CN105622006A - 一种低温早强高强型水下灌浆料 - Google Patents

一种低温早强高强型水下灌浆料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低温早强高强型水下灌浆料，由以下按重量份计算的成分组成：普通硅酸盐水泥30～45份，细骨料45～60份，矿粉5～10份，加密硅灰2～4份，复合膨胀剂0.5～1份，早强型粉剂减水剂0.2～0.5份，纳米水化硅酸钙0.1～0.5份，复合早强剂0.3～0.5份，抗分散化合物0.1～0.3份。本发明从降低骨料空隙率、优化膨胀组分、纳米早期增强和提升抗分散性等四方面来同时改善灌浆料在水中的低温早强、低温高强与抗分散性能，能显著提升灌浆料保水、黏度等施工性能，有效提高了灌浆料在海底低温条件下的1d强度及28d强度，可大幅度增强其水下抗分散性能；该灌浆料具有良好的低温早强、低温高强及水下抗分散的作用。

Description

一种低温早强高强型水下灌浆料
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种低温早强高强型水下灌浆料。
背景技术
水泥基灌浆料作为常用的修补加固材料已得到广泛研究和应用。近年来，随着我国基础建设规模的增大，灌浆料的使用范围也全面拓展到电力、港口、海洋等领域，逐步应用到海底低温、多水等复杂环境，由此对灌浆料在水下的低温早强、低温高强及抗分散性能提出了更高的要求。
环境温度对灌浆料的硬化速度及力学性能具有十分重要的影响，特别是在海底低温条件下，普通硅酸盐水泥水化慢、强度低，不能抵抗早期受冻、水流冲击的影响，必须添加辅助的浇筑保护、保温养护等施工方式才能到达最终的设计强度，不仅消耗了大量的人力、物力，施工质量也无法得到有效保障。
在我国，水下灌浆料的应用还处于起步阶段，对水下低温环境的早强、高强问题的关注更是极少。如ZL201310451844.3提出了一种早强型水泥基灌浆料及其使用方法，但因主要适用于常温环境，并不适宜用于低温环境中的灌浆施工。ZL201310282264.6虽提出了一种高流态低温早强水泥基灌浆料，其虽可应用于低温条件下施工，但未考虑水下灌浆料的易分散问题，并不适用于水下构筑物的灌浆施工。
综合来看，目前对低温条件下灌浆料的研究还较少，对解决水下低温环境的灌浆质量问题的产品更少。因此，随着海上钻井平台、电力设备等建设的增多，研发一种低温早强高强型水下灌浆料对提升灌浆材料的发展意义重大。
发明内容
为了解决水下低温环境的灌浆质量问题，本发明提供了一种适用于水底低温环境下，早强强度上升快、最终强度高及水下抗分散能力强的水泥基灌浆料。
本发明提供了一种低温早强超高强型水下灌浆料，由以下按重量份计算的成分组成：
所述普通硅酸盐水泥为52.5号普通硅酸盐水泥；
所述细骨料为质量比1:2～4的0.1～0.6mm河砂和0.6～4.0mm河砂的混合；
所述矿粉为超细矿粉，其比表面积为1400～2000m2/kg；
所述加密硅灰堆积密度为500～700kg/m3；
所述复合膨胀剂为质量比1:60～80的塑性膨胀剂与硬化期膨胀剂的混合；
所述早强型粉剂减水剂选自江苏苏博特股份有限公司PCA-500P高性能聚羧酸早强型粉剂减水剂；
所述纳米水化硅酸钙为纳米水化硅酸钙粉剂；
所述复合早强剂为质量比1:1～3的甲酸钙与硝酸钙的混合；
所述抗分散化合物为质量比1:3～5的600万分子量聚丙烯酰胺与羟丙基瓜尔胶的混合。
作为优选，所述细骨料为质量比1:2～3的0.1～0.6mm河砂和0.6～4.0mm河砂的混合。
作为另一种优选，所述矿粉为超细矿粉，其比表面积为1600～2000m2/kg。
作为另一种优选，所述复合膨胀剂为质量比1:60～80的碱金属类塑性膨胀剂与硫铝酸盐膨胀剂的混合。
作为另一种优选，所述复合早强剂为质量比1:1～2的甲酸钙与硝酸钙的混合。
作为另一种优选，所述抗分散化合物为质量比1:3～4的600万分子量聚丙烯酰胺与羟丙基瓜尔胶的混合。
一种低温早强超高强型水下灌浆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份称取普通硅酸盐水泥、细骨料、矿粉、加密硅灰、复合膨胀剂、早强型粉剂减水剂、纳米水化硅酸钙、复合早强剂、抗分散化合物；
(2)将称量好的各组分倒入搅拌机，对材料倒入的次序没有要求，搅拌3～5分钟，混合均匀，即得。
所述低温早强高强型水下灌浆料的应用方法，包括以下步骤：按水料比0.11～0.12加水搅拌后即可施工。
本发明从降低骨料空隙率、优化膨胀组分、纳米早期增强和提升抗分散性等四方面来同时改善灌浆料在水中的低温早强、低温高强与抗分散性能，能显著提升灌浆料保水、黏度等施工性能，有效提升了灌浆料在海底低温条件下(5℃)的1d强度(≥15MPa)及28d强度(≥70MPa)，可大幅度提高水下抗分散性能(水泥流失量＜1.5％)。该灌浆料具有良好的低温早强、低温高强、水下抗分散能力强的作用。
具体而言，本发明相对于现有技术，具有以下突出的优势：
