CN111848035A - 一种钢筋套筒连接用灌浆料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钢筋套筒连接用灌浆料，属于混凝土技术领域。按重量百分比计为，包括：再生细骨料：40～55％，水泥脱水相：5～10％，水泥：25～45％，矿物掺合料：5～10％，减水剂：0.4～1.2％；中后期膨胀剂：5～10％；塑性膨胀剂：0.02～0.05％；消泡剂：0.01～0.05％，早强剂：1～5％。本发明还提供所述灌浆料的制备方法和应用。本发明利用废弃水泥混凝土生成再生细骨料制备钢筋套筒连接用灌浆料，同时利用废弃混凝土制备的脱水相具有较高的早期强度并能加快水化反应速度，能替代硫铝酸盐水泥和高铝水泥来制备早强、高强的灌浆料，不仅利用了废弃水泥混凝土中的水泥石部分，也利用了骨料部分，可明显降低灌浆料的成本，且废弃水泥混凝土随处可见，容易获得，具有显著的经济和环境效益。

Description

一种钢筋套筒连接用灌浆料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体为一种钢筋套筒连接用灌浆料及其制备方法和应用。
背景技术
钢筋套筒连接用灌浆料是一种以水泥为基本材料，配以适当的细骨料，以及少量的混凝土减水剂和其它材料组成的干混料，加水搅拌后具有大流动度、早强、高强、微膨胀等性能。
细骨料是制备灌浆料的主要原材料，在灌浆料中重量占比一般为50％，工程中对灌浆料巨大的需求量导致工程中要耗费大量的细骨料。目前，细骨料的来源大多数是精选的天然砂或优质石英砂，然而天然砂是一种地方资源，分布很不均匀，短期内不可再生，很多地区天然砂资源短缺或优质天然砂资源储量日益减少，或为保护河道和生态环境而限制开采，天然砂的供应日趋紧张，而优质石英砂主要用于玻璃原料，价格昂贵。因此减少灌浆料中天然砂和石英砂的使用量对于缓解砂资源短缺是一条有效途径，此外石英砂、天然砂等极大的增加了灌浆料的成本，目前市面上所售灌浆料大都价格昂贵。
现有技术中有采用铁尾矿砂制备超高强水泥基灌浆料，或者采用镁橄榄石作为主要材料制成灌浆料，利用铁尾矿砂和镁橄榄石作为细骨料制备灌浆料具有绿色环保，高强经济的优点，但是铁尾矿砂和镁橄榄石不常见，存在着区域性的限制，迫切需要寻找一种既经济又方便获得的细骨料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢筋套筒连接用灌浆料及其制备方法和应用，利用废弃水泥混凝土生成再生细骨料及水泥脱水相，不仅利用了废弃水泥混凝土中的水泥石部分，也利用了骨料部分，可明显降低灌浆料的成本，具有显著的经济和环境效益。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种钢筋套筒连接用灌浆料，按重量百分比计为，包括：再生细骨料：40～55％，水泥脱水相：5～10％，水泥：25～45％，矿物掺合料：5～10％，减水剂：0.4～1.2％；中后期膨胀剂：5～10％；塑性膨胀剂：0.02～0.05％；消泡剂：0.01～0.05％，早强剂：1～5％。
本发明灌浆料中，再生细骨料起到骨架支撑或填充作用，其掺量过高灌浆料流动度不好，掺量过低，灌浆料成本高昂；水泥将灌浆料中的组分粘接成一个整体，并为灌浆料后期强度提供保障；水泥脱水相可以加速灌浆料体系的水化硬化，掺量较低时效果不明显，掺量较高时灌浆料强度发展过快，膨胀率不满足要求；矿物掺合料主要起到替代部分水泥，改善灌浆料力学性能，流动性和膨胀率的作用；塑性膨胀剂主要作用于灌浆料塑性阶段，持续为体系产生膨胀，掺量过低时3h竖向膨胀率达不到要求，掺量过高时3h膨胀率过高且极大影响灌浆料强度；中后期膨胀剂主要作用于灌浆料硬化阶段，即24h竖向膨胀率，掺量过低时24h竖向膨胀率达不到要求，掺量过高时体系后期持续膨胀，容易导致灌浆料炸裂；消泡剂可以消除搅拌过程中混入灌浆料类的部分气泡，并提高其各龄期强度；早强剂主要提高其早期强度，早强剂掺量过低，早期强度较低，掺量过高时，灌浆料膨胀率发展过快；减水剂主要作用为降低水灰比，提高流动性，掺量过低时，流动度不合格，掺量过高时，成本较高。
