯-醋酸乙烯酯类乳液中 的一种或几种。
3. 根据权利要求1所述一种高膨胀性能的水泥基材料，其特征在于，所述稳定剂为阴 非离子乳化剂烷基酚硫酸钠与非离子乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚按质量比2:1至1:2复配得 到。
4. 根据权利要求1所述一种高膨胀性能的水泥基材料，其特征在于，所述分散剂为脂 肪族类减水剂、萘系减水剂或聚羧酸减水剂中的一种或几种。
5. 根据权利要求1所述一种高膨胀性能的水泥基材料，其特征在于，所述消泡剂为高 级脂肪醇类消泡剂或者有机硅消泡剂。
6. -种权利要求1所述高膨胀性能的水泥基材料，其特征在于，水泥砂浆中水泥与 砂子的质量份数比为1 :(0.5-3);混凝土中水泥、砂子和石子质量份数比为1 :(0.5-3): (1-5);按照此比例，将称量好的材料加水在搅拌机中搅拌3?lOmin后即可应用。
7. 根据权利要求6所述一种高膨胀性能的水泥基材料，其特征在于，所述砂子为河砂， 河砂细度模数为2. 2,颗粒级配为II区。
8. 根据权利要求6所述一种高膨胀性能的水泥基材料，其特征在于，所采用的石子为 碎石，最大直径为40mm，连续级配为5?40mm。
【文档编号】C04B28/04GK104261749SQ201410430751
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】孔祥明, 卢子臣, 杨瑞芳, 蒋凌飞 申请人:清华大学