CN101830664B - 一种预应力锚固灌浆材料外加剂及制备方法和应用 - Google Patents

一种预应力锚固灌浆材料外加剂及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预应力锚固灌浆材料外加剂及制备方法和应用，它由膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分、调节组分一定比例组成。其步骤是：A、将膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分、调节组分按重量百分比加入球磨机中；B、在常温常压下，粉磨10-30min，至均匀，勃氏比表面积不低于350m2/kg，即得产品。原材料易得，方法易行，操作简便，配方合理，使用方便，解决目前预应力锚固工程中普通水泥基灌浆料性能缺陷和使用过程中存在的问题，本发明能有效改善锚固灌浆材料的工作性，在保证水泥浆体强度的基础上，能有效提高浆体的流动度，大幅度减少泌水，避免离析和分层，而且能在塑性和硬化状态下有效补偿收缩，提高了水泥浆体的体积稳定性。

Description

一种预应力锚固灌浆材料外加剂及制备方法和应用
技术领域
本发明属于岩土工程用建筑材料技术领域，具体涉及一种预应力锚固灌浆材料专用外加剂。同时还涉及一种预应力锚固灌浆材料专用外加剂的制备方法，同时还涉及一种外加剂在预应力锚固灌浆材料中的应用。
背景技术
预应力锚固技术是在预应力技术及契式锚杆原理基础上发展起来的新的两点式预应力结构。对于高边坡中的破碎岩体或有断层岩体，通过在岩体中钻孔，并对孔中锚固的锚杆或锚索施加预应力，以达到稳定边坡的目的。现正普及到世界各国的露天矿山边坡加固，地下开采洞室支护，铁路隧道支护，水利水电工程中的坝基加固，岩质高边坡稳定加固，土木建筑工程中的深基坑支护等各个领域。
与化学基灌浆材料相比，水泥基灌浆材料具有使用方便、强度高、耐久性好、无公害、成本低、来源广等特点而得到广泛应用，一直是基础灌浆中使用最为广泛的材料。但普通水泥基灌浆材料，浆液的稳定性差、流动性不好而且损失大、硬化使体积会收缩，使锚索容易受到外部腐蚀性物质的侵害。同时，由于普通水泥砂浆的强度增长较缓慢，需要较长的待凝时间，一般都在20-28d左右，最快的也要14d左右，也就是说自锚索(杆)安装进孔半个多月后才能起到锚固作用。在此期间，如果边坡出现严重卸荷松弛或失稳塌滑，其预应力锚固将起不到应有的作用和预期的效果。因此，如何保证锚固体的耐久性和应力锚索(杆)的张拉速度，已成为工程界普遍关注的焦点。
灌浆材料目前在国外研究较多，已有相对成熟的产品，并得到了较为广泛的应用，但此类产品主要用于设备基础灌浆。目前，预应力锚固所需的灌浆材料主要是水泥浆材、化学浆液、纤维浆材等类型，这些灌浆材料有各自的优点和缺点，但是国内市场上功能齐全，性能优异的灌浆产品还比较缺乏，许多重点工程不得不花费巨资从国外引进。由于国产水泥性能的限制以及季节性和工程特点，工程人员不得不在现场进行灌浆试验，以寻求灌浆材料的最佳组成。这样的试验耗费大量的人力、物力和财力，更为严重的是，由于缺乏专业的灌浆队伍，往往无法控制灌浆质量，给工程造成严重隐患，给国家和人民财产造成巨大损失。因此，开发一种流动性好、早期强度高、微膨胀、钢筋握裹力和锚固强度高的水泥基灌浆材料专用外加剂对岩土工程安全性有着重要意义。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种预应力锚固灌浆材料外加剂，配方合理，使用方便，解决目前预应力锚固工程中普通水泥基灌浆料性能缺陷和使用过程中存在的问题，性能可控。
本发明的另一个目的是在于提供了一种预应力锚固灌浆材料外加剂的制备方法，方法易行，操作简便，原材料易得。
本发明的再一个目的是在于提供了一种外加剂在预应力锚固灌浆材料中的应用，应用过程中操作方法简单，不用新增设备，灌浆材料的性能可调。。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种预应力锚固灌浆材料专用外加剂，其特征在于：它由膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按一定的重量配比共同混合、粉磨而成的均匀粉料，各原料所占重量百分比为：
膨胀组分：40-50％    活性掺合料：39-50％    抗裂组分：0.3-0.9％
减水组分：5-10％     调节组分：0.1-0.7％。
一种预应力锚固灌浆材料专用外加剂，各原料所占重量百分比为(优选范围)：
膨胀组分：42-49％    活性掺合料：41-48％    抗裂组分：0.4-0.7％
减水组分：6-9％      调节组分：0.2-0.5％。
一种预应力锚固灌浆材料专用外加剂，各原料所占重量百分比为(最好范围)：
膨胀组分：46.5％    活性掺合料：47％    抗裂组分：0.3％
减水组分：6％       调节组分：0.2％。
上述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂(外购)或生石灰膨胀剂(外购)。
