CN101269935B - 输水管接头密封灌注砂浆及其制造方法 - Google Patents

Abstract

输水管接头密封灌注砂浆，包括有水泥、砂和水，特征是，组分中还有内保湿材料、磨细矿物掺合料、纤维增韧材料与减水剂混合搅拌而成，其中各组分所占质量份为：水泥：100份；砂：0～550份；水：85～105份；内保湿材料：0.2～250份；磨细矿物掺合料：10～130份；纤维增韧材料：0.15～0.45份；减水剂：0.20～2.3份。该灌注砂浆节约了水泥，减少了对环境的污染；因其具有自密实性，可依靠其自重流动、填充、密封输水管接头，无需振捣；其具有较高的抗裂性，采用圆环法、平板法等试验方法评价，其抗裂性可提高1倍～4倍；其具有较高的抗氯离子侵入性，提高了砂浆的耐久性及输水管内部钢筒或钢筋的耐蚀性。

Description

输水管接头密封灌注砂浆及其制造方法

技术领域

本发明涉及输水管接头需要密封处理的一种灌注砂浆，更详细地说涉及一种具有高流动性的灌注砂浆，并且该砂浆可以在不采取常规的振捣密实的条件下具有高填充性、密实性，使输水管接头能完全密封，且具有高抗裂性、高耐久性的的灌注砂浆。

背景技术

在一般情况下，不同区域间供水工程或调水工程中通常采用混凝土制的管道作为输水管，而在输水管的对接处，尤其是在直径大、管壁厚的输水管的对接处，会留有窄而深的沟缝，其被称为对接缝。为了使整个管道连接为一个整体，人们必须对沟缝密封；密封以后，不致使管道内部的水体流出，同时外部的水体也不能进入管道污染内部的水体。

由于对接缝的形状比较特殊特殊，很难用含有粗骨料的混凝土进行填充密实，所以在工程实际中，多用砂浆来密封对接缝。但在施工中存在的问题是：无法采用人工抹砂浆的办法去把对接缝给抹密实，因为施工劳动强度大、影响工程进度；同时管道底部很难施工，也不能保证底部能完全密实，因此人工抹砂浆的方法不可行；且无法采用振捣的方法对其密实，特别是管道两侧的砂浆，振捣棒根本没有办法达到。鉴于此，当前主要用流动性良好的砂浆对包裹在对接缝上的模板进行浇注，然后，靠砂浆的工作性及自重自行填充、密封对接缝。但目前所用的灌注砂浆存在很多问题，将在下面一一阐述。

目前所用的灌注砂浆是由普通硅酸盐水泥、普通河砂和水配制而成。按质量比(以水泥质量为基数)，典型普通灌注砂浆配比是：三组分所占质量份为：普通硅酸盐水泥：100份，普通河砂：300份，水：65份。

目前所用的灌注砂浆配方简单，自身的性能存在很多不足之处，且砂浆的制作工艺及性能与输水管的制作工艺及性能存在严重不匹配的现象。若在输水管的接头缝处的砂浆存在被灌注不均匀、有裂缝、对管道有腐蚀等现象，则同样会出现管道内部水体外漏、内部水体受到污染的现象。

通过调查、研究发现，当前所用的灌注砂浆的不足之处主要表现在以下三个方面：

(1)目前所用的砂浆的工作性不满足工程施工要求，甚至可能出现砂浆自身不能自流平的现象，必然导致砂浆对对接缝处外围模板的填充能力下降，输水管接头处易存在灌注的砂浆层厚度不均匀性，还可能出现模板内部没有被浇注到的地方。

若对流动性不好的砂浆再通过提高水胶比的方法达到应用的流动性，砂浆极易出现泌水、离析现象，拌好的砂浆，稍作停顿，砂浆的细骨料就沉到下面去了，再往模板里面灌注，则灌下去的就是特稀的水泥浆了；而且砂浆的严重泌水的砂浆会出现所泌出水从模板与管道的缝隙处流出。所以，砂浆内部会出现很多的泌水通道，严重影响砂浆的性能。

