一种利用油酸改性粉煤灰制备抗渗疏水水泥的方法

摘要

本发明涉及一种利用油酸改性粉煤灰制备抗渗疏水水泥的方法，通过干磨法利用油酸对粉煤灰进行改性再将其与水泥和水混合成型，在此过程中油酸分子的羧基端与粉煤灰的表面基团连接，油酸分子的烷基端起到疏水作用。本发明解决了普通水泥制品容易遭受水的渗入和侵蚀损害而影响使用的问题，具有制备方法简单、周期短、条件温和、成本低、防水抗渗效果显著等诸多优点。

说明书

技术领域

本发明涉及水泥材料技术领域，具体涉及一种利用油酸改性粉煤灰制备抗渗疏水水泥的方法。

背景技术

水泥、混凝土中水的渗入和侵蚀是影响其使用寿命的一个重要因素。这是因为在水泥和混凝土中含有大量多孔结构，水的毛细效应、侵蚀和渗透(冻融)对建筑物造成了极大的物理和化学损害，使得建筑结构的功能受到影响，典型的如路面、桥梁和房屋。此外，氯离子和硫酸根离子会随着水的渗透进入到水泥和混凝土内部，造成钢筋锈蚀、结构膨胀开裂以及耐久性缩短等严重后果。因此开发抗渗防水水泥显得十分必要和紧迫。

由于粉煤灰可以产生胶凝系统并能显著提高混凝土的可加工性，因此其可以替代部分水泥，这在水泥行业也比较常见，但是掺杂粉煤灰的水泥制品依然存在上述问题。因此，粉煤灰掺杂前有必要用有机物进行改性。如果直接将有机物掺入水泥体系中，不会得到很好的分散，无法起到应有的效果，改性所用的有机物也必须慎重选择。油酸作为一种常见有机物，其分子的一端为羧基，能够与粉煤灰的硅羟基产生桥联，另一端为烷基，能够起到疏水作用，从而产生防水抗渗的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有水泥材料存在的抗渗性、防水性差的问题，提供一种利用油酸改性粉煤灰制备抗渗疏水水泥的方法。该方法利用粉煤灰表面的硅羟基与油酸分子中的羧基发生反应，将油酸分子的羧基一端与粉煤灰的表面链接起来，油酸分子的另一端烷基部分能够产生疏水作用，将其加入到水泥中能够产生疏水作用，起到防水抗渗的效果。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

利用油酸改性粉煤灰制备抗渗疏水水泥的方法，包括以下步骤：首先将粉煤灰与油酸混合干磨，两者发生反应得到油酸改性的粉煤灰；接着将油酸改性的粉煤灰与水泥混合，加水后以不同速度搅拌，最后倒入模具中养护即得。

进一步的，粉煤灰与油酸混合时的质量比为10-24:1。

进一步的，粉煤灰与油酸混合干磨过程中还加入了玛瑙球，玛瑙球与粉煤灰的体积比为4-5:1。加入玛瑙球可以增加干磨过程中物料混合的均匀程度。

进一步的，干磨时用容器盛装粉煤灰-油酸混合物，然后将其放入球磨机中，球磨机转速为200-300转/分钟，干磨时间为6-8h。

进一步的，油酸改性的粉煤灰、水泥、水三者的质量比为1:7-15:2-5。

进一步的，油酸改性的粉煤灰与水泥混合并加水后，先慢速搅拌一段时间，再快速搅拌一段时间，然后静置一段时间，最后再快速搅拌一段时间。这种慢-快-停-快的搅拌方式可以改善水泥的引气和抗渗透性能。

更进一步的，每一次慢速搅拌或快速搅拌的时间分别为30s、30s，静止时间为60s。

进一步的，养护条件为：温度：20±2℃，湿度：95±5％，时间：28d。

进一步的，所述水泥为普通硅酸盐水泥。

本发明通过油酸分子中的羧基与粉煤灰表面的硅羟基发生反应，使得油酸分子的羧基端与粉煤灰的表面链接起来，油酸分子的烷基端提供疏水功能，将其掺杂在普通硅酸盐水泥中能大大降低水泥制品的吸水率，提高使用寿命。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)将油酸分子通过化学键链接到粉煤灰的表面，油酸的烷基端起疏水作用，将其加入到水泥中后1-7d吸水率低至0.013mm/d^1/2，防水抗渗效果显著(2)制备方法简单，周期短，条件温和，无需特殊复杂设备，成本较低。

具体实施方式

为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。

实施例1

第一步：将475克粉煤灰和25克油酸装入橡胶容器中，并装入玛瑙球作为研磨介质。玛瑙球与样品的体积比为5:1.

第二步：将橡胶容器放置于球磨机上，通过干磨法使粉煤灰和油酸发生反应。球磨机转速为300转每分钟，连续转动球磨8小时。

第三步：收集球磨后的粉煤灰样品，称取35克油酸改性的粉煤灰样品和350克Portland水泥，搅拌使其充分混合。向上述混合样中加入123克的水，先慢速搅拌30秒，接着快速搅拌30秒，然后静置60秒，最后再快速搅拌30秒。

第四步：将上述浆体倒入模具中，在20±2℃和95±5％相对湿度下养护28天，脱模后即获得最终产品。

第五步：最终产品取10个界面测定静态水接触角，参照中华人民共和国轻工业行业标准测定吸水率。测得静态水接触角为85°，1-6小时吸水率0.043mm/d^1/2,1-7天的吸水率0.013mm/d^1/2。

实施例2

第一步：将475克粉煤灰和20克油酸装入橡胶容器中，并装入玛瑙球作为研磨介质。玛瑙球与样品的体积比为5:1.