(1)该灌浆料具有明显增强早强抗压强度的功效。在普通硅酸盐水泥体系中，通过掺入早强型聚羧酸型减水剂、纳米水化硅酸钙、复合早强剂，既改变了传统采用硫铝酸盐水泥早强手段带来的成本大幅增加的问题，又可有效提高灌浆料的早期强度，低温条件下1d抗压强度超过15MPa。
(2)该灌浆料具有良好的最终抗压强度的优点。通过严格控制水灰比，掺加适量的超细矿粉、加密硅灰，显著提升了灌浆料的后期强度。通过优化骨料的级配搭配调控灌浆料的总空隙结构，显著的提升了灌浆料的后期强度。
(3)该灌浆料具有显著的水下抗分散效果。采用粘结力优良的水下抗分散化合物，混合后可形成网状结构，增强了体系的粘聚力及水中流动性能，降低了分散性，对水流的冲击起到显著的抑制作用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。
各实施例中：
细骨料为质量比1:2～4的0.1～0.6mm河砂和0.6～4.0mm河砂的混合。其中，实施例1至5为质量比1:2的0.1～0.6mm河砂和0.6～4.0mm河砂的混合；实施例6为质量比1:3的的0.1～0.6mm河砂和0.6～4.0mm河砂的混合。
复合早强剂为质量比1:1～3的甲酸钙与硝酸钙的混合。其中，实施例1至3为1:1的甲酸钙与硝酸钙的混合；实施例4至6为1:2的甲酸钙与硝酸钙的混合。
实施例1
低温早强高强型水下灌浆料，由以下重量份的组份混合而成：
其中，矿粉为超细矿粉，比表面积为1500m2/kg；加密硅灰堆积密度为500kg/m3；复合膨胀剂为质量比1:60的碱金属类塑性膨胀剂与硫铝酸盐膨胀剂的混合；早强型粉剂减水剂采用江苏苏博特股份有限公司PCA-500P高性能聚羧酸早强型减水剂；纳米水化硅酸钙为纳米水化硅酸钙粉剂；抗分散化合物为质量比1:3的600万分子量聚丙烯酰胺与羟丙基瓜尔胶的混合。
实施例2
低温早强高强型水下灌浆料，由以下重量份的组份混合而成：
其中，矿粉为超细矿粉，比表面积为1700m2/kg；加密硅灰堆积密度为700kg/m3；复合膨胀剂为质量比1:60的碱金属类塑性膨胀剂与硫铝酸盐膨胀剂的混合；早强型粉剂减水剂采用江苏苏博特股份有限公司PCA-500P高性能聚羧酸早强型减水剂；纳米水化硅酸钙为纳米水化硅酸钙粉剂；抗分散化合物为质量比1:4的600万分子量聚丙烯酰胺与羟丙基瓜尔胶的混合。
实施例3
低温早强高强型水下灌浆料，由以下重量份的组份混合而成：
其中，矿粉为超细矿粉，比表面积为1500m2/kg；加密硅灰堆积密度为600kg/m3；复合膨胀剂为质量比1:60的碱金属类塑性膨胀剂与硫铝酸盐膨胀剂的混合；早强型粉剂减水剂采用江苏苏博特股份有限公司PCA-500P高性能聚羧酸早强型减水剂；纳米水化硅酸钙为纳米水化硅酸钙粉剂；抗分散化合物为质量比1:3的600万分子量聚丙烯酰胺与羟丙基瓜尔胶的混合。
实施例4
低温早强高强型水下灌浆料，由以下重量份的组份混合而成：
其中，矿粉为超细矿粉，比表面积为1500m2/kg；加密硅灰堆积密度为500kg/m3；复合膨胀剂为质量比1:60的碱金属类塑性膨胀剂与硫铝酸盐膨胀剂的混合；早强型粉剂减水剂采用江苏苏博特股份有限公司PCA-500P高性能聚羧酸早强型减水剂；纳米水化硅酸钙为纳米水化硅酸钙粉剂；抗分散化合物为质量比1:3的600万分子量聚丙烯酰胺与羟丙基瓜尔胶的混合。
实施例5
低温早强高强型水下灌浆料，由以下重量份的组份混合而成：
其中，矿粉为超细矿粉，比表面积为1500m2/kg；加密硅灰堆积密度为500kg/m3；复合膨胀剂为质量比1:80的碱金属类塑性膨胀剂与硫铝酸盐膨胀剂的混合；早强型粉剂减水剂采用江苏苏博特股份有限公司PCA-500P高性能聚羧酸早强型减水剂；纳米水化硅酸钙为纳米水化硅酸钙粉剂；抗分散化合物为质量比1:5的600万分子量聚丙烯酰胺与羟丙基瓜尔胶的混合。
实施例6
低温早强高强型水下灌浆料，由以下重量份的组份混合而成：
其中，矿粉为超细矿粉，比表面积为1500m2/kg；加密硅灰堆积密度为500kg/m3；复合膨胀剂为质量比1:60的碱金属类塑性膨胀剂与硫铝酸盐膨胀剂的混合；早强型粉剂减水剂采用江苏苏博特股份有限公司PCA-500P高性能聚羧酸早强型减水剂；纳米水化硅酸钙为纳米水化硅酸钙粉剂；抗分散化合物为质量比1:5的600万分子量聚丙烯酰胺与羟丙基瓜尔胶的混合。
对比例
选用现有水泥灌浆料测试性能，作为对比例：
用实施例1～6所得到的低温早强高强型水下灌浆料与对比例普通灌浆料，进行灌浆料工作性能、力学性能及抗分散性能对比试验，其测试方法按照GB/T50448-2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》及DL/T5117-2000《水下不分散混凝土试验规程》的要求进行测定。主要试验结果见表1。
表1低温早强高强型水下灌浆料性能测试结果
表1数据表明：采用本发明的低温早强高强型水下灌浆料水下抗分散性能好，在各种试验条件下均具有较高的1d抗压强度及28d抗压强度，且与对比例相比，其5℃时1d抗压强度及水下抗分散性能更优。

