CN104591680B - 一种抗水分散高粘结水泥基注浆材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗水分散高粘结水泥基注浆材料，由以下重量份数的组分组成：普通硅酸盐水泥100份，磷酸二氢钾5～8份，氧化镁20～40份，粉煤灰10～30份，骨料100～150份，减水剂0.5～1.5份，缓凝剂0～0.3份，抗水分散剂0.01～0.05份，聚合物乳液10～20份，水30～35份。所述的抗水分散高粘结水泥基注浆材料具有较好的流动性、早强、高强、粘结性能、耐久性和抗水分散等性能，适用于设备与钢结构基础注浆、盾构隧道同步注浆和水下注浆等工程领域，应用前景广阔。

Description

一种抗水分散高粘结水泥基注浆材料

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种抗水分散高粘结水泥基注浆材料。

背景技术

注浆材料主要用于改造混凝土结构的注浆、加固预应力混凝土结构的预留孔道的注浆、盾构隧道同步注浆等领域，需具有良好的流动性、与钢筋和基础的粘结性能好、早强微膨胀和耐久性好等特点。目前，普通注浆材料在早期无法达到足够的强度，不能满足特殊工程施工的要求；对于水下环境的注浆，其抗水分散性能较差，易受水分散溶蚀，导致水泥石结构的破坏，性能下降；与钢筋或旧混凝土等之间的粘结性差，在施工过程中经常出现收缩，直接影响耐久性和安全稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗水分散高粘结水泥基注浆材料，该注浆材料具有较好的流动性、粘结性、抗水分散性和耐久性，适用范围广。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种抗水分散高粘结水泥基注浆材料，它是由以下重量份数的组分组成：普通硅酸盐水泥100份，磷酸二氢钾5～8份，氧化镁20～40份，粉煤灰10～30份，骨料100～150份，减水剂0.5～1.5份，缓凝剂0～0.3份，抗水分散剂0.01～0.05份，聚合物乳液10～20份，水30～35份。

根据上述方案，所述普通硅酸盐水泥强度等级为42.5级以上，其勃氏比表面积>350m²/kg。

根据上述方案，所述磷酸二氢钾为工业产品，其纯度不小于98％(质量)。

根据上述方案，所述氧化镁为重烧氧化镁工业产品(煅烧温度为1600～1700℃)，其勃氏比表面积为280～350m²/kg，纯度不小于90％(质量)。

根据上述方案，在普通硅酸盐水泥中掺入磷酸二氢钾与氧化镁，磷酸二氢钾与氧化镁通过酸-碱反应及物理作用而凝结硬化，反应生成MgKPO₄·6H₂O，具有早期强度高、收缩性小、与钢筋或旧混凝土粘结强度高、环境适应性好等特点；且部分氧化镁水化产生氢氧化镁，体积增大，产生微膨胀起到补偿收缩的作用；上述作用可提高注浆材料的密实填充性、早期强度和粘结性能，克服普通硅酸盐水泥注浆材料早期强度低、收缩大、粘结性低等缺点。

根据上述方案，所述粉煤灰为F类或C类的Ⅰ级或Ⅱ级灰中的一种或几种按任意比例混合。粉煤灰属于工业废弃物，掺入注浆材料中可节约水泥用量，充分利用资源；粉煤灰的加入略微影响早期强度，但有利于提高后期强度和耐久性。

根据上述方案，所述骨料为天然砂，其MB值<1.4，泥块含量<1.0％(质量)。

根据上述方案，所述减水剂为缓释型聚羧酸系高性能减水剂，为上海三瑞VIVID-500A型或VIVID-500C型，减水率>20％，缓释型聚羧酸系高性能减水剂侧链上的分子可以随着水泥水化反应的进行而水解，持续释放小分子，提供持续的分散能力，表现出良好的保坍能力。

