CN102936111B

CN102936111B - 一种高性能预应力孔道压浆剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102936111B
Application number: CN201210431290.6A
Authority: CN
Inventors: 李北星; 宋小婧; 周明凯
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-11-02
Also published as: CN102936111A

Abstract

本发明公开了一种高性能预应力孔道压浆剂，由下列组分按下述重量比配制而成：减水组分1~10%、保水组分15~40%、保塑组分1~10%、增粘组分0.03~0.3%、缓凝组分0~0.5%、塑性膨胀组分0.1~1%、后期体积膨胀组分50~70%。本发明的高性能预应力孔道压浆剂，按10%的掺量掺入水泥中即可使浆体获得高流动度和高塑性稳定性，大幅度减少离析分层现象，无泌水、灌浆饱满；配制出的浆体全程体积稳定性高，塑性和硬化阶段的微膨胀能有效补偿各种收缩；并且浆体早强、高强性能突出，耐久性能优异，适用于各种预应力孔道施工。同时，袋装外加剂包较现场配制组成更为均匀，运输及综合成本低，技术经济效益明显。

Description

一种高性能预应力孔道压浆剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及一种预应力孔道压浆外加剂，具体说是一种用于预应力钢筋混凝土孔道的高性能预应力压浆剂及其制备方法。

背景技术

后张预应力混凝土技术，由于减轻结构自重、改善结构受力等诸多性能方面的优点，在大跨度空间与高耸塔桅结构中的得到广泛的应用。但是这些优点都是要建立在后张预应力钢筋与混凝土结构良好粘结的基础上。今后诸如建筑结构、地下建筑构造物、水坝、海洋工程结构等大量采用预应力的工程将会越来越多，对压浆材料的需求量将会有突飞猛进的增长。孔道压浆质量的好坏将直接影响到结构的安全性和可靠性。因此，各个国家都开始关注压浆材料的品质。

目前灌浆产品的发展趋势有三种，一是现场全组分调配，此方法各原材料之间存在适应性不良的缺点；二是采用工厂预拌的商品灌浆料，组分均匀适应性好，但成本较高；三是采用外加剂包的方法进行现场双组份调配，适应性较好而且成本较低。比较国内外的压浆现状可以发现国外在压浆剂方面研究较多，已经有相对成熟的产品，大多数采用双组份调配的方法，施工工艺也比较成熟。而国内预应力孔道灌浆材料在施工中还存在较多的问题，其中最明显的就是拌制浆体流动性不好、压浆不足、孔道灌浆不密实，造成质量缺陷，由此多次引发桥梁坍塌事件。其次浆体泌水过多，硬化后水分蒸发，孔道顶部有较大的月牙形空洞，使得预应力筋粘结不实，甚至暴露在浆体外面，外界水和腐蚀介质进入，导致预应力钢筋受到锈蚀，造成耐久性不良，工程质量无法保证。随着建筑结构趋于复杂，质量低下的灌浆材料在孔道较长的长距离输送过程中很容易导致沉降，会进一步的加深泌水程度。

现在国内市场普遍缺乏功能齐全，性能优异的灌浆产品，很多重要的工程为了得到良好的灌浆效果都会从国外进口产品，耗费大量的财力。因此，孔道灌浆材料的研究开发是必要的。研制并生产出功能先进、效果优异的灌浆产品将积极推动我国的基础设施建设，把我国管道压浆技术提升到更高的层次，并且对我国桥梁建设水平有重要的意义。本发明的高性能预应力孔道压浆剂属于外加剂包法，可解决上述多种灌浆问题，性能高效。

对以往的专利文献查得，中国专利CN1559960A《后张有粘结预应力混凝土高性能压浆外加剂》，中国专利CN101462861A《后张法预应力混凝土孔道用压浆材料及其制备方法》中均采用了铝粉发气来补偿塑性阶段的收缩，但是铝粉作为膨胀源发气量不稳定，速度过快难以控制，而且容造成氢脆。中国专利CN101602589A《后张法预应力管道真空灌浆或压浆预制材料及其制备方法》中的流动度在18~25s之间，远远不满足新桥标中的规定，并且专利中没有对压浆材料可达到的抗压抗折强度进行具体说明。中国专利CN101157529A《一种高性能水泥基无收缩防腐蚀压浆剂》中水灰比采用0.34，远高出于行业标准JTG/T F50－2011中规定的水灰比范围0.27±0.01，并且在高水灰比下，制备出的浆体流动度并不理想。本发明对以上不足之处均做了相应的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种易于施工，功能齐全和性能优异的高性能预应力孔道压浆剂及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高性能预应力孔道压浆剂，其特征在于其组分包括有减水组分、保水组分、保塑稳定组分、增粘组分、缓凝组分、塑性膨胀组分和后期体积膨胀组分，所述的各组分按重量百分比的配方如下：