上述的活性掺合料由磨细矿渣粉(4000m2/kg)和硅粉(冶金工业的废弃物)按0-1∶0-1的比例混合而成，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g。
上述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维。
上述的减水组分为FDN减水剂(外购)或者聚羧酸减水剂。
上述的调节组分为缓凝剂(外购)和纤维素醚(外购)混合而成，其中缓凝剂和纤维素醚0-1∶0-1比例进行混合均匀。
一种预应力锚固灌浆材料外加剂的制备方法，其步骤是：
A、将膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分、调节组分按重量百分比加入球磨机中；
B、在常温(20-25℃)常压(1个标准大气压)下，粉磨10-30min，至均匀，勃氏比表面积不低于350m2/kg，即得产品。
一种外加剂在预应力锚固灌浆材料中的应用，预应力锚固灌浆材料专用外加剂的使用方法如下：
将42.5等级普通硅酸盐水泥、硅砂、预应力锚固灌浆材料专用外加剂和水按照胶砂比为1∶1-1∶1.5(水泥与硅砂重量比)，水料比为0.28-0.32，外加剂掺量为水泥的15-25％，采用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间不少于2min，灌浆设备与普通水泥浆液或水泥砂浆相同。
本发明是专门为岩土工程锚固灌浆材料所开发的专用外加剂，利用减水和调节组分的分散和保坍性能，能有效改善水泥浆体的流变性，在保证水泥浆体强度的基础上，能有效提高水泥浆体的流动度，大幅度减少泌水，避免离析和分层。而膨胀和抗裂组分的引入能在塑性和硬化状态下有效补偿收缩，提高了水泥浆体的体积稳定性。将本发明掺入锚固灌浆材料中，采用普通的灌浆工艺能够有效保障灌浆后浆体基本无泌水，浆体体积微膨胀，并且具有足够的施工保障时间和适宜的施工温度范围，对锚索或锚杆无锈蚀作用。
本发明具有如下特点：
1.该专用外加剂具有高分散和保塑能力，掺入后能够显著提高锚固灌浆材料的流变性，其初始流动度≥260mm，30min流动损失小于15％；能够显著降低灌浆材料的泌水率，泌水率小于1.0％。
2.掺加本发明后，能够有效提高灌浆材料硬化后的早期及后期力学性能，灌浆材料1d强度25-50MPa，28d强度70-90MPa，1d竖向膨胀率大于0.02％。与普通水泥灌浆材料相比，粘结强度、钢筋握裹强度、抗渗性分别提高20％以上，对锚索或锚杆无锈蚀作用。
3.本发明适用于岩土工程、建筑工程和矿业工程边坡的治理，同时还适用于设备基础、预应力混凝土孔道的灌浆。
4、本发明具有制备工艺简单、对水泥的适应性强，使用操作容易和易于推广等优点。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种预应力锚固灌浆材料专用外加剂由膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按一定的重量配比共同混合、粉磨而成的均匀粉料，各原料所占重量百分比为：
膨胀组分：42％     活性掺合料：49％    抗裂组分：0.3％
减水组分：8.5％    调节组分：0.2％。
上述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂或生石灰膨胀剂。
上述的活性掺合料由磨细矿渣粉和硅粉按1∶1的比例混合而成，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g。
上述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维。
上述的减水组分为FDN减水剂或者聚羧酸减水剂。
上述的调节组分为缓凝剂和纤维素醚混合而成，其中缓凝剂和纤维素醚1∶1比例进行混合均匀。
一种预应力锚固灌浆材料外加剂的制备方法，其步骤是：
A、将膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分、调节组分按重量百分比加入球磨机中；
B、在常温(20-25℃)常压下，粉磨10或14或18或24或30min，至均匀，勃氏比表面积不低于350m2/kg，即得产品。
实施例2：
一种预应力锚固灌浆材料专用外加剂由膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按一定的重量配比共同混合、粉磨而成的均匀粉料，各原料所占重量百分比为：
膨胀组分：50％     活性掺合料：40％    抗裂组分：0.5％
减水组分：9.2％    调节组分：0.3％。
上述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂或生石灰膨胀剂。
上述的活性掺合料由磨细矿渣粉和硅粉按1∶1的比例混合而成，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g。
