模擬水泥砂漿流變性能的透明膠砂拌合物及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了模擬水泥砂漿流變性能的透明膠砂拌合物及其制備方法，拌合物以重量百分數(shù)計包括：去離子水92.41～94.50%，940系列卡波姆樹脂粉末0.30～0.35%，中性調節(jié)劑三乙醇胺0.20～0.24%，透明玻璃微珠5～7%，以上所述的透明膠砂拌合物模擬水灰比為0.45～0.5、砂灰比為1：1的水泥砂漿流變性能；其制備方法為將卡波姆樹脂粉末加至去離子水中，待完全溶解后滴加三乙醇胺，攪拌均勻后靜置5～10min，得透明卡波姆凝膠，再加入透明玻璃微珠后攪拌均勻，即可。本發(fā)明采用透明膠砂拌合物作為水泥砂漿的模擬介質，成本低廉、制備簡單、透明度好、觸變性小、流變參數(shù)經時變化小并且假塑性特征明顯。
【專利說明】模擬水泥砂漿流變性能的透明膠砂拌合物及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料【技術領域】，具體涉及模擬水泥砂漿流變性能的透明膠砂拌合物及其制備方法。
【背景技術】
[0002]混凝土拌合物組分十分復雜，其流變力學機理目前尚不清楚，還未形成較完善的力學參數(shù)體系，原因是流變混凝土準確的物理模型試驗較為困難。由于水泥漿體內部無法可視，導致內部組分運動規(guī)律很難獲取。傳統(tǒng)研究方法難以直觀獲取介質組分運動參數(shù)和建立可靠的物理模型。因此，采用可視化透明介質替代水泥漿體，可以更容易獲取漿體組分特別是顆粒介質的運動形態(tài)參數(shù)，為物理模型試驗與驗證提供可能。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供模擬水灰比為0.45?0.5、砂灰比為1:1的水泥砂漿流變性能的卡波姆凝膠介質及其制備方法。
[0004]模擬水泥砂漿流變性能的透明膠砂拌合物，以重量百分數(shù)計包括:去離子水92.41?94.50%,940系列卡波姆樹脂粉末0.30?0.35%,中性調節(jié)劑三乙醇胺0.20?
0.24%，透明玻璃微珠5?7% ;以上所述的透明膠砂拌合物模擬水灰比為0.45?0.5、砂灰比為1:1的水泥砂漿流變性能。
[0005]上述模擬水泥砂漿流變性能的卡波姆凝膠介質中，所述透明玻璃微珠粒徑范圍為
0.3 ?0.5mm。
[0006]上述水泥砂漿流變性能的透明膠砂拌合物的制備方法為，將卡波姆樹脂粉末加至去離子水中，待完全溶解后滴加三乙醇胺，攪拌均勻后靜置5?lOmin，得透明卡波姆凝膠，再加入透明玻璃微珠后攪拌均勻，即可。
[0007]對于混凝土或砂漿流變性能的研究，可以從微觀、細觀和宏觀等三個不同層面進行。微觀層面是研究分子層面，需要考慮分子間作用力；宏觀層面是將拌合物看作單一均勻流體，利用計算流體力學方法對其流變性能進行研究；而細觀層面則是將拌合物看作砂漿和粗骨料的混合物，粗骨料被看作單粒度剛性球體并被砂漿包裹，其流變特性由水泥砂漿的流變特性和粗骨料的體積含量共同決定。
[0008]從細觀層面可將水泥砂衆(zhòng)看作水泥衆(zhòng)體和細集料的混合物(Hu Chong, Materialsand Structures, 1995，28:1_7)。在水泥砂漿攪拌過程中，細骨料對水泥漿體施加剪切作用，混凝土拌合物亦是如此，因此二者在結構組成和流變性能上比較接近。多相混合物均表現(xiàn)出復雜的非牛頓流體特征，其流變曲線也都符合Bingham流體模型，當剪切應力τ大于屈服應力Tci時，拌合物才能發(fā)生流動，表現(xiàn)出塑性流體性質；當τ小于Tci時，拌合物沒有流動性，表現(xiàn)為類固性。
[0009]卡波姆又稱羧基乙烯共聚物，是制備凝膠劑等半固體制劑的常用高分子輔料，在很低的濃度下即可形成具有生物粘附性的高粘度凝膠。其中，940系列卡波姆樹脂是丙烯酸與烯丙基季戊四醇或烯丙基蔗糖交聯(lián)聚合物的共聚物，可用作助懸劑、穩(wěn)定劑、乳化劑和水溶性增稠劑，與934和941等其他系列的卡波姆樹脂相比具有更為良好的耐剪切性，同時具備成本低、透明度高等特點?？ú纺z具有假塑性的流體特征并且流變性能穩(wěn)定(GiuliaBonnacucina, Journal of Pharmaceutics,2004,282(115):130)。
[0010]本發(fā)明采用940系列卡波姆凝膠和透明玻璃微珠混合后的透明膠砂拌合物作為水泥砂漿的模擬介質，成本低廉、制備簡單、透明度好、觸變性小、流變參數(shù)經時變化小并且假塑性特征明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為卡波姆濃度對透明膠砂拌合物流變性能影響曲線，其中I為0.15%濃度卡波姆凝膠的流變曲線，2為0.2%濃度卡波姆凝膠的流變曲線，3為0.3%濃度卡波姆凝膠的流變曲線；
[0012]圖2為水泥砂漿和透明膠砂拌合物流變曲線對比，其中I為水灰比為0.5、砂灰比
1: 1的水泥砂漿的流變曲線，2為4%濃度透明玻璃微珠的透明膠砂拌合物流變曲線，3為5%濃度透明玻璃微珠的透明膠砂拌合物流變曲線，4為6%濃度透明玻璃微珠的透明膠砂拌合物流變曲線。
【具體實施方式】
[0013]采用旋轉粘度儀考察透明膠砂拌合物的流變性能，發(fā)現(xiàn)其流變曲線符合Bingham模型:有明顯屈服應力 值，與水泥砂漿流變曲線類似。同時發(fā)現(xiàn)，透明玻璃微珠的摻量對透明膠砂拌合物的屈服應力和塑性粘度影響較大。試驗取0.15%、0.2%、0.3%三種濃度的卡波姆凝膠添加質量分數(shù)為5%、粒徑范圍0.3~0.5mm的透明玻璃微珠，得到卡波姆凝膠濃度對透明膠砂拌合物流變性能影響曲線如圖1所示。
[0014]實施例1
[0015]模擬水灰比為0.5、砂灰比為1: 1、水泥為P.042.5水泥砂漿流變性能的卡波姆凝
膠介質，由以下重量百分數(shù)的組分組成:去離子水94.5%，卡波姆樹脂粉末0.3%，中性調節(jié)劑三乙醇胺0.2%，透明玻璃微珠5%。
[0016]將卡波姆樹脂粉末加至去離子水中，待完全溶解后滴加三乙醇胺，攪拌均勻后靜置5~lOmin，得透明卡波姆凝膠，再加入透明玻璃微珠后攪拌均勻，即可。
[0017]1.擬合度檢驗
[0018]選取剩余平方和檢驗法，這種檢驗方法能夠在曲線趨勢相似的情況下凸顯參數(shù)值之間差異，便于提高精確度，找出擬合程度最高的曲線。根據(jù)回歸分析原理，曲線回歸效果好壞用相關指數(shù)R2來衡量。相關指數(shù)R2計算公式為:
[0019]
2桑 O,.-/W)2