进一步，所述再生细骨料为将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，分别过0.08mm、0.6mm、1.28mm、2.36mm的方孔筛，得到0.08mm～0.6mm、0.6mm～1.28mm、1.28mm～2.36mm三种粒径的再生细骨料，再将这几种粒径的再生细骨料进行颗粒整形，最后按顺序以3～6：3～5：1～5的质量比组合而成。在灌浆料中，骨料占比高达50％左右，现有常规使用石英砂充当骨料，但是石英砂价格较为昂贵，致使套筒灌浆料成本较高。废弃的水泥混凝土经破碎筛分后，将其进行煅烧后可具备再次水化效果，并且水化速度较快，能替代硫铝酸盐水泥起到早强速凝的作用，而不同区间的再生细骨料经过搭配组合，形成一定级配，密实度较高。
进一步，所述水泥脱水相为将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，过0.08mm方孔筛，将筛下部分制备水泥净浆，水灰比为0.35～0.5，经养护后再次经破碎机破碎过0.08mm方孔筛，筛下部分进行煅烧，升温速率为3-6℃/min，煅烧温度为500-800℃，保温时间为2-5h，保温阶段结束后随炉冷却得到。本申请同时利用废弃水泥混凝土中的骨料部分和粉料部分(经煅烧得到脱水相)来制备套筒灌浆料，使废弃的水泥混凝土得到充分回收再利用。
进一步，所述水泥为P.O 42.5、P.O52.5、P.Ⅰ52.5、P.Ⅱ52.5、P.O52.5R水泥中的一种；所述减水剂为聚羧酸减水剂粉剂，减水率≥30％。减水剂优选为瑞士西卡公司生产540P粉体聚羧酸减水剂。
进一步，所述矿物掺合料为矿粉、粉煤灰、硅灰按重量百分比20～50：5～20：10～50混合而成。
进一步，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，比表面积≥400m2/kg；所述矿粉为S105级超细矿粉，比表面积≥3000m2/kg；所述硅灰平均粒径0.1μm，比表面积≥18700m2/kg。
进一步，所述中后期膨胀剂为UEA、HCSA类膨胀剂中的一种或几种；所述塑性膨胀剂为铝矾土类塑性膨胀剂。
进一步，所述消泡剂为硅酮类粉末状消泡剂；所述早强剂为草酸钙和纳米晶核按照质量比30～50：50～70混合而成。其中，草酸钙为分析纯，纳米晶核优选为上海三瑞高分子材料股份有限公司生产的VIVID-300(CCN)纳米晶核。
一种钢筋套筒连接用灌浆料的制备方法，将各原料按质量百分比含量混合即可。
一种钢筋套筒连接用灌浆料的应用，所述灌浆料在钢筋套筒连接中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将建筑垃圾中的废弃水泥混凝土破碎成适当级配大小作为骨料制备灌浆料，既可以减少对天然矿产资源的开发，还可以缓解因建筑垃圾露天堆放所造成的环境污染；同时亦可降低灌浆料的成本，经济效益和环境效益显著。
