一种水泥基灌浆材料用黏度调节剂及其制备方法
技术领域
本发明属于矿物材料深加工和建筑材料技术应用领域，更具体地讲，涉及一种水泥基灌浆材料用黏度调节剂及其制备方法。
背景技术
随着我国基础设施建设的发展，水泥基灌浆材料作为一种具有大流动度、早强高强和无收缩的灌浆修补材料，被广泛用于大型设备和精密设备的安装，地脚螺栓的锚固，混凝土结构的加固与改造，以及预应力混凝土结构的孔道灌浆等方面。一些大型工程由于引进了许多国外先进设备，设备厂商和设计单位往往对流动度提出很高要求。目前我国已经颁布了两份标准，分别是GB/T50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》和JC/T986-2018《水泥基灌浆材料》。一些灌浆料生产厂家因为市场竞争一味追求大流动性，忽视了工作性评价还包括新拌砂浆的稳定性和黏聚性、离析泌水等丰富内涵。当新拌砂浆表现出流动性不足时，现场施工人员往往通过掺加水或者减水剂来提高流动性。在这种情况下，水泥基灌浆材料很容易发生离析泌水和易性变差。
针对上述现象，行业内也开发了温伦胶、聚丙烯酰胺、纤维素醚等一系列的材料来改善灌浆料的黏度，但存在如下问题：温伦胶类由于其黏度较大，在掺量很低时就有增稠效果。如果控制不好掺量，往往会造成新拌砂浆流动度的下降。尤其在厂家生产设备和计量设备不是很精确的时候，这一现象越发明显。而纤维素醚类产品应用在水泥基灌浆材料上的一般都是低粘度的，这类纤维素醚类产品生产工艺复杂，国内能生产的企业很少，多依赖国外进口，往往价格昂贵。除此之外，纤维素醚类产品还具有明显的引气和缓凝效果，这也使得它的应用受限。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够改善水泥基灌浆材料在加水拌合期间的和易性和流动性以及能够提升硬化后灌浆材料耐久性能的黏度调节剂。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种水泥基灌浆材料用黏度调节剂，所述黏度调节剂可以由以下按重量份计的原料制成：层状硅酸盐矿物5份～20份、水溶性高分子聚合物0.2份～3.0份、消泡剂0.5份～2.0份、水80份～90份、水溶液调节剂0.1份～0.2份。
在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂的一个示例性实施例中，所述层状硅酸盐矿物可以以二维排列的铝或镁氧八面体以及硅氧四面体为构造单元，所述铝或镁氧八面体与硅氧四面体可以按照1:1或1:2组成不同的结构层，所述不同的结构层之间可以以范德华力连接。
在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂的一个示例性实施例中，所述层状硅酸盐矿物可以为天然层状硅酸盐矿物，所述层状硅酸盐矿物可以包括高岭石、蒙脱石、伊利石、白云母中的一种或两种以上组合。
在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂的一个示例性实施例中，所述水溶性高分子聚合物可以包括淀粉、黄原胶、瓜尔胶、聚阴离子纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺的一种或两种以上组合。
在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂的一个示例性实施例中，所述消泡剂可以为粉末有机硅消泡剂。
在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂的一个示例性实施例中，所述水溶性调节剂可以为碳酸钠。
在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂的一个示例性实施例中，所述黏度调节剂与所述水泥基灌浆材料的使用配比按重量份计可以为(1～2):99。
本发明的另一方面提供了一种水泥基灌浆材料用黏度调节剂制备方法，所述制备方法可以包括以下步骤：按重量份计，将5份～20份层状硅酸盐矿物、0.2份～3.0份水溶性高分子聚合物以及0.5份～2.0份消泡剂均匀混合，得到混合物；将0.1份～0.2份水溶液调节剂与80份～90份水混合，得到调节剂溶液；将所述混合物与所述调节剂溶液混合，搅拌后室温下密封静置，得到水泥基灌浆材料用黏度调节剂。
在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂制备方法的一个示例性实施例中，所述层状硅酸盐矿物可以以二维排列的铝或镁氧八面体以及硅氧四面体为构造单元，所述铝或镁氧八面体与硅氧四面体按照1:1或1:2组成不同的结构层，所述不同的结构层之间以范德华力连接。
