一种高速公路路基缓凝水泥及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高速公路路基缓凝水泥及其制备方法 (Retarding cement for highway subgrade and preparation method thereof ) 是由 辛艳 赵群 苗波涛 于 2021-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高速公路路基缓凝水泥,所述缓凝水泥按质量份计,包括以下组分：硅酸盐水泥熟料65-75份、硼砂4-6份、环氧树脂复合粉煤灰14-16份、烯丙基改性木质素磺酸钠2.5-3.5份、高炉矿渣2.5-3.5份、助磨剂0.15-0.25份。本发明还提供一种高速公路路基缓凝水泥的制备方法,所述制备方法包括制备环氧树脂复合粉煤灰、制备烯丙基改性木质素磺酸钠、制备缓凝水泥。本发明的缓凝水泥干缩性能优异,25d干缩率为0.041-0.044%,耐磨性能强,磨损量为0.86-0.89kg/m～(2)。(The invention provides retarding cement for a highway subgrade, which comprises the following components in parts by mass: 65-75 parts of silicate cement clinker, 4-6 parts of borax, 14-16 parts of epoxy resin composite fly ash, 2.5-3.5 parts of allyl modified sodium lignosulfonate, 2.5-3.5 parts of blast furnace slag and 0.15-0.25 part of grinding aid. The invention also provides a preparation method of the highway subgrade retarded cement, which comprises the steps of preparing the epoxy resin composite fly ash, preparing the allyl modified sodium lignosulfonate and preparing the retarded cement. The retarded cement of the invention has excellent drying shrinkage performance, 25d dry shrinkage of 0.041-0.044%, strong wear resistance, and wear loss of 0.86-0.89kg/m 2 。)
技术领域
本发明涉及一种高速公路路基缓凝水泥及其制备方法，属于水泥技术领域。
背景技术
随着高速公路交通现代化建设的快速发展，水泥混凝土路面已经成为道路建设发展方向之一。公路基层施工要求延缓混凝土的凝结时间，以利于施工操作和保证基层质量。由于施工季节通常在春夏季，气温高，水泥水化速度加快，水分蒸发迅速，混凝土坍落损失加快，很快失去流动性，会给施工带来困难或影响基层施工质量，所以要求混凝土施工有较长的工作时间。同时混凝土凝结时间的延长，还可以有效减少基层因温差作用产生的早期裂缝。
目前国内缓凝水泥以公路建设施工要求和技术要求为主的大部分缓凝型水泥产品，初凝时间大于3小时，无法满足初凝时间大于4小时、终凝时间大于6小时的要求。
CN102173612A公开了一种高速公路路基缓凝水泥，属于粉煤灰硅酸盐水泥，通过粉煤灰缓凝作用和添加市售的缓凝剂来提高缓凝时间，将初凝时间延长到4小时，终凝时间延长到6小时以上，但是由于其粉煤灰含量较高，导致其水泥结构疏松，致使强度不高，抗压强度和抗折强度属于最低等级，仅为32.5级。