本发明利用废弃水泥混凝土生成再生细骨料制备钢筋套筒连接用灌浆料，同时利用废弃混凝土制备的脱水相具有较高的早期强度并能加快水化反应速度，能替代硫铝酸盐水泥和高铝水泥来制备早强、高强的灌浆料，不仅利用了废弃水泥混凝土中的水泥石部分，也利用了骨料部分，可明显降低灌浆料的成本，且废弃水泥混凝土随处可见，容易获得，具有显著的经济和环境效益。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例钢筋套筒连接用灌浆料包括以下质量百分比的原料：再生细骨料：50％，水泥脱水相：5％，水泥：30％，矿物掺合料：8％，减水剂：0.4％，中后期膨胀剂：5％，塑性膨胀剂：0.02％，消泡剂：0.01％，早强剂1.57％。
再生细骨料由以下步骤制备：将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，分别过0.08mm、0.6mm、1.28mm、2.36mm的方孔筛，得到0.08mm～0.6mm、0.6mm～1.28mm、1.28mm～2.36mm三种粒径的再生细骨料，再将这几种粒径的再生细骨料经过圆形整形机进行颗粒整形，然后按顺序以5：3：2的质量比组合而成。
水泥脱水相由以下步骤制备：将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，过0.08mm方孔筛，将筛下部分制备水泥净浆，水灰比为0.4，经养护28d后再次经破碎机破碎过0.08mm方孔筛，筛下部分进行煅烧，升温速率为3℃/min，煅烧温度为650℃，保温时间为3h，保温阶段结束后随炉冷却得到水泥脱水相。
水泥为P.Ⅱ52.5水泥；矿物掺合料为为矿粉(S105级超细矿粉，比表面积3110m2/kg)、粉煤灰(Ⅰ级粉煤灰，比表面积425m2/kg)、硅灰(平均粒径0.1μm，比表面积18800m2/kg)按重量百分比50：5：45混合而成；中后期膨胀剂为HCSA类膨胀剂，早强剂草酸钙和纳米晶核按照质量比30：70混合而成；消泡剂为重庆海誉化工公司生产R783消泡剂，塑性膨胀剂为海誉化工公司生产的铝矾土类塑性膨胀剂，减水剂为瑞士西卡公司生产540P粉体聚羧酸减水剂；纳米晶核为上海三瑞高分子材料股份有限公司生产的VIVID-300(CCN)纳米晶核。
将上述各组分混合均匀即可得到本实施例钢筋套筒连接用灌浆料。
实施例2
本发明钢筋套筒连接用灌浆料包括以下质量百分比的原料：再生细骨料：40％，水泥脱水相：5％，水泥：40％，矿物掺合料：5％，减水剂：0.8％，中后期膨胀剂：5.15％，塑性膨胀剂：0.03％，消泡剂：0.02％，早强剂4％。
再生细骨料由以下步骤制备：将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，分别过0.08mm、0.6mm、1.28mm、2.36mm的方孔筛，得到0.08mm～0.6mm、0.6mm～1.28mm、1.28mm～2.36mm三种粒径的再生细骨料，再将这几种粒径的再生细骨料经过圆形整形机进行颗粒整形，然后按顺序以3：3：4的质量比组合而成。
水泥脱水相由以下步骤制备：将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，过0.08mm方孔筛，将筛下部分制备水泥净浆，水灰比为0.35～0.5，经养护再次经破碎机破碎过0.08mm方孔筛，筛下部分进行煅烧，升温速率为2℃/min，煅烧温度为700℃，保温时间为4h，保温阶段结束后随炉冷却得到水泥脱水相。
水泥为P.O 52.5R水泥；矿物掺合料为为矿粉(S105级超细矿粉，比表面积3110m2/kg)、粉煤灰(Ⅰ级粉煤灰，比表面积425m2/kg)、硅灰(平均粒径0.1μm，比表面积18800m2/kg)按重量百分比30：20：50混合而成；中后期膨胀剂为HCSA类膨胀剂，早强剂草酸钙和纳米晶核按照质量比30：70混合而成；消泡剂为重庆海誉化工公司生产R783消泡剂，塑性膨胀剂为海誉化工公司生产的铝矾土类塑性膨胀剂，减水剂为瑞士西卡公司生产540P粉体聚羧酸减水剂；纳米晶核为上海三瑞高分子材料股份有限公司生产的VIVID-300(CCN)纳米晶核。