在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂制备方法的一个示例性实施例中，所述搅拌的速度可以为2500转/分～3500转/分。进一步的，所述搅拌速度可以为3000转/分。
在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂制备方法的一个示例性实施例中，所述层状硅酸盐矿物可以为天然层状硅酸盐矿物，所述层状硅酸盐矿物可以包括高岭石、蒙脱石、伊利石、白云母中的一种或两种以上组合。
在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂制备方法的一个示例性实施例中，所述水溶性高分子聚合物可以包括淀粉、黄原胶、瓜尔胶、聚阴离子纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺的一种或两种以上组合。
在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂制备方法的一个示例性实施例中，所述消泡剂可以为粉末有机硅消泡剂，所述水溶性调节剂可以为碳酸钠。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂制备使用原材料简单，原料成本低，实现了矿物深加工领域的拓展，能够体现资源高质高效利用理念；制备过程精细，能够有效解决层状硅酸盐矿物材料深加工产品的缺乏；
(2)本发明的黏度调节剂能够改善灌浆材料在加水拌合期间的和易性，能够使灌浆材料保持良好的流动性、无离析泌水，能够提升硬化后灌浆材料的耐久性，能够扩大我国储量丰富的层状硅酸盐矿物材料的应用范围；
(3)本发明的黏度调节剂以储量丰富的天然层状硅酸盐矿物为主体原料，具有分散悬浮性和触变性，能够长时间保存而不变质，利用本发明的黏度调节剂可以调控水泥基灌浆材料的屈服应力和塑性黏度，起到防沉降和防泌水的作用，并且可以与聚羧酸减水剂保持良好的相容性，能够显著提高水泥基灌浆材料在塑性阶段的稳定性、黏聚性以及鲁棒性；
(4)本发明的黏度调节剂制备方法制备工艺简单，无需加热、加压等合成改性手段，所选原材料皆为水溶性物质，无废弃物排放，是一种绿色环保制备工艺。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明一个示例性实施例的水泥基灌浆材料用黏度调节剂制备方法流程示意简图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂及其制备方法。
图1示出了本发明一个示例性实施例的水泥基灌浆材料用黏度调节剂制备方法流程示意简图。
本发明的一方面提供了一种水泥基灌浆材料用黏度调节剂，在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂的一个示例性实施例中，所述黏度调节剂可以由以下按重量份计的原料制成：层状硅酸盐矿物5份～20份、水溶性高分子聚合物0.2份～3.0份、消泡剂0.5份～2.0份、水80份～90份、水溶液调节剂0.1份～0.2份。进一步的，所述黏度调节剂可以由以下按重量份计的原料制成：层状硅酸盐矿物5份～18份、水溶性高分子聚合物0.2份～2.7份、消泡剂0.5份～1.5份、水80份～90份、水溶液调节剂0.1份～0.2份。更进一步的，所述黏度调节剂可以由以下按重量份计的原料制成：层状硅酸盐矿物7份～18份、水溶性高分子聚合物0.4份～2.7份、消泡剂0.8份～1.5份、水85份～90份、水溶液调节剂0.1份～0.2份。例如，所述黏度调节剂由以下按重量份计的组分组成为：层状硅酸盐矿物15份、水溶性高分子聚合物2.5份、消泡剂0.9份、水88份、水溶液调节剂0.15份。所述黏度调节剂中包含有二氧化钙、三氧化二铝、氧化钙以及氧化镁等物质成分。
在本实施例中，本发明是以层状硅酸盐矿物为主体原料来制备水泥基灌浆材料用黏度调节剂。本发明所使用的层状硅酸盐矿物主要构造单元可以是二维排列的硅氧四面体和铝(或镁)氧八面体。所述两个构造单元可以按照硅氧四面体:铝(或镁)氧八面体为1:1或2:1组成不同的结构层。结构层间通常可以以范德华力连接。这种分子间作用力较弱，水分子易于进入晶胞层间发生膨胀或剥离。因此，上述特殊的层状结构使本发明所使用的层状硅酸盐具有较好的吸水膨胀性、分散悬浮性和触变性，其吸水后形成的溶胶在搅拌时黏度下降，有利于水泥基灌浆材料的流动性；而静置后形成的凝胶使得黏度上升，有利于阻止水泥颗粒和骨料的下沉以及自由水的析出；当再施加外力搅拌时，凝胶结构又可以被迅速打破，恢复流动性。