Claims (8)

1.一种低温早强超高强型水下灌浆料，其特征在于，由以下按重量份计算的成分组成：
普通硅酸盐水泥30～45份
细骨料45～60份
矿粉5～10份
加密硅灰2～4份
复合膨胀剂0.5～1份
早强型粉剂减水剂0.2～0.5份
纳米水化硅酸钙0.1～0.5份
复合早强剂0.3～0.5份
抗分散化合物0.1～0.3份；
所述普通硅酸盐水泥为52.5号普通硅酸盐水泥；
所述细骨料为质量比1:2～4的0.1～0.6mm河砂和0.6～4.0mm河砂的混合；
所述矿粉为超细矿粉，其比表面积为1400～2000m2/kg；
所述加密硅灰堆积密度为500～700kg/m3；
所述复合膨胀剂为质量比1:60～80的塑性膨胀剂与硬化期膨胀剂的混合；
所述早强型粉剂减水剂选自江苏苏博特股份有限公司PCA-500P高性能聚羧酸早强型粉剂减水剂；
所述纳米水化硅酸钙为纳米水化硅酸钙粉剂；
所述复合早强剂为质量比1:1～3的甲酸钙与硝酸钙的混合；
所述抗分散化合物为质量比1:3～5的600万分子量聚丙烯酰胺与羟丙基瓜尔胶的混合。
2.根据权利要求1所述的一种低温早强超高强型水下灌浆料，其特征在于，所述细骨料为质量比1:2～3的0.1～0.6mm河砂和0.6～4.0mm河砂的混合。
3.根据权利要求1所述的一种低温早强超高强型水下灌浆料，其特征在于，所述矿粉为超细矿粉，其比表面积为1600～2000m2/kg。
4.根据权利要求1所述的一种低温早强超高强型水下灌浆料，其特征在于，所述复合膨胀剂为质量比1:60～80的碱金属类塑性膨胀剂与硫铝酸盐膨胀剂的混合。
5.根据权利要求1所述的一种低温早强超高强型水下灌浆料，其特征在于，所述复合早强剂为质量比1:1～2的甲酸钙与硝酸钙的混合。
6.根据权利要求1所述的一种低温早强超高强型水下灌浆料，其特征在于，所述抗分散化合物为质量比1:3～4的600万分子量聚丙烯酰胺与羟丙基瓜尔胶的混合。
7.权利要求1所述的一种低温早强超高强型水下灌浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量份称取普通硅酸盐水泥、细骨料、矿粉、加密硅灰、复合膨胀剂、早强型粉剂减水剂、纳米水化硅酸钙、复合早强剂、抗分散化合物；
（2）将称量好的各组分倒入搅拌机，对材料倒入的次序没有要求，搅拌3～5分钟，混合均匀，即得。
8.权利要求1所述的一种低温早强超高强型水下灌浆料的应用方法，其特征在于，所述低温早强高强型水下灌浆料按水料比0.11~0.12加水搅拌后即可施工。
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