第二步：将橡胶容器放置于球磨机上，通过干磨法使粉煤灰和油酸发生反应。球磨机转速为300转每分钟，连续转动球磨8小时。

第三步：收集球磨后的粉煤灰样品，称取35克油酸改性的粉煤灰样品和350克Portland水泥，搅拌使其充分混合。向上述混合样中加入123克的水，先慢速搅拌30秒，接着快速搅拌30秒，然后静置60秒，最后再快速搅拌30秒。

第四步：将上述浆体倒入模具中，在20±2℃和95±5％相对湿度下养护28天，脱模后即获得最终产品。

第五步：最终产品取10个界面测定静态水接触角，参照中华人民共和国轻工业行业标准测定吸水率。测得静态水接触角为45°，1-6小时吸水率0.087mm/d^1/2,1-7天的吸水率0.045mm/d^1/2。

实施例3

第一步：将475克粉煤灰和30克油酸装入橡胶容器中，并装入玛瑙球作为研磨介质。玛瑙球与样品的体积比为5:1.

第二步：将橡胶容器放置于球磨机上，通过干磨法使粉煤灰和油酸发生反应。球磨机转速为300转每分钟，连续转动球磨8小时。

第三步：收集球磨后的粉煤灰样品，称取35克油酸改性的粉煤灰样品和350克Portland水泥，搅拌使其充分混合。向上述混合样中加入123克的水，先慢速搅拌30秒，接着快速搅拌30秒，然后静置60秒，最后再快速搅拌30秒。

第四步：将上述浆体倒入模具中，在20±2℃和95±5％相对湿度下养护28天，脱模后即获得最终产品。

第五步：最终产品取10个界面测定静态水接触角，参照中华人民共和国轻工业行业标准测定吸水率。测得静态水接触角为65°，1-6小时吸水率0.065mm/d^1/2,1-7天的吸水率0.036mm/d^1/2。

实施例4

第一步：将475克粉煤灰和25克油酸装入橡胶容器中，并装入玛瑙球作为研磨介质。玛瑙球与样品的体积比为5:1.

第二步：将橡胶容器放置于球磨机上，通过干磨法使粉煤灰和油酸发生反应。球磨机转速为300转每分钟，连续转动球磨8小时。

第三步：收集球磨后的粉煤灰样品，称取25克油酸改性的粉煤灰样品和350克Portland水泥，搅拌使其充分混合。向上述混合样中加入123克的水，先慢速搅拌30秒，接着快速搅拌30秒，然后静置60秒，最后再快速搅拌30秒。

第四步：将上述浆体倒入模具中，在20±2℃和95±5％相对湿度下养护28天，脱模后即获得最终产品。

第五步：最终产品取10个界面测定静态水接触角，参照中华人民共和国轻工业行业标准测定吸水率。测得静态水接触角为75°，1-6小时吸水率0.056mm/d^1/2,1-7天的吸水率0.021mm/d^1/2。

实施例5

第一步：将475克粉煤灰和45克油酸装入橡胶容器中，并装入玛瑙球作为研磨介质。玛瑙球与样品的体积比为5:1.

第二步：将橡胶容器放置于球磨机上，通过干磨法使粉煤灰和油酸发生反应。球磨机转速为300转每分钟，连续转动球磨8小时。

第三步：收集球磨后的粉煤灰样品，称取45克油酸改性的粉煤灰样品和350克Portland水泥，搅拌使其充分混合。向上述混合样中加入123克的水，先慢速搅拌30秒，接着快速搅拌30秒，然后静置60秒，最后再快速搅拌30秒。

第四步：将上述浆体倒入模具中，在20±2℃和95±5％相对湿度下养护28天，脱模后即获得最终产品。

第五步：最终产品取10个界面测定静态水接触角，参照中华人民共和国轻工业行业标准测定吸水率。测得静态水接触角为74°，1-6小时吸水率0.056mm/d^1/2,1-7天的吸水率0.020mm/d^1/2。

对比例1

第一步：称取350克Portland水泥，加入123克水，先慢速搅拌30秒，接着快速搅拌30秒，然后静置60秒，最后再快速搅拌30秒。

第二步：将上述浆体倒入模具中，在20±2℃和95±5％相对湿度下养护28天，脱模后即获得最终产品。

第三步：最终产品取10个界面测定静态水接触角，参照中华人民共和国轻工业行业标准测定吸水率。测得静态水接触角为0°，1-6小时吸水率0.120mm/d^1/2,1-7天的吸水率0.085mm/d^1/2。

在对比例1第一步加入35g同批次未改性的粉煤灰后，其他操作不变，所得样品的吸水率远远高于加入同样量油酸改性粉煤灰样品的吸水率。