在本实施例中，所述层状硅酸盐矿物可以为天然层数硅酸盐矿物。所述层状硅酸盐矿物可以包括高岭石、蒙脱石、伊利石、白云母中的一种或一种以上的混合物。当然，本发明的层状硅酸盐矿物不限于此，例如，还可以是蛭石、蛇纹石等。
在本实施例中，所述水溶性高分子聚合物可以包括淀粉、黄原胶、瓜尔胶、聚阴离子纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺的一种或两种以上组合。当然，本发明的水溶性高分子聚合物不限于此，例如，本发明所使用的水溶性高分子聚合物能够使本发明的黏度调节剂的黏度增加亦可。本发明的水溶性高分子聚合物的长链分子吸附并固定住自由的水分子，使得溶液的表观体积因为吸水膨胀而增加，最终导致溶液的黏度增加
在本实施例中，所述消泡剂可以为粉末有机硅消泡剂。当然，本发明的消泡剂不限于此，可以消除体系中已经形成的气泡，并且抑制新的气泡的产生即可。
在本实施例中，所述水溶性调节剂可以为碳酸钠。进一步的，所述碳酸钠为200目工业级的碳酸钠。当然，本发明的水溶性调节剂不限于此，可以用于调节水的硬度，增加黏度调节剂的稳定性的水溶性调节剂均可。
在本实施例中，所述水泥基灌浆材料用黏度调节剂中的组分水可以为去离子水。
在本实施例中，所述水泥基灌浆材料用黏度调节剂可以是层状硅酸盐矿物、水溶性高分子聚合物、消泡剂、水以及水溶液调节剂混合制备而成。进一步的，可以是先将层状硅酸盐矿物、水溶性高分子聚合物和消泡剂混合后，再与水以及水溶液调节剂混合而制备得到。
在本实施例中，所述黏度调节剂与所述水泥基灌浆材料的使用配比按重量份计可以为(1～2):99。例如，可以是1.5:99。
本发明的另一方面提供了一种水泥基灌浆材料用黏度调节剂制备方法，在本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂制备方法的一个示例性实施例中，如图1所示，所述制备方法可以包括：
步骤S01，按重量份计，将5份～20份层状硅酸盐矿物、0.2份～3.0份水溶性高分子聚合物以及0.5份～2.0份消泡剂均匀混合，得到混合物。
在本实施例中，所述层状硅酸盐矿物质、水溶性高分子聚合物以及消泡剂可以为如水泥基灌浆材料用黏度调节剂示例性实施例中所述的层状硅酸盐矿物质、水溶性高分子聚合物以及消泡剂。
在本实施例中，例如，层状硅酸盐矿物可以为4份～18份，水溶性高分子聚合物0.3份～2.9份，消泡剂0.7份～1.8份。
步骤S02，将0.1份～0.2份水溶液调节剂与80份～90份水混合，得到调节剂溶液。
在本实施例中，所述水溶液调节剂可以为如上所述的水溶性调节剂。所述水可以为去离子水。
步骤S03，将所述混合物与所述调节剂溶液混合，搅拌后室温下密封静置，得到水泥基灌浆材料用黏度调节剂。
在本实施例中，所述搅拌可以在2500转/分～3500转/分的转速下进行搅拌。进一步的，可以在3000转/分的转速下搅拌。上述搅拌速度产生的剪切作用力可以保证层状硅酸盐矿物打开层间空间，让矿物颗粒稳定存在于溶液中，又不至于因剪切作用力过大而使得颗粒发生聚集而沉降。搅拌时间可以达到搅拌均匀即可。例如，搅拌时间可以为20分钟～40分钟。在温室下的密封静置时间可以是18小时～30小时，例如，静置时间可以为24小时。
在本实施例中，所述黏度调节剂与所述水泥基灌浆材料的使用配比按重量份计可以为(1～2):99。例如，可以是1.7:99。
以上，需要说明的是步骤S01与步骤S02之间并没有进行的先后顺序，步骤S01与步骤S02也可以同时进行。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
水泥基灌浆材料用黏度调节剂，由以下按重量份计的组分组成：蒙脱石5份、高岭石5份、淀粉0.3份、消泡剂0.5份、碳酸钠0.1份和去离子水80份。
所述水泥基灌浆材料用黏度调节剂的制备方法包括以下步骤：
按重量份计，将5份的蒙脱石、5份的高岭石、0.3份淀粉以及0.5份消泡剂均匀混合，得到混合物；
将0.1份碳酸钠与80份去离子水混合，得到调节剂溶液；
将所述混合物与所述调节剂溶液混合，以2500转/分搅拌后室温下密封静置24小时，得到水泥基灌浆材料用黏度调节剂。
示例2
水泥基灌浆材料用黏度调节剂，由以下按重量份计的组分组成：蒙脱石10份、高岭石5份、黄原胶0.2份、消泡剂0.5份、碳酸钠0.1份和去离子水80份。
所述水泥基灌浆材料用黏度调节剂的制备方法包括以下步骤：
按重量份计，将10份的蒙脱石、5份的高岭石、0.2份黄原胶以及0.5份消泡剂均匀混合，得到混合物；
将0.1份碳酸钠与80份去离子水混合，得到调节剂溶液；
将所述混合物与所述调节剂溶液混合，以3000转/分搅拌后室温下密封静置24小时，得到水泥基灌浆材料用黏度调节剂。