(2)砂浆的抗裂性不足。在拆模以后，砂浆要暴露于空气中一段时间，至管道被覆土以前，在空气湿度低的情况下(理论上，需要供水或调水的地方的空气相对湿度比较低)，砂浆时刻都在发生失水过程，则会导致砂浆干缩的发生。砂浆的干缩，不是自由的收缩，而是要受到它所要密封的管道承插口的约束，因此，收缩的特别大时，砂浆就会产生开裂。

根据实际调查结果，在目前所用的灌注砂浆表层可观察到许多裂缝。从另一个角度讲，该砂浆对输水管对接缝的密封性较差，输水管内部水体可通过裂缝往外界漏，相对应地，外界介质也可能通过裂缝侵入砂浆内部或外界水体污染内部水体，而且侵入的介质可能影响输水管内部钢筒的性能。

(3)该砂浆对输水管内部钢筒的防腐蚀性差。其一：配制的砂浆没有考虑拌合水潜在的腐蚀介质对钢筒的腐蚀，其二：没有考虑外界腐蚀性离子的侵入对钢筒的危害，这种腐蚀性离子的侵入渠道既有因各种条件产生的贯穿裂缝，也有腐蚀性离子通过砂浆向内部的扩散。所以，目前所用的灌注砂浆的耐久性明显不足，不符合工程的设计年限。

因此，人们非常希望研制一种新型的输水管接头灌注砂浆，使该砂浆具有高流动性而减少人力、物力就能达到对接头缝的密封，同时具有高抗裂性、高耐久性，以保证工程的设计服役年限。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种输水管接头密封灌注砂浆，本发明的密封灌注砂浆不仅具有容易浇注、填充，而且具有高抗裂性、耐久性的为输水管对接缝所用的灌注砂浆。本发明还将提供这种密封灌注砂浆的制造方法。

本发明解决问题所采用的技术方案是：一种输水管接头密封灌注砂浆，包括有水泥、砂和水，其特征在于，组分中还有内保湿材料、磨细矿物掺合料、纤维增韧材料与减水剂混合搅拌而成，其中(以水泥质量为基数)各组分所占质量份为：

水泥：100份

砂：0～550份

水：85～105份

内保湿材料：0.2～250份

磨细矿物掺合料：10～130份

纤维增韧材料：0.15～0.45份

减水剂：0.20～2.3份。

对上述比例的改进，有以下优化方案：

水泥：100份

砂：200～400份

内保湿材料：0.35～200份

水：85～105份

磨细矿物掺合料：30～85份

纤维：0.20～0.40份

减水剂：0.40～2.0份

以上所述的磨细矿物掺合料可以选用市售混凝土用掺合料，或其他传统的磨细矿物掺合料。本申请推荐选用磨细矿渣、粉煤灰中的一种或两种混合，两种混合时，为任意配比；优选为磨细矿渣与粉煤灰的复合，更优选为粉煤灰符合国家I级标准、磨细矿渣符合S105等级要求。

本申请进一步推荐以下组分的优化比例：

减水剂：0.40～0.80份；

同时，所述的磨细矿物掺合料的组成为：

磨细矿渣：15～25份

粉煤灰：20～30份。

在上述比例的基础上，增加增稠剂及引气剂的组分可以得到本发明的再优化方案：

增稠剂：0.003～0.05份，优选0.005～0.04份

引气剂：0.02～0.05份。

更优化是再掺入膨胀组分和阻锈剂：

膨胀组分：5～15份

阻锈剂：2.0～5.0份，优选3.0份。

所述的胶凝材料中的水泥，可以选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；

所述的膨胀组分为市售水泥混凝土用膨胀剂，优选UEA型普通膨胀剂或UEA-N型膨胀剂。

所述的减水剂为普通减水剂、高效减水剂、高效缓凝减水剂或高效减水早强剂。以上优选为高效减水剂。

所述的纤维增韧材料为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维，且纤维的单丝长度宜控制在12mm～20mm。

