CN104193270B

CN104193270B - 碱矿渣植筋锚固材料

Info

Publication number: CN104193270B
Application number: CN201410426059.7A
Authority: CN
Inventors: 陈科; 杨凯; 潘群; 杨长辉; 张智强; 于泽东; 陈雅蓉; 王新; 赵爽
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: CN104193270A

Abstract

本发明公开了碱矿渣植筋锚固材料，包括粉剂和水剂，使用时将两者均匀混合，所述粉剂包括矿粉、熟料和细砂，所述水剂由氟化钾溶液和硅酸钠溶液混合制得，所述水剂和粉剂的质量比为0.30～0.45；所述粉剂中熟料与矿粉质量比为1:9～4:6，熟料与矿粉的总重与细砂的质量比为0.8～1.2；所述水剂中氟化钾溶液和硅酸钠溶液的质量比为1:4～1:3。本发明的植筋锚固材料强度高，耐久性好，与钢筋的握裹力强，而且施工方便、价格低、无毒性；可广泛用于房建工程、水利水电工程、道路桥梁等工程中的钢筋锚固。

Description

碱矿渣植筋锚固材料

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及一种含无机黏结剂的砂浆，特别涉及碱矿渣植筋锚固材料。

背景技术

植筋技术是一种建筑物加固改造技术，具有设计灵活、定位精准、施工简便等优点，其研究开发已成为现代建筑结构加固改造技术中极具活力的分支。

锚固材料对增强植筋结构的可靠度具有重要影响，当前，植筋锚固材料主要分为有机粘结材料和无机粘结材料，以有机粘结类为主。有机粘结材料主要包括环氧树脂、聚酯树脂胶、乙烯基树脂胶等，具有早期强度高、技术相对成熟、握裹强度高、施工快捷方便的优点，但是有机粘结材料与混凝土的弹性模量和线弹性系数相差较远，在使用过程中容易造成粘结强度减弱甚至脱落，成为锚固结构的不安全元素；另外，有机粘结胶料耐久性较差，在混凝土的高碱度环境中易碱化变脆，影响结构稳定性；进一步的，有机粘结胶料还存在耐水性差、价格高、具有毒性的缺点。无机粘结材料主要包括普通混凝土锚固材料和高强混凝土锚固材料，与有机粘结材料相反，无机粘结材料与混凝土弹性模量和线弹性系数基本一致，其耐热性、耐老化性能优异，且材料无毒、价格低廉，具有广阔的运用前景。

但是，目前常用的无机锚固材料普遍存在握裹强度不高，施工不方便的缺陷，因此，开发价格合理、性能优良的新型高性能无机锚固材料就显得尤为重要和迫切。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供碱矿渣植筋锚固材料。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

碱矿渣植筋锚固材料，包括粉剂和水剂，使用时将两者均匀混合，所述粉剂包括矿粉、熟料和细砂，所述水剂由氟化钾溶液和硅酸钠溶液混合制得，所述水剂和粉剂的质量比为0.30～0.45。

作为本发明碱矿渣植筋锚固材料的优选，所述粉剂中熟料与矿粉质量比为1:9～4:6，熟料与矿粉的总重与细砂的质量比为0.8～1.2。

作为本发明碱矿渣植筋锚固材料的另一种优选，所述水剂中氟化钾溶液和硅酸钠溶液的质量比为1:4～1:3。

作为本发明碱矿渣植筋锚固材料的另一种优选，所述氟化钾的溶液密度为1.25～1.30g/mL。

作为本发明碱矿渣植筋锚固材料的进一步优选，所述硅酸钠溶液的模数为1.0～1.5、密度为1.25～1.30g/mL。

本发明的有益效果在于：

本发明碱矿渣植筋材料具有优良的性能：

1)强度高。这主要是与矿渣粉及熟料有关，在不掺缓凝剂的情况下，矿渣经过碱激发可得到快硬和超快硬混凝土。而且，熟料会加快早期水化反应，使该植筋锚固材料具有较高的早期强度。

2)耐久性好。鉴于碱矿渣水泥水化后毛细孔率较低，特别是孔径大于2μm的毛细孔率仅为0.3％，加之凝胶孔的孔隙率较高，因而碱矿渣水泥混凝土具有良好的抗渗性及高抗侵蚀性能。另外，由于碱金属R⁺的水化能仅为碱土金属R²⁺的2/7，所以碱矿渣水泥水化热仅为硅酸盐水泥的1/3～1/2左右。碱矿渣水泥混凝土具有良好的抗冻性能是因为在碱矿渣混凝土中的毛细孔隙中存在强电解质的真溶液，降低了水的冰点，促成了水的逐渐冻结。

3)与钢筋的握裹力强。这是由于碱矿渣水泥是一种碱度很高的水泥，其砂浆、混凝土结构致密，而且碱矿渣水泥混凝土与钢筋的粘接强度较普通水泥混凝土高，因此碱矿渣水泥混凝土具有良好的护筋性能。