减水组分 1~10；保水组分 15~40；保塑组分 1~10；

增粘组分 0.03~0.3；缓凝组分 0~0.5；塑性膨胀组分 0.1~1；

后期体积膨胀组分 50~70。

按上述方案，所述的减水组分为氨基磺酸盐系减水剂或聚羧酸系减水剂，所述的减水组分的减水率>25%。

按上述方案，所述的保水组分为硅灰或者膨润土与硅灰的混合物，其中所述的硅灰中SiO₂的含量>90%。

按上述方案，所述的保塑组分为醋酸乙烯酯与乙烯二元的共聚可再分散胶粉。

按上述方案，所述的增粘组分为温轮胶或纤维素醚系增粘剂。

按上述方案，所述的纤维素醚系增粘剂由甲基纤维素醚或甲基羟乙基纤维素醚，其粘度范围为2.5万~4万。

按上述方案，所述的缓凝组分为葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钠和苹果酸钠中的任意一种。

按上述方案，所述的塑性膨胀组分为N,N-二亚硝基五亚甲基四胺。

按上述方案，所述的后期体积膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂UEA，其在水中7d限制膨胀率≥0.025%。

所述的高性能预应力孔道压浆外加剂的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：按先加入比例大的物料后加入比例小的物料的顺序将减水组分、保水组分、保塑稳定组分、增粘组分、缓凝组分、塑性膨胀组分和后期体积膨胀组分加入到锥形混合机中，混合搅拌10~15min至均匀制得高性能预应力孔道压浆外加剂，所述的各组分按重量百分比的配方如下：

减水组分 1~10；保水组分 15~40；保塑组分 1~10；

增粘组分 0.03~0.3；缓凝组分 0~0.5；塑性膨胀组分 0.1~1；

后期体积膨胀组分 50~70。

下面针对本发明各组分的作用进行逐一说明：

减水组分为氨基磺酸盐系减水剂、聚羧酸系高效减水剂中的一种组成。使用减水率较高的减水剂能够解决低水胶比与高流动性矛盾，有效减少浆体中自由水的比例，减少由于多余水分蒸发而造成的毛细孔隙，使结构致密。

保水组分为硅灰或硅灰和膨润土的混合物组成，用于增强浆体的保水能力，其中膨润土具有强的吸湿性和膨胀性，可吸附8～15倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数倍至30倍；少量在水介质中使用便能分散成胶凝状和悬浮状，使用后浆体具有一定的黏滞性、能变性和润滑性。

保塑稳定组分为可再分散醋酸乙烯酯/乙烯二元共聚胶粉，用于保持浆体的塑性状态，保持浆体的流动度，可再分散聚合物胶粉分散后成膜并作为第二种胶粘剂发挥增强作用，增强浆体的内聚力，使浆体的组成更加均匀。

增粘组分由甲基纤维素醚、甲基羟乙基纤维素醚、温轮胶中的一种组成，用于增加浆体粘度，减少浆体离析和沉降现象。

缓凝组分为葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钠和苹果酸钠中的任意一种，适度缓凝，方便夏季高温下施工使用。

塑性膨胀组分为亚硝基化合物：N,N-二亚硝基五亚甲基四胺。以往压浆材料早期阶段的微膨胀都是通过铝粉或者铁粉与碱作用反应产生氢气而产生的。但是由于发气量不稳定，并且产生的氢气会造成氢脆，从而会造成混凝土耐久性不良。本发明通过掺加有机化合物，通过氮气发气膨胀，改善了传统的膨胀方式。具有掺量低，形成泡孔均匀致密，早期膨胀明显，生成的主要是氮气，对混凝土钢筋无损害的特点。

后期体积膨胀组分为硫铝酸钙类膨胀剂UEA。硬化后浆体能产生适度膨胀，在预应力混凝土孔道中建立预压应力，该膨胀应力能够抵消浆体硬化后期产生的收缩应力，从而有效传递预应力，防止结构收缩开裂，提高结构的耐久性能。

本发明的有益效果：

（1）本发明是专门为预应力孔道压浆配制的专用外加剂，掺入水泥后在较低水灰比能产生高流动度，初始流动度在12~17s之间，2小时内流动度基本无损失，能够解决压浆不足的问题，高流动度使得孔道的各个部位都能够压浆密实无空隙；