这些纤维会因为其自身的弹性模量、长径比等参数不同，在抵抗砂浆开裂时所表现的性能也不尽相同，所以，以上优选聚丙烯腈纤维、玄武岩纤维。

所述的内保湿材料为吸水性树脂颗粒、珍珠岩、陶砂。以上优选吸水性树脂颗粒、陶砂；若是吸水性树脂颗粒粒径控制在40目到325目之间，优选颗粒粒径为100目～200目，若是陶砂饱和面干吸水率≥1％，粒径≤10mm，优选饱和面干吸水率≥5％。它们可以单独使用，也可搭配实用。

所述的砂可采用普通河砂；普通河砂为级配合理、细度模数＞2.3的中砂。

普通河砂会因为其自身的级配、细度模数的不同，对砂浆的流动性有非常敏感的影响，因此，以上优选级配处在II区、细度模数在2.5～2.9的中粗河砂。

所述的增稠剂为离子类纤维素醚、非离子类纤维素醚的增稠剂。但考虑到增稠剂与砂浆的相容性问题时，则以上优选甲基纤维素醚、羟乙基纤维素、文莱胶、Diutan胶，更优选为文莱胶或Diutan胶。

所述的引气剂为松香类、改进松香热聚物类或皂苷类引气剂等类型的引气剂，但在砂浆引入的气体含量会随时间的延长而不断减小，但砂浆的抗冻性又与其含气量密切相关，因此，以上优选皂苷类引气剂，更优选三萜皂苷类引气剂。

基于本发明的目的在于，当砂浆发生失水的过程中，其内部有释放水份的材料，以保证砂浆能处在一个适宜的湿度环境中，减少其干缩所带来的变形；同时借助其内部各向分散的纤维丝，则砂浆的干缩变形力能传递给纤维丝，分担了砂浆所承受的拉应力，因此，对减少砂浆的开裂风险是十分有利的。更甚一步说，即使砂浆可能出现了微小裂缝，那么靠胶凝材料中的微膨胀组分的水化有膨胀的作用来弥补产生的微小裂缝。

因此，本发明采用的改善砂浆内部湿度环境的内保湿材料在使用前都应预先吸入一定量的水。若是吸水性树脂颗粒，其可预先吸入其自身质量15倍～40倍的水；若是陶砂，可使其内部的连通孔部分或饱和吸水，其所占细骨料的体积比例为0～100％。

基于本发明的另外一个目的在于，在降低砂浆的水胶比的情况下，砂浆的流动性不但没有降低反而有所提高，并使按照本发明的一种新型输水管对接缝的灌注砂浆具有抗泌水、离析的性能。因此，应该严格限制减水剂的使用量，确保砂浆的整体工作性，这是砂浆其它性能得到保证的前提。同时，靠砂浆的密实度提高，及配合矿物掺合料的应用，使其具有抗高的氯离子等腐蚀性介质的侵入性。

