CN103739255B

CN103739255B - 一种高触变性水泥基灌浆材料

Info

Publication number: CN103739255B
Application number: CN201410011298.6A
Authority: CN
Inventors: 刘加平; 田倩; 徐文; 郭飞
Original assignee: Sobute New Materials Co Ltd
Current assignee: Sobute New Materials Co Ltd
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2034-01-09
Also published as: CN103739255A

Abstract

本发明提供了一种高触变性水泥基灌浆材料，以重量计含水泥30.0%-60.0%，细集料40.0%-70.0%，矿物掺合料0-30.0%，膨胀剂2%-15%，高效减水剂0.1%-2.0%，消泡剂0.01%-0.10%，塑性发气剂0.05%-0.20%，流变助剂0.005%-0.020%，触变剂0.02%-0.10%。本发明的有益效果在于：①优异的剪切变稀特性，显著提升复杂构型空间的密实填充效果；②极高的时间触变性，剪切移除后静切力极速回复重建，避免拌合物在静置状态下出现泌水离析现象，保证灌注后体系的稳定性；③高抗扰动能力，拌合水增加、强烈震动、长距离泵送、高压力等对体系均匀、稳定性影响显著减小。

Description

一种高触变性水泥基灌浆材料

技术领域

本发明涉及一种水泥基灌浆材料，其具有极高的触变性，适用于复杂构型空间的密实灌注填充。

背景技术

水泥基灌浆材料是一种以水泥基胶凝材料为基材，与高效减水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、高强、微膨胀的性能，常用于填充孔洞、基层和底板间起支撑作用，如梁柱接头、桥梁支座、设备支撑、吊车轨道等，亦可用于螺栓、钢筋搭接、支座等的固定，以及装配式建筑连接件灌注、混凝土结构的修补加固等，形成高强、致密、抗渗的硬化体。

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、来源广泛等优点，此前关于其已有众多研究成果，形成一系列文献和发明专利，为打破国外技术垄断、发展我国建筑行业中灌浆领域做出了积极贡献。但这些研究成果往往通过掺加高效减水剂提升灌浆料的流动性，再复合以保水增稠材料（纤维素醚、淀粉醚、聚丙烯酰胺、层片状硅酸盐等）一定程度上保持体系均匀稳定，二者在本质上是相互矛盾的，只是通过配合比优化寻求其中的平衡点。

近年来建筑业的发展对水泥基灌浆材料应用领域与性能指标提出了越来越高的要求，如我国核电建设中薄壳式结构的灌浆、装配式混凝土结构连接用钢筋套筒的灌浆，均体现了复杂（超薄、超长、异形、截面剧变等）构型空间的密实填充要求。传统的高效减水与保水增稠复合采用的模式往往已无法解决这一问题，只能提高粉体材料用量和胶砂比，由此又带来了收缩增大、耐久性下降等新的问题，

发明内容

本发明的目的在于提供一种高触变性水泥基灌浆材料，采用生物胶体作为触变剂和粘度改性剂，具有优异的剪切变稀和粘度回复重建能力，运动状态下较传统灌浆材料获得更佳工作性能，静止后体系迅速回复稳定。

本发明提供的高触变性水泥基灌浆材料构成及其重量百分比为：

本发明所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或者其任意比例的混合物；

所述矿物掺合料为粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰石粉、半水石膏、高岭土中的任意一种；所述粉煤灰Ⅱ级以上，矿粉S95级以上，硅灰比表面积不低于20000m²/kg，石灰石粉细度800目以上，半水石膏SO₃含量不低于48%，高岭土Al₂O₃含量不低于35%。

所述细集料为人工砂、天然砂中的任意一种或其以任意比例混合的混合物；细集料粒径不大于2.36mm。

所述膨胀剂为氧化钙类膨胀剂；

所述高效减水剂为聚羧酸、三聚氰胺、氨基磺酸盐、萘磺酸盐缩合物中的一种；

本发明为选用市场上的前述高效减水剂用于本发明.

所述消泡剂为德国MUNZING-CHEMIE公司P801、P803、P886或P8850中的任意一种。

所述塑性发气剂为酰胺类物质，在碱性环境中分解，产生N₂、CO₂等气体，补偿灌浆材料在塑性阶段的收缩；

本发明所述流变助剂为300000-800000分子量的生物多糖，其0.1%水溶液采用美国Brookfield公司产旋转布氏粘度计测试，当剪切速率从0.1s^-1提高至100s^-1时，溶液表观粘度降低应超过2000cP；

所述触变剂为200000-300000分子量的生物多糖，其在水相中均匀分散，使得拌合物具有极高的时间触变性，剪切移除后，体系静切力极速回复重建。

所述触变剂的0.5%水溶液，采用美国Brookfield公司产旋转布氏粘度计测试，100s^-1速率下剪切60s后移除剪切，溶液静切力于60s内应回复至未剪切时值的90%以上。