根据上述方案，所述缓凝剂为硼酸，硼酸为工业产品，其纯度不小于98％(质量)。在注浆材料中掺入硼酸，可以降低磷酸二氢钾与氧化镁的反应速度，起到缓凝作用：所述注浆材料在拌制过程中，硼酸溶解生成的B₄O₇ ^2-离子会迅速吸附到MgO颗粒表面，形成一层以B₄O₇ ^2-和Mg²⁺为主的水化产物层，阻碍MgO的溶解以及NH⁴⁺和H₂PO₄ ^-离子与MgO颗粒的接触，从而达到缓凝目的。

根据上述方案，所述抗水分散剂为羟乙基纤维素(HEC)或羟丙基甲基纤维素(HPMC)，其分子量不小于20万。该抗水分散剂属于一种具有长链结构和较强吸附能力的水溶性高分子化合物，它能将水泥颗粒、集料等吸附在一起，提高混凝土拌合物颗粒间的凝聚作用，并且分子链之间能够相互缠结，从而大大提高注浆材料的抗水洗能力，使其能直接在水中浇筑，提高水下注浆材料的强度并保证水下注浆材料的质量，实现水下施工“陆地化”；另外由于抗水分散剂属于高分子化合物，可以吸附在水泥颗粒表面，减少其与水结合的几率，也起到缓凝作用。

根据上述方案，所述聚合物乳液由下述重量份数的组分组成：E51水性环氧树脂100份，芳香族胺类水性环氧固化剂(固含量为50～52％)100～130份，所述芳香族胺类水性环氧固化剂为上海汉中H203B型固化剂。采用的水性环氧树脂与水泥基材料相容性好，能与水泥材料混合均匀，并固化形成匀质性好的水泥石。所述注浆材料利用水化过程中形成的水化硅酸钙和镁-磷酸盐水化凝胶相互搭接形成连续结构的致密水化产物网，同时利用聚合物乳液具有的三维连续网状结构，通过水性环氧树脂分子中的-COOH基团与水泥水化产物中的Ca²⁺结合形成离子键，使这两种结构相互穿插、相互交联形成一种三维致密且互穿交联的网络结构；且材料内部孔洞和裂缝几乎完全为聚合物乳液膜填充，致密性得到大幅度提升，具体表现为抗折强度、韧性等力学性能得到明显改善。普通硅酸盐水泥注浆材料要达到较高的粘结性能，可掺入聚合物乳液，但其掺量大、成本高，且导致注浆材料收缩增大；利用所述的磷酸二氢钾与氧化镁反应生成高粘结性能的MgKPO₄·6H₂O，可在大幅提高注浆材料粘结性能的基础上，降低聚合物乳液用量，降低成本、减少收缩，提高耐久性。

根据上述方案，按上述比例将普通硅酸盐水泥、磷酸二氢钾、氧化镁、粉煤灰、骨料、缓凝剂、抗水分散剂放入搅拌机中混合均匀，同时将减水剂、聚合物乳液和水预先混合，然后加入搅拌机中拌合均匀，得本发明所述的抗水分散高粘结水泥基注浆材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明利用磷酸二氢钾与氧化镁之间酸-碱反应产生的镁-磷酸盐水化凝胶相与水化硅酸钙通过相互搭接形成连续结构的致密水化产物网，并利用聚合物乳液具有的三维连续网状结构，使这两种结构相互穿插、相互交联形成一种三维致密且互穿、交联的网络结构；所述氧化镁可产生微膨胀起到补偿收缩的作用，使所得注浆材料具有早强、粘结性能高和补偿收缩等特点，施工性能优异。

2)本发明通过加入抗水分散剂来提高所述注浆材料的抗水分散和抗水溶蚀性能，保证水下环境中注浆的施工效果。

3)本发明的注浆材料具有流动性和填充性好、早强微膨胀、高强、粘结性好、满足水下施工等特点，可广泛应用于锚固地脚螺栓、水下注浆、预留孔道的注浆、预制构件间的注浆和盾构隧道同步注浆等领域，具有较好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面通过实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例，不应理解为对本发明的进一步限定。