（2）压浆剂由于使用了有机、无机等多种材料进行复合配制，解决了浆体塑性稳定性不良的问题。掺入本品后无需复配其他材料，就能有效改善浆体流变性能。在保持高流动度的前提下，不出现分层离析，在长距离孔道压浆中浆体未有沉降现象。材料组成稳定均匀，自由泌水和压力泌水率为零；

（3）压浆剂采用塑性膨胀剂与硬化阶段膨胀剂的复合，解决全程体积稳定性问题，在塑性阶段和硬化后期均能够产生适度膨胀，能够补偿水泥在塑性阶段的塑性收缩以及在水化硬化过程中产生的化学收缩、早期自收缩和后期干燥收缩等。使得预应力筋被浆体充分包裹，确保使预应力钢筋与混凝土良好结合, 保证预应力的有效传递，使预应力钢筋与混凝土共同荷载；

（4）由本压浆剂配制的浆体，由于水灰比低，用水量少，浆体具有早强、高强的力学性能，耐久性能优异，28d氯离子扩散系数＜1.5×10^-12m²/s，对钢筋无锈蚀。能够有效保证工程的安全性能和使用寿命；

（5）本发明制备工艺简单，各组分按一定比例混合搅拌均匀即可，易于实现产业化。采用袋装外加剂包的形式，方便施工，现场只需与水、水泥严格按比例混合均匀即可配制出高性能的压浆材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

按照重量百分比，该预应力孔道压浆专用外加剂的配方为：

FOX Talon 101聚羧酸减水剂（属于聚羧酸减水剂）：3.5%，其减水率>30%，下同；

硅灰：30%，其中所述的硅灰中SiO₂的含量>90%，下同；

温轮胶：0.1%；

醋酸乙烯酯与乙烯二元的共聚可再分散胶粉：5%；

N,N-二亚硝基五亚甲基四胺：0.5%；

硫铝酸钙膨胀剂UEA：60.9%，其在水中7d限制膨胀率≥0.025%，下同；

生产工艺为：按照本发明上述的配方称量，按先加入比例大的物料、后加入比例小的物料投料顺序依次加入一个VSH-3m³型双螺旋锥形混合机中进行混合搅拌，混合10min即可得到均匀的产品。

使用方法为：施工现场按照压浆外加剂、42.5级普通硅酸盐水泥、拌合水的重量比例为10：90：27称量，称量精度应准确到1%。拌合时，采用转速不低于1000r/min的高速搅拌机搅拌。搅拌前润湿搅拌锅及叶片，将拌合用水加入搅拌锅，低速搅拌并缓缓加入压浆剂，之后按比例加入水泥，形成均匀的浆体后，再一同高速搅拌5min。低速搅拌时搅拌叶片圆周切线速度不低于2.5m/s，高速搅拌是搅拌叶片圆周速度不得低于10.0m/s。本实施例制得的压浆料用于一般孔道压浆，性能良好。

实施例2

按照重量百分比，该预应力孔道压浆专用外加剂的配方为：

FOX Talon 101聚羧酸减水剂：4%；

硅灰：25%；

温轮胶：0.1%；

醋酸乙烯酯与乙烯二元的共聚可再分散胶粉：10%；

N,N-二亚硝基五亚甲基四胺：0.5%；

硫铝酸钙膨胀剂UEA：60.4%；

生产工艺为：按照本发明上述的配方称量，按先加入比例大的物料、后加入比例小的物料投料顺序依次加入一个VSH-3m³型双螺旋锥形混合机中进行混合搅拌，混合12min即可得到均匀的产品。

使用方法为：施工现场按照压浆外加剂、52.5级普通硅酸盐水泥、拌合水的比例为10：90：27称量，其他的按照实施例1操作即可。本实施例制得的压浆料相对于实施例1采用更高强度等级的水泥，浆体硬化后强度更高。

实施例3

按照重量百分比，该预应力孔道压浆专用外加剂的配方为：

MNC-AS型氨基系减水剂（属于氨基磺酸盐减水剂）：4%；

硅灰：25%；

温轮胶：0.1%；

醋酸乙烯酯与乙烯二元的共聚可再分散胶粉：4%；

N,N-二亚硝基五亚甲基四胺：0.3%；

硫铝酸钙膨胀剂UEA：66.2%；

葡萄糖酸钠：0.4%；

生产工艺为：按照本发明上述的配方称量，按先加入比例大的物料、后加入比例小的物料投料顺序依次加入一个VSH-3m³型双螺旋锥形混合机中进行混合搅拌，混合14min即可得到均匀的产品。