4)施工方便。在施工现场直接将粉料与水剂配合均匀后即可使用，非常方便。

5)价格低。该材料的主要原材料为炼钢的工艺废弃物——矿渣，少量的熟料，以及水玻璃和少量氟化钾，其成本较现在工程上通用的有机植筋锚固材料的价格要低很多。

6)无毒性。由于各组分均为无机物，不会挥发出对人体有害的气体。

另外，本发明的主体原材料用到了矿渣，对节能降耗，资源的合理利用具有重要意义。

本发明可广泛用于房建工程、水利水电工程、道路桥梁等工程中的钢筋锚固。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1：

本实施例的碱矿渣植筋锚固材料，包括粉剂和水剂，所述粉剂包括矿粉、熟料和细砂，所述水剂由氟化钾溶液和硅酸钠溶液混合制得，所述水剂和粉剂的质量比为0.375。

本实施例中：

所述粉剂中熟料与矿粉质量比为1:9，熟料与矿粉的总重与细砂的质量比为1:1；

所述水剂中氟化钾溶液和硅酸钠溶液的质量比为1:3。

本实施例中，所述水玻璃模数为1.5，密度为1.30g/mL，所述氟化钾溶液的密度为1.30g/mL。

本实施例中所用原材料如下：

1、矿粉：重庆钢铁集团煤铁厂水淬高炉矿渣，经烘干，粉磨后使用4900孔筛余约2.5％，成份及性能如表1所示：

表1实施例1矿粉的化学成分及性能指标

2、熟料：重庆腾辉地维水泥有限公司生产的硅酸盐水泥熟料，化学成份如表2，内掺4％石膏经MZL100型双筒振动磨粉磨制成水泥，4900孔筛余约2.0％，其所配制的水泥的力学性能性能如表3所示：

表2实施例1熟料的化学成分及烧失量

化学成分	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	TiO₂	MgO	SO₃	Na₂O_eq	烧失量
										质量百分比	63.47	19.79	5.78	5.74	0.30	1.22	0.86	0.83	1.03

表3实施例1熟料配制的水泥的力学性能

3、细砂：简阳细砂(筛除粒径2.5mm者)，细度模数1.92，堆积密度1409kg/m³，含泥量0.5％，含水率0％。

4、水玻璃(硅酸钠溶液)：重庆东风化工厂生产，成份及性能如表4所示。

表4实施例1水玻璃的主要性能指标

SiO₂含量(wt％)	Na₂O含量(wt％)	模数(M)	密度(g/mL)	含水率(％)
					13.18	32.24	2.524	1.53	49.37

使用时先用NaOH将水玻璃模数调整为1.5，并加水将水玻璃溶液密度调整为1.30g/mL。

5、氟化钾溶液：重庆东风化工厂生产，使用时将其溶于水中配制成密度为1.30g/mL溶液。

本实施例的碱矿渣植筋锚固材料将粉剂和水剂均匀分散后即可使用。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中所述水剂中氟化钾溶液和硅酸钠溶液的质量比为1:4。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中所述粉剂中熟料与矿粉质量比为2:8，所述水剂中氟化钾溶液和硅酸钠溶液的质量比为1:4。

实施例4：

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中所述粉剂中熟料与矿粉质量比为3:7，所述水剂中氟化钾溶液和硅酸钠溶液的质量比为1:4。

实施例5：

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中所述粉剂中熟料与矿粉质量比为3:7，所述水剂中氟化钾溶液和硅酸钠溶液的质量比为1:3。

实施例6：

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中所述粉剂中熟料与矿粉质量比为4:6，所述水剂中氟化钾溶液和硅酸钠溶液的质量比为1:4。

性能检测：

1、取实施例1-6的碱矿渣植筋锚固材料进行性能测试，结果如表5所示：

其中稠度、抗压强度测试按JGJ/70-2009《建筑砂浆基本性能的试验方法》规定的方法进行，扩展度的测定按GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》规定的方法进行，抗折强度按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》规定的方法进行；测试抗压强度测试时试验试件尺寸为70.7×70.7×70.7mm，测试抗折强度时试件尺寸为40×40×160mm。

表5无机植筋锚固材料基本性能测试结果

由表5中实施例2、3、4、6可以看出：熟料与矿粉质量(C/S)比对锚固材料的活性具有一定影响，在锚固砂浆水化龄期较短(1d、3d)，当该比值从1：9变至4：6时，锚固砂浆强度增长迅速，这主要由熟料矿物的快速水化所致；且锚固砂浆后期强度增长幅度减缓，即强度储备能力下降；随水化龄期的延长，胶砂强度随C/S的变化有一定波动，但变化幅度不大，抗压强度对C/S的敏感性下降存在一最佳的C/S，在此C/S下胶砂强度最高，但砂浆强度最高时的C/S随龄期增长而逐渐降低，且抗压强度和抗折强度两者与C/S的相关性不完全一致，C/S不同时对砂浆的稠度和扩散度无明显影响。

由表5中实施例1、2、4、5可以看出：当氟化钾溶液和硅酸钠溶液质量比在1：4～1：3范围内时，均对水淬高炉矿渣具有良好的激发作用。表5溶液配比变化对砂浆强度的影响数据可以看出溶液配比的改变对强度无明显规律性影响。