Jl?— I USjJi LJpp — M^


X(y.-y.y





/-1
[0020]式中^!^表不回歸平方和；ST表不總偏差平方和；S剩表不殘差平方和表不模型值；f(x)表示原型值。
[0021]在水泥砂漿的相似擬合中，原型材料水泥砂漿水灰比為0.5，砂灰比為1:1，P.042.5水泥，選用符合國際標準IS0679的標準砂。作為模擬介質的透明膠砂拌合物中，卡波姆凝膠濃度為0.3%，粒徑為0.3~0.5mm的透明玻璃微珠摻量范圍在4%~6%之間，得到了與所選水泥砂漿十分相近的流變曲線，如圖2所示。
[0022]對比水泥砂漿和透明膠砂拌合物流變參數(shù)，濃度0.3%卡波姆凝膠摻加質量分數(shù)5%的玻璃微珠，其回歸曲線與水灰比0.5、砂灰比1:1的水泥砂漿擬合度R2為0.99，遠高于其他玻璃微珠摻量的透明膠砂拌合物，表明可以通過調整模擬膠砂拌合物的玻璃微珠摻量減小模擬介質和原材料水泥砂漿流變參數(shù)之間的差距，提高曲線整體吻合程度。
[0023]2.等同性檢驗
[0024]模擬介質材料等同性驗證，假定原材料已建立了由大量數(shù)據(jù)和經驗得到的相關性的統(tǒng)計基準值并已經過證實，水泥漿體作為原材料符合此假定。因此等同性方法應用統(tǒng)計檢驗對模擬介質進行驗證。統(tǒng)計檢驗方法需要測試模擬介質流變參數(shù)使其平均值落在一個可接受范圍內，不期望過高或過低的平均值。設所有流變參數(shù)的樣本總體都服從正態(tài)分布，驗證模擬介質與原型材料流變性能等同性的統(tǒng)計檢驗方法采用雙側t檢驗。相同的試驗條件下，對比試驗結果差異。則上述兩種介質統(tǒng)計檢驗分析如下:
[0025]用X和Y表示原型和模型材料的數(shù)據(jù)樣本,Ii1和n2表示原型和模型樣本的數(shù)據(jù)個數(shù)，S1和S2表示原型和模型樣本數(shù)據(jù)的標準差。若X和Y服從正態(tài)分布且總體方差未知不相等，Hiinln1, n2}〈30,則可選用小樣本雙側t檢驗方法。當兩種材料試驗數(shù)據(jù)樣本無顯著差異時，統(tǒng)計檢驗量h表示為:
【權利要求】
1.模擬水泥砂漿流變性能的透明膠砂拌合物，其特征在于，以重量百分數(shù)計包括:去離子水92.41?94.50%,940系列卡波姆樹脂粉末0.30?0.35%，中性調節(jié)劑三乙醇胺0.20?0.24%，透明玻璃微珠5?7% ；以上所述的透明膠砂拌合物模擬水灰比為0.45?0.5、砂灰比為1:1的水泥砂漿流變性能。
2.根據(jù)權利要求1所述的模擬水泥砂漿流變性能的卡波姆凝膠介質，其特征在于:所述透明玻璃微珠粒徑范圍為0.3?0.5_。
3.—種權利要求1或2所述的水泥砂漿流變性能的透明膠砂拌合物的制備方法，其特征在于:將卡波姆樹脂粉末加至去離子水中，待完全溶解后滴加三乙醇胺，攪拌均勻后靜置5?lOmin，得透明卡波姆凝膠，再加入透明玻璃微珠后攪拌均勻，即可。
【文檔編號】G01N1/28GK103728166SQ201310693102
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權日:2013年12月17日
【發(fā)明者】田正宏, 李旭航, 王曉棟, 邊策, 蔡博文 申請人:河海大學