使用方法为：施工现场按照压浆外加剂、42.5级普通硅酸盐水泥、拌合水的比例为12：88：29称量，其他的按照实施例1操作即可。本实施例制得的压浆料相对于实施例1流动性更高，在水灰比较高的情况下，强度未受影响，浆体均匀，更能弥补实际施工现场出现的操作上的误差。

实施例4

按照重量百分比，该预应力孔道压浆专用外加剂的配方为：

FOX Talon 101聚羧酸减水剂：3%；

硅灰：24%；

膨润土：5%；

CULMINAL C9155甲基羟乙基纤维素醚：0.24%，其粘度范围为2.5万~4万；

醋酸乙烯酯与乙烯二元的共聚可再分散胶粉：10%；

N,N-二亚硝基五亚甲基四胺：0.5%；

硫铝酸钙膨胀剂UEA：57.06%；

葡萄糖酸钠：0.2%；

生产工艺为：按照本发明上述的配方称量，按先加入比例大的物料、后加入比例小的物料投料顺序依次加入一个VSH-3m³型双螺旋锥形混合机中进行混合搅拌，混合15min即可得到均匀的产品。

使用方法为：施工现场按照压浆外加剂、Ⅰ级粉煤灰或S95级磨细矿渣粉等矿物掺和料、42.5级普通硅酸盐水泥、拌合水的比例为10：10：80：26称量，其他的按照实施例1操作即可。本实施例中配制的压浆料外加剂可与水泥和部分矿物掺合料混合，可减少水泥用量，提高矿物掺和料的利用率，并且改善配制出的压浆料的性能。

FOX Talon 101聚羧酸减水剂：为弗克科技(苏州)有限公司的产品，专门用于干粉砂浆的聚羧酸增强减水剂。该产品与水泥及其它外加剂具有较好的适应性，被广泛应用于水泥无收缩灌浆/机械灌浆料、修补砂浆、水泥基地坪砂浆、防水砂浆、勾缝剂和聚苯颗粒保温砂浆等水泥基干粉材料中，对于改善砂浆的流动性、提高砂浆早后期强度、以及减少砂浆固化后期收缩开裂有很大的帮助。另外该产品还可应用于石膏基干粉材料，耐火材料和陶瓷产品中。

MNC-AS型氨基系减水剂：主要成分为芳香族氨基磺酸盐缩合物，是一种非引气高增强、低掺量、坍落度经时损失小，大大降低混凝土塑性粘度等优点的产品。常规材料和常规生产工艺，无需掺增强剂等活性掺合料即可制备C60~C80大流动性商品混凝土。

按上述四种配方配制制得的压浆料性能良好，实施例中压浆料性能见下表，试验执行标准依照JTG/T F50－2011《公路桥涵施工技术规范》。

Claims

1.一种高性能预应力孔道压浆剂，其特征在于其组分包括有减水组分、保水组分、保塑稳定组分、增粘组分、缓凝组分、塑性膨胀组分和后期体积膨胀组分，所述的各组分按重量百分比的配方如下：

减水组分 1~10；保水组分 15~40；保塑组分 1~10；

增粘组分 0.03~0.3；缓凝组分 0~0.5；塑性膨胀组分 0.1~1；

后期体积膨胀组分 50~70；

所述的减水组分为氨基磺酸盐系减水剂，所述的减水组分的减水率>25%；所述的保水组分为硅灰或者膨润土与硅灰的混合物，其中所述的硅灰中SiO₂的含量>90%；所述的保塑组分为醋酸乙烯酯与乙烯二元的共聚可再分散胶粉；所述的增粘组分为温轮胶或纤维素醚系增粘剂；所述的纤维素醚系增粘剂由甲基纤维素醚或甲基羟乙基纤维素醚，其粘度范围为2.5万~4万；所述的塑性膨胀组分为N,N-二亚硝基五亚甲基四胺；所述的后期体积膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂UEA，其在水中7d限制膨胀率≥0.025%。

2.如权利要求1所述的高性能预应力孔道压浆剂，其特征在于：所述的缓凝组分为葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钠和苹果酸钠中的任意一种。

3.权利要求1-2中任一项所述的高性能预应力孔道压浆剂的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：按先加入比例大的物料后加入比例小的物料的顺序将减水组分、保水组分、保塑稳定组分、增粘组分、缓凝组分、塑性膨胀组分和后期体积膨胀组分加入到锥形混合机中，混合搅拌10~15min至均匀制得高性能预应力孔道压浆外加剂，所述的各组分按重量百分比的配方如下：

减水组分 1~10；保水组分 15~40；保塑组分 1~10；

增粘组分 0.03~0.3；缓凝组分 0~0.5；塑性膨胀组分 0.1~1；

后期体积膨胀组分 50~70。