本发明所用高效减水剂选自聚羧酸系高效减水剂如江苏博特PCA-100P，三聚氰胺系高效减水剂如苏州兴邦化学SUNBO SM，氨基磺酸盐系高效减水剂如北京慕湖MNC-AS，萘磺酸盐缩合物高效减水剂如江苏博特JM-B。

本发明所述塑性发气剂为偶氮二甲酰胺，商品名AC发泡剂。

本发明所述流变助剂为河北鑫合生物化工BG3810温轮胶。

所述触变剂为罗地亚精细化工HP-60瓜尔胶。

本发明提供的水泥基灌浆材料所具备优异的剪切变稀能力来源于高分子量生物多糖流变助剂，其在水相中均匀分散，使得拌合物在翻转、搅拌、泵送，重力、压力灌注情况下，剪切变稀现象极为显著，表观粘度迅速降低，流动性获得大幅提升，相比同类产品在静置时性能相近的情况下具备更好的施工性，特别适用于有压力下灌注填充超薄、超长、异形、截面剧变等构型复杂的空间体。

本发明提供的水泥基灌浆材料所具备高触变性来源于高分子量生物多糖触变剂，其在水相中均匀分散，带来的拌合物触变性远高于纤维素醚、淀粉醚、聚丙烯酰胺、层片状硅酸盐等传统保水增稠材料；同条件下采用滞后环法评价，本发明提供的水泥基灌浆材料滞后环面积高出采用任一前述传统保水增稠材料1倍以上。

静切力测试方法参见GB/T16783.1一2006《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分:水基钻井液》；滞后环法采用滞后环的面积反应流体触变能的储存大小，即其结构拆散与形成所需能量之差。详见刘崇建、刘孝良《触变性水泥的评价方法及其应用》，钻井工程，2001年第21卷第2期。

本发明提供的水泥基灌浆材料所具备的高触变性，可使拌合物从运动到静止状态，体系静切力极速回复重建。在基于流变助剂取得高剪切速率下良好施工性能的同时，于灌浆料填充至相应部位后，其流动屈服刚度迅速提升，维持体系均匀稳定，保证硬化过程中浆体不泌水、分层，形成高强、致密、抗渗的硬化体。

本发明提供的高触变性水泥基灌浆材料同时具有的优异的剪切变稀特性与极高的时间触变性相辅相成，共同实现浆体大流动性与良好稳定性的协调统一，从而使得水泥基灌浆材料工作性能的优化不必单一依靠提高粉体材料用量和胶砂比来获得；也使得拌合物具备了高抗扰动能力，拌合水增加、强烈震动、长距离泵送、高压力等对体系均匀、稳定性影响显著减小，更利于施工的灵活性和多样性。

附图说明

图1：RS-SST软固体测试仪在搅拌机中拌合均匀后，浆体立即移入流变仪，流变仪器的剪切速率变化历程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下列实例是对本发明的进一步举例说明，不应被认为是对本发明的任何形式的限制。所有组分的百分数均以重量计。

实施例1

P.O42.5普通硅酸盐水泥：35.0%，S95矿粉：6.7%，2.36mm以下石英砂：55.0%，CaO膨胀剂：3.0%，聚羧酸高效减水剂：0.2%，P803：0.02%，AC发泡剂：0.05%，温轮胶：0.005%，瓜尔胶：0.02%。

对比例1

P.O42.5普通硅酸盐水泥：35.0%，S95矿粉：6.7%，2.36mm以下石英砂：55.0%，CaO膨胀剂：3.0%，聚羧酸高效减水剂：0.2%，P803：0.02%，AC发泡剂：0.05%。

实施例2

P.O42.5普通硅酸盐水泥：45.0%，硅灰：4.3%，2.36mm以下石英砂：45.0%，CaO膨胀剂：5.0%，聚羧酸高效减水剂：0.5%，P803：0.04%，AC发泡剂：0.10%，温轮胶：0.010%，瓜尔胶：0.05%。

对比例2

P.O42.5普通硅酸盐水泥：45.0%，硅灰：4.3%，2.36mm以下石英砂：45.0%，CaO膨胀剂：5.0%，聚羧酸高效减水剂：0.5%，P803：0.04%，AC发泡剂：0.10%。

实施例3

P.O42.5普通硅酸盐水泥：55.0%，硅灰：5.7%，2.36mm以下石英砂：30.0%，CaO膨胀剂：8.0%，聚羧酸高效减水剂：1.0%，P803：0.08%，AC发泡剂：0.15%，温轮胶：0.020%，瓜尔胶：0.10%。

对比例3

P.O42.5普通硅酸盐水泥：55.0%，硅灰：5.7%，2.36mm以下石英砂：30.0%，CaO膨胀剂：8.0%，聚羧酸高效减水剂：1.0%，P803：0.08%，AC发泡剂：0.15%。

按实施例与对比例配制的灌浆料，加入适量饮用水拌合均匀后其不同剪切速率（转子角速度）下表观粘度（Pa·s）列于表1内，不同体系滞后环面积（Pa·s^-1）列于表2内，某一组两两对应的实施例与对比例用水量相同。