本发明的制作工艺

制作工艺一：首先将内保湿材料预湿，然后将除减水剂、引气剂和水外的其它组分干拌1min～3min，使组分间相互分散均匀；最后加入剩余组分拌合。或者，

制作工艺二：首先将内保湿材料预湿，然后将称量好的原材料一次性加入搅拌3min～5min，拌合至均匀。

本发明的优点：

(1)具有自密实性。坍落扩展度可达到550mm以上，能自流平，可依靠其自重流动、填充、密封输水管接头，而无需振捣，且不泌水、不离析。

(2)具有高的抗裂性。采用用圆环法、平板法等试验方法评价，其抗裂性比上述典型普通灌注砂浆的抗裂性提高1～4倍。

(3)具有高抗氯离子侵入性。其氯离子扩散系数比上述典型普通灌注砂浆的氯离子扩散系数降低50％～85％。

(4)具有高的抗冻性。抗冻性达到F150～F250。

(5)减少了水泥用量，保护了环境。

具体实施方式

实施例1

本发明的砂浆配料由表1所列的成分制备。

原料：

所用的水泥为商品名为“海螺牌”的52.5普通硅酸盐水泥；

所用的磨细矿物掺合料为S105级磨细矿渣和I级粉煤灰；

所用的膨胀组分为UEA普通膨胀剂，由南京瑞迪高新技术公司生产；

所用的砂为普通河砂，细度模数为2.85，级配处在II区；

所用的内保湿材料为吸水性树脂颗粒，粒径为40目；

所用的纤维为玄武岩纤维，单丝长度为19mm，由四川华神建材有限公司生产；

所用的减水剂为萘系高效减水剂；

所用的引气剂为三萜皂苷类引气剂；

所用的增稠剂为文莱胶；

砂浆的水胶比为0.60。

表1

原料	量(kg)
		水泥	300
磨细矿渣	210
		粉煤灰	180
膨胀剂	15
		阻锈剂	9.0
砂	1650
		吸水性树脂颗粒	2.4
纤维	1.35
		减水剂	6.9
增稠剂	0.09
		引气剂	0.15
水	305

所有原材料称量好后，吸水性树脂颗粒预先吸入96kg水，然后一起加入所用的干料进行搅拌1.5min，然后加入水，再搅拌2min。

制成的灌注砂浆的主要技术指标为：坍落扩展度为560mm，能自流平、自密实，无泌水离析，28d抗压强45Mpa，采用圆环法进行评价，其抗裂性比上述的典型普通灌注砂浆的抗裂性提高2.5倍，90d氯离子扩散系数同比降低75％。

实施例2：

本实施例表明，能表现出极好的流动性和抗裂性，且在引气剂能引入一定的微小气泡的情况下，能表现出良好的抗冻性。

本发明的砂浆配料由表2所列的成分制备。

原料：

所用的水泥为商品名为“海螺牌”的42.5硅酸盐水泥；

所用的磨细矿物掺合料为S95级磨细矿渣和I级粉煤灰；

所用的膨胀组分为UEA普通膨胀剂；

所用的砂为普通河砂，细度模数为2.70，级配处在II区；

所用的内保湿材料为陶砂，由粘土陶砂与粉煤灰陶砂1∶1混合；

所用的纤维为聚丙烯睛纤维，长度为15mm；

所用的减水剂为聚羧酸系高效减水剂；

所用的引气剂为三萜皂甙类引气剂；

所用的增稠剂为甲基纤维素醚；

砂浆的水胶比为0.55。

表2

原料	量(kg)
		水泥	300
磨细矿渣	180
		粉煤灰	30
膨胀剂	30
		砂	1200
陶砂	360
		纤维	0.45
减水剂	0.6
		引气剂	0.09
增稠剂	0.15
		水	305

所有原材料称量好后，预先使陶砂的连通孔饱水，然后固体原料干拌1.5min，最后加入水再拌合2min。

制成的灌注砂浆的主要技术之比为：坍落扩展度为580mm，泌水率小于1.0％，28d抗压强度35Mpa，采用圆环法评价方法，其抗裂性比上述的典型普通灌注砂浆的抗裂性提高3倍，90d氯离子扩散系数同比降低65％，200次冻融循环后相对动弹性模量为110％。

