CN102690092B

CN102690092B - 一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料及使用方法

Info

Publication number: CN102690092B
Application number: CN 201210179337
Authority: CN
Inventors: 孙振平; 陈明
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2032-06-04
Also published as: CN102690092A

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料及使用方法。由普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、低温稻壳灰、矿渣粉、粉煤灰、河砂、膨胀剂、海泡石粉、减水剂、消泡剂和保水剂组成。本发明既可解决传统水泥基灌浆料早期强度不足、膨胀率低、体积收缩大、耐久性差等缺点，还可解决农业稻壳的处理问题。本发明提出的灌浆材料，采用复合胶凝材料，现场加水搅拌后即可使用，具有流动性好、无收缩、早期强度发展快、后期强度高、抗渗性和抗侵蚀性好等优异性能，既适用于基层和底板间的支撑，也可适用于钢筋搭接、支座等的固定，并可适用于混凝土结构改造、加固及预应力混凝土结构预留孔道灌浆等。

Description

一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料及使用方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料及使用方法。

背景技术

灌浆砂浆是一种以无机或者有机胶凝材料为基材，与超塑化剂等外加剂及细集料等混合而成的灌浆修补材料，具有大流动性、早强、后期强度高、微膨胀的性能。该产品起源于美国，是为加固军事设施而研制的一种后期强度高的速凝材料，后来广泛应用于工业部门，主要用于机械设备安装和加固修补工程。

随着我国经济的发展和基础设施的大量建设，许多拥有大型设备的工厂、企业不断出现，冶金、石化和电力企业各种大型设备的安装，桥梁、铁路的建设，使得灌浆材料的需求大大增加，同时也对灌浆材料提出了更高的性能要求。目前最常用的灌浆材料主要有水泥基灌浆材料和化学灌浆材料，但两者都存在一定弊端：水泥基灌浆材料的体积收缩较大，强度发展慢，耐久性差，影响结构稳定性和使用寿命；化学灌浆材料一般成本较高，且有一定程度的毒性，易污染环境并可能危及人类的健康。因此，结合我国灌浆材料发展的需要，开发无收缩、早期强度发展快、后期强度高且施工简单、成本低、环保健康的灌浆材料是当务之急。

采用掺入低温稻壳灰制备水泥基无收缩灌浆材料，具有流动性好、无收缩、早期强度发展快、后期强度高、抗渗性和抗侵蚀性好等特点。同时，还能有效地利用稻壳，减轻环境负荷、提高废弃物综合利用率，降低生产成本。

采用掺加低温稻壳灰的方法制备水泥基无收缩灌浆材料，可以水泥-稻壳灰-矿渣粉-粉煤灰作为复合胶凝体系，不仅解决传统灌浆砂浆收缩大、早期强度发展慢、耐久性差等问题，而且还提高了稻壳灰、矿渣粉、粉煤灰自身的经济附加值，为建筑业的节能减排和低碳化创造了良好的基础条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备成本低，具有流动性好、无收缩、早期强度发展快、后期强度高、抗渗性和抗侵蚀性好的水泥基无收缩灌浆材料及使用方法。

本发明提出的掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，由普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、低温稻壳灰、矿渣粉、粉煤灰、河砂、膨胀剂、海泡石粉、减水剂、消泡剂和保水剂组成，各组分的重量比为：

普通硅酸盐水泥 100

铝酸盐水泥 10-35

低温稻壳灰 10-30

矿渣粉 5-25

粉煤灰 5-25

河砂 200-450

膨胀剂 2-8

海泡石粉 1-5

减水剂 0.05-2.50

消泡剂 0.05-0.50

保水剂 0.02-0.10。

各组份较佳的重量比为：

普通硅酸盐水泥 100

铝酸盐水泥 15-25

低温稻壳灰 15-25

矿渣粉 10-20

粉煤灰 10-15

河砂 250-350

膨胀剂 4-6

海泡石粉 1.5-4

减水剂 0.50-1.50

消泡剂 0.10-0.30

保水剂 0.04-0.08。

本发明中，所述普通硅酸盐水泥为52.5级普通硅酸盐水泥或42.5级普通硅酸盐水泥中的一种。

本发明中，铝酸盐水泥为CA-50铝酸盐水泥。

本发明中，所述低温稻壳灰为稻壳在600℃燃烧，然后粉磨而成的，其氮吸附测定的比表面积为55-70m²/g，SiO₂含量为85%-93%。

本发明中，所述矿渣粉为S95矿渣粉或S105矿渣粉中的一种。

本发明中，所述粉煤灰为

级高钙粉煤灰，其游离氧化钙含量≤3.0%，烧失量≤5.0%。

本发明中，所述河砂属于中砂，细度模数为2.5-3.0，堆积密度为1450-1650 Kg/m³。

本发明中，所述膨胀剂为UEA干粉膨胀剂。

本发明中，所述海泡石粉的细度为200目至300目。

本发明中，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

本发明中，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

本发明中，所述保水剂为羟甲基丙基纤维素醚（HPMC）。

本发明提出的掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料的制备方法，具体步骤如下：

(1) 低温稻壳灰的制备：将稻壳在燃烧炉中以4-6℃/min升温速度升温到600℃，静停8-12min，快速移出高温区得到未破碎的稻壳灰。然后添加0.020-0.030ml/g的已二醇作为助磨剂，采用球磨机粉磨80-100min，即可制备出所需要的低温高活性稻壳灰。