水泥基灌浆材料的流变试验采用美国Brookfield公司生产的RS-SST软固体测试仪进行。浆体在搅拌机中拌合均匀后立即移入流变仪，仪器剪切速率变化历程如下图所示，共分为五个阶段：①1min的预剪切，剪切速率为100s^-1；②在10s内剪切速率从100s^-1下降为0；③保持静止1min；④在1min内剪切速率从0匀速上升至100s^-1；⑤在1min内剪切速率从100s-1匀速下降至0。整个剪切过程中每隔1s取一个数据点，作流变曲线，分别得到下降阶段（第⑤阶段）不同剪切速率下的表观粘度值，如表1所示；以及上升与下降阶段（第④⑤阶段）剪切应力随剪切速率变化关系，上升段与下降段曲线不重合，积分得到曲线所围区域面积，即为滞后环面积，如表2所示。测试在20℃下进行，使用CC25型号转子，最高剪切速率100s^-1。

表1 实施例及对比例不同剪切速率下表观粘度对比

如表1所示，随着剪切速率的增加，掺加了流变助剂的实施例1、2、3表观粘度持续显著下降，体现出优异的剪切变稀性；而对比例1、2、3表观粘度只在初始因凝胶结构打破略有降低，随后基本保持不变，即体系不具有剪切变稀性。

表2 实施例及对比例的滞后环面积对比

样品	滞后环面积（Pa·s^-1）
		实施例1	7458.6
对比例1	3190.5
		实施例2	5096.9
对比例2	1813.5
		实施例3	3964.2
对比例3	1216.6

附图1中，剪切速率先逐渐增大，后沿原路径逐渐减小，测试剪切应力的变化，可以得到一个滞后环路。该环路所围面积大小，反映了体系触变性的强弱，即剪切作用移除后，体系回复原有结构的能力。掺加了触变剂的实施例1、2、3滞后环面积远高于未掺加的对比例1、2、3，体现出极高的触变性。

Claims

1.一种高触变性水泥基灌浆材料，其特征在于：其组成及其重量百分比为：

前述各组分的重量百分比之和为100％；

所述水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或者其混合物；

所述矿物掺合料为粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰石粉、半水石膏、高岭土中的任意一种；

所述粉煤灰Ⅱ级以上，矿粉S95级以上，硅灰比表面积不低于20000m²/kg，石灰石粉细度800目以上，半水石膏SO₃含量不低于48％，高岭土Al₂O₃含量不低于35％；

所述细集料为人工砂、天然砂中的一种或其按任意比例混合的混合物；细集料粒径不大于2.36mm；

所述膨胀剂为氧化钙类膨胀剂；

所述高效减水剂为聚羧酸、三聚氰胺、氨基磺酸盐、萘磺酸盐缩合物中的任意一种；

所述消泡剂为德国MUNZING-CHEMIE公司P801、P803、P886或P8850中的任意一种；

所述塑性发气剂为酰胺类物质；

本发明所述流变助剂为300000-800000分子量的生物多糖，其0.1％水溶液采用美国Brookfield公司产旋转布氏粘度计测试，当剪切速率从0.1s^-1提高至100s^-1时，溶液表观粘度降低应超过2000cP；

所述触变剂为200000-300000分子量的生物多糖，其在水相中均匀分散，使得拌合物具有极高的时间触变性，剪切移除后，体系静切力极速回复重建；

所述体系静切力急速回复重建是指：所述触变剂的0.5％水溶液，采用美国Brookfield公司产旋转布氏粘度计测试，100s^-1速率下剪切60s后移除剪切，溶液静切力于60s内应回复至未剪切时值的90％以上。

2.根据权利要求1所述的一种高触变性水泥基灌浆材料，其特征在于：所用高效减水剂选自聚羧酸系高效减水剂，三聚氰胺系高效减水剂，氨基磺酸盐系高效减水剂，或萘磺酸盐缩合物高效减水剂。

3.根据权利要求2所述的一种高触变性水泥基灌浆材料，其特征在于：所用聚羧酸系高效减水剂为江苏博特PCA-100P。

4.根据权利要求2所述的一种高触变性水泥基灌浆材料，其特征在于：所用三聚氰胺系高效减水剂为苏州兴邦化学SUNBO SM。

5.根据权利要求2所述的一种高触变性水泥基灌浆材料，其特征在于：所用氨基磺酸盐系高效减水剂为北京慕湖MNC-AS。

6.根据权利要求2所述的一种高触变性水泥基灌浆材料，其特征在于：所用萘磺酸盐缩合物高效减水剂为江苏博特JM-B。

7.根据权利要求1所述的一种高触变性水泥基灌浆材料，其特征在于：所述塑性发气剂为偶氮二甲酰胺，商品名AC发泡剂。

8.根据权利要求1所述的一种高触变性水泥基灌浆材料，其特征在于：所述流变助剂为河北鑫合生物化工BG3810温轮胶。

9.根据权利要求1所述的一种高触变性水泥基灌浆材料，其特征在于：所述触变剂为罗地亚精细化工HP-60瓜尔胶。