上述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维。
上述的减水组分为FDN减水剂或者聚羧酸减水剂。
上述的调节组分为缓凝剂和纤维素醚混合而成，其中缓凝剂和纤维素醚1∶0比例进行混合均匀。
其制备步骤与实施例1相同。
实施例3：
一种预应力锚固灌浆材料专用外加剂由膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按一定的重量配比共同混合、粉磨而成的均匀粉料，各原料所占重量百分比为：
膨胀组分：45％     活性掺合料：45％    抗裂组分：0.5％
减水组分：9.4％    调节组分：0.1％。
上述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂或生石灰膨胀剂。
上述的活性掺合料由磨细矿渣粉和硅粉按1∶0的比例混合而成，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g。
上述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维。
上述的减水组分为FDN减水剂或者聚羧酸减水剂。
上述的调节组分为缓凝剂和纤维素醚混合而成，其中缓凝剂和纤维素醚0.8∶0.2比例进行混合均匀。
其制备步骤与实施例1相同。
实施例4：
一种预应力锚固灌浆材料专用外加剂由膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按一定的重量配比共同混合、粉磨而成的均匀粉料，各原料所占重量百分比为：
膨胀组分：40％     活性掺合料：50％    抗裂组分：0.3％
减水组分：9.5％    调节组分：0.2％。
上述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂或生石灰膨胀剂。
上述的活性掺合料由磨细矿渣粉和硅粉按1∶1的比例混合而成，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g。
上述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维。
上述的减水组分为FDN减水剂或者聚羧酸减水剂。
上述的调节组分为缓凝剂和纤维素醚混合而成，其中缓凝剂和纤维素醚1∶0比例进行混合均匀。
其制备步骤与实施例1相同。
实施例5：
一种预应力锚固灌浆材料专用外加剂由膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按一定的重量配比共同混合、粉磨而成的均匀粉料，各原料所占重量百分比为：
膨胀组分：50％    活性掺合料：39.2％    抗裂组分：0.5％
减水组分：10％    调节组分：0.3％。
上述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂或生石灰膨胀剂。
上述的活性掺合料由磨细矿渣粉和硅粉按1∶1的比例混合而成，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g。
上述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维。
上述的减水组分为FDN减水剂或者聚羧酸减水剂。
上述的调节组分为缓凝剂和纤维素醚混合而成，其中缓凝剂和纤维素醚1∶1比例进行混合均匀。
其制备步骤与实施例1相同。
实施例6：
一种预应力锚固灌浆材料专用外加剂由膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分按一定的重量配比共同混合、粉磨而成的均匀粉料，各原料所占重量百分比为：
膨胀组分：45％     活性掺合料：50％    抗裂组分：0.4％
减水组分：4.5％    调节组分：0.1％。
上述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂或生石灰膨胀剂。
上述的活性掺合料由磨细矿渣粉和硅粉按1∶1的比例混合而成，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g。
上述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维。
上述的减水组分为FDN减水剂或者聚羧酸减水剂。
上述的调节组分为缓凝剂和纤维素醚混合而成，其中缓凝剂和纤维素醚0.9∶0.1比例进行混合均匀。
其制备步骤与实施例1相同。
实施例7：
一种外加剂在预应力锚固灌浆材料中的应用，预应力锚固灌浆材料专用外加剂的使用方法：
将42.5等级普通硅酸盐水泥、硅砂、预应力锚固灌浆材料专用外加剂和水按照胶砂比为1.25(水泥与硅砂重量比)，水料比为0.30，外加剂掺量为水泥的20％，采用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间不少于2min，灌浆设备与普通水泥浆液或水泥砂浆相同。