2、按JGJ/70-2009《建筑砂浆基本性能的试验方法》规定的方法测试实施例3碱矿渣植筋锚固材料的抗渗性能，结果如表6所示：

表6实施例3锚固材料抗渗性能测试结果

抗渗压力/MPa	渗水高度/mm	至4.0MPa持压时间/h
			4.0	2-10	24

由表6可以看出：该锚固材料具有优良的抗渗性能，由于砂浆抗渗仪的极限压力为4.0MPa，实验未能得出新型无机锚固砂浆的极限抗渗压力数值，但从卸载后立即劈开试件测定的渗水高度来看，其极限抗渗压力远不止4.0MPa。其有优异的抗渗性能主要是因为其水泥石具有高抗渗性，水泥石和集料界面结构得到了极大改善。

3、取实施例3碱矿渣植筋锚固材料进行耐热性测试，结果如表7所示：

测试耐热性所用试件尺寸为70.7×70.7×70.7mm，测试时首先将标准养护至28天的试件置于不同温度下恒温受热4小时，然后取出试件冷却至室温后检测其强度，为确保实验准确性，测试过程中每组取6个试样。

表7碱矿渣植筋锚固材料耐热性能测试结果

温度/℃	20	100	150	200	300	500	800
								抗压强度/MPa	105.7	133.8	144.8	126.6	116.9	51.1	20.3

由表7可以看出：该锚固材料的抗压强度随温度的变化而变化，当温度自20℃升至约150℃时，其抗压强度随温度升高而有明显的提高。这主要是由于加热至100～50℃时，硬化锚固材料在不同的温度下产生脱水反应，其内部发生自蒸过程，自由水和凝胶水的蒸发对强度无不良的影响，而产生的水蒸气能促进胶凝材料水化，同时出现干缩现象，导致强度提高。继续升高温度，砂浆强度开始缓慢降低，但至300℃前，砂浆强度仍高于其在20℃时的抗压强度。此时，水化硅酸钙开始脱水，当加热至300℃以上时，锚固材料一方面发生受热膨胀，另一方面水泥浆体中的化学结合水，包括结晶水和结构水的蒸发又导致脱水收缩，这种热物理现象随着温度的增加，脱水收缩越来越占据主导地位。同时，砂中石英发生晶格转变，由于砂浆内的这种复杂的收缩、膨胀以及硬化体凝胶体结晶体等水化产物结构的破坏，导致结构松弛、变形增加、孔隙增多，使砂浆强度迅速下降；500℃时，砂浆强度只有20℃时强度的二分之一，约30MPa；800℃以上强度损失80％。虽然无机植筋锚固材料的耐火性能有待进一步提高，但其强度的热稳定性与混凝土相近，远优于有机类植筋锚固材料。

4、取实施例3碱矿渣植筋锚固材料进行拉拔试验：

钢筋和锚固材料的粘结强度按GB50152-92《混凝土结构试验方法》所规定的方法进行。

表8钢筋拉拔测试结果

由表8可以看出：在锚固钢筋满足一定长度(10d)的情况下，该锚固材料与混凝土的粘结能很好地保证锚固后钢筋充分发挥强度，在植筋24h小时后即能满足结构设计要求，可进行后续施工操作，节省工期。在365天龄期时，锚固强度略有上升植筋锚固构件的粘结锚固破坏实质上是钢筋锚固端头与混凝土的粘结失效。因此，植筋锚固构件锚固后钢筋的长期静力性能是可靠的。同时，试件破型后，试件中的钢筋光亮如初，基本上未受到锈蚀，失重率极低，亦证实了该锚固材料具有优良的护筋性。

需要说明的是，当水剂和粉剂的质量比为0.30～0.45，粉剂中熟料与矿粉质量比为1:9～4:6，熟料与矿粉的总重与细砂的质量比为0.8～1.2；水剂中氟化钾溶液和硅酸钠溶液的质量比为1:4～1:3；氟化钾的溶液密度为1.25～1.30g/mL；硅酸钠溶液的模数为1.0～1.5、密度为1.25～1.30g/mL时，本发明的碱矿渣植筋锚固材料均能够满足使用要求。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims

1.碱矿渣植筋锚固材料，其特征在于：包括粉剂和水剂，使用时将两者均匀混合，所述粉剂包括矿粉、熟料和细砂，所述水剂由氟化钾溶液和硅酸钠溶液混合制得，所述水剂和粉剂的质量比为0.30~0.45，所述粉剂中熟料与矿粉质量比为1:9~4:6，熟料与矿粉的总重与细砂的质量比为0.8~1.2，所述水剂中氟化钾溶液和硅酸钠溶液的质量比为1:4~1:3，所述矿粉为高炉矿渣。

2.根据权利要求1所述碱矿渣植筋锚固材料，其特征在于：所述氟化钾的溶液密度为1.25~1.30g/mL。

3.根据权利要求1所述碱矿渣植筋锚固材料，其特征在于：所述硅酸钠溶液的模数为1.0~1.5、密度为1.25~1.30g/mL。