以下实施例中，所述抗水分散高粘结水泥基注浆材料的拌制方法为：

按原料配比将普通硅酸盐水泥、磷酸二氢钾、氧化镁、粉煤灰、骨料、抗水分散剂放入搅拌机中混合均匀，同时将减水剂、聚合物乳液和水预先混合，然后加入搅拌机中拌合均匀，得本发明所述的抗水分散高粘结水泥基注浆材料。原料配比如表2所示。

以下实施例中的性能测试方法如下：

1)力学性能的测定：按GB177-85《水泥胶砂强度检测方法》相关规定进行。

2)流动度、凝结时间和粘结性能：按JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》相关规定进行。

3)钢筋握裹度：参照DL/T 5150-2001《水工混凝土试验规程》相关规定进行。

4)体积稳定性和耐久性：参照GB/T 50448-2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》、JGJ70-90《建筑砂浆基本性能试验方法》和GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》相关规定进行。

5)抗水分散性能的测试：准备一个高度大于550mm的容器，注水至500mm处，同时在容器内放置一个边长为70.7mm的立方体浆液试模，把新拌浆液通过导管小心注入充满水的模具中，直至浆液装满试模并溢出，从容器中取出试模，振捣、敲打成型，将水中成型的试模置于标养室(湿度大于60％)中养护直至规定龄期，参考JGJ70-90《建筑浆液基本性能试验方法》中试件抗压强度方法测定其抗压强度，同时用相同方法测定相应龄期同一锅浆料普通方法成型的强度。用水中成型试件的强度除以普通成型试件的强度即为水陆强度比，定量分析浆液的抗水分散性能。

实施例1

一种抗水分散高粘结水泥基注浆材料，由以下重量份数的组分组成：普通硅酸盐水泥100份，磷酸二氢钾5份，氧化镁20份，粉煤灰10，骨料100份，减水剂0.5份，缓凝剂0份，抗水分散剂0.01份，聚合物乳液10份，水30份。

普通硅酸盐水泥强度等级为42.5，勃氏比表面积为370m²/kg；磷酸二氢钾为工业产品，其纯度为98％(质量)；氧化镁为重烧氧化镁(煅烧温度为1700℃)，勃氏比表面积为280m²/kg，重烧氧化镁为工业产品，其纯度为90％(质量)；粉煤灰为F类Ⅰ级灰；骨料为满足要求的天然砂，其MB值0.3，泥块含量0.2％(质量)；减水剂为VIVID-500A缓释型聚羧酸系高性能减水剂(上海三瑞VIVID-500A型)，减水率25％；缓凝剂为硼酸，硼酸为工业产品，其纯度为98％(质量)；抗水分散剂为羟乙基纤维素(HEC)，其分子量20万；聚合物乳液由下述重量份数的组份组成：E51水性环氧树脂100份，H203B型芳香族胺类水性环氧固化剂(固含量为52％)100份。

实施例2

一种抗水分散高粘结水泥基注浆材料，由下述重量份数的组分组成：

普通硅酸盐水泥100份，磷酸二氢钾8份，氧化镁30份，粉煤灰20，骨料120份，减水剂1.0份，缓凝剂0.2份，抗水分散剂0.03份，聚合物乳液15份，水33份。

普通硅酸盐水泥强度等级为42.5，勃氏比表面积为400m²/kg；磷酸二氢钾为工业产品，其纯度为98％(质量)；氧化镁为重烧氧化镁(煅烧温度为1700℃)，勃氏比表面积为300m²/kg，重烧氧化镁为工业产品，其纯度为92％(质量)；粉煤灰为F类Ⅱ级灰与C类Ⅰ级灰混合物，比例为1:1；骨料为满足要求的天然砂，其MB值0.5，泥块含量0.3％(质量)；减水剂为VIVID-500A缓释型聚羧酸系高性能减水剂，减水率25％；缓凝剂为硼酸，硼酸为工业产品，其纯度为99％(质量)；抗水分散剂为羟乙基纤维素(HEC)，其分子量25万；聚合物乳液由下述重量份数的组份组成：E51水性环氧树脂100份，H203B型芳香族胺类水性环氧固化剂(固含量为52％)120份。