将上述各组分混合均匀即可得到本实施例钢筋套筒连接用灌浆料。
实施例3
本实施例钢筋套筒连接用灌浆料包括以下质量百分比的原料：再生细骨料：53.33％，水泥脱水相：5％，水泥：25％，矿物掺合料：10％，减水剂：0.6％，中后期膨胀剂：5％，塑性膨胀剂：0.04％，消泡剂：0.03％，早强剂1％。
再生细骨料由以下步骤制备：将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，分别过0.08mm、0.6mm、1.28mm、2.36mm的方孔筛，得到0.08mm～0.6mm、0.6mm～1.28mm、1.28mm～2.36mm三种粒径的再生细骨料，再将这几种粒径的再生细骨料经过圆形整形机进行颗粒整形，然后按顺序以6：3：1的质量比组合而成。
水泥脱水相由以下步骤制备：将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，过0.08mm方孔筛，将筛下部分制备水泥净浆，水灰比为0.35～0.5，经养护28d后再次经破碎机破碎过0.08mm方孔筛，筛下部分于马弗炉中煅烧，升温速率为4℃/min，煅烧温度为600℃，保温时间为5h，保温阶段结束后随炉冷却得到水泥脱水相。
水泥为P.Ⅱ52.5水泥；矿物掺合料为为矿粉(S105级超细矿粉，比表面积3110m2/kg)、粉煤灰(Ⅰ级粉煤灰，比表面积425m2/kg)、硅灰(平均粒径0.1μm，比表面积18800m2/kg)按重量百分比40：20：40混合而成；中后期膨胀剂为HCSA类膨胀剂；早强剂草酸钙和纳米晶核按照质量比40：60混合而成；消泡剂为重庆海誉化工公司生产R783消泡剂，塑性膨胀剂为海誉化工公司生产的铝矾土类塑性膨胀剂，减水剂为瑞士西卡公司生产540P粉体聚羧酸减水剂；纳米晶核为上海三瑞高分子材料股份有限公司生产的VIVID-300(CCN)纳米晶核。
将上述各组分混合均匀即可得到本实施例钢筋套筒连接用灌浆料。
对比例1
本实施例钢筋套筒连接用灌浆料包括以下质量百分比的原料：普通骨料：47.57％，水泥脱水相：5％，水泥：30％，矿物掺合料：10％，减水剂：0.4％，中后期膨胀剂：5％，塑性膨胀剂：0.02％，消泡剂：0.01％，早强剂2％。
普通骨料由为0.08～0.6mm、0.6mm～1.28mm、1.28mm～2.36mm三种粒径的石英砂以3：3：4的质量比组合而成。
水泥脱水相由以下步骤制备：将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，过0.08mm方孔筛，将筛下部分制备水泥净浆，水灰比为0.35～0.5，经养护28d后再次经破碎机破碎过0.08mm方孔筛，筛下部分于马弗炉中煅烧，升温速率为3℃/min，煅烧温度为650℃，保温时间为3h，保温阶段结束后随炉冷却得到水泥脱水相。
水泥为P.Ⅱ52.5水泥；矿物掺合料为矿粉(S105级超细矿粉，比表面积3110m2/kg)、粉煤灰(Ⅰ级粉煤灰，比表面积425m2/kg)、硅灰(平均粒径0.1μm，比表面积18800m2/kg)按重量百分比50：5：45混合而成；中后期膨胀剂为HCSA类膨胀剂，早强剂草酸钙和纳米晶核按照质量比30：70混合而成；消泡剂为重庆海誉化工公司生产R783消泡剂，塑性膨胀剂为海誉化工公司生产的铝矾土类塑性膨胀剂，减水剂为瑞士西卡公司生产540P粉体聚羧酸减水剂；纳米晶核为上海三瑞高分子材料股份有限公司生产的VIVID-300(CCN)纳米晶核。