(2) 按前述重量比例称取普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、低温稻壳灰、矿渣粉、粉煤灰、河砂、膨胀剂、海泡石粉、减水剂、消泡剂和保水剂，通过机械搅拌均匀后，即得所需产品。

本发明提出的一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料的使用方法，具体步骤如下：准确称取掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，先将水加入搅拌机，随着搅拌机叶片转动，将无收缩灌浆材料匀速投入搅拌机。搅拌均匀后即可施工。加水量为本发明材料重量的10%-30%。

本发明中，普通硅酸盐水泥和铝酸盐水泥作为主要的胶凝组分。普通硅酸盐水泥凝结速度一般，早期强度较低、后期强度增长显著；铝酸盐水泥水化速度快，早期强度发展快，且结构致密、抗渗性、抗腐蚀性优良，但后期强度增长不太明显。将两种水泥配合使用，可以达到优势互补的效果：利用铝酸盐水泥对硅酸盐水泥的促硬作用来改善硅酸盐水泥的早期强度；利用硅酸盐水泥弥补铝酸盐水泥后期强度差的缺陷；利用铝酸盐水泥与氢氧化钙以及石膏反应生成的钙矾石起收缩补偿或微膨胀。

低温稻壳灰、矿渣粉和粉煤灰作为掺合料，与水泥一起组成复合胶凝体系。采用稻壳灰、矿渣粉和粉煤灰复合掺加，充分发挥三者的活性，对整个体系的早期强度和后期强度都能起到很大的作用。

矿渣粉成分与水泥熟料相似，其中SiO₂，CaO和Al₂O₃总含量约达90%，活性较高，其水化生成的水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶能够促进体系的强度发展，起到复合胶凝效应；同时矿渣微粉表面能高，对高效减水剂有较强的吸附作用，填充在水泥颗粒之间产生较大的静电斥力作用，同时扩大水泥颗粒之间的距离，使砂浆有良好的流动性。

粉煤灰是一种既含有一定数量水硬性晶体矿物，又含有潜在活性物质的材料。粉煤灰中的二氧化硅和氧化铝能与水泥水化时产生的氢氧化钙反应生成新的稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙从而提高了灌浆材料的强度以及抗化学侵蚀的能力；而粉煤灰中含有70%以上的玻璃微珠，粒形完整，表面光滑，质地致密，能起到减水作用、致密作用和匀质作用，从而提高灌浆材料在施工时可泵性和可灌注性。

低温稻壳灰是在600℃下燃烧，然后粉磨而成的，具有巨大的表面积，其氮吸附测定的比表面积为55-70m²/g，同时具有超高火山灰活性。低温稻壳灰主要的成分是纳米尺度的SiO₂(>85%)凝胶粒子，这些凝胶粒子非紧密粘聚而形成的纳米尺度孔隙(<50nm)。纳米尺度的SiO₂凝胶粒子和纳米尺度孔隙使是低温稻壳灰具有巨大表面积和超高火山灰活性的内在原因。在无收缩灌浆材料中，胶凝浆体-骨料界面处的水灰比较大，氢氧化钙晶体富集且结晶取向性强，是结构和力学性能上的薄弱处。稻壳灰具有巨大表面积，它的掺入可以降低水泥浆体-骨料界面处的有效水胶比，使得胶凝浆体-骨料界面处孔洞减小，可供氢氧化钙晶体生长的空间大大压缩，从而使得晶粒减小，生长取向性降低。另一方面，稻壳灰具有超高火山灰活性，它与水泥水化反应产生的氧化钙发生反应，大幅减少氧化钙晶体数量并大量产生胶凝性很强的水化硅酸钙凝胶，对于整个体系结构的密实和强度的提高起到很大的促进作用。

膨胀剂在水泥水化、硬化过程中生成大量的膨胀性结晶水化物钙矾石，填充到砂浆微孔中，产生适度膨胀，抵消砂浆凝固时产生的收缩应力而减小。这是无收缩水泥基灌浆材料无收缩的主要原因。由于无收缩灌浆材料要求自身在塑性阶段产生一定膨胀，膨胀剂无法满足此要求，本发明采用了海泡石粉。海泡石是一种纤维状富镁硅酸盐矿物，理论分子式为Mg₈Si₁₂O₃₀(OH)₄(OH₂)₄·8H₂O。海泡石具有层链状结构，孔隙率高，比表面积大，有极强的吸附能力，理论上能够吸收其自身质量2~2.5倍的水，且吸水后能产生一定的体积膨胀