实施例3

一种抗水分散高粘结水泥基注浆材料，由下述重量份数的组分组成：

普通硅酸盐水泥100份，磷酸二氢钾8份，氧化镁40份，粉煤灰30，骨料150份，减水剂1.5份，缓凝剂0.3份，抗水分散剂0.05份，聚合物乳液20份，水35份。

普通硅酸盐水泥强度等级为52.5，勃氏比表面积为380m²/kg；磷酸二氢钾为工业产品，其纯度为99％(质量)；氧化镁为重烧氧化镁(煅烧温度为1600℃)，勃氏比表面积为350m²/kg，重烧氧化镁为工业产品，其纯度为92％(质量)；粉煤灰为C类Ⅰ级灰；骨料为满足要求的天然砂，其MB值0.8，泥块含量0.3％(质量)；减水剂为VIVID-500C缓释型聚羧酸系高性能减水剂，减水率22％；缓凝剂为硼酸，硼酸为工业产品，其纯度为98％(质量)；抗水分散剂为羟丙基甲基纤维素(HPMC)，其分子量30万；聚合物乳液由下述重量份数的组份组成：E51水性环氧树脂100份，H203B型芳香族胺类水性环氧固化剂(固含量为50％)130份。

实施例1～3所述抗水分散高粘结水泥基注浆材料的原料配比如表2所示，性能测试结果见表1。

表1实施例1～3所得注浆材料的性能测试结果

表2实施例1～3所得注浆材料的原料配比(重量份数)

表1说明：本发明制备的抗水分散高粘结水泥基注浆材料，流动性好、早强微膨胀、粘结强度高、抗水分散性和耐久性好，综合性能优异，适用范围广泛。

本发明所用原料的上下限取值以及区间值都能实现本发明，再此就不一一列举实例。且上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，而这些变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抗水分散高粘结水泥基注浆材料，它由以下重量份数的组分组成：普通硅酸盐水泥100份，磷酸二氢钾5～8份，氧化镁20～40份，粉煤灰10～30份，骨料100～150份，减水剂0.5～1.5份，缓凝剂0～0.3份，抗水分散剂0.01～0.05份，聚合物乳液10～20份，水30～35份；

所述的缓凝剂为硼酸，其纯度不小于98％(质量)；所述的抗水分散剂为羟乙基纤维素(HEC)或羟丙基甲基纤维素(HPMC)，其分子量不小于20万；所述的聚合物乳液由下述重量份数的组份组成：E51水性环氧树脂100份，芳香族胺类水性环氧固化剂100～130份。

2.根据权利要求1所述的抗水分散高粘结水泥基注浆材料，其特征在于，所述的普通硅酸盐水泥强度等级为42.5级以上，勃氏比表面积>350m²/kg。

3.根据权利要求1所述的抗水分散高粘结水泥基注浆材料，其特征在于，所述的磷酸二氢钾为工业产品，其纯度不小于98％(质量)。

4.根据权利要求1所述的抗水分散高粘结水泥基注浆材料，其特征在于，所述的氧化镁为重烧氧化镁工业产品，其勃氏比表面积为280～350m²/kg，纯度不小于90％(质量)。

5.根据权利要求1所述的抗水分散高粘结水泥基注浆材料，其特征在于，所述的粉煤灰为F类或C类的Ⅰ级或Ⅱ级灰中的一种或几种按任意比例混合。

6.根据权利要求1所述的抗水分散高粘结水泥基注浆材料，其特征在于，所述的骨料为天然砂，其MB值<1.4，泥块含量<1.0％(质量)。

7.根据权利要求1所述的抗水分散高粘结水泥基注浆材料，其特征在于，所述的减水剂为缓释型聚羧酸系高性能减水剂，其减水率>20％。