实施例3

本实施例表明，用陶砂完全取代普通河砂充当细骨料，靠自身的性能同样可以得到高流动性、高抗裂性、高耐久性的砂浆，该砂浆完全可以满足工程的实际要求。

本发明的砂浆配料由表3所列的成分制备。

原料：

所用的水泥为商品名为“海螺牌”的52.5级普通硅酸盐水泥；

所用的磨细矿物掺合料为S105级磨细矿渣和I级粉煤灰；

所用的膨胀组分为UEA-N型膨胀剂；

所用的内保湿材料为陶砂，由粘土陶砂与粉煤灰陶砂1∶1混合；吸水性树脂颗粒粒径为325目；

所用的纤维为玄武岩纤维，长度为19mm，由四川华神建材有限公司生产；

所用的减水剂为萘系高效减水剂；

所用的增稠剂为甲基纤维素醚；

所用的引气剂为改性松香热聚物类引气剂；

所用的水胶比为0.55。

表3

原料	量(kg)
		水泥	300
磨细矿渣	10
		粉煤灰	20
膨胀剂	45
		阻锈剂	7.5
吸水性树脂颗粒	0.6
		陶砂	749.4
纤维	0.9
		减水剂	3.0
增稠剂	0.09
		引气剂	0.06
水	295

所有的原材料称量好后，吸水性树脂颗粒预先吸入9kg水，陶砂也要预先饱水，所有原材料加入搅拌机中搅拌3min～4min。

制成的灌注砂浆的主要技术指标是：坍落扩展度为600mm，泌水率小于0.8％，28d强度42Mpa，采用圆环法评价方法，其抗裂性比上述的典型普通灌注砂浆的抗裂性提高3倍，90d氯离子扩散系数同比下降85％。

实施例4

本发明的砂浆配料由表4所列的成分制备。

原料：

所用的水泥为商品名为“海螺牌”的42.5级普通硅酸盐水泥，

所用的磨细矿物掺合料为S105级磨细矿渣和I级粉煤灰；

所用的膨胀组分为UEA-N型膨胀剂；

所用的砂为普通河砂，细度模数为2.70，级配处在II区；

所用的内保湿材料为吸水性树脂颗粒，粒径为200目；

所用的纤维为聚乙烯醇纤维，长度为12mm；

所用的减水剂为萘系高效减水剂；

所用的增稠剂为Diutan胶；

所用的引气剂为三萜皂苷型引气剂，优选为SJ-2型引气剂；

所用的水胶比为0.60。

表4

原料	量(kg)
		水泥	300
磨细矿渣	45
		粉煤灰	70
膨胀剂	25

阻锈剂	9.0
		吸水性树脂颗粒	4.5
砂	1300
		纤维	1.2
减水剂	3.3
		增稠剂	0.06
引气剂	0.09
		水	265

所有原材料称量好后，吸水性树脂颗粒预先吸入90kg水，然后所有的固态料干拌2min，最后加入水拌合2min。

制成的灌注砂浆的主要技术指标是：坍落扩展度为620mm，无泌水离析现象，28d强度41Mpa，采用平板法评价方法，其抗裂性比上述的典型普通灌注砂浆的抗裂性提高3倍，90d氯离子扩散系数同比下降73％。