将上述各组分混合均匀即可得到本实施例钢筋套筒连接用灌浆料。
对比例2
本实施例钢筋套筒连接用灌浆料包括以下质量百分比的原料：再生细骨料：40.15％，硫铝酸盐水泥：5％，水泥：40％，矿物掺合料：5％，减水剂：0.8％，中后期膨胀剂：5％，塑性膨胀剂：0.03％，消泡剂：0.02％，早强剂4％。
再生细骨料由以下步骤制备：将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，分别过0.08mm、0.6mm、1.28mm、2.36mm的方孔筛，得到0.08mm～0.6mm、0.6mm～1.28mm、1.28mm～2.36mm三种粒径的再生细骨料，再将这几种粒径的再生细骨料经过圆形整形机进行颗粒整形，然后按顺序以3：3：4的质量比组合而成。
水泥为P.O 52.5R水泥；矿物掺合料为矿粉(S105级超细矿粉，比表面积3110m2/kg、粉煤灰(Ⅰ级粉煤灰，比表面积425m2/kg、硅灰(平均粒径0.1μm，比表面积18800m2/kg)按重量百分比45：10：45混合而成，早强剂草酸钙和纳米晶核按照质量比40：60混合而成，中后期膨胀剂为UEA类膨胀剂，消泡剂为重庆海誉化工公司生产R783消泡剂，塑性膨胀剂为海誉化工公司生产的铝矾土类塑性膨胀剂，减水剂为瑞士西卡公司生产540P粉体聚羧酸减水剂；纳米晶核为上海三瑞高分子材料股份有限公司生产的VIVID-300(CCN)纳米晶核。
将上述各组分混合均匀即可得到本实施例钢筋套筒连接用灌浆料。
对比例3
本实施例钢筋套筒连接用灌浆料包括以下质量百分比的原料：再生细骨料：53.33％，水泥脱水相：5％，水泥：25％，矿物掺合料：10％，减水剂：0.6％，中后期膨胀剂：5％，塑性膨胀剂：0.04％，消泡剂：0.03％，早强剂1％。
再生细骨料由以下步骤制备：将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，分别过0.08mm、0.3mm、0.6mm、1.28mm的方孔筛，得到0.08mm～0.3mm、0.3mm～0.6mm、0.6mm～1.28mm三种粒径的再生细骨料，再将这几种粒径的再生细骨料经过圆形整形机进行颗粒整形，然后按顺序以6：3：1的质量比组合而成。
水泥脱水相由以下步骤制备：将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，过0.08mm方孔筛，将筛下部分制备水泥净浆，水灰比为0.35～0.5，经养护28d后再次经破碎机破碎过0.08mm方孔筛，筛下部分于马弗炉中煅烧，升温速率为4℃/min，煅烧温度为600℃，保温时间为5h，保温阶段结束后随炉冷却得到水泥脱水相。
水泥为P.Ⅱ52.5R水泥；矿物掺合料为矿粉(S105级超细矿粉，比表面积3110m2/kg)、粉煤灰(Ⅰ级粉煤灰，比表面积425m2/kg)、硅灰(平均粒径0.1μm，比表面积18800m2/kg)按重量百分比40：20：40混合而成；中后期膨胀剂为HCSA类膨胀剂；消泡剂为重庆海誉化工公司生产R783消泡剂，塑性膨胀剂为海誉化工公司生产的铝矾土类塑性膨胀剂，减水剂为瑞士西卡公司生产540P粉体聚羧酸减水剂；纳米晶核为上海三瑞高分子材料股份有限公司生产的VIVID-300(CCN)纳米晶核。
将上述各组分混合均匀即可得到本实施例钢筋套筒连接用灌浆料。
实施效果
为了评价本发明的钢筋套筒连接用灌浆料的性能，参照JG/T408-2013《钢筋套筒连接用灌浆料》的相关规定进行试验，并对灌浆料流动性能、力学性能进行检测。试验结果如表1所示：