CN109608069A公开了了一种42.5级缓凝水泥，粉煤灰添加量较少，还添加了葡萄糖酸钠，并且水泥细度小可以保证缓凝时间，但是其干缩率较差，容易出现裂痕，其耐磨性能也较差。
综上所述，现有技术存在以下问题：
（1）现有缓凝水泥在保证强度和缓凝性能的情况下，干缩率性能差，易出现裂痕，不能很好的适用于高速公路路基作为路基水泥材料；
（2）现有缓凝水泥在保证强度和缓凝性能的情况下，耐磨性能差，长时间使用磨损大，不能很好的适用于高速公路路基作为路基水泥材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，通过对原料进行改性制成缓凝水泥，实现以下发明目的：
（1）缓凝水泥在保证强度和缓凝性能的情况下，干缩率性能好，不易出现裂痕，适用于高速公路路基作为路基水泥材料；
（2）缓凝水泥在保证强度和缓凝性能的情况下，耐磨性能好，长时间使用磨损小，适用于高速公路路基作为路基水泥材料。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种高速公路路基缓凝水泥，所述缓凝水泥按质量份计，包括以下组分：硅酸盐水泥熟料65-75份、硼砂4-6份、环氧树脂复合粉煤灰14-16份、烯丙基改性木质素磺酸钠2.5-3.5份、高炉矿渣2.5-3.5份、助磨剂0.15-0.25份。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述制备方法包括制备环氧树脂复合粉煤灰、制备烯丙基改性木质素磺酸钠、制备缓凝水泥。
所述制备环氧树脂复合粉煤灰包括初步改性、后续改性；
所述初步改性，将偶氮二异丁酸二甲酯与粉煤灰混合为混合物A研末混合均匀，研磨至0.045mm方孔筛筛余量为7-9%结束，再将马来酸酐、苯乙烯混合为混合物B与混合物A在加热条件下继续研磨，保持温度70-80℃，研磨至0.045mm方孔筛筛余量为1.5-2.5%结束，得到初步改性粉煤灰。
所述混合物A按质量份计，包括以下组分：偶氮二异丁酸二甲酯0.8-1.2份、粉煤灰90-110份；
所述混合物B按质量份计，包括以下组分：马来酸酐3.5-4.5份、苯乙烯2.5-3.5份；
所述混合物A与混合物B的质量比为10:9-11。
所述后续改性，将初步改性粉煤灰、EP-20环氧树脂、PA46聚酰胺混合均匀，混合后固化成型，成型后粉碎至0.045mm方孔筛筛余量为7-9%结束，得到环氧树脂复合粉煤灰。
所述初步改性粉煤灰、EP-20环氧树脂、PA46聚酰胺质量比为9-11:2.5-3.5:1.5-2.5。
所述制备烯丙基改性木质素磺酸钠，将木质素磺酸钠与氢氧化钠溶解于去离子水中得到混合溶液，完全溶解后过滤，滤液加热至43-47℃时加入烯丙基溴，在400-600r/min下搅拌反应7-9h，反应完成后进行旋转蒸发，然后用0.04-0.06μm超过滤膜过滤2-4次，滤液进行冷冻干燥得到烯丙基改性木质素磺酸钠。
所述混合溶液按质量份计，包括以下组分：木质素磺酸钠4-6份、氢氧化钠0.8-1.2份、去离子水350-450份；
所述烯丙基溴与混合溶液的质量比为1:55-65。
所述制备缓凝水泥，将硅酸盐水泥熟料、硼砂、环氧树脂复合粉煤灰、烯丙基改性木质素磺酸钠、高炉矿渣混合均匀，加入助磨剂磨制得到高速公路路基缓凝水泥。
所述高速公路路基缓凝水泥比表面积为417-423m2/kg。
与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：
本发明的缓凝水泥有良好的缓凝效果，凝结时间复合缓凝要求，初凝时间为397-405min，终凝时间为469-472min（GB175-2007）；
本发明的缓凝水泥抗压强度与抗折强度高，3d抗压强度为24.3-24.5MPa，28d抗压强度为55.1-55.4MPa，3d抗折强度为5.1-5.2MPa，28d抗折强度为10.7-10.9MPa（GB175-2007）；