实施例5，与实施例1基本相同，但有以下改变：

水泥：100份

砂：550份，砂为级配处在II区、细度模数2.5的中粗河砂；

水：105份

珍珠岩：250份

聚丙烯纤维：0.45份，纤维的单丝长度为20mm

磨细矿渣与任意比例的粉煤灰混合物：130份

减水剂：2.3份

增稠剂为羟乙基纤维素：0.05份

阻锈剂：2.0份。

实施例6，与实施例1基本相同，但有以下改变：

水泥：100份

砂：200份，砂为级配处在II区、细度模数2.9的中粗河砂；

吸水性树脂颗粒、珍珠岩与陶砂混合物：200份，陶砂饱和面干吸水率≥1％，粒径≤10mm；

市售磨细矿物掺合料：85份

玻璃纤维：0.20份

减水剂：2.0份

增稠剂为文莱胶：0.003份

引气剂采用松香

阻锈剂：5.0份。

实施例7，与实施例5基本相同，但有以下改变：

吸水性树脂颗粒0.35份，粒径为100目，

市售磨细矿物掺合料：30份

增稠剂为文莱胶：0.005份

减水剂：0.40份

阻锈剂：3.0份。

实施例9，与实施例5基本相同，但有以下改变：

增稠剂为Diutan胶：0.04份。

实施例10，与实施例5基本相同，但有以下改变：

磨细矿渣：25份

粉煤灰：30份

减水剂：0.80份；

同时，其中不加膨胀组分和阻锈剂。

实施例11，与实施例5基本相同，但有以下改变：

磨细矿渣：15份

粉煤灰：20份。

同时，其中不加膨胀组分、阻锈剂、增稠剂和引气剂。

Claims (9)

1.一种输水管接头密封灌注砂浆，包括有水泥、砂和水，其特征在于，组分中还有内保湿材料、磨细矿物掺合料、纤维增韧材料与减水剂混合搅拌而成，其中各组分所占质量份为：

水泥：100份

砂：0～550份

水：85～105份

内保湿材料：0.2～250份

磨细矿物掺合料：10～130份

纤维增韧材料：0.15～0.45份

减水剂：0.20～2.3份；

组分中还增加有增稠剂及引气剂，其中：

增稠剂：0.003～0.05份

引气剂：0.02～0.05份；

所述的砂为级配处在II区、细度模数在2.5～2.9的中粗河砂；

述的内保湿材料为吸水性树脂颗粒，该吸水性树脂颗粒粒径控制在40目到325目之间，或

所述的内保湿材料为陶砂；该陶砂饱和面干吸水率≥1％，粒径≤10mm。

2.根据权利要求1所述的输水管接头密封灌注砂浆，其特征在于，所述各组分所占质量份为：

水泥：100份

砂：200～400份

内保湿材料：0.35～200份

水：85～105份

磨细矿物掺合料：30～85份，同时，所述的磨细矿物掺合料为磨细矿渣、粉煤灰中的一种或两种任意配比的混合物；

纤维：0.20～0.40份

减水剂：0.40～2.0份

3.根据权利要求1所述的输水管接头密封灌注砂浆，其特征在于，以下组分所占质量份为，

减水剂：0.40～0.80份

磨细矿渣：15～25份

粉煤灰：20～30份，同时，所述的磨细矿渣符合S105等级要求；所述的粉煤灰符合国家I级标准。

4.根据权利要求1或2或3所述的输水管接头密封灌注砂浆，其特征在于，所述增稠剂所占质量份为：0.005～0.04份。

5.根据权利要求4所述的输水管接头密封灌注砂浆，其特征在于，组分中还增加有膨胀组分和阻锈剂，其中：

膨胀组分所占质量份为：5～15份

阻锈剂所占质量份为：2.0～5.0份。

6.根据权利要求5所述的输水管接头密封灌注砂浆，其特征在于，所述阻锈剂所占质量份为：3.0份。

7.根据权利要求4或5或6所述的输水管接头密封灌注砂浆，其特征在于，

所述的膨胀组分为UEA型普通膨胀剂或UEA-N型膨胀剂；

所述的减水剂为高效减水剂；

所述的纤维增韧材料为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维，且纤维的单丝长度控制在12mm～20mm；

所述的增稠剂为离子类纤维素醚或非离子类纤维素醚的增稠剂。

所述的引气剂为松香类、改进松香热聚物类或皂苷类引气剂。

8.根据权利要求7所述的输水管接头密封灌注砂浆，其特征在于，

所述的增稠剂为甲基纤维素醚、羟乙基纤维素、文莱胶或Diutan胶；

所述的引气剂为皂苷类引气剂。

9.根据权利要求8所述的输水管接头密封灌注砂浆，其特征在于，

所述吸水性树脂颗粒的粒径为100目～200目之间，或

所述的陶砂饱和面干吸水率≥5％；

所述的增稠剂为文莱胶或Diutan胶。

所述的引气剂为皂苷类引气剂或三萜皂苷类引气剂。