表1钢筋套筒连接用灌浆料检测结果
Figure BDA0002591594910000121
Figure BDA0002591594910000131
从上述实施例和对比例的性能可以得出，本发明采用再生骨料制备套筒灌浆料可以达到与石英砂同等的技术效果，而成本较对比例1石英砂组别更低，更为经济环保；对比例2中硫铝酸盐水泥后期强度发展不高，而采用水泥脱水相能有效提高灌浆料的后期强度；对比例3中骨料较细，制备的套筒灌浆料流动度较低。
本发明无需硫铝酸盐水泥或高铝水泥等特种水泥，仍可获得较高的早期强度及后期强度，且使用废弃水泥混凝土一方面作为细骨料替代石英砂、另一方面替代部分水泥，生产成本低，绿色环保，具有重要的实际应用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢筋套筒连接用灌浆料，其特征在于，按重量百分比计为，包括：再生细骨料：40～55％，水泥脱水相：5～10％，水泥：25～45％，矿物掺合料：5～10％，减水剂：0.4～1.2％；中后期膨胀剂：5～10％；塑性膨胀剂：0.02～0.05％；消泡剂：0.01～0.05％，早强剂：1～5％。
2.如权利要求1所述一种钢筋套筒连接用灌浆料，其特征在于，所述再生细骨料为将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，分别过0.08mm、0.6mm、1.28mm、2.36mm的方孔筛，得到0.08mm～0.6mm、0.6mm～1.28mm、1.28mm～2.36mm三种粒径的再生细骨料，再将这几种粒径的再生细骨料进行颗粒整形，最后按顺序以3～6：3～5：1～5的质量比组合而成。
3.如权利要求1所述一种钢筋套筒连接用灌浆料，其特征在于，所述水泥脱水相为将废弃的水泥混凝土经破碎机破碎，过0.08mm方孔筛，将筛下部分制备水泥净浆，水灰比为0.35～0.5，经养护再次经破碎机破碎过0.08mm方孔筛，筛下部分进行煅烧，升温速率为3-6℃/min，煅烧温度为500-800℃，保温时间为2-5h，保温阶段结束后随炉冷却得到。
4.如权利要求1所述一种钢筋套筒连接用灌浆料，其特征在于，所述水泥为P.O 42.5、P.O52.5、P.Ⅰ52.5、P.Ⅱ52.5、P.O 52.5R水泥中的一种；所述减水剂为聚羧酸减水剂粉剂，减水率≥30％。
5.如权利要求1所述一种钢筋套筒连接用灌浆料，其特征在于，所述矿物掺合料为矿粉、粉煤灰、硅灰按重量百分比20～50：5～20：10～50混合而成。
6.如权利要求5所述一种钢筋套筒连接用灌浆料，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，比表面积≥400m2/kg；所述矿粉为S105级超细矿粉，比表面积≥3000m2/kg；所述硅灰平均粒径0.1μm，比表面积≥18700m2/kg。
7.如权利要求1所述一种钢筋套筒连接用灌浆料，其特征在于，所述中后期膨胀剂为UEA、HCSA类膨胀剂中的一种或几种；所述塑性膨胀剂为铝矾土类塑性膨胀剂。
8.如权利要求1所述一种钢筋套筒连接用灌浆料，其特征在于，所述消泡剂为硅酮类粉末状消泡剂；所述早强剂为草酸钙和纳米晶核按照质量比30～50：50～70混合而成。
9.如权利要求1至8任一项所述一种钢筋套筒连接用灌浆料的制备方法，其特征在于，将各原料按质量百分比含量混合即可。
10.如权利要求1至8任一项所述一种钢筋套筒连接用灌浆料的应用，其特征在于，所述灌浆料在钢筋套筒连接中的应用。
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