本发明的缓凝水泥干缩性能优异，25d干缩率为0.041-0.044%（JC/T 603-1995）；
本发明的缓凝水泥耐磨性能强，磨损量为0.86-0.89kg/m2（JC/T 421）。
具体实施方式
实施例1
（1）制备环氧树脂复合粉煤灰
a、初步改性
将偶氮二异丁酸二甲酯与粉煤灰混合为混合物A送入研磨机研末混合均匀，研磨至0.045mm方孔筛筛余量为8%结束，再将马来酸酐、苯乙烯混合为混合物B投入研磨机，在加热条件下继续研磨，保持温度75℃，研磨至0.045mm方孔筛筛余量为2%结束，得到初步改性粉煤灰；
所述混合物A按质量份计，包括以下组分：偶氮二异丁酸二甲酯1份、粉煤灰100份；
所述混合物B按质量份计，包括以下组分：马来酸酐4份、苯乙烯3份；
所述混合物A与混合物B的质量比为10:10。
b、后续改性
将初步改性粉煤灰、EP-20环氧树脂、PA46聚酰胺混合均匀，混合后固化成型，成型后送入粉碎机粉碎，粉碎至0.045mm方孔筛筛余量为8%结束，得到环氧树脂复合粉煤灰；
所述初步改性粉煤灰、EP-20环氧树脂、PA46聚酰胺质量比为10:3:2。
（2）制备烯丙基改性木质素磺酸钠
将木质素磺酸钠与氢氧化钠溶解于去离子水中得到混合溶液，完全溶解后过滤，滤液加热至45℃时加入烯丙基溴，在500r/min下搅拌反应8h，反应完成后进行旋转蒸发，除去未反应的烯丙基溴，然后用0.05μm超过滤膜过滤3次，滤液进行冷冻干燥得到烯丙基改性木质素磺酸钠；
所述混合溶液按质量份计，包括以下组分：木质素磺酸钠5份、氢氧化钠1份、去离子水400份；
所述烯丙基溴与混合溶液的质量比为1:60。
（3）制备缓凝水泥
将硅酸盐水泥熟料、硼砂、环氧树脂复合粉煤灰、烯丙基改性木质素磺酸钠、高炉矿渣混合均匀，加入助磨剂送入水泥磨粉磨得到高速公路路基缓凝水泥；
所述高速公路路基缓凝水泥按质量份计，包括以下组分：硅酸盐水泥熟料70份、硼砂5份、环氧树脂复合粉煤灰15份、烯丙基改性木质素磺酸钠3份、高炉矿渣3份、助磨剂0.2份；
所述高速公路路基缓凝水泥比表面积为420m2/kg。
实施例1的缓凝水泥有良好的缓凝效果，凝结时间复合缓凝要求，初凝时间为405min，终凝时间为472min（GB175-2007）；
实施例1的缓凝水泥抗压强度与抗折强度高，3d抗压强度为24.5MPa，28d抗压强度为55.4MPa，3d抗折强度为5.2MPa，28d抗折强度为10.9MPa（GB175-2007）；
实施例1的缓凝水泥干缩性能优异，25d干缩率为0.043%（JC/T 603-1995）；
实施例1的缓凝水泥耐磨性能强，磨损量为0.86kg/m2（JC/T 421）。
实施例2
（1）制备环氧树脂复合粉煤灰
a、初步改性
将偶氮二异丁酸二甲酯与粉煤灰混合为混合物A送入研磨机研末混合均匀，研磨至0.045mm方孔筛筛余量为7%结束，再将马来酸酐、苯乙烯混合为混合物B投入研磨机，在加热条件下继续研磨，保持温度70℃，研磨至0.045mm方孔筛筛余量为1.5%结束，得到初步改性粉煤灰；
所述混合物A按质量份计，包括以下组分：偶氮二异丁酸二甲酯0.8份、粉煤灰90份；
所述混合物B按质量份计，包括以下组分：马来酸酐3.5份、苯乙烯2.5份；
所述混合物A与混合物B的质量比为10:9。
b、后续改性
将初步改性粉煤灰、EP-20环氧树脂、PA46聚酰胺混合均匀，混合后固化成型，成型后送入粉碎机粉碎，粉碎至0.045mm方孔筛筛余量为7%结束，得到环氧树脂复合粉煤灰；
所述初步改性粉煤灰、EP-20环氧树脂、PA46聚酰胺质量比为9:2.5:1.5。
（2）制备烯丙基改性木质素磺酸钠
将木质素磺酸钠与氢氧化钠溶解于去离子水中得到混合溶液，完全溶解后过滤，滤液加热至43℃时加入烯丙基溴，在400r/min下搅拌反应9h，反应完成后进行旋转蒸发，除去未反应的烯丙基溴，然后用0.04μm超过滤膜过滤2次，滤液进行冷冻干燥得到烯丙基改性木质素磺酸钠；