示例3
水泥基灌浆材料用黏度调节剂，由以下按重量份计的组分组成：伊利石10份、高岭石5份、瓜儿胶0.5份、消泡剂1.5份、碳酸钠0.1份和去离子水90份。
所述水泥基灌浆材料用黏度调节剂的制备方法包括以下步骤：
按重量份计，将10份的伊利石、5份的高岭石、0.5份瓜尔胶以及1.5份消泡剂均匀混合，得到混合物；
将0.1份碳酸钠与90份去离子水混合，得到调节剂溶液；
将所述混合物与所述调节剂溶液混合，以3500转/分搅拌后室温下密封静置24小时，得到水泥基灌浆材料用黏度调节剂。
示例4
水泥基灌浆材料用黏度调节剂，由以下按重量份计的组分组成：蒙脱石10份、伊利石10份、羧甲基纤维素钠0.4份、消泡剂1.0份、碳酸钠0.2份和去离子水85份。
所述水泥基灌浆材料用黏度调节剂的制备方法包括以下步骤：
按重量份计，将10份的伊利石、10份的蒙脱石、0.4份羧甲基纤维素钠以及1.0份消泡剂均匀混合，得到混合物；
将0.2份碳酸钠与85份去离子水混合，得到调节剂溶液；
将所述混合物与所述调节剂溶液混合，以3000转/分搅拌后室温下密封静置24小时，得到水泥基灌浆材料用黏度调节剂。
示例5
水泥基灌浆材料用黏度调节剂，由以下按重量份计的组分组成：白云母5份、高岭石15份、聚阴离子纤维素0.2份、消泡剂1.5份、碳酸钠0.1份和去离子水90份。
所述水泥基灌浆材料用黏度调节剂的制备方法包括以下步骤：
按重量份计，将5份的白云母、15份的高岭石、0.2份聚阴离子纤维素以及1.5份消泡剂均匀混合，得到混合物；
将0.1份碳酸钠与90份去离子水混合，得到调节剂溶液；
将所述混合物与所述调节剂溶液混合，以3000转/分搅拌后室温下密封静置24小时，得到水泥基灌浆材料用黏度调节剂。
示例6
水泥基灌浆材料用黏度调节剂，由以下按重量份计的组分组成：白云母10份、蒙脱石10份、聚丙烯酰胺0.1份、消泡剂1.0份、碳酸钠0.2份、去离子水90份。
所述水泥基灌浆材料用黏度调节剂的制备方法包括以下步骤：
按重量份计，将10份的白云母、10份的蒙脱石、0.1份聚丙烯酰胺以及1.0份消泡剂均匀混合，得到混合物；
将0.2份碳酸钠与90份去离子水混合，得到调节剂溶液；
将所述混合物与所述调节剂溶液混合，以3000转/分搅拌后室温下密封静置24小时，得到水泥基灌浆材料用黏度调节剂。
示例7
水泥基灌浆材料在GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》中明确规定泌水率为0，且具有较好的流动性以及流动性保持能力。采用本发明的黏度调节剂作为水泥基灌浆材料的调节剂，水泥基灌浆材料的具体配比为普通硅酸盐水泥P.O42.5R400克，膨胀剂20克，硅灰10克，减水剂2.8克，本发明的黏度调节剂10克，砂子(0.9mm以下连续级配河砂)557.2克，用水量125克。上述黏度调节剂直接从室温密封静置24小时制得的浆液(混合物与调节剂溶液混合搅拌后得到)中获取。所获得的水泥基灌浆材料性能数据结果详见表1。
表1水泥基灌浆材料性能数据
示例8
水泥基灌浆材料在GB/T 50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》中明确规定泌水率为0，且具有较好的流动性以及流动性保持能力。采用本发明的黏度调节剂作为水泥基灌浆材料的调节剂，水泥基灌浆材料的具体配比为普通硅酸盐水泥P.O42.5R400克，膨胀剂20克，硅灰10克，减水剂1.8克，本发明的黏度调节剂15克，砂子(2.0mm以下连续级配河砂)552.2克，用水量120克。上述黏度调节剂直接从室温密封静置24小时制得的浆液(混合物与调节剂溶液混合搅拌后得到)中获取，所获得的水泥基灌浆材料性能数据结果详见表2。
表2水泥基灌浆材料性能数据
从上表1和表2可以看出，采用本发明的黏度调节剂，可以配置出具有良好流动性和流动保持能力，无泌水离析现象的水泥基灌浆材料。在水泥基灌浆材料的配置过程中，由于温伦胶不能与聚羧酸减水剂相容，所以不能使用，并且纤维素醚因对水泥缓凝过大影响灌浆材料硬化后强度也不能使用。
综上所述，本发明的水泥基灌浆材料用黏度调节剂制备原材料简单，制备过程精细，能够有效解决天然层状硅酸盐矿物材料深加工产品的缺乏；能够改善灌浆材料在加水拌合期间的和易性，能够使灌浆材料保持良好的流动性、无离析泌水、提升硬化后材料的耐久性能，能够扩大我国储量丰富的层状硅酸盐矿物材料的应用范围；制备工艺简单，无需加热、加压等合成改性手段，所选原材料皆为水溶性，无废弃物排放，是一种绿色制备工艺。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。