减水剂的加入使得浆体具有较高的流动性及稳定性；同时，使砂浆强度提高，收缩减少，寿命延长。

消泡剂的加入能减少新拌砂浆的含气量。

保水剂的加入使得灌浆砂浆在具有较大的流动性能条件下，不出现泌水和离析现象。

本发明产品以普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、低温稻壳灰、矿渣粉、粉煤灰作为胶凝材料，以河砂为集料，并加入膨胀剂、海泡石粉、减水剂、消泡剂、保水剂制备而成。它制备工艺简单，流动性好、早期强度发展快、后期强度高、无收缩、抗渗性和抗侵蚀性好，既适用于基层和底板间的支撑，也可适用于钢筋搭接、支座等的固定，并可适用于混凝土结构改造、加固及预应力混凝土结构预留孔道灌浆等，具有很好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1，一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，按52.5级普通硅酸盐水泥100，铝酸盐水泥10，低温稻壳灰10，矿渣粉5，粉煤灰5，河砂200，膨胀剂2，海泡石粉2，减水剂0.05，消泡剂0.05，保水剂0.02的重量比配制而成。按无收缩灌浆材料总重量的10%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

实施例2，一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，按42.5级普通硅酸盐水泥100，铝酸盐水泥15，低温稻壳灰15，矿渣粉10，粉煤灰10，河砂250，膨胀剂3，海泡石粉5，减水剂0.50，消泡剂0.10，保水剂0.04的重量比配制而成。按无收缩灌浆材料总重量的20%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

实施例3，一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，按52.5级普通硅酸盐水泥100，铝酸盐水泥35，低温稻壳灰30，矿渣粉25，粉煤灰25，河砂450，膨胀剂8，海泡石粉3，减水剂2.50，消泡剂0.50，保水剂0.10的重量比配制而成。按无收缩灌浆材料总重量的30%加水搅拌均匀，即得所需产物。性能测试结果见表1。

表1 实施例性能测试结果

Claims

1.一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，其特征在于由普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、低温稻壳灰、矿渣粉、粉煤灰、河砂、膨胀剂、海泡石粉、减水剂、消泡剂和保水剂组成，各组分的重量比为：

普通硅酸盐水泥 100

铝酸盐水泥 10-35

低温稻壳灰 10-30

矿渣粉 5-25

粉煤灰 5-25

河砂 200-450

膨胀剂 2-8

海泡石粉 1-5

减水剂 0.05-2.50

消泡剂 0.05-0.50

保水剂 0.02-0.10。

2.根据权利要求1所述的一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，其特征在于各组份的重量比为：

普通硅酸盐水泥 100

铝酸盐水泥 15-25

低温稻壳灰 15-25

矿渣粉 10-20

粉煤灰 10-15

河砂 250-350

膨胀剂 4-6

海泡石粉 1.5-4

减水剂 0.50-1.50

消泡剂 0.10-0.30

保水剂 0.04-0.08。

3.根据权利要求1所述的一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，其特征在于所述普通硅酸盐水泥为52.5级普通硅酸盐水泥或42.5级普通硅酸盐水泥中的一种，所述铝酸盐水泥为CA-50铝酸盐水泥。

4.根据权利要求1所述的一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，其特征在于所述低温稻壳灰是稻壳在600℃燃烧后，粉磨而成，其氮吸附测定的比表面积为55-70m²/g，SiO₂含量为85%-93%。

5.根据权利要求1所述的一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，其特征在于所述矿渣粉为S95矿渣粉或S105矿渣粉中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，其特征在于所述粉煤灰为I级高钙粉煤灰，其游离氧化钙含量≤3.0%，烧失量≤5.0%。

7.根据权利要求1所述的一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，其特征在于所述河砂属于中砂，细度模数为2.5-3.0，堆积密度为1450-1650 Kg/m³。

8.根据权利要求1所述的一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，其特征在于所述膨胀剂为UEA干粉膨胀剂。

9.根据权利要求1所述的一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，其特征在于所述海泡石粉的细度为200目至300目。

10.根据权利要求1所述的一种掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，其特征在于所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚。

11.一种如权利要求1所述的掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料的使用方法，其特征在于具体步骤如下：准确称取掺有低温稻壳灰的水泥基无收缩灌浆材料，先将水加入搅拌机，随着搅拌机叶片转动，将无收缩灌浆材料匀速投入搅拌机；搅拌均匀后即可施工；加水量为无收缩灌浆材料重量的10%-30%。