所述混合溶液按质量份计，包括以下组分：木质素磺酸钠4份、氢氧化钠0.8份、去离子水350份；
所述烯丙基溴与混合溶液的质量比为1:55。
（3）制备缓凝水泥
将硅酸盐水泥熟料、硼砂、环氧树脂复合粉煤灰、烯丙基改性木质素磺酸钠、高炉矿渣混合均匀，加入助磨剂送入水泥磨粉磨得到高速公路路基缓凝水泥；
所述高速公路路基缓凝水泥按质量份计，包括以下组分：硅酸盐水泥熟料65份、硼砂4份、环氧树脂复合粉煤灰14份、烯丙基改性木质素磺酸钠2.5份、高炉矿渣2.5份、助磨剂0.15份；
所述高速公路路基缓凝水泥比表面积为417m2/kg。
实施例2的缓凝水泥有良好的缓凝效果，凝结时间复合缓凝要求，初凝时间为397min，终凝时间为469min（GB175-2007）；
实施例2的缓凝水泥抗压强度与抗折强度高，3d抗压强度为24.3MPa，28d抗压强度为55.1MPa，3d抗折强度为5.1MPa，28d抗折强度为10.7MPa（GB175-2007）；
实施例2的缓凝水泥干缩性能优异，25d干缩率为0.041%（JC/T 603-1995）；
实施例2的缓凝水泥耐磨性能强，磨损量为0.89kg/m2（JC/T 421）。
实施例3
（1）制备环氧树脂复合粉煤灰
a、初步改性
将偶氮二异丁酸二甲酯与粉煤灰混合为混合物A送入研磨机研末混合均匀，研磨至0.045mm方孔筛筛余量为9%结束，再将马来酸酐、苯乙烯混合为混合物B投入研磨机，在加热条件下继续研磨，保持温度80℃，研磨至0.045mm方孔筛筛余量为2.5%结束，得到初步改性粉煤灰；
所述混合物A按质量份计，包括以下组分：偶氮二异丁酸二甲酯1.2份、粉煤灰110份；
所述混合物B按质量份计，包括以下组分：马来酸酐4.5份、苯乙烯3.5份；
所述混合物A与混合物B的质量比为10:11。
b、后续改性
将初步改性粉煤灰、EP-20环氧树脂、PA46聚酰胺混合均匀，混合后固化成型，成型后送入粉碎机粉碎，粉碎至0.045mm方孔筛筛余量为9%结束，得到环氧树脂复合粉煤灰；
所述初步改性粉煤灰、EP-20环氧树脂、PA46聚酰胺质量比为11:3.5:2.5。
（2）制备烯丙基改性木质素磺酸钠
将木质素磺酸钠与氢氧化钠溶解于去离子水中得到混合溶液，完全溶解后过滤，滤液加热至47℃时加入烯丙基溴，在600r/min下搅拌反应7h，反应完成后进行旋转蒸发，除去未反应的烯丙基溴，然后用0.06μm超过滤膜过滤4次，滤液进行冷冻干燥得到烯丙基改性木质素磺酸钠；
所述混合溶液按质量份计，包括以下组分：木质素磺酸钠6份、氢氧化钠1.2份、去离子水450份；
所述烯丙基溴与混合溶液的质量比为1:65。
（3）制备缓凝水泥
将硅酸盐水泥熟料、硼砂、环氧树脂复合粉煤灰、烯丙基改性木质素磺酸钠、高炉矿渣混合均匀，加入助磨剂送入水泥磨粉磨得到高速公路路基缓凝水泥；
所述高速公路路基缓凝水泥按质量份计，包括以下组分：硅酸盐水泥熟料75份、硼砂6份、环氧树脂复合粉煤灰16份、烯丙基改性木质素磺酸钠3.5份、高炉矿渣3.5份、助磨剂0.25份；
所述高速公路路基缓凝水泥比表面积为423m2/kg。
实施例3的缓凝水泥有良好的缓凝效果，凝结时间复合缓凝要求，初凝时间为402min，终凝时间为470min（GB175-2007）；
实施例3的缓凝水泥抗压强度与抗折强度高，3d抗压强度为24.4MPa，28d抗压强度为55.2MPa，3d抗折强度为5.1MPa，28d抗折强度为10.8MPa（GB175-2007）；
实施例3的缓凝水泥干缩性能优异，25d干缩率为0.044%（JC/T 603-1995）；
实施例3的缓凝水泥耐磨性能强，磨损量为0.88kg/m2（JC/T 421）。
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