实施例8：
一种外加剂在预应力锚固灌浆材料中的应用，预应力锚固灌浆材料专用外加剂的使用方法：
将42.5等级普通硅酸盐水泥、硅砂、预应力锚固灌浆材料专用外加剂和水按照胶砂比为1.0(水泥与硅砂重量比)，水料比为0.28，外加剂掺量为水泥的15％，采用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间不少于2min，灌浆设备与普通水泥浆液或水泥砂浆相同。
实施例9：
一种外加剂在预应力锚固灌浆材料中的应用，预应力锚固灌浆材料专用外加剂的使用方法：
将42.5等级普通硅酸盐水泥、硅砂、预应力锚固灌浆材料专用外加剂和水按照胶砂比为1.0(水泥与硅砂重量比)，水料比为0.30，外加剂掺量为水泥的25％，采用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间不少于2min，灌浆设备与普通水泥浆液或水泥砂浆相同。
实施例10：
一种外加剂在预应力锚固灌浆材料中的应用，预应力锚固灌浆材料专用外加剂的使用方法：
将42.5等级普通硅酸盐水泥、硅砂、预应力锚固灌浆材料专用外加剂和水按照胶砂比为1.2(水泥与硅砂重量比)，水料比为0.28，外加剂掺量为水泥的15％，采用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间不少于2min，灌浆设备与普通水泥浆液或水泥砂浆相同。
实施例11：
一种外加剂在预应力锚固灌浆材料中的应用，预应力锚固灌浆材料专用外加剂的使用方法：
将42.5等级普通硅酸盐水泥、硅砂、预应力锚固灌浆材料专用外加剂和水按照胶砂比为1.2(水泥与硅砂重量比)，水料比为0.25，外加剂掺量为水泥的20％，采用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间不少于2min，灌浆设备与普通水泥浆液或水泥砂浆相同。
实施例12：
一种外加剂在预应力锚固灌浆材料中的应用，预应力锚固灌浆材料专用外加剂的使用方法：
将42.5等级普通硅酸盐水泥、硅砂、预应力锚固灌浆材料专用外加剂和水按照胶砂比为1.0(水泥与硅砂重量比)，水料比为0.30，外加剂掺量为水泥的25％，采用砂浆搅拌机进行搅拌，搅拌时间不少于2min，灌浆设备与普通水泥浆液或水泥砂浆相同。
本发明的膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分和调节组分各原料的上限、下限及区间值都能实现本发明，在此就不一一举例。

Claims (6)

1.一种预应力锚固灌浆材料外加剂，它由下述重量百分比的原料制成：
原料        ％           原料        ％
膨胀组分    40-50％      活性掺合料  40-50％
抗裂组分    0.3-0.5％    减水组分     5-10％
调节组分    0.1-0.3％；
所述的膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂或生石灰膨胀剂；
所述的活性掺合料由磨细矿渣粉和硅粉按1∶1的比例混合，其中磨细矿渣粉为S95级矿粉；硅粉中SiO2含量不少于93.0％，比表面积不小于15m2/g；
所述的抗裂组分为由长度3mm和10mm的聚丙烯纤维按质量比1∶1配制而成的混杂纤维；
所述的减水组分为FDN减水剂或者聚羧酸减水剂；
所述的调节组分为缓凝剂和纤维素醚混合，其中缓凝剂和纤维素醚1∶1比例进行混合均匀。
2.根据权利要求1所述的一种预应力锚固灌浆材料外加剂，其特征在于：
原料       ％       原料            ％
膨胀组分   46.5％   活性掺合料      47％
抗裂组分   0.3％    减水组分        6％
调节组分   0.2％。
3.根据权利要求1所述的一种预应力锚固灌浆材料外加剂，其特征在于：
原料       ％       原料          ％
膨胀组分   42％     活性掺合料    49％
抗裂组分   0.3％    减水组分      8.5％
调节组分   0.2％。
4.根据权利要求1所述的一种预应力锚固灌浆材料外加剂，其特征在于：
原料       ％      原料          ％
膨胀组分   50％    活性掺合料    40％
抗裂组分   0.5％   减水组分      9.2％
调节组分   0.3％。
5.权利要求1所述的一种预应力锚固灌浆材料外加剂的制备方法，其步骤是：
A、将膨胀组分、活性掺合料、抗裂组分、减水组分、调节组分按重量百分比加入球磨机中；
B、在常温常压下，粉磨10-30min，至均匀，勃氏比表面积不低于350m2/kg，即得产品。
6.权利要求1所述的一种外加剂在预应力锚固灌浆材料中的应用。
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